comportamiento del concreto con cascarilla de café y
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Comportamiento del concreto con cascarilla
de cafeacute y posibilidades ante textura y color
Arq Jenny Angeacutelica Coral Patintildeo
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Artes Maestriacutea en Construccioacuten
Bogotaacute DC Colombia
2019
Comportamiento del concreto con cascarilla
de cafeacute y posibilidades ante textura y color
Arq Jenny Angeacutelica Coral Patintildeo
Tesis de investigacioacuten presentada como requisito parcial para optar al tiacutetulo de
Magister en Construccioacuten
Directora
Arq MSc Martha Luz Salcedo Barrera
Liacutenea de Investigacioacuten
Concreto
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Artes Maestriacutea en Construccioacuten
Bogotaacute DC Colombia
2019
Bogotaacute DC Febrero 2019
NOTA DE ACEPTACIOacuteN
El proyecto de grado denominado
COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO
CON CASCARILLA DE CAFEacute Y
POSIBILIDADES ANTE TEXTURA Y
COLORrdquo presentado por la Arquitecta Jenny
Angeacutelica Coral Patintildeo para optar por el
Tiacutetulo de Magiacutester en Construccioacuten otorgado
por la universidad Nacional de Colombia
cumple con los requisitos establecidos y
recibe nota aprobatoria
Arq MSc Martha Luz Salcedo Barrera
Directora de Proyecto
Jurado 1
Jurado 2
Jurado 3
Director de Maestriacutea en Construccioacuten
A mamaacute
Agradecimientos
No somos nadie sin creer creer en eso que nos guie nos cuide nos vigile quiera lo mejor para
nosotros y creo en un Dios que todo lo puede a quien agradezco mi vida
Es importante ver como el sacrificio de quienes velan por nosotros es hoy en diacutea el resultado
de este trabajo de este largo y arduo camino no siempre plasmado en letras nuacutemeros y
deberes Gracias a mis padres mi gemela mis abuelitos quienes han hecho de mi quien soy
hoy en diacutea quienes inspiran en mi vida a quienes guardo el maacutes grande respeto y
agradecimiento
Mi universidad siempre fue un suentildeo ser parte de esta alma maacuteter y agradezco por el
profesional y persona que cultivo en miacute un eterno orgullo
ldquoUno recuerda con aprecio a sus maestros brillantes pero con gratitud a los que tocaron
nuestros sentimientosrdquo Carl Gustar Jung A mi directora por su tiempo por su guiacutea por sus
inestimables aportaciones a su calidad humana a su calidez como persona a sus
conocimientos a su ejemplo a su trabajo
Gracias a cada amigo a cada persona que presente o en la distancia motivo participoacute ayudoacute
al desarrollo de este trabajo investigativo sobre todo a quienes creyeron en que esto se podiacutea
lograr
A Nicolaacutes porque con eacutel los pasos siempre son hacia adelante
Gracias
ldquoEl arquitecto del futuro se basaraacute en la
imitacioacuten de la naturaleza porque es la
forma maacutes racional duradera y econoacutemica
de todos los meacutetodosrdquo
Antonio Gaudiacute
Contenido VIII
Contenido
Resumen XI
Abstract XII
Listado de Ilustraciones XIII
Lista de Tablas XIV
Lista de Graficas XVII
1 Capiacutetulo Lineamiento 19
11 Introduccioacuten 19 12 Planteamiento del problema 22 13 Objetivos 24
14 Justificacioacuten 25
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico 28
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre 29 22 Antecedentes teoacutericos 31
23 Bases teoacutericas 43
24 Componentes del concreto 44
25 Normativas para ensayos 46 26 Fibras en el concreto 47
27 Concreto reforzado con fibras vegetales 48
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras 51
29 Concreto arquitectoacutenico 53
Objetivo general 24 131 Objetivos especiacuteficos24 132
Antecedentes internacionales 32 221 Antecedentes nacionales 37 222
Concreto43 231 Concreto fresco 44 232 Concreto endurecido 44 233
Cemento44 241 Agua 45 242 Agregados 46 243
Clasificacioacuten de fibras47 261
Fibras vegetales 49 271 Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 49 272 Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras vegetales 50 273 Normativa de concreto con agregados vegetales 51 274
Tuacuteneles 52 281 Pavimentos 52 282 Otros usos 52 283
Contenido IX
210 Disentildeo Urbano 56
3 Capiacutetulo cascarilla de cafeacute como material alternativo 61
31 Generalidades61
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute 64
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute) 66
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute 68
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo 70
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos 75
43 Disentildeo de mezcla 81
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla 84
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten 85 52 Ensayo de Asentamiento 93
53 Ensayo de compresioacuten 95
54 Ensayo de Sortividad 102 55 Ensayo moacutedulo de rotura 114
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta 121
Prefabricados 53 291
Espacio Puacuteblico 56 2101 Pisos 56 2102 Mobiliario Urbano 57 2103 Fachadas y elementos de concreto a la vista 58 2104 Estampados 58 2105
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 61 311 Proceso obtencioacuten de la cascarilla 61 312
Caracteriacutesticas fiacutesicas 64 321 Composicioacuten quiacutemica 65 322
Mineralizacioacuten con aceite de linaza (Alvarado 2002) 67 331 Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 67 332 Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 67 333
Liacutenea investigativa 70 411 Materiales 73 412 Poblacioacuten y muestras 73 413
Analisis Granulomeacutetrico 77 421
Seleccioacuten del Asentamiento 81 431 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 81 432 Estimacioacuten del contenido de aire 82 433 Requerimiento de agua de mezclado 82 434 Resistencia requerida de disentildeo 82 435 Relacioacuten agua-cemento 83 436 Definicioacuten de datos 83 437
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco93 521
Resultados 97 531
Resultados 116 551
Contenido X
58 Desarrollo de prototipos 123 59 Resultados 124
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones 125
61 Conclusiones 125 62 Recomendaciones 127
7 Bibliografiacutea 128
8 Anexos 134
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO 134 82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA 135 83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO 136 84 Entrevista 137
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 121 571 Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 122 572
Prototipo para propiedades fiacutesicas 124 591 Prototipo para propiedades mecaacutenicas 124 592
Resumen XI
Resumen
Evolucionar transformar y potencializar un material basados en los tres ejes de sostenibilidad
medio ambiente y socio-econoacutemico Se ha convertido en los uacuteltimos antildeos en un desafiacuteo para el
sector de la construccioacuten y sin duda alguna el mejor camino para entender el dantildeo generado
con el desmedido e inconsciente uso de los recursos naturales El uso de residuos orgaacutenicos
renovables es un tema que se ha ido imponiendo en la industria de la construccioacuten a nivel
global aprovechando los residuos o componentes de las materias primas que tienen mayor
productividad
En Colombia la cascarilla de cafeacute es uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran
industria cafetera Esta fibra vegetal se encuentra potencializada por su composicioacuten quiacutemica
en este caso el Silicio componente mineral que aporta la resistencia en el concreto como lo
hace el cemento
En esta investigacioacuten se presenta el disentildeo de mezcla de concreto a la cual se realizan las
respectivas pruebas para identificar las caracteriacutesticas fiacutesicas potenciales aplicables en la
arquitectura El resultado de la mezcla se implementaraacute en prototipos de encofrados y
estampados que permitan el anaacutelisis del material ante su manejabilidad y adherencia al
prototipo arquitectoacutenico al que se exponga esto con el fin de lograr trabajar al tiempo
resistencia exposicioacuten al medio exterior sostenibilidad y disentildeo A su vez se aplican pigmentos
para valorar adherencia y comportamiento con el color
Palabras clave concreto sostenibilidad fibra vegetal cafeacute pigmentos texturas
Abstract XII
Abstract
Evolve transform and strengthen a material based on the three axes of sustainability
environment and socio-economic In recent years it has become a challenge for the
construction sector and without a doubt the best way to understand the damage caused by the
excessive and unconscious use of natural resources The use of renewable organic waste is an
issue that has been imposed in the construction industry globally taking advantage of the
chalks or components of the raw materials that have higher productivity
In Colombia the coffee husk is one of the organic residues left by the large coffee industry This
vegetable fiber is potentiated by its chemical composition in this case silicon a mineral
component that provides strength in concrete as cement does
In this research the concrete mix design is presented to which the respective tests are carried
out to identify the potential physical characteristics applicable in the architecture The result of
the mixture will be implemented in prototypes of formwork and prints which allow the analysis
of the material before its manageability and adherence to the architectural prototype to which it
is exposed this in order to achieve work at the time resistance exposure to the environment
exterior sustainability and design In turn pigments are applied to assess adherence and
behavior with color
Key words concrete sustainability vegetable fiber coffee pigments textures
Listado de Ilustraciones XIII
Listado de Ilustraciones
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016) 30
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz
2017) 30
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014) 33
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 42
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras
(Carvajal 2015) 51
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado 62
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia) 63
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla 64
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005) 64
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades
de Glucosa)(Coffea 2005) 66
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia) 72
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia) 88
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia) 94
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia) 95
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia) 96
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia) 102
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia) 114
Listado de Tablas XVI
Lista de Tablas
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012) 21
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014) 33
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)34
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014) 34
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014) 34
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et
al 2014) 34
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012) 36
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus
materiales de desperdicio(Garcia amp Olaya 2011) 37
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015) 39
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd) 45
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017) 46
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007) 47
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) 49
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018) 53
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010) 54
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010) 59
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia
2010) 61
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 65
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011) 65
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)70
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013) 73
Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia) 76
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia) 76
Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)77
Contenido IX
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia) 77
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia) 78
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia) 80
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001) 82
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten
2001) 82
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la
desviacioacuten estaacutendar 82
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto
(adaptada del ACI 2111 y del ACI 2113) 83
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia) 83
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto
(autoriacutea propia) 84
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia) 84
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia) 84
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia) 86
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 86
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 89
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia) 90
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia) 91
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 92
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 93
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)96
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 96
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 97
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 97
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 98
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 99
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 100
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Contenido IX
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 104
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 105
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 106
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 107
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 108
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 109
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 110
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 111
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 115
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 115
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 115
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia) 116
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
117
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
118
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia) 119
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia) 121
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia) 122
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia) 123
Lista de graficas XVII
Lista de Graficas
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)78
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 80
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 94
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 98
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 99
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 100
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia) 101
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 105
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 106
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 107
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 108
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 109
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 110
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 111
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 112
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo) 116
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 117
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 118
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 118
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 119
Listado de graficas XVIII
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea
propia) 120
1 Capiacutetulo Lineamientos 19
19
1 Capiacutetulo Lineamientos
11 Introduccioacuten
Encontrar un punto de equilibrio entre la sostenibilidad en la arquitectura y el satisfacer
nuestras necesidades es un reto a asumir No podemos recuperar muchos de los recursos
naturales que la industria de la construccioacuten ha llevado consigo pero asiacute como la tecnologiacutea ha
evolucionado para muchos campos del consumismo tambieacuten ha evolucionado para permitirnos
encontrar soluciones con el fin de no prolongar los dantildeos ya efectuados
En la construccioacuten estamos llamados a aportar iniciativas para el desarrollo sostenible a
nuestros diacuteas ya podemos predecir con queacute recursos naturales contaraacute la siguiente generacioacuten
a corto plazo seguacuten Fernaacutendez y Rodriacuteguez (2010) como lo reafirma (Bedoya 2011) ldquosiacute los
actuales patrones no cambian la expansioacuten de la construccioacuten destruiraacute (hellip) haacutebitats naturales
y vida salvaje en maacutes de un 70 de la superficie de la tierra para 2032rdquo Teniendo a la mano y
a disponibilidad todos estos balances conocimientos predicciones cientiacuteficas y variedad de
anaacutelisis medio ambientales es casi un deber del constructor y proyectista motivar e incentivar
el desarrollo de nuevas teacutecnicas y materiales que le den prioridad a la conservacioacuten y cuidado
del planeta siendo que este campo es uno de los directamente responsables de la afectacioacuten
ambiental debemos ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo (Manzini amp Bigues 2000)
Los residuos orgaacutenicos son auacuten en muchas empresas y lugares de desarrollo un problema
ambiental y econoacutemico puesto que a pesar de que los subproductos que se generan se tratan
de aprovechar al maacuteximo es tan alta la cantidad que las empresas recurren a destinar un fondo
aparte para poder desarrollar nuevos equipos y teacutecnicas para darle un destino final a estos
residuos Entre estos estaacuten
Vertederos Incineracioacuten Compostaje y digestioacuten anaerobia
20
Tratamiento mecaacutenico bioloacutegico Pirolisis y gasificacioacuten (ldquoManejo de Desechos Agroindustrialesrdquo 2015)
Es asiacute como para las industrias es una perdida no solo econoacutemica tener que asumir costos
para el proceso final de los subproductos sino tambieacuten una perdida en los tiempos destinados
a este tratamiento
Somos un paiacutes rico en variedad de cultivos dado a su localizacioacuten geograacutefica tenemos todos
los pisos teacutermicos que nos permiten aprovechar las propiedades de la tierra generando un alto
desarrollo en la agroindustria Algunas empresas logran hacer un alto y buen uso de los
subproductos que se les generan usando estos materiales como biocombustibles abonos para
el cultivo de sus tierras alimentos para sus animales entre otros
La cascarilla de cafeacute es el residuo vegetal para la propuesta de esta investigacioacuten es el
agregado adicional que se estudioacute en el disentildeo de la mezcla con el concreto siendo que este
residuo hace parte de la industria del cafeacute la maacutes sobresaliente del paiacutes ocupando el tercer
puesto como mayor productor del mundo y el primero en cafeacute araacutebico suave lavado (Sierra
2014) y partiendo de esta alta produccioacuten la cascarilla de cafeacute o cisco es el residuo que
posee ademaacutes propiedades oacuteptimas que la convierten en un agregado liviano con un
porcentaje de silicio del 15 en su composicioacuten quiacutemica asiacute considerados para poder realizar
este planteamiento investigativo (Garcia amp Olaya 2011)
Sin ser ajenos ante esta situacioacuten se proyecta una investigacioacuten que iraacute ligada al uso de
residuos vegetales y al disentildeo del concreto arquitectoacutenico esto con el fin de enfatizar que crear
propuestas ambientales no limita las caracteriacutesticas de un material en este caso el concreto y
que al contrario potencializa sus propiedades y brinda al mercado mayores opciones de uso e
implementacioacuten
21
Algunas industrias hacen uso de estos residuos como abonos para uso en sus mismas tierras
como biocombustibles para sus fincas o maquinas procesadoras o como consumo animal si
esto pasase en la mayoriacutea de la industria y con la totalidad de la materia prima despueacutes de su
procesamiento aparte de traer beneficios ambientales tambieacuten traeriacutea beneficios econoacutemicos
En el proceso de industrializacioacuten del cafeacute solamente se aprovecha el 5 del peso del fruto
fresco en la preparacioacuten de la bebida el restante como la pulpa el cisco el tallo la borra
quedan como residuo de la materia prima representando el 95 Almacafeacute en uno de sus
informes de sostenibilidad del antildeo 2012 nos describe la cantidad de toneladas de residuos que
genera la industria del cafeacute y el Cisco que es la cascarilla del cafeacute estaacute entre los tipos de
residuos soacutelidos aprovechables catalogado asiacute por la misma industria quienes crearon un
manejo de residuos daacutendoles uso en su misma planta de produccioacuten como generadores de
energiacutea (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
Sin embargo en una tesis de investigacioacuten de la Universidad Nacional de Colombia sede
Medelliacuten sobre la combustioacuten de Peacutelet de Cisco de cafeacute el aprovechamiento de los residuos
agroindustriales implica grandes retos y altas inversiones en transporte cuando su disposicioacuten
final no es ldquoin siturdquo esto sumado a que estos materiales poseen bajos poderes caloriacuteficos en
comparacioacuten con otros combustibles de origen foacutesil y no se disponen de tecnologiacuteas que
permitan garantizar una combustioacuten apropiada lo cual conlleva a que las plantas utilicen
combustibles foacutesiles que garanticen la energiacutea requerida para sus procesos originando un
consumo de combustibles adicional y elevando los costos de produccioacuten (Manrique Waldo
2018)
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
22
Lograr disentildear una mezcla idoacutenea de concreto con la cascarilla de cafeacute en construccioacuten implica
el desarrollar planes de manejo ambiental para implementarlos en el concreto arquitectoacutenico
aprovechando la gran produccioacuten agroindustrial que se da en este Paiacutes ldquoLas cifras del
Ministerio de Vivienda dan cuenta de un crecimiento de 102 en el PIB de construccioacuten
durante el segundo trimestre del 2014 en comparacioacuten con el mismo periodo del antildeo pasado
Las obras civiles son las que maacutes han tenido que ver en el aumento de ese PIB pues crecieron
176 seguidas por el sector de edificaciones con un 14rdquo (Medina 2014)
A partir de estos elementos se considera que la propuesta del disentildeo de mezcla de concreto
con residuos vegetales cumpliraacute dos aportes muy positivos al campo de la construccioacuten uno de
ellos es ser un material que retribuya al medio ambiente generando una nueva visioacuten de
optimizacioacuten en nuestro paiacutes y segundo es considerar que este material cuenta con las
caracteriacutesticas idoacuteneas para ser trabajado como concreto arquitectoacutenico lo que permite al
disentildeador y al constructor idear proyectar y trabajar con la misma o mejor facilidad que con un
concreto convencional Se podriacutea hablar del desarrollo de un ldquoconcreto de alto desempentildeordquo
(Salcedo Barrera 2006) en donde ldquocualquier concreto que satisfaga criterios propuestos para
sobrepasar las limitaciones de un concreto convencional puede ser llamado concreto de alto
desempentildeordquo (FHWA 1994)
La mezcla obtenida del concreto con agregado de cascarilla de cafeacute se dispondraacute en el trabajo
de acabados pigmentacioacuten estampado y encofrado Lo positivo del uso de estas teacutecnicas es la
posibilidad de crear variabilidad y seguridad dotar al material de caracteriacutesticas que se puedan
determinar desde el proceso de su produccioacuten hasta el momento de su implementacioacuten en
armoniacutea con la naturaleza y aprovechando al maacuteximo los residuos vegetales en este caso los
de la agroindustria cafetera
12 Planteamiento del problema
Se sabe que la industria de la construccioacuten es uno de los mayores generadores de
contaminacioacuten y consumidor de recursos naturales no renovables tal como lo cita (Cabello
2008) tomado de (Anink Boonstra amp Mank 1996) en teacuterminos estadiacutesticos se puede decir
que el sector de la construccioacuten es responsable del 50 de los recursos naturales empleados
del 40 de la energiacutea consumida (incluyendo la energiacutea en uso) y del 50 del total de residuos
generados Si bien es cierto que el procesado de materias primas y la fabricacioacuten de los
23
materiales generan un alto coste energeacutetico y medioambiental no es menos cierto que la
experiencia ha puesto de relieve que no resulta faacutecil cambiar el actual sistema de construccioacuten
y la utilizacioacuten irracional de los recursos naturales donde las prioridades de reciclaje
reutilizacioacuten y recuperacioacuten de materiales brillan por su ausencia frente a la tendencia
tradicional de la extraccioacuten de materias naturales Por ello se hace necesario reconsiderar esta
preocupante situacioacuten de crisis ambiental buscando la utilizacioacuten racional de materiales que
cumplan sus funciones sin menoscabo del medio ambiente (Cabello 2008)
Resulta al tiempo contradictorio que el campo de la construccioacuten tenga como fin buscar el
confort humano satisfaciendo sus necesidades tanto habitables como de viacuteas de
comunicacioacuten y que no se tenga como prioridad cuidar o usar de manera maacutes racional los
recursos naturales siendo estos los que proveen la vida y los que permiten llevar a cabo esas
construcciones que ayudan a mitigar las necesidades del ser humano
La visioacuten de la generacioacuten de residuos soacutelidos derivada del consumismo actual ha sido
entendida como una problemaacutetica ambiental ademaacutes de ser un factor influyente y determinante
en la salud puacuteblica la creacioacuten ademaacutes de la adaptacioacuten de estrategias ya existentes para el
manejo de residuos soacutelidos se convierte en la alternativa de solucioacuten a dicho problema dado
que ataca todas las consecuencias devastadoras del mal manejo de los residuos soacutelidos y
ademaacutes se convierte en una posibilidad de negocio al comercializar los subproductos
derivados de estos procesos (Agudelo 2012)
Tenemos gran variedad de residuos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y muchos de estos al verse
como desecho ldquoinuacutetilrdquo son quemados vertidos en fuentes fluviales o en vertederos de basura
generando acumulaciones de agentes contaminantes No obstante ldquoampliando ya la visioacuten
ecoloacutegica del siglo XXI algunas empresas o fabricas hacen uso de estos residuos como
generadores de energiacuteardquo (Manejo de Desechos Agroindustriales2015)
Sin embargo la visioacuten ecoloacutegica en la que la construccioacuten debe estar sumergida no es del todo
implementada para ello debe innovarse en materiales que ofrezcan las mismas o mejores
caracteriacutesticas para poder hacer uso de ellos en forma confiada y masiva ya que un alto
porcentaje de la industria de la construccioacuten es ajena al concepto acutesostenibilidad ambientalacute
24
En Colombia existen empresas que estaacuten intentando implementar metodologiacuteas y teacutecnicas para
la reutilizacioacuten de residuos orgaacutenicos La adecuada disposicioacuten final de residuos
agroindustriales es apremiante debido a que se producen en gran cantidad pero la mayoriacutea son
llevados al relleno sanitario sin considerar que existen otras posibilidades de aplicacioacuten y que
pueden generar grandes valores econoacutemicos Los gastos de la disposicioacuten de los residuos y el
impacto ambiental pueden reducirse si se logra emplear teacutecnicas de valorizacioacuten esto quiere
decir que si se logran tener adecuados tratamientos las empresas podriacutean multiplicar el valor
de los subproductos (Yepes Naranjo amp Saacutenchez 2008)
Con estos puntos planteados es importante preguntarse iquestCoacutemo hacer del concreto un
material a partir de residuos orgaacutenicos vegetales que genere una progresiva visioacuten sostenible
en la construccioacuten y que sea esteacuteticamente un potencial en el disentildeo El sustituir parte de los
agregados de un material convencional a uno que aporte al medio ambiente y lograr
implementarlo en la construccioacuten como material oacuteptimo para quien lo implemente es obtener
un material innovador que aporta no solo como idea si no como parte de nuevas praacutecticas
constructivas sustentables
13 Objetivos
Objetivo general 131
Evaluar las propiedades y comportamientos fiacutesicos del concreto con agregados orgaacutenicos como
la cascarilla de cafeacute uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran industria cafetera en
Colombia y establecer las posibilidades ante el uso de textura y color
Objetivos especiacuteficos 132
- Identificar las investigaciones realizadas acerca del concreto aligerado con cascarilla de
cafeacute estableciendo sus propiedades generales
- Caracterizar el material orgaacutenico (Cascarilla de cafeacute) que va a ser sustituido por
porcentajes determinados del agregado grueso del concreto
25
- Establecer un disentildeo de mezcla con base en las investigaciones realizadas y comprobar
sus propiedades fiacutesicas
- Determinar las alternativas de textura a traveacutes de prototipos de formaletas que puedan
implementarse en ese tipo de concreto
- Realizar valoraciones acerca de las variaciones del comportamiento del concreto
expuesto al exterior con el uso de pigmentos
14 Justificacioacuten
La industria de la construccioacuten es uno de los principales actores responsables en el cambio y
aumento de niveles de contaminacioacuten ambiental es una industria que necesita para su
desarrollo hacer uso de recursos naturales no renovables dejando a su paso acumulacioacuten de
desechos escombros de obra una mezcla de agentes contaminantes que degradan de
manera progresiva el medio natural pero las industrias como la agronomiacutea son otro gran factor
de contaminacioacuten directa a este medio se hace uso de la materia prima acuteuacutetilacute y los residuos
son en un alto porcentaje quemados desechados en riacuteos o retirados a espacios como
vertederos de basuras volvieacutendolos unos participes maacutes de la contaminacioacuten Hay que
destacar que ldquoel debate sobre la sostenibilidad no se produce en el campo especiacutefico de la
edificacioacuten sino en el de la economiacutea y otras ciencias sociales Su transposicioacuten a la
edificacioacuten exige un entramado teoacuterico capaz de trasladar demandas enunciadas en campos
ajenos (hellip) hacia el campo de los conocimientos habilidades y procesos que permiten
desarrollar y enunciar un proyecto de edificacioacutenrdquo (Monterotti 2013)
La buacutesqueda de implementar normas y leyes para contrarrestar los abusos que se le hacen a
los recursos vienen desde la deacutecada de los 80 eacutepoca en la que surge la preocupacioacuten por
impacto que produce llevar a cabo la construccioacuten de un edificio y sus materiales sobre el
ambiente Desde el antildeo 2000 el nuacutemero de meacutetodos para la evaluacioacuten medioambiental se ha
multiplicado considerablemente en el mundo BREEAM (BRE Environmental Assessment
Method) fue el primer sistema (desarrollado en 1990) que ofrecioacute un meacutetodo de etiquetado de
edificios aunque LEED (Leadership in Energy and Environmental Desing) es el de mayor
implantacioacuten en el mercado de grandes edificios (Maciacuteas amp Garciacutea Navarro 2010)
26
En Colombia no existen como tal leyes enfocadas exclusivamente al control de recursos de los
que hace uso la industria de la construccioacuten existen algunas normativas y artiacuteculos que se
derivan de un encabezado no especifico en el tema y existen tambieacuten los denominados
manuales pero realmente no hay entidades que fundamenten la importancia de un control una
base de enumeradas restricciones en la fabricacioacuten de materiales y su impacto negativo al
medio ambiente
En el antildeo 2016 se hizo puacuteblico la nueva reglamentacioacuten de construccioacuten sostenible en el paiacutes
ldquoEn Latinoameacuterica Colombia es pionero en comprometerse con la transformacioacuten hacia el
desarrollo sostenible La norma que es obligatoria a partir de junio de 2016 establece
porcentajes de ahorro en agua y energiacutea que permitan reducir los costos de los usuarios en
pagos de servicios puacuteblicosrdquo (Ministro de Vivienda Luis Felipe Henao) El objetivo de esta
reglamentacioacuten es lograr ahorros de hasta el 45 en el consumo de agua y energiacutea mediante
la incorporacioacuten de paraacutemetros de sostenibilidad ambiental en el disentildeo y construccioacuten de las
nuevas edificaciones que se construyan en el paiacutes (MINVIVIENDA 2015) Se consultoacute al
Ingeniero Alejandro Vaacutesquez especialista en construccioacuten sostenible de la universidad EAFIT
acerca de esta nueva norma y sentildeala que el mayor objetivo es el ahorro de recursos hiacutedricos y
energeacuteticos al igual que reducir las emisiones de gases de efecto invernadero pero esta norma
no trae apartes especiacuteficos sobre el uso de materiales debido a que se centra en temas de
eficiencia energeacutetica e hiacutedrica pero si habla de la necesidad de usar materiales de
construccioacuten de baja energiacutea embebida (hellip)(ARGOS 2015)
En este sentido se entiende la importancia la vitalidad de propulsar e imponer el cambio desde
la fabricacioacuten de los materiales que se utilizaran en obra los elementos tenidos en cuenta para
la expedicioacuten del nuevo reglamento fue entender que teniendo un sector que construye
anualmente cerca de 30 millones de metros cuadrados en vivienda y edificaciones no
residenciales que articula a maacutes de 28 sectores productivos de la economiacutea y que emplea a
maacutes de 34 millones de personas es necesario mantener un proceder reglamentario cauteloso
para no poner en riesgo la promocioacuten de proyectos constructivos ya que son los que soportan
la economiacutea (CAMACOL 2015) asiacute que el enfoque sostenible al que se hace referencia esta
normativa estaacute en un segundo plano y la economiacutea se veriacutea directamente afectada si se
impone la idea de usar en menor medida los residuos naturales o proponer estudios para
reemplazarlos
27
Desde el aspecto ecoloacutegico tiene una gran ventaja la industria agronoacutemica por el basto grado
de residuos orgaacutenicos que genera en la produccioacuten En tal sentido se proyecta a provechar el
denominado cisco la cascarilla de cafeacute con la finalidad de aprovechar este sobrante siendo
Colombia el segundo productor mundial de este fruto y por el potencial de este residuo como
fibra vegetal al presentar propiedades que la hacen oacuteptima para ser utilizada como agregado
liviano en el concreto En Colombia ha tenido un uacutenico uso servir de combustible para
alimentar hornos (Rathinavelu amp Graziosi 2005)
Es el concreto el material de mayor uso en la construccioacuten es el material que maacutes se debe
experimentar para proporcionar alternativas ecoloacutegicas y de uso Para potencializar este
material no uacutenicamente en su composicioacuten con los residuos orgaacutenicos sino que tambieacuten se
buscara alternativas en su esteacutetica en la variabilidad de sus aplicaciones
El aspecto esteacutetico de las obras cobra cada vez mayor relevancia y los elementos de concreto
arquitectoacutenico ndashelaborados in situ o prefabricados- marcan una etapa importante en la
evolucioacuten de la arquitectura contemporaacutenea al brindar caracteriacutesticas de increiacuteble versatilidad
Ademaacutes del concreto ninguacuten material de construccioacuten moderno puede asumir con tanta
facilidad las formas colores y texturas (Pesquer 2013) Se han realizado cantidad de
investigaciones y avances tecnoloacutegicos sin embargo en esta aeacuterea la aplicacioacuten de concretos
arquitectoacutenicos es muy deficiente (dependiendo de la obra) en lo esteacutetico o lo mecaacutenico pero
no se trabaja unificando estas dos caracteriacutesticas sabiendo que el concepto de concreto
arquitectoacutenico tiene como finalidad estas aportaciones como unidad
En tal razoacuten se busca crear alternativas ideas innovadoras y el implementar un material
ecoloacutegico donde el uso de estas teacutecnicas favorezca el campo constructivo el econoacutemico
variedad en el mercado y en el disentildeo puesto que al conectar el eacutexito de las empresas con los
avances de la sociedad se abren muchas formas de atender a nuevas necesidades ganar
eficiencia crear diferenciacioacuten y expandir mercados (Porter amp Kramer 2011)
2 Marco Teoacuterico 28
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico
La evaluacioacuten del impacto ambiental que genera la fabricacioacuten de materiales de construccioacuten
es bastante escasa ante esa situacioacuten algunos paiacuteses han creado mecanismos muy baacutesicos
que permitan dar algunas pautas para el uso adecuado de estos pero encontrar
especiacuteficamente los efectos secundarios que causa su produccioacuten es muy complejo
imponiendo la idea de crear y modificar materiales con un completo estudio en el aacutembito
ecoloacutegico y constructivo Se debe ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo(Manzini amp Bigues 2000)
Los responsables de la Organizacioacuten de las Naciones Unidas para la Agricultura y la
Alimentacioacuten (FAO) ofrecen varias razones para promocionar los productos naturales como lo
son las fibras subproductos de los residuos orgaacutenicos La produccioacuten implica una fuente alta
de ingresos econoacutemicos para el campo de la agroindustria y este valor econoacutemico es maacutes
sobresaliente en paiacuteses en desarrollo donde puede alcanzar en algunos casos hasta la mitad
de las exportaciones En cuanto a las ventajas que producen para el medio ambiente y la salud
la utilizacioacuten de forma sostenible de fibras obtenidas de residuos orgaacutenicos proporcionan un
recurso natural y renovable en tiempos cortos a diferencia de lo que es hacer uso de fibras
sinteacuteticas las cuales son obtenidas de sustancias derivadas del petroacuteleo (Muerza 2009)
El uso de fibras naturales de residuos orgaacutenicos es una ventaja muy alta para el campo de la
construccioacuten es aprovechar las ventajas de la tecnologiacutea los estudios que estaacuten a nuestro
alcance y poder hacer nuevas propuestas en pro de un detenimiento del excesivo uso de
recursos naturales
29
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre
La explotacioacuten minera en Colombia para la extraccioacuten del material de arrastre grava y arena
entre otros es uno de los principales protagonistas en este flagelo del dantildeo ambiental frente a
las diferentes praacutecticas requeridas para tal fin Son innumerables y praacutecticamente irreversibles
los dantildeos a los que deben enfrentarse los recursos a falta de control y equilibrio tanto es su
explotacioacuten como en el tiempo para su recuperacioacuten
El impacto ambiental que genera la actividad minera es grande la huella que deja en el
ambiente incide en los recursos hiacutedricos geoloacutegicos bioloacutegicos atmosfeacutericos y socio ndash
econoacutemicos Algunas de esas consecuencias son reversibles pero otras irremediablemente
no pueden evitarse En el recurso hiacutedrico la mineriacutea a cielo abierto por ejemplo causa
contaminacioacuten de los cuerpos de agua por residuos soacutelidos y vertimientos domeacutesticos e
industriales relacionados con la actividad minera lo que aumenta el contenido de los
sedimentos y se ocasiona desviacioacuten de los cauces de los riacuteos que generan inundaciones
transformacioacuten del paisaje y la perdida de cultivos En el campo geoloacutegico se producen
cambios topograacuteficos y geomorfoloacutegicos debido a la remocioacuten de las capas superficiales del
terreno (Redaccioacuten El Tiempo 1995)
Minerales que se explotan en Colombia
- Carboacuten quinto mayor exportador mundial
- Metales y piedras preciosas oro plata y esmeraldas que son reconocidas en todo el mundo
por su calidad y belleza
- Minerales metaacutelicos niacutequel cobre hierro manganeso plomo zinc y titanio
- Minerales no metaacutelicos sal terrestre sal marina gravas arenas arcillas caliza azufre barita
asbesto entre otros
En el 2015 la titularidad minera inscrita en el Registro Minero Nacional es de 9291 36
correspondiacutean a materiales de construccioacuten (el mayor porcentaje de los tiacutetulos otorgados en el
30
paiacutes) 25 a los metales preciosos principalmente oro 17 al carboacuten y 23 a otros minerales
(arcillas cuarzo hierro esmeralda sal siacutelice yeso etc) Ademaacutes el 46 se encuentran en
etapa de exploracioacuten el 31 en etapa de construccioacuten y montaje y el 23 en etapa de
explotacioacuten (Ministerio de Minas 2016)
Con respecto a los minerales maacutes explotados en la pequentildea mineriacutea se destacan que son
piedras preciosas (2) carboacuten (15) oro (30) y minerales de construccioacuten (53) (Ortiz
2017)
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016)
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz 2017)
Pequentildeas minas ilegales
Tipo de material
31
22 Antecedentes teoacutericos
Durante los uacuteltimos antildeos los resultados de las investigaciones en el tema del uso de fibras
naturales en concretos en este caso el uso de cascarilla de cafeacute hacen eacutenfasis en el impacto
que genera de forma positiva el uso de fibras naturales tanto en la reduccioacuten de gasto de
recursos medioambientales como el factor econoacutemico en la construccioacuten Se pondraacuten a
continuacioacuten en manifiesto las investigaciones y sus alcances donde los grupos de trabajo e
investigadores dejan en evidencia los ensayos y pruebas que dan a conocer un nuevo punto de
vista y un resultado viable para las innovaciones en materia de construccioacuten y la sostenibilidad
ldquoLos bloques con cascarilla de cafeacute presentaron mayor resistencia que los mismos hechos con
cascarilla de cafeacute molida esto es debido a que sus partiacuteculas son maacutes pequentildeas y por lo tanto
necesitan de mayor cantidad de cemento para ser cubiertas Seguacuten los datos obtenidos en el
anaacutelisis de resistencia a la compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje
de cascarilla tienen las menores resistenciasrdquo (Mercado 2012)
ldquoLa falta de materiales de construccioacuten que sean accesibles y autosustentables provocan la
escasez de vivienda digna en Meacutexico Por otro lado en zonas cafetaleras de Meacutexico el
desecho del cafeacute (la cereza o cascarilla) alcanza a ser de una tonelada anual lo cual genera
desperdicio que podriacutea ser utilizado para la construccioacutenrdquo (Cantu et al 2014)
Lo que maacutes ha impulsado a la innovacioacuten de nuevos materiales en nuestros tiempos es
inicialmente los costos tan elevados que conlleva el campo de la construccioacuten es una idea auacuten
dominante y en segunda instancia el impacto ambiental que estaacute dejando la utilizacioacuten de
recursos naturales para el desarrollo de estos materiales con iniciativas como la utilizacioacuten de
residuos tanto orgaacutenicos como inorgaacutenicos se han generado grandes iniciativas a favor del
ambiente y la reduccioacuten de elevados costos
El Mercado Central de Buenos Aires intenta buscar formas de reciclar residuos orgaacutenicos es
asiacute como Fabiaacuten Dragone presidente de la Corporacioacuten del Mercado Central afirma ldquoEn el
futuro cada uno va a tener que hacerse cargo de sus residuosrdquo Es asiacute como impulsando el
reciclado de residuos para fabricar materiales de construccioacuten desean volver inerte el material
32
orgaacutenico para de esta manera reconvertirlo en baldosas o bloques para la construccioacuten
(INFOREGIOacuteN 2007)
Actualmente los costos de materiales de construccioacuten de vivienda son altos y cada diacutea tienden
a incrementarse Ante esta problemaacutetica se plantea como una manera de contribuir a su
solucioacuten el analizar y proponer nuevas alternativas de materias primas en la construccioacuten que
permitan obtener una reduccioacuten en los costos con el cumplimiento de las normas y
especificaciones de resistencia y seguridad (Roque amp Medrano 2012)
Antecedentes internacionales 221
- Cantu Mariza Maciel Mariana Mangino Marisuacute Planas Alejandra Romero Carolina
Saacutenchez Rociacuteo (Cantu et al 2014) Investigacioacuten realizada en la Universidad
Autoacutenoma de Meacutexico tiene como objetivo desarrollar una propuesta de un material de
construccioacuten ecoloacutegico para las comunidades cafetales de Meacutexico Los materiales
principales fueron cereza de cafeacute caneacutefora silicato de sodio y carbonato de calcio Las
pruebas a realizar fueron base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo base de
ladrillos con cascarilla de cafeacute entera absorcioacuten presioacuten maacutexima sostenida por cada
ladrillo en la prueba de compresioacuten prueba de absorcioacuten prueba de combustioacuten y
prueba de resistencia
33
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de
cafeacute
Carbonato de
calcio
65gr
10gr
625gr
75gr
60gr
5gr
577gr
25gr
Esta base fue combinada con el silicato de sodio como se muestra en la siguiente tabla
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014)
34
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
COMPOSICIOacuteN 1 2 3 4
Silicato de sodio
Base
100gr
25gr
100gr
134gr
100gr
25gr
100gr
20gr
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de cafeacute 65gr 3125gr 60gr 219gr
Carbonato de
calcio 5gr 75gr 5gr 25gr
Despueacutes de realizar este meacutetodo experimental se puede concluir que efectivamente se puede
elaborar un material de construccioacuten a partir de la cascarilla de cafeacute pues mezclada con silicato
de sodio y carbonato de calcio se logroacute tener las propiedades de un ladrillo Los ladrillos
elaborados con cascarilla molida tardan maacutes en secarse a temperatura ambiente Despueacutes de
8 semanas se encontroacute que tienen alta dureza y resistencia
De forma general se puede concluir que el ladrillo con mayor concentracioacuten de carbonato de
calcio tuvo buenos resultados en la mayoriacutea de las pruebas y es una alternativa como material
de construccioacuten que supone un beneficio econoacutemico y ecoloacutegico (Cantu et al 2014)
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Observaciones
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
La muestra mantuvo su
estructura composicioacuten y dureza
Esta muestra aumento 24 de su
peso inicial (peso final de
9607gr)
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Presioacuten alcanzada antes
de quebrarse 4KN 3KN 37KN
35
- Edwin Rimay Vaacutesquez (2017) en su tesis ldquoDisentildeo de concreto fibroreforzado de FacuteC=
250 kgcm2 con fibra vegetal en la ciudad de Jaeacutenrdquo para optar el tiacutetulo de Ingeniero civil
de la Universidad Nacional de Cajamarca del Peruacute determinoacute la influencia en las
propiedades fiacutesicas y mecaacutenicas del concreto reforzado con fibras vegetales (cascarilla
de arroz) al considerar que el uso de la cascarilla de arroz podriacutea aumentar la
resistencia en el concreto y paralelo disminuir su costo de produccioacuten estudiando el
comportamiento fiacutesico y mecaacutenico del concreto
- Concluye que la adicioacuten oacuteptima de la cascarilla de arroz para obtener una resistencia a
la compresioacuten similar al disentildeo patroacuten es de 10kgm3 ya que a mayor adicioacuten
disminuye draacutesticamente no solamente su resistencia a la compresioacuten sino tambieacuten a la
traccioacuten por lo que recomienda realizar un estudio de preservacioacuten de la fibra vegetal
antes de adicionar al concreto convencional para aumentar su durabilidad a la vez que
realizar pruebas acuacutesticas y teacutermicas es otra recomendacioacuten para asiacute conocer a fondo
este tipo de concreto y llegar a inferir sobre las aplicaciones que podriacutea llegar a tener el
nivel de productividad y estudiar la posibilidad de la validez de la adicioacuten de la cascarilla
de arroz con concreto conformado por cemento maacutes agregado finos con fines de
controlar las fisuras (ref2)
- Por su parte Jimmy Sierra Hyman Roque Jared Medrano (2012) desarrollaron una
investigacioacuten que contoacute con el apoyo teacutecnico y financiero de la fundacioacuten para el
desarrollo tecnoloacutegico Agropecuario y Forestal de Nicaragua (FUNICA) con la finalidad
de aprovechar la cascarilla de cafeacute en la elaboracioacuten de materiales de construccioacuten Se
utilizaron diferentes proporciones para la fabricacioacuten del bioconcreto La proporcioacuten
142 indica que se utilizoacute una parte de cemento cuatro partes de arena y dos partes de
material cero para la proporcioacuten 133 significa que se empleoacute una parte de cemento
tres partes de arena y tres partes de material cero La cantidad de muestras que se
realizaron fueron 18 para la dosificacioacuten de 142 para luego realizar las mediciones de
la resistencia de los bloques a los 14 y 28 diacuteas Esto se comparoacute con la otra dosificacioacuten
de 133 a la cual tambieacuten se le realizaron 18 muestras
Para cada dosificacioacuten de 6 muestras se le fue agregando cascarilla en porcentaje de
19 20 y 30 Se puede apreciar en la siguiente tabla que la cascarilla de cafeacute en su
36
estado natural o molida se comporta similar al aacuterido fino es por ello que en las
dosificaciones se utilizoacute para disminuir la arena
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012)
MATERIALES QUE PASA POR TAMIZ
38acute Ndeg4 Ndeg8 Ndeg16 Ndeg30 Ndeg50 Ndeg100 Ndeg200 MF
Arena 99 9287 7281 4543 2426 482 08 006 359
Material cero 100 9741 5288 2252 868
24 005 0 417
Cascarilla de
cafeacute 100 9666 4485 1143 255 045 008 0 444
Cascarilla cafeacute
molida 952 756 4376 1666 331 033 0 365
Se concluye que el material cero es considerado un agregado fino debido a que en la
prueba granulomeacutetrica pasoacute por todas las mallas del agregado grueso La mejor
proporcioacuten para esta investigacioacuten se considera que fue 133 cumpliendo los
estaacutendares de calidad la proporcioacuten de la cascarilla es del 10 dando como resultado
4420kgcm2 seguacuten las normas de la ASTM
Los datos de resistencias reflejaron que el curado es determinante para obtener
mayores resistencias ya que entre el curado de 14 diacuteas y el de 28 diacuteas hay diferencias
considerables Seguacuten los resultados que obtuvieron en los ensayos de resistencia al a
compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje de cascarilla tienen
las menores resistencias (Roque amp Medrano 2012) (ref3)
37
Antecedentes nacionales 222
- Garciacutea Carlos Daniel Olaya Julio Mario (2011) Estudiantes que realizaron este trabajo
que hace parte de la liacutenea de investigacioacuten sobre materiales de construccioacuten han
venido trabajando la seccioacuten de construcciones agriacutecolas del Departamento de
Ingenieriacutea Agriacutecola de la Universidad Nacional de Colombia Ahondar en un material de
comuacuten conocimiento y aplicacioacuten pero que dosificado con aacuteridos orgaacutenicos provenientes
de desechos de las agroindustrias como el caso de la cascarilla o cisco de cafeacute no
teniacutean conocimiento de su comportamiento mecaacutenico ni de sus propiedades teacutermicas
Los materiales a utilizar fueron
Cascarilla de cafeacute (Tabla 7 materiales de desperdicios obtenidos en el beneficio de un kilogramo de cafeacute cereza)
Cal agriacutecola
Cemento
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus materiales de
desperdicio(Garcia amp Olaya 2011)
PROCESO PERDIDA(GRS) MATERIALES
Despulpado
Fermentacioacuten
Trilla
Secado
Torrefaccioacuten
Preparacioacuten de la bebida
Peacuterdida total
394
216
35
171
22
104
942
Pulpa fresca
Muciacutelago
Cascarilla
Agua
Cafeiacutena y sustancias volaacutetiles
Borra
PRUEBAS
1 Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale en la trilladora en
una solucioacuten de agua cemento al 5 en peso durante 30min Agitado constante
2 Se disentildearon mezclas con diferentes combinaciones de relacioacuten agua-cemento
3 Ensayos de compresioacuten
4 Ensayos de conductividad teacutermica
38
RESULTADOS
El asentamiento contraccioacuten longitudinal y volumeacutetrica la resistencia a la compresioacuten
la conductividad teacutermica y el moacutedulo de rotura se muestran en tabla 2 y 3
correspondiendo cada una a los dos estados de manejo de la cascarilla sin tratar y
mineralizada
Con el tratamiento mineralizante de la cascarilla se aumenta el peso especiacutefico
aparente seco en un 12 debido a que se disminuye el volumen de poros de eacutesta se
disminuye el peso unitario suelto en un 23 porque se dificulta el acomodamiento de la
cascarilla como consecuencia de la rigidez que adquiere y se produce una disminucioacuten
en la absorcioacuten en un 10 causada por la disminucioacuten en el volumen de poros El
hormigoacuten ligero con cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico ya que los valores
obtenidos de conductividad teacutermica (K) para as diferentes mezclas ensayadas son
menores a los que se obtienen para el hormigoacuten con cascarilla de arroz
RECOMENDACIONES
Cuando se utiliza cascarilla mineralizada se disminuye la manejabilidad de la mezcla
(AC=05 Y cemento cascarilla =14) hasta el punto de no poder determinar su
asentamiento se disminuye el tiempo de fraguado a 24 horas de fundida la mezcla y se
produce un aumento de resistencia a la compresioacuten a los siete diacuteas del 50
Es recomendable investigar maacutes a fondo el tratamiento mineralizante de la cascarilla
teniendo en cuenta que al calentar la mezcla (cascarilla-agua-mineralizante) disminuiraacute
el tiempo de mineralizacioacuten y aumentariacutea la calidad de los resultados (Garcia amp Olaya
2011) (ref4)
- Riacuteos Juan Carlos Aguirre Mauricio Munera Daniela (2015) El objetivo de esta
investigacioacuten consistioacute en utilizar un material de construccioacuten alternativo que sea
sostenible Uno de los residuos del cafeacute es la cascarilla la cual se utilizoacute en esta
investigacioacuten para el usoacute del concreto con el fin de reducir los costos de produccioacuten del
mismo e impactar de forma positiva al medio ambiente
39
Los materiales que utilizaron fueron
CASCARILLA DE CAFEacute seleccionada del tipo de cafeacute factor 85 del municipio de
Ciudad Boliacutevar (suroeste antioquentildeo) secada en un horno a 55deg durante 25 horas
proceso propio del cafeacute para evitar que se degrade
CEMENTO PORTLAND Tipo I
CLORURO CAacuteLCICO
PRUEBAS 5 Cilindros 1 Muestra de concreto sin adicioacuten de cascarilla de cafeacute (Muestra
patroacuten) (M1) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un 15 de relacioacuten de
volumen respecto al cemento (M2) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un
15 de relacioacuten de peso respecto al cemento (M3) se caracterizaron las arenas y triturado
empleado en la elaboracioacuten de mezclas utilizando las mallas recomendadas por la norma 174
dada por Icontec (2000)
RESULTADOS
El comportamiento de la cascarilla de cafeacute para mejorar o igualar la resistencia de concreto no
se obtuvo como se esperaba debido a que es necesario hacer un proceso maacutes elaborado a la
cascarilla para que tenga un comportamiento oacuteptimo es necesario darle un tratamiento previo
para brindarle una proteccioacuten contra el medio alcalino de la pasta de cemento Se observa
como la presencia de cascarilla de cafeacute reduce la energiacutea embebida presente en las muestras
en relacioacuten al concreto aunque un caacutelculo maacutes exacto seria tener en cuenta la energiacutea
embebida de la cascarilla pero para este trabajo no fue posible contar con este dato pero por
experiencia con otras fibras seriacutea un valor menor al del concreto lo que sigue arrojando un valor
menor
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015)
CARACTERIacuteSTICA M1 M2 M3
Aacuterea (m2)
Volumen (m3)
Peso (Kg)
1767
4948
1262
1767
51247
123
1767
53014
878
40
Carga (KN)
Densidad (gcm3)
Presioacuten (Mpa)
5895
255
3336
3248
24
184
83
165
047
Se concluye que para el uso de materiales naturales como en este caso cascarilla de cafeacute es
necesario hacer un recubrimiento para brindar proteccioacuten frente al medio alcalino del cemento
lo cual se puede hacer con aceite de linaza aceite de linaza + resina natural parafina parafina
+ resina natural sellador para madera o creosota
Los materiales alternativos son maacutes econoacutemicos que los utilizados tradicionalmente La
presencia de la cascarilla de cafeacute reduce el consumo de energiacuteas para la elaboracioacuten del
concreto (RIOS et al 2015) (ref5)
- Carvajal Corredor Ivaacuten Leonardo y Terreros Rojas Luis Eduardo (2016) Realizaron un
trabajo de Investigacioacuten para el programa de ingenieriacutea civil de la Universidad Catoacutelica
de Colombia ldquoAnalisis de las propiedades mecaacutenicas de un concreto convencional
adicionando fibra de caacutentildeamordquo con el objetivo de determinar y analizar las propiedades
mecaacutenicas (compresioacuten y flexioacuten) de un concreto convencional adicionando fibra de
caacutentildeamo en condiciones normales y asiacute establecer las condiciones en que se va a
trabajar la fibra adicionaacutendola al concreto
Se elaboraron 12 especiacutemenes ciliacutendricos 6 con fibra de caacutentildeamo y 6 normales con el
fin de obtener la resistencia a la compresioacuten a los 7 diacuteas 14 diacuteas y 28 diacuteas igualmente
se elaboraron 2 viguetas adicionando fibra de caacutentildeamo para determinar la resistencia a
la flexioacuten a los 28 diacuteas todo siguiendo la norma INV E seccioacuten 400 - concreto
hidraacuteulico Como se evaluaron unos concretos con fibra y otro normales a los que se le
adiciono fibra la cual con anterioridad se tratoacute con la cal hidratada seguacuten las
investigaciones de Quintero y Gonzaacutelez (2006) se sumerge la fibra en una lechada de
cal (10g por litro de agua) durante 48 horas
Se concluyoacute que por medio de un disentildeo de mezcla elaborado a partir del meacutetodo de
peso y volumen absoluto utilizando los datos suministrados de la empresa CEMEX
Colombia SA y Concrescol SA se logroacute con precisioacuten la resistencia a la compresioacuten
esperada a los 28 diacuteas En los primeros 7 diacuteas el concreto con fibra de caacutentildeamo supero
41
la resistencia del concreto normal con un 7875 de la resistencia esperada y con una
diferencia promedio entre los dos concretos de 120 psi a los 28 diacuteas el concreto con
fibra presento una tendencia totalmente diferente pues se esperaba que este superara
la resistencia de 4000 psi donde igualo la resistencia alcanzada del concreto normal
donde el concreto normal llego con una resistencia de 10034 y el concreto con fibra
llego a un 10049 frente a la resistencia calculada en el disentildeo de mezcla (Terreros
Rojas amp Carvajal Corredor 2016) (ref6)
42
DOSIFICACIOacuteN DE
HORMIGONES
LIGEROS CON
CASCARILLA DE CAFEacute
APROVECHAMIENTO
DE LA CASCARILLA
DE CAFEacute EN LA
ELABORACIOacuteN DE
MATERIALES DE
CONSTRUCCIOacuteN
FIBRA DE CAFEacute
INVESTIGATING
EFFECTS OF COFFEE
HUSK ASH AS PARTIAL
REPLACEMENT OF
CEMENT IN CONCRETE
GRADE C25
MEacuteXICO COLOMBIA N D COLOMBIA
Como material
mineralizante es maacutes
econoacutemico el cemento que
la cal agriacutecola con mejores
resistencias a la compresioacuten
Cuando se utiliza cascarilla
mineralizada se disminuye
la manejabilidad de la
mezcla Calentar la mezcla
(cascarilla- agua-
mineralizante) aumentara la
calidad de los resultados
-Resistencia a la
compresioacuten las
dosificaciones con mayor
porcentaje de cascarilla
tienen las menores
resistencias -Los bloques no son
recomendables
emplearlos en obras
civiles que alberguen
mucha poblacioacuten
La resistencia no
resulto como se esperaba
para ello la cascarilla
necesita un proceso previo
para brindarle una
proteccioacuten contra el medio
alcalino La presencia de
la cascarilla de cafeacute reduce
el consumo de energiacuteas
para la elaboracioacuten del
concreto
-El hormigoacuten se vuelve
menos viable a medida
que aumenta el porcentaje
de CHA -Resistencia a la
compresioacuten aumenta con
el periacuteodo de curado y
disminuye con el aumento
de CHA -Soacutelo un 5 de
sustitucioacuten CHA es
adecuada para disfrutar del
maacuteximo beneficio de la
ganancia de fuerza
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo
e impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Desarrollar una propuesta
de un material de
construccioacuten ecoloacutegico
para las comunidades
cafetales de Meacutexico
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo e
impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Ahondar en un material
de comuacuten conocimiento y
aplicacioacuten pero que
dosificado con aacuteridos
orgaacutenicos provenientes de
desechos de la
agroindustria
2011
2012
2014
2015
DISENtildeO DE CONCRETO
FIBROREFORZADO DE
FrsquoC=250KGCM2CON
FIBRA VEGETAL EN LA
CIUDAD DE JAEacuteN
PERUacute
En el anaacutelisis de fisuras se
observa que el ancho de
fisuras disminuye con
respecto al concreto patroacuten
en un 6366 6476 y en
un 4837para los concretos
con 10kgm3 20kgm3 y
30kgm3de adicioacuten de
cascarilla de arroz
respectivamente se puede
concluir que la adicioacuten de
cascarilla de arroz favorece
a la disminucioacuten de las
fisuras originadas en el
concreto
Determinar la influencia
en las propiedades fiacutesicas
y mecaacutenicas del concreto
reforzado con fibras
vegetales (cascarilla de
arroz)
2017
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
43
23 Bases teoacutericas
Concreto 231
Material compuesto que consiste en un medio adherente en el que estaacuten embebidas partiacuteculas
o fragmentos de agregados Es una mezcla compuesta por los agregados de arena piedra
agua y cemento inicialmente tienen caracteriacutesticas de plasticidad y moldeabilidad y con
posterioridad su estado fiacutesico seraacute endurecer y adquirir propiedades resistentes permanentes
El concreto es el material maacutes usado en el mundo despueacutes del agua (Neville 1999) La
versatilidad es la importancia que radica en el concreto llevaacutendolo a altos desempentildeos usos y
aplicaciones
2311 Propiedades
Las siguientes son las ventajas que hacen del concreto un material imprescindible para la
construccioacuten y un material que responde aacutegilmente a los principales desafiacuteos de la
infraestructura son
- Capacidad de resistir a una gran variedad de condiciones climaacuteticas durante todo su
tiempo de vida uacutetil
- Material de alta disponibilidad puede ser fabricado en cualquier parte del mundo
optimizando los costos
- Su maleabilidad permite variaciones esteacuteticas y arquitectoacutenicas
- En aplicaciones de infraestructura el uso de concreto es insustituible
Todas estas caracteriacutesticas han permitido el desarrollo de grandes obras e infraestructuras a
nivel mundial cuyo eacutexito estaacute ligado a la implementacioacuten de avanzadas tecnologiacuteas en
materiales de construccioacuten (Ceballos Arana 2016)
44
Concreto fresco 232
Etapa en la cual el concreto se puede transportar colocar en una formaleta y realizar los
procesos de vibracioacuten Las propiedades en estado fresco deben permitir que se llene
adecuadamente las formaletas y los espacios alrededor del acero de refuerzo asiacute como
tambieacuten obtener una masa homogeacutenea sin grandes burbujas de aire atrapada Esta propiedad
se puede determinar mediante varios meacutetodos de ensayo como son la manejabilidad
segregacioacuten exudacioacuten masa unitaria contenido de aire y contenido de agua (Guzmaacuten 2001)
Concreto endurecido 233
Es la etapa en la cual el concreto adquiere sus caracteriacutesticas potenciales de resistencia
maacutexima En general las propiedades mecaacutenicas del concreto dependen en gran medida por la
resistencia de la pasta endurecida los agregados y la interface pasta ndash agregados los cuales a
su vez son modificadas por los procesos de colocacioacuten y condiciones de curado (Guzmaacuten
2001) Cuando ya ha fraguado presenta las siguientes propiedades
a) Resistencia
b) Resistencia a la compresioacuten
c) Impermeabilidad y estanquidad
d) Durabilidad
24 Componentes del concreto
Cemento 241
Un cemento se define como un material con propiedades adhesivas y cohesivas que le dan la
capacidad de unir fragmentos soacutelidos para formar un material resistente y durable Sin embargo
esta definicioacuten incluye gran cantidad de materiales cementantes y los que realmente importan
desde el punto de vista de la construccioacuten son los cementos hidraacuteulicos llamados asiacute porque
tienen la peculiaridad de desarrollar sus propiedades (fraguado y endurecimiento) cuando se
encuentran en presencia de agua en virtud a que experimentan una reaccioacuten quiacutemica con ella
45
El cemento constituye entre el 7 y 15 de volumen total de la mezcla y por tanto influye en
todas sus caracteriacutesticas ((ASOCRETO) nd)
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd)
TIPO APLICACIOacuteN
TIPO I
Tipo IA
TIPO II
Tipo IIA
TIPO III
TipoIIIAMem
gt
TIPO IV
TIPO V
Para usar cuando no se requieran las propiedades especiales especificadas
para cualquier otro tipo
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo I donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para uso general maacutes especiacuteficamente cuando se desea resistencia
moderada a los sulfatos o calor de hidratacioacuten moderado
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo II donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea alta resistencia inicial o temprana
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo III donde
se desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea bajo calor de hidratacioacuten
Para usar cuando se desea alta resistencia a los sulfatos
Agua 242
Por lo general se recomienda que el agua sea potable y que no tenga un pronunciado olor o
sabor para que pueda usarse como agua de mezclado o curado en el concreto o el mortero
sin embargo esto no es rigurosamente cierto debido a que dentro del agua potable se pueden
encontrar disueltas en altas concentraciones sales ciacutetricos azuacutecares entre otros que pueden
ser perjudiciales para el concreto o el mortero de otra parte el agua que puede ser adecuada
para el concreto o mortero no necesariamente debe ser buena para beber (Diego Saacutenchez De
Guzmaacuten 2011)
El agua de mezcla cumple dos funciones muy importantes permitir la hidratacioacuten del cemento y
hacer la mezcla manejable De toda el agua que se emplea en la preparacioacuten de un mortero o
un concreto parte hidrata el cemento el resto no presenta ninguna alteracioacuten y con el tiempo
se evapora como ocupaba un espacio dentro de la mezcla al evaporarse deja vaciacuteos los
cuales disminuyen la resistencia y al durabilidad del mortero o del hormigoacuten (Rivera L nd)
46
Agregados 243
Como agregados de las mezclas de mortero o concreto se pueden considerar todos aquellos
materiales que han tenido una resistencia propia suficiente (resistencia de la partiacutecula) no
perturben ni afecten desfavorablemente las propiedades y caracteriacutesticas de las mezclas y
garanticen una adherencia suficiente con la pasta endurecida del cemento Portland
La fraccioacuten fina de los suelos gruesos cuyas partiacuteculas tienen un tamantildeo inferior a 476 mm
(tamiz No4) y no menor de 0074mm (tamiz No 200) es lo que comuacutenmente se denomina
AGREGADO FINO y la fraccioacuten gruesa o sea aquellas partiacuteculas que tienen un tamantildeo
superior a 476mm (tamiz No 4) denominado AGREGADO GRUESO (Rivera L 2006)
25 Normativas para ensayos
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017)
ENSAYO NORMATIVA
Agregados
Muestreo de agregados
Peso especiacutefico y absorcioacuten
Contenido de humedad
Anaacutelisis granulomeacutetrico
Cantidad de material fino que pasa el Tamiz Ndeg200
Peso unitario
Concreto
Muestreo de concreto freso
Asentamiento-slump
Peso unitario rendimiento
Elaboracioacuten y curado de muestras de concreto para
ensayos de laboratorio
Resistencia a compresioacuten
Testigos ciliacutendricos
Cemento
Densidad del cemento Portland
ASTM
D-75
C-127
C-128
C-566
C-136
C117
C-29
C-172
C-143
C-138
C192
C-39
C-188
NTP
400010
400021
400022
339185
400012
339132
400017
339036
339035
339046
339183
339034
334005
47
26 Fibras en el concreto
El uso de las fibras naturales como un componente maacutes en materiales de relleno o
aglomerantes no es nuevo se remonta a varios siglos atraacutes En concreto existen referencias
tempranas de experimentacioacuten con un refuerzo discontinuo (clavos segmentos de cable
ganchos) que se remontan a 1910 Probablemente el uso maacutes extendido de las fibras como un
componente maacutes en materiales aglomerantes haya sido su uso en elementos como tejas o
prefabricados de asbesto cemento En este caso las fibras de asbesto le conferiacutean al material
el monolitismo y la resistencia a la tensioacuten buscada sin embargo por consideraciones de salud
estas fibras de asbesto han sido sustituidas por otras de diferentes materiales que no tienen
ninguacuten efecto sobre la salud humana (Imcyc 2007)
Las fibras para concreto se adicionan normalmente en bajos voluacutemenes (frecuentemente
menos del 1) y han mostrado eficiencia en el control de la fisuracioacuten por contraccioacuten del
concreto Las fibras no alteran considerablemente la contraccioacuten libre de concreto y si son
empleadas en cantidades adecuadas pueden aumentar la resistencia al agrietamiento y
disminuir la abertura de las fisuras Las fibras para concreto generalmente son de acero
plaacutestico vidrio de materiales naturales (celulosa de madera) y sistemas muacuteltiples disponibles
en una amplia variedad de formas tamantildeos y espesores (DIFICONSA nd)
Clasificacioacuten de fibras 261
Como refuerzo secundario para concreto en general pueden clasificarse seguacuten diferentes
consideraciones (ASTMC 1116 EN 14889 EN 14889-2 ver normas actuales que rigen el
empleo de las fibras paacuteg26) hoy en diacutea se emplean principalmente dos tipos de clasificacioacuten
asiacute
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007)
CLASIFICACIOacuteN DESCRIPCIOacuteN
Material
Metaacutelicas
Sinteacuteticas
Secciones discretas de metal que tienen una relacioacuten de
aspecto (relacioacuten entre la longitud y el diaacutemetro) que va
desde 20 hasta 100 Estas fibras son de acero (en
general de bajo contenido de carboacuten)
Secciones discretas que se distribuyen aleatoriamente
dentro del concreto que pueden estar compuestas por
Acriacutelico Aramid Carboacuten Polipropileno Poliestileno
Nylon Poliester etc
48
Vidrio
Naturales
Funcionalidad geometriacutea y dosificacioacuten
Microfibras
Macrofibras
Secciones discretas de fibra de vidrio resistentes al
aacutelcali
Secciones discretas de origen como coco sisal madera
cantildea de azuacutecar yute bambuacute etc Cuyos diaacutemetros
variacutean entre 05 y 02 mm con valores de absorcioacuten
superiores al 12
Estas fibras estaacuten destinadas a evitar la fisuracioacuten del
concreto en estado fresco o antes de las 24 horas Se
dosifican en el concreto para voluacutemenes entre 003 a
015 del mismo
Estas fibras estaacuten destinadas a prevenir la fisuracioacuten en
estado endurecido a reducir el ancho de la fisura si eacutesta
se presenta y a permitir el adecuado funcionamiento de
la estructura fisurada Las dosificaciones maacutes
frecuentes oscilan entre 02 a 08 del volumen del
concreto Las macrofibras maacutes usadas son las sinteacuteticas
y las metaacutelicas cuyos diaacutemetros variacutean entre 005 mm a
200mm La relacioacuten de aspecto (Ld) de las
macrofibras variacutea entre 20 a 100
2611 Uso en la construccioacuten
El ACI clasifica a las fibras de acuerdo al uso en la construccioacuten dividieacutendolos de la siguiente
manera
- Fibra de acero (FA)
- Fibra de vidrio (FV)
- Fibra sinteacutetica (FSN)
- Fibra natural (FN) (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
27 Concreto reforzado con fibras vegetales
Concretos donde su composicioacuten estaacute formada de pasta base cementante agregados fino
agregado grueso con adecuadas adiciones de fibras Seguacuten la definicioacuten del ACI (American
Concrete Institute) no es maacutes que concreto hecho a partir de cementos hidraacuteulicos
conteniendo agregados finos y gruesos y fibras discretas discontinuas
49
Fibras vegetales 271
Los oacuterganos las secciones y las fibras de las plantas son denominados fibras vegetales se
pueden definir como todos los elementos estructurales que hacen parte de los tejidos orgaacutenicos
de las plantas y constituyen su esqueleto Los factores que definen el nivel de consistencia de
cada una de las fibras dependen del oacutergano o tejido del cual sean extraiacutedos y del grado de
unioacuten entre ellos La longitud y la forma de los cordones de fibras tambieacuten variacutean dependiendo
de esos mismos factores (Artesaniacutea 2014)
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) ORIGEN DE LAS
FIBRAS TIPO
Semillas
Tallos
Fruto
De la cascara y fruto
El algodoacuten
Capoc o Kapok
Lino
Caacutentildeamo
Yute
Ramio
Albaca
Sisal
Rafia
Bambuacute
Coco
Cereales Arroz avena centeno cebada trigo
Las fibras en el concreto tienen como funcioacuten principal mejorar la resistencia a traccioacuten y evitar
el agrietamiento cuando las fibras pierden su resistencia el producto es equivalente a un
concreto no reforzado Sin embargo en ese momento el concreto habraacute alcanzado su
resistencia total y como el agrietamiento se ha evitado en las etapas iniciales podriacutea ser maacutes
resistente que un producto similar hecho sin refuerzo
Aproximadamente el contenido general de fibra vegetal es del 1 a 2 del peso no seraacute nunca
del volumen ya que las densidades de las fibras pueden variar grandemente (Stulz amp Mukerji
1993)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 272
Dentro de las caracteriacutesticas maacutes importantes del concreto estaacuten las siguientes
50
2721 Resistencia a la compresioacuten
El uso de las fibras no tolera incrementos significativos en este ensayo En sus resultados
puede haber una leve variacioacuten tanto en el incremento como en el decremento en la
resistencia
Es importante el tamantildeo de las probetas cuanto menor sea se obtendraacuten mayores
resistencias a la compresioacuten debido a que se acentuacutea un alineamiento preferente de las fibras
A medida que aumente la longitud de la fibra el efecto seraacute mucho maacutes sensible (ACI 544-1R)
(American Concrete Institute (Aci) 2009)
2721 Resistencia al impacto
Los concretos reforzados con fibras presentan caracteriacutesticas principales como su resistencia a
los impactos por absorcioacuten de energiacutea adicional a esto presentan una menor tendencia a la
desfragmentacioacuten y al desprendimiento (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
2722 Resistencia a la flexioacuten
L a resistencia a la flexo traccioacuten es evidentemente mayor que la resistencia a la compresioacuten y
traccioacuten debido al comportamiento duacutectil del concreto reforzado con fibra en la zona fisurada
por traccioacuten desarrollando resistencias residuales (Carvajal 2015)
Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras 273vegetales
La funcioacuten principal de las fibras vegetales que se agregan es de soportar las tracciones
despueacutes de la primera fisura del concreto teniendo presente que el aporte de refuerzo de las
fibras es diferente a la del armado convencional de acero
En el momento que aparece una fisura las fibras quedan expuestas siendo estas las
responsables de mantener el elemento adherido Teniendo como resultado que las fibras
actuantes tengan diferentes esfuerzos al momento de la fisura La curva caracteriacutestica Carga
Vs Deflexioacuten en concretos reforzado con fibras sometidas a ensayos de traccioacuten por flexioacuten
se puede observar en la figura 4 (Carvajal 2015)
51
Lograr una buena homogenizacioacuten de la fibra vegetal en la elaboracioacuten de la mezcla
garantizara una buena distribucioacuten organizacioacuten y adecuada orientacioacuten de la fibra aportando
asiacute en su resistencia siendo lo contrario se podriacutea suponer que su contribucioacuten al concreto sea
nula (Carvajal 2015)
Las caracteriacutesticas que se potencializan al emplear adiciones de fibra vegetal en los concretos
son la resistencia y durabilidad La fibra ayuda a cohesionar el material entre sus agregados
con esto evitando la segregacioacuten del agregado
Normativa de concreto con agregados vegetales 274
Se tiene como referencia para esta investigacioacuten la normativa del Instituto Americano del
Concreto (ACI) y la sociedad Estadounidense para pruebas y materiales (ASTM) dentro de las
cuales se otorgan una serie de paraacutemetros para el disentildeo de concretos reforzados con fibras
teniendo presente las caracteriacutesticas a las cuales se deben regir los materiales que son
utilizados en las mezclas de concretos
El documento ACI 544R-96 informe sobre hormigoacuten armado con Fibra Homologar (2009) es
una guiacutea potencial para el disentildeo de concretos con fibras naturales Dentro del informe ACI
544 se puede encontrar una descripcioacuten del tipo de fibras referenciando consigo meacutetodos
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras (Carvajal 2015)
52
proporciones practicas materiales y necesidades para el tipo de investigacioacuten incluyendo los
concretos reforzado con fibra natural (American Concrete Institute (ACI) 2009)
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras
Tuacuteneles 281
El uso de fibras de acero para el revestimiento de tuacuteneles hadado importantes resultados
tanto en su colocacioacuten como en su desempentildeo estructural logrando alcanzar una alta
resistencia en pocas horas El uso de las fibras de acero en el concreto ha dado una pauta para
obviar el uso de malla electro soldada ya que las fibras logran cubrir esta necesidad de
elementos de refuerzo en las obras de construccioacuten
Pavimentos 282
Se sabe que el concreto para el uso en pavimentos requiere de unas especificaciones
particulares para de esta manera lograr contrarrestar las fuertes exigencias estructurales entre
ellas las maacutes importantes
- Resistencia a flexo traccioacuten
- Resistencia a fatiga
- Trabajabilidad
- Miacutenima retraccioacuten
Otros usos 283
Las fibras hacen una fuerte participacioacuten en la elaboracioacuten de elementos prefabricados tal es
el caso de elaboracioacuten de placas de fachada tanques plantas industriales piscinas pisos
industriales canales muebles para parques piezas para el hogar entre otros
53
29 Concreto arquitectoacutenico
El concreto arquitectoacutenico es aquel que por siacute mismo o por medio del tratamiento superficial
que se le aplique permite ser el protagonista del aspecto acabado o si se quiere personalidad
de lo edificado sin dejar de lado su funcioacuten estructural (Cementos Argos SA 2010)
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018)
Prefabricados 291
Los prefabricados en concreto son una opcioacuten vanguardista que ademaacutes de ofrecer variedad
de usos permite ahorra tiempo y dinero Su durabilidad resistencia y versatilidad continuacutean
consolidaacutendolo como una de las mejores alternativas en la construccioacuten ((IMCYC) 2017)
La prefabricacioacuten es anterior a la industrializacioacuten considerando que el ladrillo fue el primer
elemento producido fuera de obra con sistemas que se han ido prolongando a traveacutes del
tiempo con nuevos meacutetodos procedimientos equipos materiales entre otros Es una manera
raacutepida moderna versaacutetil y energeacuteticamente eficiente forma de construir cualquier tipo de
edificacioacuten (Novas 2010)
2911 Clasificacioacuten
Estos elementos se clasificaraacuten dependiendo de variables como funcioacuten peso dimensiones
formato meacutetodo de produccioacuten materiales entre otros
ESTRUCTURALES URBANIacuteSTICOS ARQUITECTOacuteNICOS
Muros en Tilp Up
Muros de contencioacuten
Prefabricados
Columnas losas y vigas
Muros para sistema
industrializado de construccioacuten
de vivienda
Senderos peatonales y pisos
Elementos de amueblamiento
urbano
Aplicaciones en parques y espacio
puacuteblico
Elementos texturizados en
concreto
Fachadas
Decks
54
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010)
CLASIFICACIOacuteN DE PREFABRICADOS
Seguacuten el grado de prefabricacioacuten Parcial
Total
Seguacuten su funcioacuten Resistente
Cerramiento
Ornamental
Seguacuten su peso y dimensiones Livianos (˂30Kg)
Semipesados (˂500Kg)
Pesados (˃30Kg)
Seguacuten su formato Bloques
Paneles
Elementos lineales
Seguacuten su meacutetodo de ejecucioacuten Industrial a gran escala
Taller
Fabricacioacuten baja teacutecnica
Seguacuten sus materiales Hormigoacuten armado
Hormigoacuten pre ndash pos tensado
Acero
Aluminio
Madera
Plaacutestico
2912 Procesos de produccioacuten
29121 Encofrado
Elementos auxiliares destinamos al moldeo ldquoin siturdquo de concretos y morteros con el fin de
contener soportar y moldear el concreto fresco hasta su endurecimiento Estructuras
temporales su colocacioacuten tarda algunas horas y que en pocos diacuteas se desmontan para su
posterior reutilizacioacuten Para un faacutecil y adecuado desmonte sin afectar acabado yo color del
concreto se suele utilizar desmoldantes (barnices antiadherentes y preparados a base de
aceites solubles en agua) para simplificar el desencofrado y si son de madera se deben
humedecer antes para impedir que absorban agua del concreto (Piqueras 2017)
29122 Vaciado del concreto
Para efectos del vaciado del concreto se debe cumplir el Reglamento Colombiano de
Construccioacuten Sismo Resistente NSR-10 (Capitulo C5) y la norma NTC 3318 o ASTM C94 Se
debe recurrir a una serie de pasos anterior al vaciado los equipos de transporte deben estar
limpios el refuerzo libre de oacutexidos o grasas los encofrados recubiertos con desmoldante
55
ademaacutes no puede haber estancamientos de agua y en caso de tener superficies de concreto
colocado anteriormente que vayan a estar en contacto directo con el concreto nuevo deben
haber recibido el tratamiento de juntas especifico El concreto debe alcaacutezar una consistencia
que permita su colocacioacuten en todas las esquinas o aacutengulos de las formaletas alrededor del
refuerzo y de cualquier otro elemento embebido sin que haya segregacioacuten El concreto se
debe colocar tan pronto sea posible y nunca despueacutes de treinta minutos de preparada la
mezcla a menos que haya sido dosificada con alguacuten tipo de aditivo autorizado (SAOV 2018)
29123 Vibrado del concreto
Es vital este procedimiento durante la colocacioacuten del concreto este se debe colocar con la
ayuda de un equipo mecaacutenico de vibradores complementado por labores manuales esto con
el fin de eliminar la cantidad de aire que hay en la mezcla producido durante el vaciado
tambieacuten hace que se comporte como un liacutequido espeso y se consolide mejor Este
procedimiento debe complementarse golpeando exteriormente con martillo neumaacutetico o
usando varillas en las esquinas y aacutengulos de las formaletas mientras el concreto este todaviacutea
plaacutestico y manejable a fin de impedir vaciacuteos (SAOV 2018)
29124 Desencofrado
El desencofrado debe realizarse sin movimientos bruscos Se debe efectuar cuando el concreto
haya alcanzado la resistencia suficiente para soportar con seguridad su propia carga maacutes
cualquier otra que se quisiese sobreponer Teniendo en cuenta la normativa el ACI ldquoAmerican
Concrete Instituterdquo en su documento ACI 347R (Guide to form work for concret) recomienda
que se utilice el criterio de ganancia de resistencia que haya definido el ingeniero estructural
para determinar la edad del concreto para desencofrar (SAOV 2018)
2913 Ventajas ambientales
- Poco desperdicio de materiales debido a dosificaciones de mezclas maacutes precisas y
controladas
- Mayor posibilidad de reciclar desechos y aguas grises Una fraccioacuten de los agregados
puede estar constituida por concreto reciclado con el tratamiento adecuado
56
- Los componentes principales del concreto son obtenidos principalmente a nivel local lo
cual reduce los requerimientos de transporte energiacutea y emisiones asociadas a este
- En el sitio de obra se reduce el polvo escombros y otros desechos teniendo un control
y aprovechamiento total sobre ellos(Guerrero 2013)
210 Disentildeo Urbano
Espacio Puacuteblico 2101
El espacio puacuteblico moderno se define a partir de la separacioacuten formal entre la propiedad
privada urbana y la propiedad puacuteblica Tal separacioacuten normalmente supone reservar el suelo
libre de construcciones (excepto equipamientos colectivos y servicios puacuteblicos) para usos
sociales (esparcimiento actos colectivos transporte actividades culturales y a veces
comerciales etc) (Segovia y Neira 2005) Para un adecuado y apropiado disentildeo es
importante evaluar caracteriacutesticas sociales y las actividades para las cuales seraacuten disentildeadas
para asiacute corresponder a cada una de estas y asiacute satisfacer de manera oacuteptima duradera y
efectiva las necesidades que lo originaron
Pisos 2102
Dentro de las posibilidades que nos permite el concreto para moldearse esta esta teacutecnica la
cual consiste en estampar colorear y endurecer una superficie de concreto para obtener una
apariencia natural de materiales tales como ladrillo laja piedra o ceraacutemica permitiendo por su
versatilidad variedad de disentildeos y colores Es una teacutecnica de un gran valor arquitectoacutenico con
costos reducidos diversidad ideal para pisos veredas y accesos (Barbosa 2013)
21021 Usos
- Comerciales e industriales galeriacuteas supermercados complejos habitacionales plazas
aceras caminos senderos peatonales veredas estacionamientos y en general todo
tipo de piso con alto traacutensito vehicular y peatonal
57
- Residenciales pisos interiores o exteriores patios caminos interiores huellas zonas de
esparcimiento bordes de piscina escaleras garajes entre otros
21022 Ventajas
Los pisos de concreto estampado son logrados con un tratamiento que le confiere gran
resistencia a la superficie y con una terminacioacuten final con un sellador que protege los colores y
sella los poros del material Se evita la construccioacuten del contrapiso la carpeta de asiento y la
mezcla para la colocacioacuten del piso y queda libre de todo mantenimiento por muchos antildeos
(Barbosa 2013)
- Muacuteltiples opciones de colores
- Alternativas esteacuteticas
- Permite pulirse manteniendo su integridad
- Alternativa competitiva para acabados que simulen piedra natural madera baldosas
- Faacutecil y raacutepido de instalar en comparacioacuten con otras alternativas
- Menor manteamiento debido a tener un color integral
Seguacuten el color puede disminuir el efecto Isla de calor aumentar reflectividad y disminuir el consumo energeacutetico
Mobiliario Urbano 2103
El mobiliario urbano prescribe el espacio puacuteblico y se constituye en elemento esencial de la
identidad y el paisaje de las ciudades Se considera como elementos complementarios a
espacios de viacuteas parques alamedas caminos y aceras de uso puacuteblico con el fin de facilitar las
necesidades del ciudadano mejorando su calidad de vida en entornos favorables y a su vez
fomentando el uso adecuado de los espacios puacuteblicos para un bien general
21031 Clasificacioacuten seguacuten su funcioacuten
- Elementos de Iluminacioacuten columnas para laacutemparas farolas apliques balizas proyector
y focos
58
- Elementos de jardineriacutea y agua elementos que se relacionan con la vegetacioacuten y el
riego las fuentes y las evacuaciones de agua
- Elementos de comunicacioacuten estaacuten dados por los soportes para la comunicacioacuten como
sentildealizacioacuten informacioacuten o publicidad
- Elementos de servicios puacuteblicos mobiliario dirigido a satisfacer las necesidades
derivadas de los servicios puacuteblicos baacutesicos de la ciudad como son transporte la
telefoniacutea los estacionamientos para bicicletas vigilancia de playas y juegos infantiles
- Elementos Comerciales mobiliario destinado al uso comercial que tradicionalmente se
realiza en la viacutea puacuteblica kioscos de libros bares y puestos de mercado
- Elementos de limpieza indispensables en todo espacio puacuteblico para recoger la basura
maacutes diversa papeles vidrio metales plaacutesticos cartones pilas etc
- Elementos de Urbanizacioacuten y limitacioacuten Aquellos que por su extensioacuten pueden ofrecer
una visioacuten unitaria del territorio de la ciudad (rampa vehicular bordillos barandilla valla
barrera arquitectoacutenica bolardos bancos banquetas y sillas) (Rosas Chaves 2014)
Fachadas y elementos de concreto a la vista 2104
Su funcioacuten no solo es esteacutetica sino que debe garantizar un alto grado de proteccioacuten La
mezcla de concreto para estos elementos debe cumplir con determinadas caracteriacutesticas
especiales que le permitan estar expuesto a diferentes condiciones climaacuteticas El encofrado en
las estructuras de concreto arquitectoacutenico es de gran trascendencia dentro del proceso
constructivo pues ademaacutes de ser esencial para lograr una respuesta adecuada a nivel
estructural debe responder a las expectativas del disentildeador (Silva 2015)
Estampados 2105
Los acabados del concreto se clasifican en dos
59
21051 Acabados directos
Se entienden como superficies no tratadas aquellos que son dejados tal cual despueacutes del retiro
de las formaletas lo que determinan el aspecto de la superficie resultante (Cementos Argos
SA 2010)
21052 Acabados indirectos
Concretos cuyas superficies son tratadas despueacutes del desencofrado ya sea por medio
quiacutemicos o mecaacutenicos (comprende acabados cepillados allanados tratados con productos
quiacutemicos lavados con abrasivos tratados con herramientas tratamientos mixtos entre otros)
(Cementos Argos SA 2010)
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010)
ACABADOS TIPOS DE ACABADOS
Acabados directos
Acabados indirectos
Otros
Acabados lisos
Texturizados a partir de revestimientos
Patrones naturales
Incrustaciones
Madera simulada
Superficies acanaladas o estriadas
Allanado o liso
Tratamientos quiacutemicos
Lavado con abrasivos
Tratamiento con herramientas
Tratamientos mixtos
Tratado con sal
Oxidado
Tubos de PVC
Esferas de poliestireno expandido
21053 Concreto coloreado (pigmentos)
Los pigmentos son finas partiacuteculas de polvo quiacutemicamente inertes e insolubles que dotan de
color al material al que se antildeaden Deben ser insolubles tanto al agua como a los agregados
ademaacutes de inertes quiacutemicamente respecto al cemento a los agregados a los aditivos
resistentes a la intemperie estables a la luz a las temperaturas extremas y quedar firmemente
embebidos con los finos del cemento cuando endurezca (Estantildeol 2006)
60
Los pigmentos se clasifican en dos clases obtenidos de manera natural y manufacturados de
forma sinteacutetica
210531 Forma natural
Son obtenidos en yacimientos naturales minerales en su mayoriacutea son de color ocre debido a la
existencia de oacutexidos o hidroacutexidos metaacutelicos principalmente hierro La tierra natural calcinada se
tamiza hasta conseguir un tamantildeo uniforme de los granos y los fabricantes de dichos
pigmentos deben garantizar que las partiacuteculas tengan una dimensioacuten regular (Estantildeol 2006)
210532 Forma sinteacutetica
Estos pigmentos son baacutesicamente oacutexidos de hierro cromo cobalto y titanio Se deben
seleccionar oacutexidos teacutecnicamente puros sin aditivos ni constituyentes secundarios de un gran
poder colorante cualidad que depende de la naturaleza y pureza asiacute como de su finura Si
bien estos pigmentos tienen el mismo origen mineraloacutegico que los naturales al ser obtenidos
por procesos controlados y estandarizados tienen la ventaja de otorgar alta pureza elevado
brillo y gran poder de coloracioacuten estos pigmentos son estables a la intemperie es decir a la luz
UV al aacutecido carboacutenico a cambios fuertes en la humedad y la temperatura a los aacutecidos a los
aacutelcalis y a los componentes del cemento (Estantildeol 2006)
1 Capiacutetulo Cascarilla como material alternativo 61
3 Capiacutetulo Cascarilla de cafeacute como material alternativo
31 Generalidades
El pergamino de cafeacute o cascarilla es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano (fig 2) Esta cascarilla
constituye una excelente fuente de celulosa y lignina1 pentosanos siacutelice y cenizas asiacute como
otros compuestos en menor proporcioacuten En los paiacuteses productores de cafeacute los residuos y sub -
productos del cafeacute constituyen una fuente de contaminacioacuten y generadora de problemas
ambientales por ese motivo desde mediados del siglo pasado se ha tratado de buscar
meacutetodos sobre coacutemo utilizarlos como materia prima para la produccioacuten de bebidas vinagre
biogaacutes cafeiacutena pectina proteiacutena y abono (Coffea 2005)
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 311
Para esta investigacioacuten se utilizoacute la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) de una de las regiones
cafeteras del paiacutes el departamento de Narintildeo especiacuteficamente de ALMACAFEacute SA PASTO
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia 2010)
Procedencia
Aacuterea de cultivo
Temperatura promedio
Promedio Maacuteximo
Promedio Miacutenimo
Precipitacioacuten media anual
Radiacioacuten solar
Departamento de Narintildeo
Altitud 1765 msnm promedio
38400 Hectaacutereas sembradas en Narintildeo
199degC
259degC
16degC
1866 miliacutemetros anual
1666 horas promedio anual
Proceso obtencioacuten de la cascarilla 312
El cafeto es un arbusto o aacuterbol pequentildeo perennifolio de fuste recto que puede alcanzar los 10
metros en estado silvestre en los cultivos se los mantiene normalmente en tamantildeo maacutes
reducido alrededor de 3 metros Las hojas son eliacutepticas oscuras y coriaacuteceas
62
El fruto es una drupa que se desarrolla en unas 15 semanas a partir de la floracioacuten el
endospermo comienza a desarrollarse a partir de la duodeacutecima semana y acumularaacute materia
soacutelida en el curso de varios meses atrayendo casi la totalidad de la energiacutea producida por la
fotosiacutentesis
3121 Recoleccioacuten del cafeacute
En esta etapa se cosechan uacutenicamente los granos que alcanzan el estado de madurez
completa normalmente de color rojo o amarillo ya que los verdes dantildean el sabor de la taza de
un cafeacute Todo este proceso se desarrolla de forma manual
3122 Despulpado
El mismo diacutea de la recoleccioacuten los granos de cafeacute se despulpan retirando la cereza del grano
para que luego obtenga la fermentacioacuten En esta parte del proceso los granos permanecen en
reposo
3123 El lavado
En esta parte se retira con agua limpia los restos de muciacutelago que quedan en el grano y se
eliminan azucares
3124 El secado
Se exponen los granos de cafeacute al calor del sol en un secadero para que el grado de humedad
disminuya facilitando su conservacioacuten El grano seco se almacena en sacos limpios elaborados
en fique facilitando su traslado
Fuente Tomado de httpwwwmundocafetocombeneficiadoel-beneficio-humedo-del-cafe
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado
63
3125 Trillado artesanal
En En este proceso artesanal se retira la cascarilla del grano llamado pergamino Este
procedimiento tambieacuten puede desarrollarse de forma industrial (Omen 2011)
A partir del proceso de la trilla de cafeacute pergamino se retira mecaacutenicamente la cascara
(pergamino) que cubre la almendra de cafeacute (denominada cisco en la trilla) el pergamino ya
limpio entra a la maacutequina trilladora y es retirada por friccioacuten la cascarilla obtenieacutendose la
almendra El cisco que acompantildea la almendra al salir de la trilladora es succionado
mecaacutenicamente en esta operacioacuten se causa la merma por cisco El monitor de pergamino es
una maacutequina cribadora compuesta por un conjunto de tres a cuatro mallas una campana
extractora de cisco y polvo residual
La maacutequina trilladora estaacute formada por un cilindro en forma hexagonal con superficie labrada
que gira dentro de un cilindro coacutencavo estacionario y fraccionado en dos caacutemaras en la
primera caacutemara la friccioacuten elimina entre 60 y 70 de la cascarilla luego pasa a la segunda
caacutemara (caacutemara de retrilla) transportado por un elevador de cangilones donde termina de
retirarle la cascarilla y pule la superficie de la almendra eliminaacutendole la cutiacutecula (Mayorga
nd)
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia)
64
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla
Fuente Tomado de httpswwwcoopronaranjorlcomnuestro-cultivoproceso-ciclo
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute
Caracteriacutesticas fiacutesicas 321
El pergamino o cascarilla de cafeacute es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano de cafeacute en base seca
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005)
65
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
CASCARILLA DE CAFEacute
A B C
Masa unitaria suelta
284gr 300gr 310gr
MUS=298gr
Masa unitaria compacta (peso2716gr) molde 110pie3
334gr 354gr 344gr
MUC=344gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip 344grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 193grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2846 h
Composicioacuten quiacutemica 322
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011)
(Seguacuten Willboux (2))
()
Cafeacute
Araacutebica
()
Cafeacute
Robusta
()
Extracto eteacutereo
Proteiacutenas totales
Celulosa bruta
Hemicelulosa
Azuacutecares
Pentosa
Cenizas
Silicio
Aluminio (Al 203)
Hierro (Fe21198743)
Calcio
Magnesio
Sodio
Potasio
Grasas
040
150
5020
1160
2130
2600
100
1570
340
1360
1960
1220
340
1800
060
--
220
6020
760
--
--
330
--
--
--
--
--
--
--
66
Estas propiedades la hacen oacuteptima para utilizarla como agregado liviano en un hormigoacuten con
el limitante de que tiene un contenido de azuacutecares muy alto (213) que inhibe la reaccioacuten del
cemento en la mezcla y por consiguiente retarda el fraguado presentaacutendose eacuteste despueacutes de
las 72 horas de fundida la mezcla Este limitante se soluciona mineralizando la cascarilla
(Garcia amp Olaya 2011)
A su vez tiene una estructura lineal o fibrosa en la que se establecen muacuteltiples puentes de
hidroacutegeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa hacieacutendolas
muy resistentes e insolubles al agua De esta manera se originan fibras compactas que
constituyen la pared celular de las ceacutelulas vegetales daacutendoles asiacute la rigidez necesaria Las
fibras en los vegetales estaacuten unidas entre siacute por un material cementante de caraacutecter
termoplaacutestico denominado lignina localizada en la laacutemina media de las fibras
proporcionaacutendole rigidez y resistencia al tejido vegetal
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute)
Las fibras vegetales tienen dentro de su estructura componentes que son ricos en agua (lignina
y hemicelulosa) lo cual al reforzar el material compuesto puede generar deficiencias
mecaacutenicas La razoacuten principal para que la resistencia mecaacutenica disminuya es que el agua es
uno de los inhibidores naturales de la polimerizacioacuten en las resinas de polieacutester insaturado por
lo tanto la presencia de estos componentes es poco deseable dentro de la estructura de las
fibras (Gomez 2009)
Una forma de evitar o retardar la descomposicioacuten de las fibras utilizadas en el hormigoacuten es la
proteccioacuten de estas con sustancias bloqueadoras sustancias repelentes al agua y con una
mezcla de ambos tipos de sustancias (Gram 1983)
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades de
Glucosa)(Coffea 2005)
67
Mineralizacioacuten con aceite de linaza 331
Procedimiento
a) Calentar aceite a 80degC
b) Sumergir la fibra seca por 5 minutos
c) Tener otro aceite a 24degC y pasar la cascarilla por 5min
d) Repetir ciclo por 3 veces
e) Dejar enfriar a Tdeg ambiente durante 24h (Alvarado 2002)
Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 332
Procedimiento
Las partiacuteculas o fibras de bagazo fueron inmersas en Hidroacutexido de calcio al 50 durante 24
horas a una temperatura de laboratorio de 24degC (Para darle una proteccioacuten del medio alcalino
de la pasta de cemento) A partir de este procedimiento se obtiene como conclusioacuten que si se
aumenta el tiempo de inmersioacuten de cascara de arroz en la disolucioacuten baacutesica pasando de 24h a
72h se observa un gran aumento en la resistencia a compresioacuten (Saraz Aristizabal amp Mejiacutea
2007)
Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 333
Procedimiento
Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale de la trilladora en una
solucioacuten ac al 5 en peso durante media hora con agitado constante la proporcioacuten de la
cascarilla es del 10 del peso de la solucioacuten La cal limpia impurezas protege del ataque
microbioloacutegico protege del deterioro por la alta alcalinidad mejora la adherencia (Garcia amp
Olaya 2011)
68
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute
En la ciudad de Medelliacuten innovaron con la implementacioacuten de suelos a base de polietileno y
cascarilla de cafeacute molida ya que el piso de madera actual estaba empezando a sufrir deterioro
Este nuevo elemento fue el resultado de las investigaciones que el Metro adelanta con el fin de
obtener alternativas que garanticen la continuidad del servicio Ademaacutes de que esteacuten siempre
disponibles disminuyan gastos eviten las importaciones y sean amigables con el ambiente
Jaime Peacuterez jefe de Investigaciones del Metro explicoacute que los trenes vienen con un tipo de
madera especial resistente al agua y al calor pero esta no se obtiene en el paiacutes su
importacioacuten es costosa y con su obtencioacuten se hariacutea un significante dantildeo al ecosistema Es por
esta razoacuten que el Metro en colaboracioacuten con pymes y la Universidad de Antioquia ha
investigado desde los antildeos 80 con queacute otros materiales puede ser reemplazada la madera y
que tenga las mismas cualidades Fue esto lo que llevo a explorar otro tipo de materiales y a
encontrar en la cascarilla de cafeacute las particularidades necesarias para soportar el peso de los
usuarios y cumplir con la normatividad internacional ferroviaria no sufrir por humedad y no ser
vulnerable a incendios y una reduccioacuten del 30 al impacto con el medio ambiente (Mejia
2013)
El cisco la cascarilla sobrante del cafeacute es usado por un grupo de ingenieros mecaacutenicos como
materia prima para extruir perfiles de madera plaacutestica y construir viviendas de intereacutes social
El sector de la construccioacuten necesita innovarse constantemente a traveacutes de proyectos cada vez
maacutes sostenibles y amigables con los recursos y la mezcla de poliacutemeros con fibras provenientes
de productos residuales como el aserriacuten (EEUU) o la caacutescara de arroz (China) ha permitido en
el mundo una alternativa a la madera conocida como Wood Plastic Composite (WPC)
La agroindustria colombiana debiacutea encontrar un producto vegetal que le permitiera ofrecer una
alternativa al sector de la construccioacuten y es alliacute cuando el grupo uniandino Materiales y
Manufactura de Ingenieriacutea Mecaacutenica liderado por el profesor Jorge Medina encontroacute las
caracteriacutesticas aplicables al cisco de cafeacute
ldquoLos Andes nos permitioacute trabajar con el cisco de cafeacute que nos hace uacutenicos porque es el
producto que representa a Colombia en el mundo y deberiacuteamos integrarlo maacutes a nuestra
infraestructurardquo Las ventajas de haber utilizado el cisco de cafeacute fuera de darle un sello
69
colombiano al producto es que este subproducto del cafeacute anteriormente no se le daba un
manejo verde y se quemaba CO2 o botaba (Positivo 2015)
Estudiantes de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotaacute realizaron ensayos de
concreto con agregado de cascarilla de cafeacute en el Departamento de Ingenieriacutea Agriacutecola
Tomaron un material como el concreto para realizar la aplicacioacuten de residuos orgaacutenicos
provenientes de la agroindustria cafetera haciendo pruebas y ensayos para determinar las
propiedades fiacutesico-quiacutemicas de la cascarilla del cafeacute y su comportamiento junto al concreto
Llegaron a la conclusioacuten que como material mineralizante es maacutes econoacutemico el cemento que la
cal agriacutecola ademaacutes de que se obtiene mejores resistencias a la compresioacuten en el hormigoacuten
cuando se utiliza cemento en las mismas condiciones que cal tambieacuten concluyeron que la
cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico (Garciacutea amp Olaya 2011)
Auacuten no se han realizado aplicaciones como tal de los resultados obtenidos de investigaciones
donde se utiliza a la fibra vegetal cascarilla de cafeacute como reemplazo en la mezcla de concreto
4 Capiacutetulo Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten
Liacutenea investigativa 411
En este proyecto se realizaron y analizaron los siguientes ensayos
Resistencia a la compresioacuten
Moacutedulo de rotura
Sortividad
Asentamiento
Los ensayos que se practicaron en especiacutemenes de concreto normal y con adicioacuten de la
fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) para esta investigacioacuten la cascarilla seriacutea el reemplazo en
diferentes porcentajes del peso del agregado grueso de la siguiente manera
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)
VARIABLE PORCENTAJE MINERALIZACIOacuteN DENOMINACIOacuteN
Mezcla patroacuten
Cascarilla de cafeacute
(Fibra vegetal)
-
05
10
15
05
10
15
05
10
15
-
CAL AGRIacuteCOLA
LINAZA
HIDROacuteXIDO DE CALCIO
CP-0
CFC-05
CFC-10
CFC-15
CFL-05
CFL-10
CFL-15
CFH-05
CFH-10
CFH-15
71
Denominacioacuten
CP-0 = Concreto patroacuten CFC = Concreto con Fibra vegetal - mineralizacioacuten Cal Agriacutecola CFL = Concreto con Fibra Vegetal - mineralizacioacuten aceite de Linaza CFH = Concreto con fibra vegetal - mineralizacioacuten con Hidroacutexido de Calcio -05 = Porcentaje de reemplazo 05 -10 = Porcentaje de reemplazo 10 -15 = Porcentaje de reemplazo 15
Se elaboraron placas de concreto con el fin de analizar su comportamiento ante agentes
externos como lluvia sol aire vegetacioacuten y se realizaron probetas ciliacutendricas y vigas con y sin
adicioacuten de la cascarilla para ser evaluadas a los 28 diacuteas
72
PROPIEDADES
Agregado fino Agregado Grueso Cascarilla de Cafeacute
Reemplazo
05 10 15
Mineralizacioacuten
-Cal agriacutecola
-Aceite de linaza
-Hidroacutexido de Calcio
Propiedades
estado fresco Propiedades
estado endurecido
Vigas Especiacutemenes
ciliacutendricos Placas Asentamiento
Texturizados Resistencia a
la compresioacuten
Moacutedulo de
Rotura
Exposicioacuten
al exterior Sortividad
Anaacutelisis Conclusiones
Recomendaciones
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia)
73
Materiales 412
4121 Materiales
- Cemento El cemento utilizado para este disentildeo es Cemento Gris de Uso General
producido por Cementos Argos SA Cumplen con los valores de la norma colombiana
NTC 121 y 321(Argos 2013)
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013)
PARAacuteMETROS FIacuteSICOS Especificaciones
argos
NTC 321
Tipo I
ASTM
C-1157 TIPO GU
Fraguado inicial miacutenimo (minutos)
Fraguado final maacuteximo (minutos)
Expansioacuten autoclave maacuteximo ()
Expansioacuten en agua maacuteximo ()
Resistencia a 28 diacuteas miacutenimo (Mpa)
45
420
08
02
260
45
480
08
--
240
45
420
08
02
280
- Agua para el procedimiento se utilizoacute agua proveniente de la red de abastecimiento de
agua potable de la Empresa ACUEDUCTO AGUA Y ALCANTARILLADO DE BOGOTAacute
- Agregados los agregados fino y grueso son traiacutedos desde el municipio del Guamo
Tolima
- Fibra Vegetal (cascarilla de cafeacute) esta fibra proviene del grano de la planta cafeto
(Coffea) lo que se denomina como ldquocascarilla de cafeacuterdquo tambieacuten conocido como cisco
o residuo de la extraccioacuten del grano de cafeacute resultado de un proceso denominado trilla
Poblacioacuten y muestras 413
4131 Poblacioacuten placas
Placas cuadradas en concreto convencional y reforzados con Cascarilla de cafeacute en
porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento de
proteccioacuten
74
Muestra
Estuvo constituida por 20 placas de concreto placas cuadradas de aproximadamente 30x30cm
en concreto normal y reemplazo de agregado grueso por cascarilla de cafeacute En este caso se
adiciono pigmento de color amarillo
Se disentildearon 5 tipos de formaletas para aplicar diferentes texturas para prueba de adherencia
a los patrones de disentildeo arquitectoacutenico y exposicioacuten a los factores externos como lluvia sol
vegetacioacuten Las placas se repartieron de la siguiente manera
- 5 placas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
4132 Poblacioacuten especiacutemenes ciliacutendricos
Se realizaron especiacutemenes ciliacutendricos en concreto normal y reforzados con cascarilla de cafeacute
en porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento
de proteccioacuten
75
Para la prueba de compresioacuten y absorcioacuten se elaboraron un total de 58 especiacutemenes
ciliacutendricos con y sin fibra vegetal
Los cilindros se repartieron de la siguiente manera
- 4 probetas ciliacutendricas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 2 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 2 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
Para la definicioacuten de la cantidad de especiacutemenes para las muestras se tomoacute como referencia
lo estipulado en la norma ASTM C-192 ldquoPraacutectica Normalizada para preparacioacuten y curado de
especiacutemenes de concreto para ensayo en laboratoriordquo en la que se propone como cantidad de
moldeados tres o maacutes especiacutemenes para cada edad de ensayo
76
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos
En un metro cuacutebico de mezcla de concreto podemos tener un promedio de agregados fino y
grueso en un 70 Es importante la valoracioacuten de las propiedades de los agregados al
momento del disentildeo de la mezcla ya que pueden afectar las caracteriacutesticas del concreto final
para esto se tendraacute en cuenta
- Manejabilidad
- Durabilidad
- Factores econoacutemicos
Agregado grueso Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia)
AGREGADO GRUESO
Grava 38 oacute
filtro
A
B
C
Masa unitaria suelta
18565gr
19565gr
19565gr
MUS=19231gr
Masa unitaria compacta
(peso frac12 pie cubico) molde 11435gr
20565gr
20065gr
20565gr
MUC=2040gr
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia)
Peso SSS
Peso
sumergido Peso seco
Lavado tamiz
(horno05degx24h)
Humedad
natural
Peso inicial
Peso final
5000gr
4764gr
4764gr
2910gr
4764gr
4544gr
5000gr
4798gr
2000gr
1944gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7796grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8963grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 256grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 484 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 288 FORMA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Redondeada (grava de riacuteo)
77
Agregado fino Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)
AGREGADO FINO
A
B
C
Masa unitaria suelta
1580gr
1630gr
1612gr
MUS= 1610g
Masa unitaria apisonada
2024gr
2058gr
2041gr
MUA=2041gr
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia)
Peso seco Lavado tamiz
(horno105degx24h) Humedad natural
Peso inicial
Peso final
1350gr
1335gr
5000gr
4860gr
1500gr
1486gr
MASA UNITARIA SUELTAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1610grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2041grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 261grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 094
Anaacutelisis Granulomeacutetrico 421
En anaacutelisis granulomeacutetrico tanto del agregado fino como del agregado grueso se desarrolloacute en
base a la NTC 174 y se realizoacute al iniciar con cada una de las mezclas De acuerdo con la
literatura estudiada la cascarilla de cafeacute como agregado vegetal debe tener un previo
tratamiento para asiacute evitar que el medio alcalino al cual se expone en la mezcla no la deteriore
impidiendo asiacute su finalidad en el concreto para ello se emplean 3 diferentes tratamientos
aceite de linaza hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola para tratar estas fibras y asiacute aumentar su
durabilidad
78
4211 Agregado Fino
El agregado fino es arena de rio del departamento del Tolima traiacuteda por la empresa ldquoFerreteria
el Campiacutenrdquo de acuerdo al anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de finura de este agregado es de
31 y su ubica dentro y al liacutemite del rango permitido por la norma NTC 174 donde se aclara que
el modulo no puede ser mayor a 31
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia)
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 310
0
20
40
60
80
100
120
0101001000
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado fino
Lim Inferior
arena
LimSuperior
Agre
gado
fin
o
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
16
30
50
100
Fondo
Σ
0
354
408
952
1460
1215
375
966
48606
0
729
839
1959
3004
2500
771
198
10000
0
729
1568
3527
6531
9031
9802
10000
100
9271
8432
6473
3469
969
198
-
79
4212 Agregado Grueso
El agregado grueso estaacute compuesto por gravilla de riacuteo del departamento del Tolima
comercializada por la empresa ldquoFerreteriacutea el Campinrdquo
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia)
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 604
0
20
40
60
80
100
120
440
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado Grueso
Lim Inferior
gravilla
LimSuperior
Agre
ga
do
Gru
eso Tamiz
Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
1frac12rdquo
1rdquo TM
frac34rdquoTMN
frac12rdquo
38rdquo
4
Σ
-
-
56
1432
1988
1322
4798
0
000
117
2985
4123
2755
10000
0
000
117
3101
7224
9979
100
100
9883
6899
2776
021
80
4213 Fibra vegetal Cascarilla de cafeacute
La fibra vegetal producto de la industria cafetera es el agregado reciclado procedente de la
zona cafetera narintildeense del paiacutes De acuerdo con el anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de
finura es de 34 ubicaacutendose por encima del rango permitido por la norma NTC 174 que
determina como rango maacuteximo 31 para el agregado fino No obstante auacuten cuando el material
es calificado por la norma como un agregado de tamantildeo grueso esta fibra no es un agregado
convencional por lo que se toma uacutenicamente como referencia para compararlo con los demaacutes
agregados
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia)
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
-20
0
20
40
60
80
100
120
01110
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Cascarilla de Cafeacute
Cascarhellip
Casc
ari
lla d
e ca
feacute
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
10
16
20
100
Fondo
Σ
0
38
574
345
662
123
87
171
200
000
190
2870
1725
3310
615
435
855
100
000
190
3060
4785
8095
8710
9145
100
100
9810
6940
5215
1905
1290
855
000
Moacutedulo de finura 340
81
43 Disentildeo de mezcla
Para el disentildeo de mezcla se toma como referente el procedimiento planteado por Diego
Saacutenchez de Guzmaacuten en su libro ldquoTecnologiacutea del Concretordquo
Seleccioacuten del Asentamiento 431
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001)
CONSISTENCIA ASENTAMIENTO
EJEMPLO DE
TIPO DE
CONSTRUCCIOacuteN
SISTEMA DE
COLOCACIOacuteN
SISTEMA DE
COMPACTACIOacuteN
Semi-seca
Media
Huacutemeda
35-50
50-100
100-150
Pavimentos
fundaciones en
concreto simple
Pavimentos
compactados a
mano losas
muros vigas
Elementos
estructurales
esbeltos
Colocacioacuten con
maacutequinas
operadoras
manualmente
Colocacioacuten
manual
Bombeo
Secciones
simplemente
reforzadas con
vibracioacuten
Secciones
medianamente
reforzadas sin
vibracioacuten
Secciones bastante
reforzadas sin
vibracioacuten
Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 432
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeOS MAacuteXIMOS DE AGREGADOS SEGUacuteN EL TIPO DE CONSTRUCCIOacuteN
Dimensioacuten miacutenima
de la seccioacuten (cm) Tamantildeo maacuteximo en pulg (mm)
6 ndash 15
19 ndash 29
30 ndash 74
75 o maacutes
Muros reforzados y
vigas y columnas
frac12rdquo(12)- frac34rdquo19)
frac34rdquo(19)-1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Muros sin
refuerzo
frac34rdquo(19)
1frac12rdquo(38)
3rdquo(76)
6rdquo(152)
Lozas muy
reforzadas
frac34rdquo(19)-1rdquo(25)
1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Losas sin refuerzo
o poco reforzadas
frac34rdquo(19)-1frac34rdquo(25)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
3rdquo(76)
3rdquo(76)-6rdquo(152)
82
Estimacioacuten del contenido de aire 433
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeO MAacuteXIMO NOMINAL
DEL AGREGADO CONTENIDO DE AIRE EN PORCENTAJE (POR VOLUMEN)
mm Pulg Naturalmente
atrapado
Exposicioacuten
ligera
Exposicioacuten
moderada
Exposicioacuten
severa
127
190
254
381
frac12
frac34
1
1frac12
25
20
15
10
40
35
30
25
55
50
45
45
70
60
60
55
Requerimiento de agua de mezclado 434
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten 2001)
Asentamiento
Tamantildeo maacuteximo del agregado en mm (pulg)
951
frac34rdquo
127
frac12rdquo
190
frac34rdquo
254
1rdquo
381
1frac12rdquo
508
2rdquo
640
2frac12rdquo
761
3rdquo
mm pulg Agua de mezclado en kgm3 de concreto
25
50
75
100
125
150
1
2
3
4
5
6
193
197
200
203
205
208
167
172
176
179
183
188
157
163
167
169
172
176
141
147
152
155
158
162
135
140
145
148
151
155
127
131
135
137
140
144
124
128
132
134
137
141
117
122
125
128
130
134
Resistencia requerida de disentildeo 435
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la desviacioacuten estaacutendar
Resistencia especificada
fʹc (kgcm2)
Resistencia de disentildeo de la mezcla
fʹcr (kgcm2)
Menos de 210 kgcm2
De 210 kgcm2 a 350 kgcm2
Maacutes de 350 kgcm2
fʹc + 70kgcm2
fʹc + 85kgcm2
fʹc + 100kgcm2
fʹc = fʹc + 70kgcm2 fʹc = 210 + 70kgcm2 fʹc = 280kgcm2
83
Relacioacuten agua-cemento 436
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto (adaptada del ACI 2111 y
del ACI 2113)
RELACIOacuteN AC DE DISENtildeO EN PESO
Facutec (28 diacuteas) Concreto sin aire
incorporado
Concreto con aire
incorporado
150
200
250
300
350
400
450
08
07
062
055
048
043
038
071
061
053
046
04
---
---
En esta investigacioacuten la relacioacuten agua-cemento corresponde a 050 teniendo en cuenta que la
resistencia de disentildeo es de 280kgcm2
Caacutelculo del contenido de cemento
Una vez que el contenido de agua de mezclado y la relacioacuten agua-cemento han sido
determinados el contenido de cemento por metro cubico de concreto establecido al dividir el
contenido de agua de mezclado entre la relacioacuten agua-cemento
AC = Relacioacuten agua-cemento por peso C = 148kg3 = 368kgm3 050
Definicioacuten de datos 437
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia)
ENSAYO AGREGADO
GRUESO
AGREGADO
FINO
Masa unitaria compacta MUC (km3)Compact Unit massCMU
Masa unitaria suelta MUS (km3)looseUnite Mass (km3)
Densidad aparente seca
Absorcioacuten ()Absorption ()
Humedad NaturalNatural Moinsture
Moacutedulo de finuraFineness Modulus
FormaForm
6523
5194
256
284
288
redondeada
1926
1492
161
2987
094
311
84
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto (autoriacutea propia)
INGREDIENTE PESO SECO
KGM3
PESO ESPECIacuteFICO
KM3
VOLUMEN
ABSOLUTO LM3
Cemento
Agua
Contenido de aire
Agregado grueso
Agregado fino
368
184
885
861
3100
1000
2560
2610
0118
0184
002
034
033
Total 2298 0992
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia)
MATERIALES Cantidad UN
Cemento de uso general 368 Kgmsup3
Agregado fino 861 Kgmsup3
Agregado grueso 885 Kgmsup3
Agua 184 Kgmsup3
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla
De acuerdo al disentildeo de mezcla ya establecido se sustituye la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute)
por el agregado grueso en proporciones de 05 10 y 15 porcentajes que son sometidos a
un tratamiento previo (aceite de linaza hidroacutexido de calcio cal agriacutecola) Para cada tratamiento
se efectuaron los tres porcentajes de reemplazo con el fin de proteger la fibra del medio
alcalino
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia)
MEZCLA 1 (CFV-05) 995Agregado peacutetreo + 05
agregado vegetal
MEZCLA 2 (CFV-10) 99Agregado peacutetreo +
10 agregado vegetal
MEZCLA 3 (CFV-15) 985Agregado peacutetreo + 15
agregado vegetal
000173 1930 = 3339 000346 1930 = 6678 000518 1930 = 9997
(1930 Densidad cascarilla)
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten
De acuerdo a las variables determinadas con respecto a los pesos especiacuteficos de cada
agregado y al tratamiento que se hace a la cascarilla de cafeacute previo a la ejecucioacuten de la
mezcla se realizaron 9 variables
Se disentildearon y elaboraron 16 formaletas en madera contrachapada de 9mm (ficha teacutecnica
ANEXO 1) para la experimentacioacuten ante acabados y pigmentacioacuten de una de las variables de
mezcla Para conocer la adaptabilidad en el encofrado se determinoacute escoger la mezcla con
mayor porcentaje de reemplazo de cascarilla de cafeacute con el fin de analizar su comportamiento
ante los disentildeos propuestos de formaleta De igual manera para evaluar la asimilacioacuten del
pigmento y su reaccioacuten ante las 3 variables de mineralizacioacuten de la cascarilla de cafeacute (el
cemento seleccionado es blanco)
Dimensiones de las formaletas 027 027 0035 = 000315 110 (desperdicio) = 00035
Los acabados fueron los siguientes
- Acabado liso
- Esferas de poliestireno expandido +PVC
- Acabado con hojas naturales
- Estampado
86
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia)
MINERALIZACIOacuteN CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Aceite de linaza
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVL-15
Hidroacutexido de
Calcio
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVH-15
Cal
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVC-15
Mezcla patroacuten
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVP
Las proporciones para la mezcla se resumen en la tabla 40 con el fin de preparar las
cantidades necesarias para una formaleta de 027 027 0035 las cuales son utilizadas para
probar comportamiento reaccioacuten y posibles variables ante condiciones climaacuteticas externas
como luz directa del sol lluvia agentes contaminantes y vegetacioacuten
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
placas
Cemento 368 1288
Agua 184 0644
Grava 8725 3053
Arena 861 3013
Reemplazo fibra 9997 0035
Previamente a la ejecucioacuten de la mezcla se mineralizo la cascarilla de cafeacute se pesaron los
agregados y se marcaron las formaletas con su nomenclatura correspondiente para su
identificacioacuten Se verificoacute el debido cerramiento de las formaletas los elementos necesarios
para los acabados a realizar y se aplicoacute desmoldante (aceite vegetal)
87
Il 12a Mineralizacioacuten aceite de linaza Il 12b Secado 24h mineralizacioacuten linaza
5min 80degC ndash 5min 24deg (Proceso 3 veces)
Il 12c Mineralizacioacuten Hidroacutexido de calcio Il 12d Mineralizacioacuten Cal agriacutecola
sumergido 24h agitacioacuten constante 30min
Posterior a la elaboracioacuten de la mezcla se procedioacute al llenado de formaletas previamente
aceitadas y marcadas y se desencofraron a las 24 horas de mezclado
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia)
88
Siendo este un ensayo para establecer cuaacuteles seriacutean las reacciones fiacutesicas y no mecaacutenicas de
estas placas a traveacutes de caracteriacutesticas como pigmentacioacuten y acabados continuo al
desencofrado se ubicaron en una superficie plana en el patio del edifico SINDU rodeada de
hierba donde estuvieron expuestas a las diferentes condiciones ambientales durante un periodo
de 3 meses
Il 14 a Placas con luz directa diacutea ndash sol (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia)
89
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA PATROacuteN CP
Desmolde 24 horas
Acabado liso
Esferas de
poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
90
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA ACEITE DE LINAZA 15 CFL-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de las
formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire contenido
en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo por cada
formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
El patron de acabado con hojas naturales se considero desde un principio que quizas no se tendria
el mejor resultado pero se obtuvo una muy buena adaptabilidad y aspecto
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Esta mezcla permite que las particulas se resalten y puedan ser vistas con facilidad dandole un
aspecto particular Se puede considerar que el aceite repela los demas materiales dejandose esta a la
vista y le deun efecto especial visualmente
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteristica
91
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA HIDROacuteXIDO DE CALCIO 15 CFH-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
A diferencia de las placas con tratamiento a la fibra con aceite de linaza en este tratamiento con
hidroacutexido de calcio no se logra ver con facilidad las partiacuteculas estas quedan confundidas en la
mezcla
Con respecto al color puede considerarse que al hacer el uso de esta mineralizacion a la cascarilla
de cafeacute no sea homogeneo el color dejandose a la vista zonas con mayor concentracion y otras con
menor concentracioacuten
92
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA CAL 15 CFC-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde a excepcion del disentildeo con
tuvos de pvc por inadecuada manipulacioacuten al desmolde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Al igual que con el tratamiento de hidroacutexido de calcio este tratamiento con cal agriacutecola evita que
las partiacuteculas queden a la vista con facilidad y por el contrario sean recubiertas y mimetizadas en
la mezcla perdiendo el efecto visual interesante que si logra el tratamiento con aceite de linaza
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteriacutestica
93
52 Ensayo de Asentamiento
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco 521
Seguacuten la literatura la fibra vegetal es un material no convencional con algunos usos tanto
nacionales como internacionales A partir de estos antecedentes se inicia el proceso de
experimentacioacuten del disentildeo de mezcla con esta fibra que previamente fue mineralizada con
tres componentes diferentes (aceite de linaza cal agriacutecola hidroacutexido de calcio) a la cual se
tomoacute el asentamiento en sus tres diferentes tratamientos para asiacute identificar caracteriacutesticas
como trabajabilidad consistencia homogeneidad y segregacioacuten
La ejecucioacuten de la mezcla se realizoacute bajo los paraacutemetros de la norma NTC 5171 y expuesta a
cielo abierto en el patio del edificio SINDU de la Universidad Nacional
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
ENSAYO DE ASENTAMIENTO
Tratamiento fibra Muestra Reemplazo Asentamiento
obtenido
Aceite de Linaza
CFL-15 15 47mm
CFL-10 10 42mm
CFL-05 05 45mm
Hidroacutexido de
Calcio
CFH-15 15 40mm
CFH-10 10 78mm
CFH-05 05 56mm
Cal Agriacutecola
CFC-15 15 53mm
CFC-10 10 51mm
CFC-05 05 47mm
Mezcla Patroacuten
(Testigo) CP -- 53mm
94
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
5211 Trabajabilidad
Durante la ejecucioacuten de las mezclas se aprecioacute una muy leve dificultad para la manipulacioacuten de
estas considerando que se llevariacutea con mayor rigurosidad los pasos de la norma para poder
hacer la medicioacuten de la prueba de Abrams y continua fundicioacuten de probetas Con respecto a los
tratamientos previos efectuados en la cascarilla de cafeacute no incidieron notablemente en la
manipulacioacuten de la mezcla ni en el porcentaje de reemplazo por agregado grueso
5212 Consistencia
Se hace uso del cono de Abrams o ensayo de ldquoslumprdquo para determinar el comportamiento del
concreto fresco y asiacute determinar trabajabilidad y consistencia de acuerdo a la NTC 396
Il 3a Divisioacuten dela mezcla en Il 3b Llenado del cono Il 3c Medicioacuten del
3 partes asentamiento
0
20
40
60
80
150 100 050 Pmd CP
Ase
nta
mie
nto
(m
m)
Reemplazo
Asentamiento
aceite de linaza
hidroxido de calcio
cal agricola
Testigo
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia)
95
Se determina que la consistencia de mezcla es media (plaacutestica) lo que se habiacutea determinado
para el disentildeo a excepcioacuten de la mezcla que lleva la fibra con tratamiento aceite de linaza el
asentamiento se presenta de manera levemente menor Puede considerarse una mezcla
ldquonormalrdquo el concreto no sufre grandes deformaciones ni hay separacioacuten de elementos
5213 Homogeneidad
Se procedioacute inicialmente a la incorporacioacuten de los materiales fino grueso y cemento despueacutes
de integrar los materiales entre siacute el siguiente paso fue el vaciado de agua por partes para ir
teniendo una mezcla homogeacutenea Terminado la unificacioacuten de todos los materiales se adiciono
la fibra previamente tratada las partiacuteculas de la cascarilla de cafeacute se incorporaron sin ninguna
muestra aparente de dificultad por lo tanto no hubo segregacioacuten de los componentes de la
mezcla
Il 16a Incorporacioacuten de la fibra a la mezcla Il 16b Homogeneidad de la mezcla
53 Ensayo de compresioacuten
Para la comprobacioacuten de resistencia a compresioacuten las pruebas se llevaron a cabo en
especiacutemenes ciliacutendricos de 10cm de diaacutemetro x 30cm de longitud Todos los especiacutemenes se
desencofraron a las 24 horas de mezclado se marcaron y fueron curados por un periodo de 28
diacuteas por el meacutetodo de inmersioacuten en agua potable con el fin de no perder contenido de agua
cuando inicien sus reacciones quiacutemicas endurecimiento y resistencia
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia)
96
Para cada disentildeo de mezcla de acuerdo al tratamiento previo de la fibra y sus respectivos
porcentajes de reemplazo de cascarilla de cafeacute se realizaron 3 especiacutemenes para efectos de la
prueba Para el ensayo de compresioacuten se realizaron en total 29 especiacutemenes con los testigos
CP)
Il 17a Cilindros en formaleta (24h) Il 17b Curado Cilindros en piscina (28diacuteas)
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8725 1535
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 9997 001759
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8769 1543
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 6678 001175
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia)
97
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 88133 1551
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 3339 000596
Se determinoacute un registro de apariencia de los especiacutemenes ciliacutendricos y se observoacute que en la
construccioacuten de cada uno teniendo auacuten asiacute la misma composicioacuten y el mismo procedimiento
existiacutean variaciones en la apariencia con presencia de hormigueo y medianos poros sobre todo
se tuvo presente que esto sucediacutea en los cilindros que se fundiacutean de uacuteltimo pudiendo asiacute
concluir que se presentaba una ligera peacuterdida de agua en el proceso de fundir del primero al
uacuteltimo
Resultados 531
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
Para este ensayo resistencia a la compresioacuten de cilindros de 10x15cm el promedio de la
resistencia Real Mpa es de 2254 resultado que seraacute comparativo con los disentildeos de mezcla
dados a partir de las variables de tratamiento a la cascarilla y porcentaje de reemplazo por fibra
vegetal
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Peso(gr) Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
Testigo CP (A) 3746 17690 2252
2254 CP (B) 3548 17720 2256
98
5311 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFL-15(A) 1536 0018 3413 9150 1165
1094 CFL-15(B) 1536 0018 3478 8320 1059
CFL-15(C) 1536 0018 3465 8250 1050
10
CFL-10(A) 1543 0012 3634 10680 1360
1386 CFL-10(B) 1543 0012 3627 11220 1429
CFL-10(C) 1543 0012 3654 10760 1370
05
CFL-05(A) 1551 0006 3480 10760 1370
1295 CFL-05(B) 1551 0006 3522 9610 1224
CFL-05(C) 1551 0006 3478 10140 1291
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Para el disentildeo de mezcla con tratamiento previo a la cascarilla con aceite de linaza se infiere
que los resultados se reducen en comparacioacuten a los valores de resistencia para los testigos
mezcla patroacuten
Entre las tres variables de porcentajes utilizados para este disentildeo de mezcla se tiene que la
mayor resistencia se presenta en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra
vegetal es del 10 concluyendo que para este disentildeo superar este porcentaje reduciraacute
notablemente la resistencia a la compresioacuten
1094
1386 1295
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Resistencia
R
eal
MP
a
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Aceite de Linaza
Aceite de Linaza
Testigo
99
5312 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFH-15(A) 1536 0018 3516 10840 1380
1376 CFH-15(B) 1536 0018 3504 10650 1356
CFH-15(C) 1536 0018 3508 10950 1394
10
CFH-10(A) 1543 0012 3708 9000 1146
115 CFH-10(B) 1543 0012 3519 9210 1173
CFH-10(C) 1543 0012 3521 8880 1131
05
CFH-05(A) 1551 0006 3642 13390 1705
1654 CFH-05(B) 1551 0006 3614 11650 1483
CFH-05(C) 1551 0006 3671 13940 1775
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Este tratamiento arroja resultados de forma inferior a los establecidos por las probetas testigos
mezcla patroacuten sin ninguacuten tipo de adicioacuten ni reemplazo Para este caso en el que se obtuvo una
mejor resistencia es en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra vegetal es del
05 el menor valor de reemplazo seguido de este el reemplazo 15 tuvo una mayor
resistencia en comparacioacuten del 10
1376
115
1654
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra Hidroacutexido de Calcio
Resistencia
Testigo
100
5313 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con cal agriacutecola
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFC-15(A) 1536 0018 3439 8120 1034
1176 CFC-15(B) 1536 0018 3568 9460 1204
CFC-15(C) 1536 0018 3475 10150 1292
10
CFC-10(A) 1543 0012 3575 11880 1513
1575 CFC-10(B) 1543 0012 3559 12350 1572
CFC-10(C) 1543 0012 3562 12880 1640
05
CFC-05(A) 1551 0006 3494 12240 1558
1449 CFC-05(B) 1551 0006 3515 10770 1371
CFC-05(C) 1551 0006 3493 11140 1418
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Simultaacuteneamente al tratamiento con aceite de linaza e hidroacutexido de calcio la proteccioacuten a la
fibra con cal agriacutecola mantiene sus valores debajo de los comparados con la mezcla patroacuten
Con este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla se obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso determinando que el aumento de
porcentaje por el reemplazo de la cascarilla reduciraacute notablemente la resistencia
1176
1575 1449
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Cal Agricola
Testigo
101
5314 Promedio resistencias de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia)
Realizando una comparacioacuten de los resultados obtenidos a partir de los promedios en los
disentildeos de mezcla planteados es claro que los porcentajes arrojan resultados con peacuterdida de
resistencia en comparacioacuten con los valores dados por los cilindros testigos (CP) en los que la
mezcla no posee ninguacuten tipo de agregado ni reemplazo
Para cada uno de los porcentajes cada tratamiento sobresale uno maacutes que el otro Se puede
apreciar que el mejor resultado lo arroja el tratamiento con hidroacutexido de calcio con un
porcentaje del 05 y el tratamiento con cal agriacutecola al 10 asiacute como el hidroacutexido de calcio al
15
El uso de aceite de linaza como tratamiento genera una mayor resistencia en la sustitucioacuten de
fibra vegetal en el 10 estando por encima del tratamiento de hidroacutexido de calcio pero es el
menor de las otras dos variables en los otros porcentajes de reemplazo
0
5
10
15
20
25
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de Reemplazo
Promedio Resistencias Real MPa
Aceite de Linaza
Hidroxido de calcio
Cal
Testigo
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
102
54 Ensayo de Sortividad
Se desarrolla este ensayo tomando como referente la norma ASTM C1585 ndash 04 que determina
poner en contacto con el agua una de las superficies del espeacutecimen (en este caso fue la cara
expuesta durante la fundida) y de esta manera lograr determinar la capacidad de absorcioacuten del
agua a diferentes intervalos de tiempo Para la ejecucioacuten se utilizaron especiacutemenes ciliacutendricos
de 10cm de diaacutemetro x 20cm de altura previamente al desarrollo de la prueba se colocaron los
especiacutemenes a secar al horno a una temperatura de 80degC con el fin de garantizar que el mismo
grado de saturacioacuten para todas las muestras
La norma bajo la cual se desarrolla esta prueba establece que los especiacutemenes sean sellados
por su periacutemetro con un material impermeable y con dimensiones especiacuteficas de 5cm de altura
y 10cm de diaacutemetro sin embargo dado que se trata de un ejercicio donde se busca comprobar
las 3 variables de mezclas seguacuten el curado y sus respectivos porcentajes de reemplazo de
agregado grueso por fibra vegetal se optoacute por hacer uso de los cilindros completos sin hacer
uso de alguacuten impermeabilizante perimetral garantizando la laacutemina de agua de 2plusmn1mm
establecida por la norma
Il 18a Secado de cilindros a 80degC (24h) Il 18b Ensayo de sortividad intervalos de tiempo
El ensayo se desarrolloacute en las instalaciones del laboratorio de tecnologiacutea del concreto del
edificio IEI el procedimiento se efectuoacute siguiendo lo dictado por la norma
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia)
103
Se Se tomaron pesos a los especiacutemenes en diferentes intervalos de tiempo con el fin de tomar
la sortividad inicial se parte por tomar el peso de los cilindros en estado seco tomado como
tiempo cero a partir del cual se podraacute medir el cambio en el peso de los especiacutemenes de
acuerdo a los tiempos establecidos Tambieacuten se toman cuatro (4) medidas a los diaacutemetros de
los cilindros de las caras que estaraacuten en contacto con el agua para que realizado el caacutelculo de
diferencia de peso de cada intervalo de tiempo este sea dividido entre el aacuterea obtenida con el
promedio de los diaacutemetros y se define la absorcioacuten en mm3mm2 para graficar la relacioacuten entre
la raiacutez cuadrada del tiempo en segundos y la absorcioacuten obtenida
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) MUESTRA 1 Reemplazo 05 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 1037 Aacuterea expuesta 8446m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3289 00000 00000
60 8 32915 00010 00010
300 17 3293 00006 00017
600 24 3294 00004 00021
1200 35 329525 00004 00025
1800 42 32958 00003 00028
3600 60 329715 00005 00033
7200 85 329965 00010 00044
10800 104 33014 00007 00051
14400 120 330195 00003 00054
18000 134 330285 00004 00057
21600 147 330405 00005 00062
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00 500 1000 1500 2000
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-05
Sortividad
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia)
104
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 2 Reemplazo 10 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10036 Aacuterea expuesta 7910m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3402333 00000 00000
60 8 34046 00014 00014
300 17 34051 00002 00016
600 24 3405533 00004 00020
1200 35 34065 00005 00025
1800 42 3406667 00001 00026
3600 60 3407033 00003 00029
7200 85 3408333 00008 00037
10800 104 34091 00006 00043
14400 120 3409167 00001 00044
18000 134 3410 00004 00048
21600 147 3410067 00005 00053
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 3 Reemplazo 15 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10106 Aacuterea expuesta 8021m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3300 00000 00000
60 8 3302 00012 00012
300 17 33025 00003 00016
600 24 33036 00007 00022
1200 35 330435 00005 00027
1800 42 330485 00003 00030
3600 60 330585 00006 00036
7200 85 330755 00011 00047
10800 104 330905 00009 00056
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-10
Sortividad I
105
14400 120 33097 00004 00060
18000 134 330985 00002 00062
21600 147 331095 00006 00068
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 4 Reemplazo 05 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10213 Aacuterea expuesta 8190m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33965 00000 00000
60 8 3400 00022 00022
300 17 3402 00012 00034
600 24 340345 00009 00043
1200 35 340605 00016 00059
1800 42 340675 00004 00064
3600 60 341035 00022 00086
7200 85 341335 00019 00105
10800 104 341595 00016 00121
14400 120 341675 00005 00126
18000 134 34178 00007 00133
21600 147 34193 00009 00142
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00080
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-15
Sortividad I
106
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 10 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00026 00026
300 17 3512 00009 00034
600 24 35145 00016 00050
1200 35 35163 00011 00061
1800 42 351745 00007 00068
3600 60 35203 00018 00086
7200 85 3523 00017 00103
10800 104 35251 00013 00116
14400 120 35263 00007 00123
18000 134 35278 00009 00133
21600 147 352865 00005 00138
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-05
Sortividad I
107
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 15 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00021 00021
300 17 3512 00016 00036
600 24 35145 00025 00061
1200 35 35163 00014 00075
1800 42 351745 00012 00087
3600 60 35203 00025 00112
7200 85 3523 00023 00134
10800 104 35251 00016 00150
14400 120 35263 00011 00161
18000 134 35278 00011 00172
21600 147 352865 00005 00176
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-10
Sortividad I
108
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 7 Reemplazo 05 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10129 Aacuterea expuesta 8056m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33505 00000 00000
60 8 3354 00022 00022
300 17 335665 00016 00038
600 24 33598 00020 00058
1200 35 33641 00027 00085
1800 42 336475 00004 00089
3600 60 336565 00006 00094
7200 85 336985 00026 00120
10800 104 3372 00013 00134
14400 120 337325 00008 00142
18000 134 33751 00012 00153
21600 147 33756 00003 00156
00000
00050
00100
00150
00200
00 200 400 600 8001000120014001600
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-15
Sortividad I
109
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 8 Reemplazo 10 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10146 Aacuterea expuesta 8085m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3346 00000 00000
60 8 335115 00032 00032
300 17 335395 00017 00049
600 24 335725 00021 00070
1200 35 336175 00028 00098
1800 42 33623 00003 00101
3600 60 336315 00005 00107
7200 85 3367 00024 00131
10800 104 33689 00012 00142
14400 120 337005 00007 00150
18000 134 33718 00011 00161
21600 147 33725 00004 00165
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-05
Sortividad I
110
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 9 Reemplazo 15 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9991 Aacuterea expuesta 7838m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3376 00000 00000
60 8 337965 00023 00023
300 17 33812 00010 00032
600 24 338365 00015 00048
1200 35 338735 00023 00071
1800 42 338785 00003 00074
3600 60 338865 00005 00079
7200 85 33927 00025 00104
10800 104 33946 00012 00116
14400 120 339565 00007 00122
18000 134 33974 00011 00133
21600 147 33979 00003 00136
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-10
Sortividad I
111
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
MUESTRA 10 Testigos Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9945 Aacuterea expuesta 7766m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 36705 00000 00000
60 8 36751 00029 00029
300 17 36764 00008 00037
600 24 36783 00012 00049
1200 35 368045 00013 00062
1800 42 36807 00002 00063
3600 60 36811 00002 00066
7200 85 368315 00013 00079
10800 104 36838 -00307 -00228
14400 120 36842 00314 00085
18000 134 368545 00008 00093
21600 147 368565 00001 00094
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-15
Sortividad I
112
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
Se calculan todos los valores dados por cada una de las variables tanto tratamiento como
porcentaje de reemplazo en los intervalos de tiempo establecidos para medir la capacidad de
absorcioacuten por capilaridad Estos resultados fueron obtenidos de especiacutemenes curados durante
28 diacuteas
-00250
-00200
-00150
-00100
-00050
00000
00050
00100
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CP
Sortividad I
113
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia)
Se presentan notables variaciones con respecto a los porcentajes de reemplazo y los
tratamientos Para el tratamiento con aceite de linaza el grado de absorcioacuten es el menor en
relacioacuten a los otros tratamientos siendo el porcentaje 10 el mejor resultado para esta
variable Los tratamientos hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola determinan en relacioacuten a la mezcla
patroacuten y aceite de linaza una alta capacidad de absorcioacuten
0
0002
0004
0006
0008
001
050 1 150
Pro
me
dio
so
rtiv
idad
Porcentaje de reemplazo
Sortividad Inicial
Aceite de linaza
Cal agriacutecola
Hidroacutexido de C
Aceite Linaza Cal Agriacutecola H de Calcio Testigo
Sortividad I Pmd 00038 0009 00085 00036
0
0001
0002
0003
0004
0005
0006
0007
0008
0009
001
SOR
TIV
IDA
D
Sortividad I Pmd
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia)
114
55 Ensayo moacutedulo de rotura
Este ensayo suministra el valor de la resistencia a la traccioacuten del concreto en forma indirecta
Medida que se toma a una viga de concreto no reforzado Para ello se mide mediante la
aplicacioacuten de cargas a vigas de concreto de 6rdquo 6rdquo (150150mm) de seccioacuten transversal y con
luz de tres veces el espesor o sea 18rdquo (450mm) La resistencia a la traccioacuten se expresa como
el moacutedulo de rotura (MR) y se determina mediante el meacutetodo de ensayo en este caso ASTM
C78 la carga se aplica en los tercios de la luz libre
Il 19a Momento de aplicacioacuten Il 19b Viga fallada Il 19c Cara de la fractura
de fuerza a la viga
Para este ensayo se fundieron vigas de 50cm de longitud con seccioacuten prismaacutetica cuadrada de
15cm x 15cm pasados 28 diacuteas de su elaboracioacuten Se realizaron 20 vigas correspondiendo a
las 3 variables de tratamiento previo a la fibra vegetal a los porcentajes de reemplazo (05 -
10 - 15) y las vigas testigo sin ninguacuten tipo de reemplazo ni adicioacuten
Los pesos de los materiales fueron multiplicados por 00123 (00112 volumen de la formaleta
de la viga x 110 desperdicio)
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia)
115
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
vigas
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8725 10609
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 9997 0123
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8769 10650
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 6678 0082
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 88133 10691
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 3339 0041
116
Resultados 551
A continuacioacuten se presentan los resultados obtenidos a partir del desarrollo de la prueba
aplicada a las vigas de concreto falladas a flexioacuten
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia)
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada(
N)
Moacutedulo de
Rotura
(MPa)
Testigos CP(A)
450 150 150 178633
176754 68 CP(B) 174875
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo)
La carga maacutexima alcanzada por el concreto con disentildeo de mezcla sin adiciones ni reemplazos
(CP) es en promedio de 1767 54 (2356 MPa) resultado que seraacute utilizado como referente
para los datos arrojados por disentildeos de mezclas con reemplazo de fibra vegetal ya planteados
117
5511 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFL-15(A)
450 150 150 157067
150205 58 CFL-15(B) 143343
10 CFL-10(A)
450 150 150 152581
1494 57 CFL-10(B) 14622
05 CFL-05(A)
450 150 150 166496
168301 65 CFL-05(B) 170107
Promedio 6
En la variable tratamiento a la fibra con aceite de linaza se obtiene como resultado cifras
inferiores a las dadas por la mezcla patroacuten perdiendo resistencia todos los porcentajes ante el
ensayo de flexioacuten de vigas De acuerdo a los datos generados se puede establecer que el
porcentaje de sustitucioacuten para este disentildeo de mezcla con mayor resistencia a la flexioacuten es del
05
1400
1500
1600
1700
1800
1900
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento aceite de linaza
Resistencia ala flexioacuten
Testigos
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo) Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo)
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
118
5512 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre
apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFH-15(A)
450 150 150 185633
177788 68 CFH-15(B) 169943
10 CFH-10(A)
450 150 150 216523
20103 78 CFH-10(B) 185536
05 CFH-05(A)
450 150 150 189638
188012 72 CFH-05(B) 186387
Promedio 72
Este disentildeo de mezcla con el previo tratamiento a la cascarilla de cafeacute con Hidroacutexido de calcio
supero en los tres porcentajes de sustitucioacuten de agregado grueso la resistencia a la flexioacuten de
las probetas testigo El mejor resultado para este disentildeo de mezcla lo obtuvo el 10 de
sustitucioacuten seguido por el 05 y la menor resistencia la obtuvo la mezcla con el 15 de
reemplazo
1700
1800
1900
2000
2100
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento hidroacutexido de calcio
Resistencia a laflexioacuten
Testigos
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica24 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
119
5513 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFC-15(A)
450 150 150 178901
180590 69 CFC-15(B) 182278
10 CFC-10(A)
450 150 150 205321
213658 81 CFC-10(B) 221996
05 CFC-05(A)
450 150 150 178884
176244 67 CFC-05(B) 173604
Promedio 72
Esta variable tratamiento a la cascarilla con cal agriacutecola obtuvo igualmente que el hidroacutexido de
calcio resultados superiores que la mezcla patroacuten
Este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso paralelamente los porcentajes 05
y 15 son notablemente inferiores
1700
1800
1900
2000
2100
2200
000 050 100 150 200
Maacute
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento cal agriacutecola
Resistenciaa la flexioacutenTestigos
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
120
5514 Promedio resistencia a la flexioacuten de vigas de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea propia)
De acuerdo a los resultados obtenidos en el ensayo de flexioacuten de vigas se determinan los
resultados promedio de los disentildeos de mezcla establecidos teniendo asiacute dos variables que
superan los resultados de las vigas testigo el tratamiento hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola
aunque en el reemplazo del 05 la mezcla patroacuten supera por unas miacutenimas unidades al
tratamiento con cal agriacutecola
El tratamiento con aceite de linaza no supera la variable mezcla patroacuten esta queda por debajo
de los resultados en todos los porcentajes de sustitucioacuten En cuanto al porcentaje de reemplazo
que arrojo mejores resultados para el ensayo de flexioacuten de vigas es 10 esto para las
variables hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola el tratamiento con aceite de linaza se ubica por
debajo de la mezcla patroacuten
58
57
65
68
78
72
69
81
67
68
68
68
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
150 100 050
MaacuteX
Fu
erza
kgf
Porcentaje de reemplazo
Promedio resistencia a la flexioacuten de la viga
Aceite de linaza
Hidroxido decalcio
Cal agricola
Testigos
121
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta
A partir de los resultados obtenidos en los ensayos realizados a los disentildeos de mezclas
planteados se establece en conjunto una relacioacuten comparativa que permite simplificar y tomar
el mejor resultado con las mejores caracteriacutesticas fiacutesicas y mecaacutenicas para lograr realizar dos
prototipos de placas y de disentildeo respectivamente uno con una mezcla resultado de las
mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas y otro con las mejores cualidades fiacutesicas a la vista
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 571
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA 15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilidad
Resistencia
M Rotura
La mezcla con mejores caracteriacutesticas en su comportamiento mecaacutenico para el desarrollo del
prototipo de formaleta es la del tratamiento con hidroacutexido de calcio a pesar de tener resultados
similares con el tratamiento de cal agriacutecola los resultados en especiacutefico son superiores por el
tratamiento con hidroacutexido y el porcentaje con las cifras en promedio maacutes altas es del 10
A partir de estos resultados se utiliza la mezcla con reemplazo al 10 y tratamiento previo a
la cascarilla con hidroacutexido de calcio
Cumple
No cumple
122
Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 572
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA
15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilid
ad
Apariencia
Pigmentacioacute
n
Formaleta
Sortividad
El tratamiento aceite de linaza es utilizado para el prototipo de formaleta porque sus
caracteriacutesticas son superiores en comparacioacuten con las otras dos variables de tratamiento El
tratamiento con cal agriacutecola cumple de forma similar con las caracteriacutesticas fiacutesicas para este
prototipo pero teniendo en cuenta factores como la apariencia particular que dejaron los
resultados de exposicioacuten a la intemperie y ensayo de sortividad el uso de aceite de linaza para
la proteccioacuten de cascarilla es superior a los demaacutes
El tratamiento con aceite de linaza y sustitucioacuten de agregado grueso por fibra vegetal al 10
es utilizado para el desarrollo de prototipo de formaleta
Cumple
No cumple
123
58 Desarrollo de prototipos
Se fabricaron dos prototipos de formaleta uno para el disentildeo de mezcla que cumple con las
caracteriacutesticas fiacutesicas y otro para el disentildeo de mezcla con las caracteriacutesticas mecaacutenicas
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia)
MEZCLAS DE CONCRETO SUSTITUCIOacuteN 10
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
FIacuteSICAS
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
MECAacuteNICAS
Formaleta con poliestireno expandido Formaleta con elementos en balso
Desmolde Desmolde
124
59 Resultados
Prototipo para propiedades fiacutesicas 591
El prototipo de formaleta para explorar las propiedades fiacutesicas se ajustoacute a los requerimientos
del disentildeo de formaleta la copia de textura modelo y pigmentacioacuten se pueden visualizar en el
concreto final haciendo uso de cemento blanco y pigmento color amarillo En este disentildeo no es
observable a simple vista como en el ejercicio experimental las partiacuteculas de cascarilla quizaacutes
esto dependa de la cantidad de cascarilla ya que en este ejercicio se utilizoacute uacutenicamente el 1
de reemplazo
Con menor cantidad de poros los existentes dados en su mayoriacutea a la porosidad de la
formaleta esta mezcla se adaptoacute a los objetivos de esta investigacioacuten el lograr homogeneidad
en la pigmentacioacuten y adherencia a los diferentes prototipos de disentildeo de formaleta
Prototipo para propiedades mecaacutenicas 592
Para este prototipo se hizo uso de cemento gris sin ninguacuten tipo de aditivo colorante De igual
manera que al anterior prototipo este se ajustoacute a los paraacutemetros exigidos al disentildeo de
formaleta con facilidad se pudo retirar del molde se le pudieron retirar los elementos en balso
y en este proceso no hubo dantildeos de filos al contrario copia con exactitud el disentildeo de la
formaleta
125
A pesar de hacer una estricta ejecucioacuten de vibrado para este prototipo teniendo presente lo
sucedido en el ejercicio experimental se obtuvo nuevamente porosidad en esta cara de la
placa en menor cantidad pero siguen presente las burbujas que dificultan en alguna medida a
obtener una superficie maacutes homogeacutenea con menor porosidad
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones
61 Conclusiones
La fibra vegetal cascarilla de cafeacute proveniente de la trilla del grano de cafeacute como reemplazo
del agregado grueso cumple con los paraacutemetros de resistencia para elementos no estructurales
como se planteoacute al inicio de investigacioacuten cumple con las condiciones de trabajabilidad de la
mezcla y acabado oacuteptimo y particular para el desarrollo como concreto arquitectoacutenico
Se tuvo en cuenta la literatura investigaciones anteriores donde las recomendaciones se
basaban en no tener altos porcentajes de sustitucioacuten dado que la resistencia tiende abajar
significativamente y de tal manera conservar la manejabilidad y propiedades mecaacutenicas de la
mezcla
A partir de los anaacutelisis realizados a las placas para evaluar la adherencia al color al estampado
y a la textura se puede concluir que por apariencia aplicar el tratamiento de aceite de linaza a
la cascarilla permite que estas partiacuteculas queden a la vista generando una caracteriacutestica
particular a la visual del concreto para las diferentes aplicaciones arquitectoacutenicas El
tratamiento con cal agriacutecola no genera el mismo efecto en las partiacuteculas de la cascarilla como
lo genera el aceite de linaza sin embargo tuvo una oacuteptima adherencia al color y a los patrones
de disentildeo de formaletas que se establecieron A diferencia del tratamiento con hidroacutexido de
calcio no hubo una homogeneidad en la pigmentacioacuten y al igual que con la cal agriacutecola las
partiacuteculas no son visibles a la cara del concreto como si lo logra el tratamiento con aceite de
linaza sin embargo se adaptoacute de forma oacuteptima a los patrones de formaleta establecidos
126
Se recomienda un buen procedimiento y ejecucioacuten para el vibrado para lograr retirar la mayor
parte de aire contenido en la mezcla y evitar porosidad en la cara principal del concreto como
acabado arquitectoacutenico
El reemplazo que sustituye al agregado grueso por agregado vegetal refleja una disminucioacuten
del peso debido a las caracteriacutesticas propias de la fibra vegetal la reduccioacuten del peso variacutea
entre el 013 y 534 en comparacioacuten con la mezcla patroacuten No hay una variacioacuten notable en
la consistencia de la mezcla por parte de la fibra vegetal y entre la mezcla patroacuten lo que
permite una mezcla manejable sin dificultad conservando los valores de asentamiento
establecidos para el disentildeo de mezcla
Los resultados obtenidos para el ensayo de resistencia a compresioacuten fueron menores con
respecto a la mezcla patroacuten entre el 4853 y 7360 obteniendo un menor desempentildeo para la
sustitucioacuten del 15 y el mejor resultado de resistencia fue el reemplazo del 05 con la
variable tratamiento hidroacutexido de calcio considerando que esta variable fue la que tuvo mejores
resultados con respecto al aceite de linaza y a la cal agriacutecola sin embargo en el porcentaje de
sustitucioacuten 1 la cal agriacutecola supero en resistencia a la compresioacuten al ensayo con hidroacutexido de
calcio del mismo porcentaje
Se puede concluir que los mejores resultados a la resistencia se encuentran entre los
porcentajes 05 y 10
Para el ensayo de sortividad inicial el porcentaje con mayor absorcioacuten con respecto a la
mezcla patroacuten incluso superando a esta es la sustitucioacuten de 05 y el porcentaje con menor
absorcioacuten de agua es la del 10 teniendo en cuenta el tipo de tratamiento que se le dio a la
cascarilla El aceite de linaza fue de entre las tres variables de tratamiento a la cascarilla la que
menos tuvo absorcioacuten de agua se podriacutea decir que debido a sus propiedades repelentes contra
el agua no se facilitoacute la succioacuten por capilaridad del agua en este ensayo El porcentaje y
tratamiento con mayor absorcioacuten de agua fue el 15 con hidroacutexido de calcio superando a
todas las demaacutes variables
Los resultados obtenidos para el ensayo de flexioacuten de vigas son muy oacuteptimos la adicioacuten de
fibra vegetal genera posesividad entre las partiacuteculas la sustitucioacuten del agregado grueso por la
fibra vegetal estaacute por encima delos valores dados por la mezcla patroacuten entre 056 y 1727
127
a excepcioacuten de la mezcla con tratamiento a la fibra con aceite de linaza esta mostroacute resultados
inferiores entre el 47 y 15 Claramente el tratamiento aplicado a la fibra vegetal influye
notoriamente en estos resultados siendo la cal agriacutecola al 10 la que tiene mayor resistencia
a la flexioacuten de vigas
En general se puede decir que realizar mezclas con adicioacuten de la fibra vegetal cascarilla de
cafeacute para el uso y aplicaciones como concreto arquitectoacutenico es posible obteniendo
paraacutemetros de resistencia durabilidad cohesioacuten entre los materiales homogeneidad entre la
pigmentacioacuten los tratamientos efectuados a la cascarilla en relacioacuten a los demaacutes materiales de
la mezcla lo cual se obtiene al igual que con el concreto de agregado convencional siempre
que se lleven a cabo los procedimientos correctamente y un exhaustivo curado
62 Recomendaciones
Se recomienda estudiar el efecto de las variables de tratamiento a la cascarilla de cafeacute a
edades de 7 14 y 56 diacuteas para observar si existe una relacioacuten entre el tiempo de curado y el
proceso de mineralizacioacuten de la fibra asiacute como estudiar el curado con bosa plaacutestica
Teniendo presente los resultados obtenidos y despueacutes de comprobar que el uso del tratamiento
con hidroacutexido de calcio tiene mejores cualidades mecaacutenicas que las otras mezclas y el
tratamiento con aceite de linaza mejores cualidades fiacutesicas se podriacutean realizar un estudio con
las dos variables en una misma mezcla cada una al 05y analizar su comportamiento
Considerando que los resultados para la prueba de sortividad inicial fue optimo uacutenicamente en
la variable de aceite de linaza se recomienda realizar maacutes pruebas de durabilidad y obtener la
sortividad secundaria para determinar si las variables de proteccioacuten a la fibra mejoran la
resistencia frente a todo tipo de agentes externos que afecten la vida de servicio como el
desgaste contaminacioacuten agua luz solar los sulfatos y los aacutecidos
Es importante estudiar el moacutedulo de elasticidad estaacutetico y dinaacutemico del material con el fin de
observar si la adicioacuten en estudio causa una variacioacuten en la influencia y la elasticidad del
concreto con el fin de ampliar las aplicaciones a esta tecnologiacutea
128
Para obtener una menor cantidad de porosidad se recomienda agregar a la mezcla un 5 maacutes
de agua o poner a prueba algunos aditivos que favorezcan su reduccioacuten
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134
8 Anexos
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO
135
82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA
httpswwwcalcocomcowp-contentuploads201809ficha-tecnica-cal-agricola-cales-oct-222pdf
136
83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO
httpwwwcaldelvallecompdfConstruccionFRpdf
137
84 Entrevista
1 DE QUE POBLACIOacuteN ES PROVENIENTE EL CAFEacute Y SU ALTITUD
Para el caso del cafeacute que ingresa a Almacafeacute Sucursal Pasto el 100 del cafeacute corresponde al departamento de Narintildeo generalmente no se separa por municipio o regioacuten sin embargo se hace separacioacuten seguacuten el tipo de cafeacute si es certificado (Rainforest 4C Regional Nespresso AAA) solo en algunos negocios puntuales se puede separar por origen especifico La mayoriacutea de cafeacute de Narintildeo se produce entre los 1600 y 1900 msnm aunque se puede encontrar cafeacute desde los 1100 metros hasta los 2300 metros El promedio de altura es de 1765 msnm En Narintildeo 41 municipios producen cafeacute
2 QUEacute TIPO DE CAFEacute ES
El cisco proviene de trilla de diferentes tipos de cafeacute principalmente cafeacute Regional 4C y Nespresso Pero no se hace separacioacuten del cisco por tipo de cafeacute
3 EN QUE MES SE HACE LA SIEMBRA Y EN QUE MES SE HACE LA COSECHA
Las etapas de cafeacute son Germinador (alrededor de 2 meses) Almacigo (6- 8 meses) y finalmente Siembra en el terreno donde estaraacute por 7 antildeos aprox tiempo al cual se renueva por zoca (cortar tallo principal a 30 cm del suelo de donde brota una nueva planta) o siembra de una nueva planta El mes de siembra del germinador en Narintildeo generalmente es febrero Es decir la plaacutentula de cafeacute se siembra en el lote definitivo entre octubre y noviembre
4 PROPIEDADES GENERALES DE LA TIERRA
ldquoEl Cafeacute de Narintildeo es 100 araacutebicohelliprdquo (es decir las variedades sembradas son de esta especie) ldquohellipsembrado a altas alturas recolectado selectivamente y procesado por la viacutea huacutemeda en las parcelas cafeteras de los productores La ubicacioacuten de Narintildeo en Colombia hace de su zona cafetera un lugar sin duda especial Estas condiciones hacen que en la Zona de Produccioacuten de Cafeacute de Narintildeo se presente una combinacioacuten de factores tales como la radiacioacuten solar de 1666 horas en promedio durante el antildeo los ciclos de lluvia de 1866 miliacutemetros al antildeo y los suelos con alto contenido de materia orgaacutenica que hacen posible el cultivo del cafeacute a grandes alturas y temperaturas en promedio de 199 degC con valores promedio maacuteximo de 259 y miacutenima de 16degC Estos diferentes factores explican que el Cafeacute de Narintildeo se produzca en alturas que alcanzan hasta los 2300 metros sobre el nivel del mar en zonas que presentan en promedio temperaturas bajas comparadas con el resto de zonas cafeteras de Colombia y de buena parte del mundo Producir cafeacute a esta altura podriacutea ser casi imposible si el calor que se acumula durante el diacutea en el fondo de los cantildeones y de los profundos valles no ascendiera en las noches para atenuar el frio de las partes maacutes altas de las montantildeasrdquo Tomado de Cafedecolombiacom En este enlace se puede encontrar toda la informacioacuten sobre los factores agroclimaacuteticos de la regioacuten httpnarinocafedecolombiacomnarino
5 CANTIDAD APROXIMADA DEL AacuteREA DE CULTIVO
138
38400 hectaacutereas sembradas en Narintildeo
6 A TODO TIPO DE CAFEacute SE LE RETIRA LA CASCARILLA Siacute Colombia produce cafeacutes suaves lavados lo que significa que el grano de cafeacute se recolecta en cereza luego en la finca es despulpado (es decir se retira la cascara o cereza) fermentado (para quitar un mucilago o baba que estaacute prendida al pergamino que es la capa siguiente) lavado y secado (hasta que la humedad del cafeacute en pergamino seco esteacute entre 10 y 12) Posterior el productor lo lleva a vender al comercio o cooperativa Luego se consolidan cantidades determinadas que son entregadas a Almacafeacute o alguacuten otro comerciante particular para posterior ser trillado es decir retirar el cisco de la almendra la cual se tuesta para obtener el cafeacute tostado y molido y finalmente la bebida Lo anterior significa que el cisco es necesariamente retirado para poder tostar el cafeacute
7 QUE CANTIDAD APROXIMADA SE RECIBE DE CISCO ANUAL El cisco no se recibe se obtiene del proceso de trilla y depende del volumen de cafeacute pergamino seco asignado para trilla en nuestra trilladora El antildeo pasado se trillaron 3 millones de kilos de cafeacute pergamino y generalmente el de cisco corresponde a un 18 - 20 es decir unos 500000 kilos de cisco en el antildeo anterior Cifras aproximadas
8 QUE REALIZAN CON LAS CASCARILLA QUE USOS TIENE La totalidad del cisco producido se entrega para uso como combustible en silos secadores de cafeacute que tienen los mismos productores (para secar el cafeacute en la finca el productor tiene dos opciones Secado al sol oacute Mecaacutenico es decir en silos que usan combustible como carboacuten coque ACPM gas o cisco) Sin embargo tambieacuten lo usan empresas ladrilleras en los hornos para elaborar ladrillo y tejas de barro Tambieacuten al ser un producto orgaacutenico puede ser incorporado a procesos de elaboracioacuten de abonos orgaacutenicos
9 CUAL ES EL MERCADO QUE MAS SE BENEFICIA DE ESTE RESIDUO Y EL QUE MAYOR DEMANDA TIENE
Los Caficultores y las cooperativas quienes lo usan como combustible Ver punto anterior
10 SE LLEGA A BOTAR ESTE RESIDUO PORQUE RAZOacuteN Anteriormente maacutes de 20 antildeos se usaban en gran medida para abono orgaacutenico pero actualmente su uso es como combustible Es decir no hay registro que se llegaraacute a botar
11 LE DAN ALGUacuteN OTRO USO EN LA EMPRESA
139
Hasta el momento no se incorpora en ninguacuten proceso En alguacuten momento hace maacutes de 20 antildeos se pensaba usar en construccioacuten de planchas para casas con colboacuten o pegamento sin embargo no se llevoacute a cabo el proyecto
12 TRABAJAN CON GRANDES CAFICULTORES O CON PEQUENtildeAS FINCAS O AMBAS
En el departamento el 99 de los caficultores son pequentildeos con un promedio de 098 hectaacutereas Pero no hay ninguacuten tipo de sectorizacioacuten si son grandes medianos o pequentildeos oacutesea se trabaja con todos
13 CUANTO PAGAN POR BULTO (SI ES POSIBLE SABER EL VALOR EXACTO O PROMEDIO)
Un bulto de cisco se vendioacute en promedio en 4600 pesos partiendo de un peso promedio de 60 kilos
14 DEL DEPARTAMENTO DE NARINtildeO QUE PORCENTAJE DE CULTIVOS LLEGAN A ALMACAFEacute
Aproximadamente un 30 a 35 del total de la produccioacuten del departamento Produccioacuten Total del Departamento = 35 millones de kilos tambieacuten aproximado
15 LA MAQUINA TRILLADORA FUNCIONA A GASOLINA O ES ELEacuteCTRICA QUE CONSUMO PROMEDIO TIENE
Eleacutectrica aunque tiene una planta a gasolina que funciona cuando no hay suministro de electricidad La maacutequina trilladora como tal se llama Apolo 4 y funciona con un motor de 100 HP tiene un consumo aproximado de 300Kvahora pero todo el sistema de trilla que incluye recibo de pergamino trilla monitor de almendra mesas densimeacutetricas electroacutenicas de color y ensaque puede tener consumir promedio 500 Kvahora
16 QUE POSICIOacuteN TIENE NUESTRO CAFEacute A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL El cafeacute colombiano y en especial el cafeacute de Narintildeo tienen una excelente calidad que lo ha posicionado como uno de los mejores del mundo Colombia ocupa el primer lugar en produccioacuten de Cafeacutes Suaves Lavados y es el tercer productor mundial de cafeacute despueacutes de Brasil y Vietnam
17 A QUE LUGARES ES EXPORTADO Los destinos principales de exportacioacuten son EEUU Europa y Japoacuten
18 A ESCUCHADO O LE HAN SOLICITADO ALGUacuteN RESIDUO DEL CAFEacute PARA ALGUacuteN TEMA RELACIONADO CON LA CONSTRUCCIOacuteN O PARA CREAR UN NUEVO MATERIAL
140
Solicitudes no pero si he visto y escuchado sobre el uso del residuo de la preparacioacuten de la bebida para elaborar artesaniacuteas e incluso ropa Hablo de la borra o Cuncho
19 CUAacuteL ES SU OPINIOacuteN ACERCA DEL DESARROLLO DE ESTA INVESTIGACIOacuteN No habiacutea escuchado antes sobre este tipo de investigacioacuten uacutenicamente la de elaborar planchas de casas en conjunto con pegamento lo cual me comentaron justo para responder esta encuesta Considero muy vaacutelida este tipo de propuestas de innovacioacuten en la medida que sea validada desde lo comercial se tendraacute que analizar el costo dado que el cisco es muy necesario para el caficultor en el secado del grano y al momento de competir con el mercado de la construccioacuten seguramente se elevaraacute el precio del mismo Manuel Fernando Pentildea Jefe de Operaciones Almacafeacute Pasto (2017)
Comportamiento del concreto con cascarilla
de cafeacute y posibilidades ante textura y color
Arq Jenny Angeacutelica Coral Patintildeo
Tesis de investigacioacuten presentada como requisito parcial para optar al tiacutetulo de
Magister en Construccioacuten
Directora
Arq MSc Martha Luz Salcedo Barrera
Liacutenea de Investigacioacuten
Concreto
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Artes Maestriacutea en Construccioacuten
Bogotaacute DC Colombia
2019
Bogotaacute DC Febrero 2019
NOTA DE ACEPTACIOacuteN
El proyecto de grado denominado
COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO
CON CASCARILLA DE CAFEacute Y
POSIBILIDADES ANTE TEXTURA Y
COLORrdquo presentado por la Arquitecta Jenny
Angeacutelica Coral Patintildeo para optar por el
Tiacutetulo de Magiacutester en Construccioacuten otorgado
por la universidad Nacional de Colombia
cumple con los requisitos establecidos y
recibe nota aprobatoria
Arq MSc Martha Luz Salcedo Barrera
Directora de Proyecto
Jurado 1
Jurado 2
Jurado 3
Director de Maestriacutea en Construccioacuten
A mamaacute
Agradecimientos
No somos nadie sin creer creer en eso que nos guie nos cuide nos vigile quiera lo mejor para
nosotros y creo en un Dios que todo lo puede a quien agradezco mi vida
Es importante ver como el sacrificio de quienes velan por nosotros es hoy en diacutea el resultado
de este trabajo de este largo y arduo camino no siempre plasmado en letras nuacutemeros y
deberes Gracias a mis padres mi gemela mis abuelitos quienes han hecho de mi quien soy
hoy en diacutea quienes inspiran en mi vida a quienes guardo el maacutes grande respeto y
agradecimiento
Mi universidad siempre fue un suentildeo ser parte de esta alma maacuteter y agradezco por el
profesional y persona que cultivo en miacute un eterno orgullo
ldquoUno recuerda con aprecio a sus maestros brillantes pero con gratitud a los que tocaron
nuestros sentimientosrdquo Carl Gustar Jung A mi directora por su tiempo por su guiacutea por sus
inestimables aportaciones a su calidad humana a su calidez como persona a sus
conocimientos a su ejemplo a su trabajo
Gracias a cada amigo a cada persona que presente o en la distancia motivo participoacute ayudoacute
al desarrollo de este trabajo investigativo sobre todo a quienes creyeron en que esto se podiacutea
lograr
A Nicolaacutes porque con eacutel los pasos siempre son hacia adelante
Gracias
ldquoEl arquitecto del futuro se basaraacute en la
imitacioacuten de la naturaleza porque es la
forma maacutes racional duradera y econoacutemica
de todos los meacutetodosrdquo
Antonio Gaudiacute
Contenido VIII
Contenido
Resumen XI
Abstract XII
Listado de Ilustraciones XIII
Lista de Tablas XIV
Lista de Graficas XVII
1 Capiacutetulo Lineamiento 19
11 Introduccioacuten 19 12 Planteamiento del problema 22 13 Objetivos 24
14 Justificacioacuten 25
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico 28
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre 29 22 Antecedentes teoacutericos 31
23 Bases teoacutericas 43
24 Componentes del concreto 44
25 Normativas para ensayos 46 26 Fibras en el concreto 47
27 Concreto reforzado con fibras vegetales 48
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras 51
29 Concreto arquitectoacutenico 53
Objetivo general 24 131 Objetivos especiacuteficos24 132
Antecedentes internacionales 32 221 Antecedentes nacionales 37 222
Concreto43 231 Concreto fresco 44 232 Concreto endurecido 44 233
Cemento44 241 Agua 45 242 Agregados 46 243
Clasificacioacuten de fibras47 261
Fibras vegetales 49 271 Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 49 272 Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras vegetales 50 273 Normativa de concreto con agregados vegetales 51 274
Tuacuteneles 52 281 Pavimentos 52 282 Otros usos 52 283
Contenido IX
210 Disentildeo Urbano 56
3 Capiacutetulo cascarilla de cafeacute como material alternativo 61
31 Generalidades61
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute 64
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute) 66
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute 68
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo 70
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos 75
43 Disentildeo de mezcla 81
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla 84
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten 85 52 Ensayo de Asentamiento 93
53 Ensayo de compresioacuten 95
54 Ensayo de Sortividad 102 55 Ensayo moacutedulo de rotura 114
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta 121
Prefabricados 53 291
Espacio Puacuteblico 56 2101 Pisos 56 2102 Mobiliario Urbano 57 2103 Fachadas y elementos de concreto a la vista 58 2104 Estampados 58 2105
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 61 311 Proceso obtencioacuten de la cascarilla 61 312
Caracteriacutesticas fiacutesicas 64 321 Composicioacuten quiacutemica 65 322
Mineralizacioacuten con aceite de linaza (Alvarado 2002) 67 331 Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 67 332 Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 67 333
Liacutenea investigativa 70 411 Materiales 73 412 Poblacioacuten y muestras 73 413
Analisis Granulomeacutetrico 77 421
Seleccioacuten del Asentamiento 81 431 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 81 432 Estimacioacuten del contenido de aire 82 433 Requerimiento de agua de mezclado 82 434 Resistencia requerida de disentildeo 82 435 Relacioacuten agua-cemento 83 436 Definicioacuten de datos 83 437
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco93 521
Resultados 97 531
Resultados 116 551
Contenido X
58 Desarrollo de prototipos 123 59 Resultados 124
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones 125
61 Conclusiones 125 62 Recomendaciones 127
7 Bibliografiacutea 128
8 Anexos 134
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO 134 82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA 135 83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO 136 84 Entrevista 137
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 121 571 Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 122 572
Prototipo para propiedades fiacutesicas 124 591 Prototipo para propiedades mecaacutenicas 124 592
Resumen XI
Resumen
Evolucionar transformar y potencializar un material basados en los tres ejes de sostenibilidad
medio ambiente y socio-econoacutemico Se ha convertido en los uacuteltimos antildeos en un desafiacuteo para el
sector de la construccioacuten y sin duda alguna el mejor camino para entender el dantildeo generado
con el desmedido e inconsciente uso de los recursos naturales El uso de residuos orgaacutenicos
renovables es un tema que se ha ido imponiendo en la industria de la construccioacuten a nivel
global aprovechando los residuos o componentes de las materias primas que tienen mayor
productividad
En Colombia la cascarilla de cafeacute es uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran
industria cafetera Esta fibra vegetal se encuentra potencializada por su composicioacuten quiacutemica
en este caso el Silicio componente mineral que aporta la resistencia en el concreto como lo
hace el cemento
En esta investigacioacuten se presenta el disentildeo de mezcla de concreto a la cual se realizan las
respectivas pruebas para identificar las caracteriacutesticas fiacutesicas potenciales aplicables en la
arquitectura El resultado de la mezcla se implementaraacute en prototipos de encofrados y
estampados que permitan el anaacutelisis del material ante su manejabilidad y adherencia al
prototipo arquitectoacutenico al que se exponga esto con el fin de lograr trabajar al tiempo
resistencia exposicioacuten al medio exterior sostenibilidad y disentildeo A su vez se aplican pigmentos
para valorar adherencia y comportamiento con el color
Palabras clave concreto sostenibilidad fibra vegetal cafeacute pigmentos texturas
Abstract XII
Abstract
Evolve transform and strengthen a material based on the three axes of sustainability
environment and socio-economic In recent years it has become a challenge for the
construction sector and without a doubt the best way to understand the damage caused by the
excessive and unconscious use of natural resources The use of renewable organic waste is an
issue that has been imposed in the construction industry globally taking advantage of the
chalks or components of the raw materials that have higher productivity
In Colombia the coffee husk is one of the organic residues left by the large coffee industry This
vegetable fiber is potentiated by its chemical composition in this case silicon a mineral
component that provides strength in concrete as cement does
In this research the concrete mix design is presented to which the respective tests are carried
out to identify the potential physical characteristics applicable in the architecture The result of
the mixture will be implemented in prototypes of formwork and prints which allow the analysis
of the material before its manageability and adherence to the architectural prototype to which it
is exposed this in order to achieve work at the time resistance exposure to the environment
exterior sustainability and design In turn pigments are applied to assess adherence and
behavior with color
Key words concrete sustainability vegetable fiber coffee pigments textures
Listado de Ilustraciones XIII
Listado de Ilustraciones
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016) 30
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz
2017) 30
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014) 33
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 42
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras
(Carvajal 2015) 51
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado 62
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia) 63
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla 64
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005) 64
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades
de Glucosa)(Coffea 2005) 66
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia) 72
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia) 88
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia) 94
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia) 95
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia) 96
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia) 102
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia) 114
Listado de Tablas XVI
Lista de Tablas
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012) 21
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014) 33
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)34
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014) 34
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014) 34
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et
al 2014) 34
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012) 36
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus
materiales de desperdicio(Garcia amp Olaya 2011) 37
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015) 39
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd) 45
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017) 46
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007) 47
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) 49
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018) 53
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010) 54
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010) 59
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia
2010) 61
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 65
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011) 65
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)70
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013) 73
Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia) 76
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia) 76
Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)77
Contenido IX
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia) 77
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia) 78
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia) 80
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001) 82
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten
2001) 82
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la
desviacioacuten estaacutendar 82
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto
(adaptada del ACI 2111 y del ACI 2113) 83
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia) 83
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto
(autoriacutea propia) 84
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia) 84
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia) 84
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia) 86
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 86
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 89
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia) 90
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia) 91
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 92
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 93
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)96
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 96
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 97
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 97
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 98
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 99
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 100
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Contenido IX
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 104
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 105
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 106
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 107
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 108
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 109
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 110
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 111
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 115
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 115
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 115
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia) 116
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
117
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
118
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia) 119
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia) 121
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia) 122
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia) 123
Lista de graficas XVII
Lista de Graficas
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)78
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 80
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 94
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 98
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 99
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 100
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia) 101
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 105
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 106
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 107
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 108
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 109
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 110
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 111
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 112
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo) 116
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 117
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 118
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 118
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 119
Listado de graficas XVIII
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea
propia) 120
1 Capiacutetulo Lineamientos 19
19
1 Capiacutetulo Lineamientos
11 Introduccioacuten
Encontrar un punto de equilibrio entre la sostenibilidad en la arquitectura y el satisfacer
nuestras necesidades es un reto a asumir No podemos recuperar muchos de los recursos
naturales que la industria de la construccioacuten ha llevado consigo pero asiacute como la tecnologiacutea ha
evolucionado para muchos campos del consumismo tambieacuten ha evolucionado para permitirnos
encontrar soluciones con el fin de no prolongar los dantildeos ya efectuados
En la construccioacuten estamos llamados a aportar iniciativas para el desarrollo sostenible a
nuestros diacuteas ya podemos predecir con queacute recursos naturales contaraacute la siguiente generacioacuten
a corto plazo seguacuten Fernaacutendez y Rodriacuteguez (2010) como lo reafirma (Bedoya 2011) ldquosiacute los
actuales patrones no cambian la expansioacuten de la construccioacuten destruiraacute (hellip) haacutebitats naturales
y vida salvaje en maacutes de un 70 de la superficie de la tierra para 2032rdquo Teniendo a la mano y
a disponibilidad todos estos balances conocimientos predicciones cientiacuteficas y variedad de
anaacutelisis medio ambientales es casi un deber del constructor y proyectista motivar e incentivar
el desarrollo de nuevas teacutecnicas y materiales que le den prioridad a la conservacioacuten y cuidado
del planeta siendo que este campo es uno de los directamente responsables de la afectacioacuten
ambiental debemos ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo (Manzini amp Bigues 2000)
Los residuos orgaacutenicos son auacuten en muchas empresas y lugares de desarrollo un problema
ambiental y econoacutemico puesto que a pesar de que los subproductos que se generan se tratan
de aprovechar al maacuteximo es tan alta la cantidad que las empresas recurren a destinar un fondo
aparte para poder desarrollar nuevos equipos y teacutecnicas para darle un destino final a estos
residuos Entre estos estaacuten
Vertederos Incineracioacuten Compostaje y digestioacuten anaerobia
20
Tratamiento mecaacutenico bioloacutegico Pirolisis y gasificacioacuten (ldquoManejo de Desechos Agroindustrialesrdquo 2015)
Es asiacute como para las industrias es una perdida no solo econoacutemica tener que asumir costos
para el proceso final de los subproductos sino tambieacuten una perdida en los tiempos destinados
a este tratamiento
Somos un paiacutes rico en variedad de cultivos dado a su localizacioacuten geograacutefica tenemos todos
los pisos teacutermicos que nos permiten aprovechar las propiedades de la tierra generando un alto
desarrollo en la agroindustria Algunas empresas logran hacer un alto y buen uso de los
subproductos que se les generan usando estos materiales como biocombustibles abonos para
el cultivo de sus tierras alimentos para sus animales entre otros
La cascarilla de cafeacute es el residuo vegetal para la propuesta de esta investigacioacuten es el
agregado adicional que se estudioacute en el disentildeo de la mezcla con el concreto siendo que este
residuo hace parte de la industria del cafeacute la maacutes sobresaliente del paiacutes ocupando el tercer
puesto como mayor productor del mundo y el primero en cafeacute araacutebico suave lavado (Sierra
2014) y partiendo de esta alta produccioacuten la cascarilla de cafeacute o cisco es el residuo que
posee ademaacutes propiedades oacuteptimas que la convierten en un agregado liviano con un
porcentaje de silicio del 15 en su composicioacuten quiacutemica asiacute considerados para poder realizar
este planteamiento investigativo (Garcia amp Olaya 2011)
Sin ser ajenos ante esta situacioacuten se proyecta una investigacioacuten que iraacute ligada al uso de
residuos vegetales y al disentildeo del concreto arquitectoacutenico esto con el fin de enfatizar que crear
propuestas ambientales no limita las caracteriacutesticas de un material en este caso el concreto y
que al contrario potencializa sus propiedades y brinda al mercado mayores opciones de uso e
implementacioacuten
21
Algunas industrias hacen uso de estos residuos como abonos para uso en sus mismas tierras
como biocombustibles para sus fincas o maquinas procesadoras o como consumo animal si
esto pasase en la mayoriacutea de la industria y con la totalidad de la materia prima despueacutes de su
procesamiento aparte de traer beneficios ambientales tambieacuten traeriacutea beneficios econoacutemicos
En el proceso de industrializacioacuten del cafeacute solamente se aprovecha el 5 del peso del fruto
fresco en la preparacioacuten de la bebida el restante como la pulpa el cisco el tallo la borra
quedan como residuo de la materia prima representando el 95 Almacafeacute en uno de sus
informes de sostenibilidad del antildeo 2012 nos describe la cantidad de toneladas de residuos que
genera la industria del cafeacute y el Cisco que es la cascarilla del cafeacute estaacute entre los tipos de
residuos soacutelidos aprovechables catalogado asiacute por la misma industria quienes crearon un
manejo de residuos daacutendoles uso en su misma planta de produccioacuten como generadores de
energiacutea (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
Sin embargo en una tesis de investigacioacuten de la Universidad Nacional de Colombia sede
Medelliacuten sobre la combustioacuten de Peacutelet de Cisco de cafeacute el aprovechamiento de los residuos
agroindustriales implica grandes retos y altas inversiones en transporte cuando su disposicioacuten
final no es ldquoin siturdquo esto sumado a que estos materiales poseen bajos poderes caloriacuteficos en
comparacioacuten con otros combustibles de origen foacutesil y no se disponen de tecnologiacuteas que
permitan garantizar una combustioacuten apropiada lo cual conlleva a que las plantas utilicen
combustibles foacutesiles que garanticen la energiacutea requerida para sus procesos originando un
consumo de combustibles adicional y elevando los costos de produccioacuten (Manrique Waldo
2018)
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
22
Lograr disentildear una mezcla idoacutenea de concreto con la cascarilla de cafeacute en construccioacuten implica
el desarrollar planes de manejo ambiental para implementarlos en el concreto arquitectoacutenico
aprovechando la gran produccioacuten agroindustrial que se da en este Paiacutes ldquoLas cifras del
Ministerio de Vivienda dan cuenta de un crecimiento de 102 en el PIB de construccioacuten
durante el segundo trimestre del 2014 en comparacioacuten con el mismo periodo del antildeo pasado
Las obras civiles son las que maacutes han tenido que ver en el aumento de ese PIB pues crecieron
176 seguidas por el sector de edificaciones con un 14rdquo (Medina 2014)
A partir de estos elementos se considera que la propuesta del disentildeo de mezcla de concreto
con residuos vegetales cumpliraacute dos aportes muy positivos al campo de la construccioacuten uno de
ellos es ser un material que retribuya al medio ambiente generando una nueva visioacuten de
optimizacioacuten en nuestro paiacutes y segundo es considerar que este material cuenta con las
caracteriacutesticas idoacuteneas para ser trabajado como concreto arquitectoacutenico lo que permite al
disentildeador y al constructor idear proyectar y trabajar con la misma o mejor facilidad que con un
concreto convencional Se podriacutea hablar del desarrollo de un ldquoconcreto de alto desempentildeordquo
(Salcedo Barrera 2006) en donde ldquocualquier concreto que satisfaga criterios propuestos para
sobrepasar las limitaciones de un concreto convencional puede ser llamado concreto de alto
desempentildeordquo (FHWA 1994)
La mezcla obtenida del concreto con agregado de cascarilla de cafeacute se dispondraacute en el trabajo
de acabados pigmentacioacuten estampado y encofrado Lo positivo del uso de estas teacutecnicas es la
posibilidad de crear variabilidad y seguridad dotar al material de caracteriacutesticas que se puedan
determinar desde el proceso de su produccioacuten hasta el momento de su implementacioacuten en
armoniacutea con la naturaleza y aprovechando al maacuteximo los residuos vegetales en este caso los
de la agroindustria cafetera
12 Planteamiento del problema
Se sabe que la industria de la construccioacuten es uno de los mayores generadores de
contaminacioacuten y consumidor de recursos naturales no renovables tal como lo cita (Cabello
2008) tomado de (Anink Boonstra amp Mank 1996) en teacuterminos estadiacutesticos se puede decir
que el sector de la construccioacuten es responsable del 50 de los recursos naturales empleados
del 40 de la energiacutea consumida (incluyendo la energiacutea en uso) y del 50 del total de residuos
generados Si bien es cierto que el procesado de materias primas y la fabricacioacuten de los
23
materiales generan un alto coste energeacutetico y medioambiental no es menos cierto que la
experiencia ha puesto de relieve que no resulta faacutecil cambiar el actual sistema de construccioacuten
y la utilizacioacuten irracional de los recursos naturales donde las prioridades de reciclaje
reutilizacioacuten y recuperacioacuten de materiales brillan por su ausencia frente a la tendencia
tradicional de la extraccioacuten de materias naturales Por ello se hace necesario reconsiderar esta
preocupante situacioacuten de crisis ambiental buscando la utilizacioacuten racional de materiales que
cumplan sus funciones sin menoscabo del medio ambiente (Cabello 2008)
Resulta al tiempo contradictorio que el campo de la construccioacuten tenga como fin buscar el
confort humano satisfaciendo sus necesidades tanto habitables como de viacuteas de
comunicacioacuten y que no se tenga como prioridad cuidar o usar de manera maacutes racional los
recursos naturales siendo estos los que proveen la vida y los que permiten llevar a cabo esas
construcciones que ayudan a mitigar las necesidades del ser humano
La visioacuten de la generacioacuten de residuos soacutelidos derivada del consumismo actual ha sido
entendida como una problemaacutetica ambiental ademaacutes de ser un factor influyente y determinante
en la salud puacuteblica la creacioacuten ademaacutes de la adaptacioacuten de estrategias ya existentes para el
manejo de residuos soacutelidos se convierte en la alternativa de solucioacuten a dicho problema dado
que ataca todas las consecuencias devastadoras del mal manejo de los residuos soacutelidos y
ademaacutes se convierte en una posibilidad de negocio al comercializar los subproductos
derivados de estos procesos (Agudelo 2012)
Tenemos gran variedad de residuos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y muchos de estos al verse
como desecho ldquoinuacutetilrdquo son quemados vertidos en fuentes fluviales o en vertederos de basura
generando acumulaciones de agentes contaminantes No obstante ldquoampliando ya la visioacuten
ecoloacutegica del siglo XXI algunas empresas o fabricas hacen uso de estos residuos como
generadores de energiacuteardquo (Manejo de Desechos Agroindustriales2015)
Sin embargo la visioacuten ecoloacutegica en la que la construccioacuten debe estar sumergida no es del todo
implementada para ello debe innovarse en materiales que ofrezcan las mismas o mejores
caracteriacutesticas para poder hacer uso de ellos en forma confiada y masiva ya que un alto
porcentaje de la industria de la construccioacuten es ajena al concepto acutesostenibilidad ambientalacute
24
En Colombia existen empresas que estaacuten intentando implementar metodologiacuteas y teacutecnicas para
la reutilizacioacuten de residuos orgaacutenicos La adecuada disposicioacuten final de residuos
agroindustriales es apremiante debido a que se producen en gran cantidad pero la mayoriacutea son
llevados al relleno sanitario sin considerar que existen otras posibilidades de aplicacioacuten y que
pueden generar grandes valores econoacutemicos Los gastos de la disposicioacuten de los residuos y el
impacto ambiental pueden reducirse si se logra emplear teacutecnicas de valorizacioacuten esto quiere
decir que si se logran tener adecuados tratamientos las empresas podriacutean multiplicar el valor
de los subproductos (Yepes Naranjo amp Saacutenchez 2008)
Con estos puntos planteados es importante preguntarse iquestCoacutemo hacer del concreto un
material a partir de residuos orgaacutenicos vegetales que genere una progresiva visioacuten sostenible
en la construccioacuten y que sea esteacuteticamente un potencial en el disentildeo El sustituir parte de los
agregados de un material convencional a uno que aporte al medio ambiente y lograr
implementarlo en la construccioacuten como material oacuteptimo para quien lo implemente es obtener
un material innovador que aporta no solo como idea si no como parte de nuevas praacutecticas
constructivas sustentables
13 Objetivos
Objetivo general 131
Evaluar las propiedades y comportamientos fiacutesicos del concreto con agregados orgaacutenicos como
la cascarilla de cafeacute uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran industria cafetera en
Colombia y establecer las posibilidades ante el uso de textura y color
Objetivos especiacuteficos 132
- Identificar las investigaciones realizadas acerca del concreto aligerado con cascarilla de
cafeacute estableciendo sus propiedades generales
- Caracterizar el material orgaacutenico (Cascarilla de cafeacute) que va a ser sustituido por
porcentajes determinados del agregado grueso del concreto
25
- Establecer un disentildeo de mezcla con base en las investigaciones realizadas y comprobar
sus propiedades fiacutesicas
- Determinar las alternativas de textura a traveacutes de prototipos de formaletas que puedan
implementarse en ese tipo de concreto
- Realizar valoraciones acerca de las variaciones del comportamiento del concreto
expuesto al exterior con el uso de pigmentos
14 Justificacioacuten
La industria de la construccioacuten es uno de los principales actores responsables en el cambio y
aumento de niveles de contaminacioacuten ambiental es una industria que necesita para su
desarrollo hacer uso de recursos naturales no renovables dejando a su paso acumulacioacuten de
desechos escombros de obra una mezcla de agentes contaminantes que degradan de
manera progresiva el medio natural pero las industrias como la agronomiacutea son otro gran factor
de contaminacioacuten directa a este medio se hace uso de la materia prima acuteuacutetilacute y los residuos
son en un alto porcentaje quemados desechados en riacuteos o retirados a espacios como
vertederos de basuras volvieacutendolos unos participes maacutes de la contaminacioacuten Hay que
destacar que ldquoel debate sobre la sostenibilidad no se produce en el campo especiacutefico de la
edificacioacuten sino en el de la economiacutea y otras ciencias sociales Su transposicioacuten a la
edificacioacuten exige un entramado teoacuterico capaz de trasladar demandas enunciadas en campos
ajenos (hellip) hacia el campo de los conocimientos habilidades y procesos que permiten
desarrollar y enunciar un proyecto de edificacioacutenrdquo (Monterotti 2013)
La buacutesqueda de implementar normas y leyes para contrarrestar los abusos que se le hacen a
los recursos vienen desde la deacutecada de los 80 eacutepoca en la que surge la preocupacioacuten por
impacto que produce llevar a cabo la construccioacuten de un edificio y sus materiales sobre el
ambiente Desde el antildeo 2000 el nuacutemero de meacutetodos para la evaluacioacuten medioambiental se ha
multiplicado considerablemente en el mundo BREEAM (BRE Environmental Assessment
Method) fue el primer sistema (desarrollado en 1990) que ofrecioacute un meacutetodo de etiquetado de
edificios aunque LEED (Leadership in Energy and Environmental Desing) es el de mayor
implantacioacuten en el mercado de grandes edificios (Maciacuteas amp Garciacutea Navarro 2010)
26
En Colombia no existen como tal leyes enfocadas exclusivamente al control de recursos de los
que hace uso la industria de la construccioacuten existen algunas normativas y artiacuteculos que se
derivan de un encabezado no especifico en el tema y existen tambieacuten los denominados
manuales pero realmente no hay entidades que fundamenten la importancia de un control una
base de enumeradas restricciones en la fabricacioacuten de materiales y su impacto negativo al
medio ambiente
En el antildeo 2016 se hizo puacuteblico la nueva reglamentacioacuten de construccioacuten sostenible en el paiacutes
ldquoEn Latinoameacuterica Colombia es pionero en comprometerse con la transformacioacuten hacia el
desarrollo sostenible La norma que es obligatoria a partir de junio de 2016 establece
porcentajes de ahorro en agua y energiacutea que permitan reducir los costos de los usuarios en
pagos de servicios puacuteblicosrdquo (Ministro de Vivienda Luis Felipe Henao) El objetivo de esta
reglamentacioacuten es lograr ahorros de hasta el 45 en el consumo de agua y energiacutea mediante
la incorporacioacuten de paraacutemetros de sostenibilidad ambiental en el disentildeo y construccioacuten de las
nuevas edificaciones que se construyan en el paiacutes (MINVIVIENDA 2015) Se consultoacute al
Ingeniero Alejandro Vaacutesquez especialista en construccioacuten sostenible de la universidad EAFIT
acerca de esta nueva norma y sentildeala que el mayor objetivo es el ahorro de recursos hiacutedricos y
energeacuteticos al igual que reducir las emisiones de gases de efecto invernadero pero esta norma
no trae apartes especiacuteficos sobre el uso de materiales debido a que se centra en temas de
eficiencia energeacutetica e hiacutedrica pero si habla de la necesidad de usar materiales de
construccioacuten de baja energiacutea embebida (hellip)(ARGOS 2015)
En este sentido se entiende la importancia la vitalidad de propulsar e imponer el cambio desde
la fabricacioacuten de los materiales que se utilizaran en obra los elementos tenidos en cuenta para
la expedicioacuten del nuevo reglamento fue entender que teniendo un sector que construye
anualmente cerca de 30 millones de metros cuadrados en vivienda y edificaciones no
residenciales que articula a maacutes de 28 sectores productivos de la economiacutea y que emplea a
maacutes de 34 millones de personas es necesario mantener un proceder reglamentario cauteloso
para no poner en riesgo la promocioacuten de proyectos constructivos ya que son los que soportan
la economiacutea (CAMACOL 2015) asiacute que el enfoque sostenible al que se hace referencia esta
normativa estaacute en un segundo plano y la economiacutea se veriacutea directamente afectada si se
impone la idea de usar en menor medida los residuos naturales o proponer estudios para
reemplazarlos
27
Desde el aspecto ecoloacutegico tiene una gran ventaja la industria agronoacutemica por el basto grado
de residuos orgaacutenicos que genera en la produccioacuten En tal sentido se proyecta a provechar el
denominado cisco la cascarilla de cafeacute con la finalidad de aprovechar este sobrante siendo
Colombia el segundo productor mundial de este fruto y por el potencial de este residuo como
fibra vegetal al presentar propiedades que la hacen oacuteptima para ser utilizada como agregado
liviano en el concreto En Colombia ha tenido un uacutenico uso servir de combustible para
alimentar hornos (Rathinavelu amp Graziosi 2005)
Es el concreto el material de mayor uso en la construccioacuten es el material que maacutes se debe
experimentar para proporcionar alternativas ecoloacutegicas y de uso Para potencializar este
material no uacutenicamente en su composicioacuten con los residuos orgaacutenicos sino que tambieacuten se
buscara alternativas en su esteacutetica en la variabilidad de sus aplicaciones
El aspecto esteacutetico de las obras cobra cada vez mayor relevancia y los elementos de concreto
arquitectoacutenico ndashelaborados in situ o prefabricados- marcan una etapa importante en la
evolucioacuten de la arquitectura contemporaacutenea al brindar caracteriacutesticas de increiacuteble versatilidad
Ademaacutes del concreto ninguacuten material de construccioacuten moderno puede asumir con tanta
facilidad las formas colores y texturas (Pesquer 2013) Se han realizado cantidad de
investigaciones y avances tecnoloacutegicos sin embargo en esta aeacuterea la aplicacioacuten de concretos
arquitectoacutenicos es muy deficiente (dependiendo de la obra) en lo esteacutetico o lo mecaacutenico pero
no se trabaja unificando estas dos caracteriacutesticas sabiendo que el concepto de concreto
arquitectoacutenico tiene como finalidad estas aportaciones como unidad
En tal razoacuten se busca crear alternativas ideas innovadoras y el implementar un material
ecoloacutegico donde el uso de estas teacutecnicas favorezca el campo constructivo el econoacutemico
variedad en el mercado y en el disentildeo puesto que al conectar el eacutexito de las empresas con los
avances de la sociedad se abren muchas formas de atender a nuevas necesidades ganar
eficiencia crear diferenciacioacuten y expandir mercados (Porter amp Kramer 2011)
2 Marco Teoacuterico 28
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico
La evaluacioacuten del impacto ambiental que genera la fabricacioacuten de materiales de construccioacuten
es bastante escasa ante esa situacioacuten algunos paiacuteses han creado mecanismos muy baacutesicos
que permitan dar algunas pautas para el uso adecuado de estos pero encontrar
especiacuteficamente los efectos secundarios que causa su produccioacuten es muy complejo
imponiendo la idea de crear y modificar materiales con un completo estudio en el aacutembito
ecoloacutegico y constructivo Se debe ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo(Manzini amp Bigues 2000)
Los responsables de la Organizacioacuten de las Naciones Unidas para la Agricultura y la
Alimentacioacuten (FAO) ofrecen varias razones para promocionar los productos naturales como lo
son las fibras subproductos de los residuos orgaacutenicos La produccioacuten implica una fuente alta
de ingresos econoacutemicos para el campo de la agroindustria y este valor econoacutemico es maacutes
sobresaliente en paiacuteses en desarrollo donde puede alcanzar en algunos casos hasta la mitad
de las exportaciones En cuanto a las ventajas que producen para el medio ambiente y la salud
la utilizacioacuten de forma sostenible de fibras obtenidas de residuos orgaacutenicos proporcionan un
recurso natural y renovable en tiempos cortos a diferencia de lo que es hacer uso de fibras
sinteacuteticas las cuales son obtenidas de sustancias derivadas del petroacuteleo (Muerza 2009)
El uso de fibras naturales de residuos orgaacutenicos es una ventaja muy alta para el campo de la
construccioacuten es aprovechar las ventajas de la tecnologiacutea los estudios que estaacuten a nuestro
alcance y poder hacer nuevas propuestas en pro de un detenimiento del excesivo uso de
recursos naturales
29
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre
La explotacioacuten minera en Colombia para la extraccioacuten del material de arrastre grava y arena
entre otros es uno de los principales protagonistas en este flagelo del dantildeo ambiental frente a
las diferentes praacutecticas requeridas para tal fin Son innumerables y praacutecticamente irreversibles
los dantildeos a los que deben enfrentarse los recursos a falta de control y equilibrio tanto es su
explotacioacuten como en el tiempo para su recuperacioacuten
El impacto ambiental que genera la actividad minera es grande la huella que deja en el
ambiente incide en los recursos hiacutedricos geoloacutegicos bioloacutegicos atmosfeacutericos y socio ndash
econoacutemicos Algunas de esas consecuencias son reversibles pero otras irremediablemente
no pueden evitarse En el recurso hiacutedrico la mineriacutea a cielo abierto por ejemplo causa
contaminacioacuten de los cuerpos de agua por residuos soacutelidos y vertimientos domeacutesticos e
industriales relacionados con la actividad minera lo que aumenta el contenido de los
sedimentos y se ocasiona desviacioacuten de los cauces de los riacuteos que generan inundaciones
transformacioacuten del paisaje y la perdida de cultivos En el campo geoloacutegico se producen
cambios topograacuteficos y geomorfoloacutegicos debido a la remocioacuten de las capas superficiales del
terreno (Redaccioacuten El Tiempo 1995)
Minerales que se explotan en Colombia
- Carboacuten quinto mayor exportador mundial
- Metales y piedras preciosas oro plata y esmeraldas que son reconocidas en todo el mundo
por su calidad y belleza
- Minerales metaacutelicos niacutequel cobre hierro manganeso plomo zinc y titanio
- Minerales no metaacutelicos sal terrestre sal marina gravas arenas arcillas caliza azufre barita
asbesto entre otros
En el 2015 la titularidad minera inscrita en el Registro Minero Nacional es de 9291 36
correspondiacutean a materiales de construccioacuten (el mayor porcentaje de los tiacutetulos otorgados en el
30
paiacutes) 25 a los metales preciosos principalmente oro 17 al carboacuten y 23 a otros minerales
(arcillas cuarzo hierro esmeralda sal siacutelice yeso etc) Ademaacutes el 46 se encuentran en
etapa de exploracioacuten el 31 en etapa de construccioacuten y montaje y el 23 en etapa de
explotacioacuten (Ministerio de Minas 2016)
Con respecto a los minerales maacutes explotados en la pequentildea mineriacutea se destacan que son
piedras preciosas (2) carboacuten (15) oro (30) y minerales de construccioacuten (53) (Ortiz
2017)
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016)
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz 2017)
Pequentildeas minas ilegales
Tipo de material
31
22 Antecedentes teoacutericos
Durante los uacuteltimos antildeos los resultados de las investigaciones en el tema del uso de fibras
naturales en concretos en este caso el uso de cascarilla de cafeacute hacen eacutenfasis en el impacto
que genera de forma positiva el uso de fibras naturales tanto en la reduccioacuten de gasto de
recursos medioambientales como el factor econoacutemico en la construccioacuten Se pondraacuten a
continuacioacuten en manifiesto las investigaciones y sus alcances donde los grupos de trabajo e
investigadores dejan en evidencia los ensayos y pruebas que dan a conocer un nuevo punto de
vista y un resultado viable para las innovaciones en materia de construccioacuten y la sostenibilidad
ldquoLos bloques con cascarilla de cafeacute presentaron mayor resistencia que los mismos hechos con
cascarilla de cafeacute molida esto es debido a que sus partiacuteculas son maacutes pequentildeas y por lo tanto
necesitan de mayor cantidad de cemento para ser cubiertas Seguacuten los datos obtenidos en el
anaacutelisis de resistencia a la compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje
de cascarilla tienen las menores resistenciasrdquo (Mercado 2012)
ldquoLa falta de materiales de construccioacuten que sean accesibles y autosustentables provocan la
escasez de vivienda digna en Meacutexico Por otro lado en zonas cafetaleras de Meacutexico el
desecho del cafeacute (la cereza o cascarilla) alcanza a ser de una tonelada anual lo cual genera
desperdicio que podriacutea ser utilizado para la construccioacutenrdquo (Cantu et al 2014)
Lo que maacutes ha impulsado a la innovacioacuten de nuevos materiales en nuestros tiempos es
inicialmente los costos tan elevados que conlleva el campo de la construccioacuten es una idea auacuten
dominante y en segunda instancia el impacto ambiental que estaacute dejando la utilizacioacuten de
recursos naturales para el desarrollo de estos materiales con iniciativas como la utilizacioacuten de
residuos tanto orgaacutenicos como inorgaacutenicos se han generado grandes iniciativas a favor del
ambiente y la reduccioacuten de elevados costos
El Mercado Central de Buenos Aires intenta buscar formas de reciclar residuos orgaacutenicos es
asiacute como Fabiaacuten Dragone presidente de la Corporacioacuten del Mercado Central afirma ldquoEn el
futuro cada uno va a tener que hacerse cargo de sus residuosrdquo Es asiacute como impulsando el
reciclado de residuos para fabricar materiales de construccioacuten desean volver inerte el material
32
orgaacutenico para de esta manera reconvertirlo en baldosas o bloques para la construccioacuten
(INFOREGIOacuteN 2007)
Actualmente los costos de materiales de construccioacuten de vivienda son altos y cada diacutea tienden
a incrementarse Ante esta problemaacutetica se plantea como una manera de contribuir a su
solucioacuten el analizar y proponer nuevas alternativas de materias primas en la construccioacuten que
permitan obtener una reduccioacuten en los costos con el cumplimiento de las normas y
especificaciones de resistencia y seguridad (Roque amp Medrano 2012)
Antecedentes internacionales 221
- Cantu Mariza Maciel Mariana Mangino Marisuacute Planas Alejandra Romero Carolina
Saacutenchez Rociacuteo (Cantu et al 2014) Investigacioacuten realizada en la Universidad
Autoacutenoma de Meacutexico tiene como objetivo desarrollar una propuesta de un material de
construccioacuten ecoloacutegico para las comunidades cafetales de Meacutexico Los materiales
principales fueron cereza de cafeacute caneacutefora silicato de sodio y carbonato de calcio Las
pruebas a realizar fueron base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo base de
ladrillos con cascarilla de cafeacute entera absorcioacuten presioacuten maacutexima sostenida por cada
ladrillo en la prueba de compresioacuten prueba de absorcioacuten prueba de combustioacuten y
prueba de resistencia
33
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de
cafeacute
Carbonato de
calcio
65gr
10gr
625gr
75gr
60gr
5gr
577gr
25gr
Esta base fue combinada con el silicato de sodio como se muestra en la siguiente tabla
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014)
34
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
COMPOSICIOacuteN 1 2 3 4
Silicato de sodio
Base
100gr
25gr
100gr
134gr
100gr
25gr
100gr
20gr
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de cafeacute 65gr 3125gr 60gr 219gr
Carbonato de
calcio 5gr 75gr 5gr 25gr
Despueacutes de realizar este meacutetodo experimental se puede concluir que efectivamente se puede
elaborar un material de construccioacuten a partir de la cascarilla de cafeacute pues mezclada con silicato
de sodio y carbonato de calcio se logroacute tener las propiedades de un ladrillo Los ladrillos
elaborados con cascarilla molida tardan maacutes en secarse a temperatura ambiente Despueacutes de
8 semanas se encontroacute que tienen alta dureza y resistencia
De forma general se puede concluir que el ladrillo con mayor concentracioacuten de carbonato de
calcio tuvo buenos resultados en la mayoriacutea de las pruebas y es una alternativa como material
de construccioacuten que supone un beneficio econoacutemico y ecoloacutegico (Cantu et al 2014)
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Observaciones
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
La muestra mantuvo su
estructura composicioacuten y dureza
Esta muestra aumento 24 de su
peso inicial (peso final de
9607gr)
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Presioacuten alcanzada antes
de quebrarse 4KN 3KN 37KN
35
- Edwin Rimay Vaacutesquez (2017) en su tesis ldquoDisentildeo de concreto fibroreforzado de FacuteC=
250 kgcm2 con fibra vegetal en la ciudad de Jaeacutenrdquo para optar el tiacutetulo de Ingeniero civil
de la Universidad Nacional de Cajamarca del Peruacute determinoacute la influencia en las
propiedades fiacutesicas y mecaacutenicas del concreto reforzado con fibras vegetales (cascarilla
de arroz) al considerar que el uso de la cascarilla de arroz podriacutea aumentar la
resistencia en el concreto y paralelo disminuir su costo de produccioacuten estudiando el
comportamiento fiacutesico y mecaacutenico del concreto
- Concluye que la adicioacuten oacuteptima de la cascarilla de arroz para obtener una resistencia a
la compresioacuten similar al disentildeo patroacuten es de 10kgm3 ya que a mayor adicioacuten
disminuye draacutesticamente no solamente su resistencia a la compresioacuten sino tambieacuten a la
traccioacuten por lo que recomienda realizar un estudio de preservacioacuten de la fibra vegetal
antes de adicionar al concreto convencional para aumentar su durabilidad a la vez que
realizar pruebas acuacutesticas y teacutermicas es otra recomendacioacuten para asiacute conocer a fondo
este tipo de concreto y llegar a inferir sobre las aplicaciones que podriacutea llegar a tener el
nivel de productividad y estudiar la posibilidad de la validez de la adicioacuten de la cascarilla
de arroz con concreto conformado por cemento maacutes agregado finos con fines de
controlar las fisuras (ref2)
- Por su parte Jimmy Sierra Hyman Roque Jared Medrano (2012) desarrollaron una
investigacioacuten que contoacute con el apoyo teacutecnico y financiero de la fundacioacuten para el
desarrollo tecnoloacutegico Agropecuario y Forestal de Nicaragua (FUNICA) con la finalidad
de aprovechar la cascarilla de cafeacute en la elaboracioacuten de materiales de construccioacuten Se
utilizaron diferentes proporciones para la fabricacioacuten del bioconcreto La proporcioacuten
142 indica que se utilizoacute una parte de cemento cuatro partes de arena y dos partes de
material cero para la proporcioacuten 133 significa que se empleoacute una parte de cemento
tres partes de arena y tres partes de material cero La cantidad de muestras que se
realizaron fueron 18 para la dosificacioacuten de 142 para luego realizar las mediciones de
la resistencia de los bloques a los 14 y 28 diacuteas Esto se comparoacute con la otra dosificacioacuten
de 133 a la cual tambieacuten se le realizaron 18 muestras
Para cada dosificacioacuten de 6 muestras se le fue agregando cascarilla en porcentaje de
19 20 y 30 Se puede apreciar en la siguiente tabla que la cascarilla de cafeacute en su
36
estado natural o molida se comporta similar al aacuterido fino es por ello que en las
dosificaciones se utilizoacute para disminuir la arena
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012)
MATERIALES QUE PASA POR TAMIZ
38acute Ndeg4 Ndeg8 Ndeg16 Ndeg30 Ndeg50 Ndeg100 Ndeg200 MF
Arena 99 9287 7281 4543 2426 482 08 006 359
Material cero 100 9741 5288 2252 868
24 005 0 417
Cascarilla de
cafeacute 100 9666 4485 1143 255 045 008 0 444
Cascarilla cafeacute
molida 952 756 4376 1666 331 033 0 365
Se concluye que el material cero es considerado un agregado fino debido a que en la
prueba granulomeacutetrica pasoacute por todas las mallas del agregado grueso La mejor
proporcioacuten para esta investigacioacuten se considera que fue 133 cumpliendo los
estaacutendares de calidad la proporcioacuten de la cascarilla es del 10 dando como resultado
4420kgcm2 seguacuten las normas de la ASTM
Los datos de resistencias reflejaron que el curado es determinante para obtener
mayores resistencias ya que entre el curado de 14 diacuteas y el de 28 diacuteas hay diferencias
considerables Seguacuten los resultados que obtuvieron en los ensayos de resistencia al a
compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje de cascarilla tienen
las menores resistencias (Roque amp Medrano 2012) (ref3)
37
Antecedentes nacionales 222
- Garciacutea Carlos Daniel Olaya Julio Mario (2011) Estudiantes que realizaron este trabajo
que hace parte de la liacutenea de investigacioacuten sobre materiales de construccioacuten han
venido trabajando la seccioacuten de construcciones agriacutecolas del Departamento de
Ingenieriacutea Agriacutecola de la Universidad Nacional de Colombia Ahondar en un material de
comuacuten conocimiento y aplicacioacuten pero que dosificado con aacuteridos orgaacutenicos provenientes
de desechos de las agroindustrias como el caso de la cascarilla o cisco de cafeacute no
teniacutean conocimiento de su comportamiento mecaacutenico ni de sus propiedades teacutermicas
Los materiales a utilizar fueron
Cascarilla de cafeacute (Tabla 7 materiales de desperdicios obtenidos en el beneficio de un kilogramo de cafeacute cereza)
Cal agriacutecola
Cemento
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus materiales de
desperdicio(Garcia amp Olaya 2011)
PROCESO PERDIDA(GRS) MATERIALES
Despulpado
Fermentacioacuten
Trilla
Secado
Torrefaccioacuten
Preparacioacuten de la bebida
Peacuterdida total
394
216
35
171
22
104
942
Pulpa fresca
Muciacutelago
Cascarilla
Agua
Cafeiacutena y sustancias volaacutetiles
Borra
PRUEBAS
1 Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale en la trilladora en
una solucioacuten de agua cemento al 5 en peso durante 30min Agitado constante
2 Se disentildearon mezclas con diferentes combinaciones de relacioacuten agua-cemento
3 Ensayos de compresioacuten
4 Ensayos de conductividad teacutermica
38
RESULTADOS
El asentamiento contraccioacuten longitudinal y volumeacutetrica la resistencia a la compresioacuten
la conductividad teacutermica y el moacutedulo de rotura se muestran en tabla 2 y 3
correspondiendo cada una a los dos estados de manejo de la cascarilla sin tratar y
mineralizada
Con el tratamiento mineralizante de la cascarilla se aumenta el peso especiacutefico
aparente seco en un 12 debido a que se disminuye el volumen de poros de eacutesta se
disminuye el peso unitario suelto en un 23 porque se dificulta el acomodamiento de la
cascarilla como consecuencia de la rigidez que adquiere y se produce una disminucioacuten
en la absorcioacuten en un 10 causada por la disminucioacuten en el volumen de poros El
hormigoacuten ligero con cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico ya que los valores
obtenidos de conductividad teacutermica (K) para as diferentes mezclas ensayadas son
menores a los que se obtienen para el hormigoacuten con cascarilla de arroz
RECOMENDACIONES
Cuando se utiliza cascarilla mineralizada se disminuye la manejabilidad de la mezcla
(AC=05 Y cemento cascarilla =14) hasta el punto de no poder determinar su
asentamiento se disminuye el tiempo de fraguado a 24 horas de fundida la mezcla y se
produce un aumento de resistencia a la compresioacuten a los siete diacuteas del 50
Es recomendable investigar maacutes a fondo el tratamiento mineralizante de la cascarilla
teniendo en cuenta que al calentar la mezcla (cascarilla-agua-mineralizante) disminuiraacute
el tiempo de mineralizacioacuten y aumentariacutea la calidad de los resultados (Garcia amp Olaya
2011) (ref4)
- Riacuteos Juan Carlos Aguirre Mauricio Munera Daniela (2015) El objetivo de esta
investigacioacuten consistioacute en utilizar un material de construccioacuten alternativo que sea
sostenible Uno de los residuos del cafeacute es la cascarilla la cual se utilizoacute en esta
investigacioacuten para el usoacute del concreto con el fin de reducir los costos de produccioacuten del
mismo e impactar de forma positiva al medio ambiente
39
Los materiales que utilizaron fueron
CASCARILLA DE CAFEacute seleccionada del tipo de cafeacute factor 85 del municipio de
Ciudad Boliacutevar (suroeste antioquentildeo) secada en un horno a 55deg durante 25 horas
proceso propio del cafeacute para evitar que se degrade
CEMENTO PORTLAND Tipo I
CLORURO CAacuteLCICO
PRUEBAS 5 Cilindros 1 Muestra de concreto sin adicioacuten de cascarilla de cafeacute (Muestra
patroacuten) (M1) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un 15 de relacioacuten de
volumen respecto al cemento (M2) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un
15 de relacioacuten de peso respecto al cemento (M3) se caracterizaron las arenas y triturado
empleado en la elaboracioacuten de mezclas utilizando las mallas recomendadas por la norma 174
dada por Icontec (2000)
RESULTADOS
El comportamiento de la cascarilla de cafeacute para mejorar o igualar la resistencia de concreto no
se obtuvo como se esperaba debido a que es necesario hacer un proceso maacutes elaborado a la
cascarilla para que tenga un comportamiento oacuteptimo es necesario darle un tratamiento previo
para brindarle una proteccioacuten contra el medio alcalino de la pasta de cemento Se observa
como la presencia de cascarilla de cafeacute reduce la energiacutea embebida presente en las muestras
en relacioacuten al concreto aunque un caacutelculo maacutes exacto seria tener en cuenta la energiacutea
embebida de la cascarilla pero para este trabajo no fue posible contar con este dato pero por
experiencia con otras fibras seriacutea un valor menor al del concreto lo que sigue arrojando un valor
menor
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015)
CARACTERIacuteSTICA M1 M2 M3
Aacuterea (m2)
Volumen (m3)
Peso (Kg)
1767
4948
1262
1767
51247
123
1767
53014
878
40
Carga (KN)
Densidad (gcm3)
Presioacuten (Mpa)
5895
255
3336
3248
24
184
83
165
047
Se concluye que para el uso de materiales naturales como en este caso cascarilla de cafeacute es
necesario hacer un recubrimiento para brindar proteccioacuten frente al medio alcalino del cemento
lo cual se puede hacer con aceite de linaza aceite de linaza + resina natural parafina parafina
+ resina natural sellador para madera o creosota
Los materiales alternativos son maacutes econoacutemicos que los utilizados tradicionalmente La
presencia de la cascarilla de cafeacute reduce el consumo de energiacuteas para la elaboracioacuten del
concreto (RIOS et al 2015) (ref5)
- Carvajal Corredor Ivaacuten Leonardo y Terreros Rojas Luis Eduardo (2016) Realizaron un
trabajo de Investigacioacuten para el programa de ingenieriacutea civil de la Universidad Catoacutelica
de Colombia ldquoAnalisis de las propiedades mecaacutenicas de un concreto convencional
adicionando fibra de caacutentildeamordquo con el objetivo de determinar y analizar las propiedades
mecaacutenicas (compresioacuten y flexioacuten) de un concreto convencional adicionando fibra de
caacutentildeamo en condiciones normales y asiacute establecer las condiciones en que se va a
trabajar la fibra adicionaacutendola al concreto
Se elaboraron 12 especiacutemenes ciliacutendricos 6 con fibra de caacutentildeamo y 6 normales con el
fin de obtener la resistencia a la compresioacuten a los 7 diacuteas 14 diacuteas y 28 diacuteas igualmente
se elaboraron 2 viguetas adicionando fibra de caacutentildeamo para determinar la resistencia a
la flexioacuten a los 28 diacuteas todo siguiendo la norma INV E seccioacuten 400 - concreto
hidraacuteulico Como se evaluaron unos concretos con fibra y otro normales a los que se le
adiciono fibra la cual con anterioridad se tratoacute con la cal hidratada seguacuten las
investigaciones de Quintero y Gonzaacutelez (2006) se sumerge la fibra en una lechada de
cal (10g por litro de agua) durante 48 horas
Se concluyoacute que por medio de un disentildeo de mezcla elaborado a partir del meacutetodo de
peso y volumen absoluto utilizando los datos suministrados de la empresa CEMEX
Colombia SA y Concrescol SA se logroacute con precisioacuten la resistencia a la compresioacuten
esperada a los 28 diacuteas En los primeros 7 diacuteas el concreto con fibra de caacutentildeamo supero
41
la resistencia del concreto normal con un 7875 de la resistencia esperada y con una
diferencia promedio entre los dos concretos de 120 psi a los 28 diacuteas el concreto con
fibra presento una tendencia totalmente diferente pues se esperaba que este superara
la resistencia de 4000 psi donde igualo la resistencia alcanzada del concreto normal
donde el concreto normal llego con una resistencia de 10034 y el concreto con fibra
llego a un 10049 frente a la resistencia calculada en el disentildeo de mezcla (Terreros
Rojas amp Carvajal Corredor 2016) (ref6)
42
DOSIFICACIOacuteN DE
HORMIGONES
LIGEROS CON
CASCARILLA DE CAFEacute
APROVECHAMIENTO
DE LA CASCARILLA
DE CAFEacute EN LA
ELABORACIOacuteN DE
MATERIALES DE
CONSTRUCCIOacuteN
FIBRA DE CAFEacute
INVESTIGATING
EFFECTS OF COFFEE
HUSK ASH AS PARTIAL
REPLACEMENT OF
CEMENT IN CONCRETE
GRADE C25
MEacuteXICO COLOMBIA N D COLOMBIA
Como material
mineralizante es maacutes
econoacutemico el cemento que
la cal agriacutecola con mejores
resistencias a la compresioacuten
Cuando se utiliza cascarilla
mineralizada se disminuye
la manejabilidad de la
mezcla Calentar la mezcla
(cascarilla- agua-
mineralizante) aumentara la
calidad de los resultados
-Resistencia a la
compresioacuten las
dosificaciones con mayor
porcentaje de cascarilla
tienen las menores
resistencias -Los bloques no son
recomendables
emplearlos en obras
civiles que alberguen
mucha poblacioacuten
La resistencia no
resulto como se esperaba
para ello la cascarilla
necesita un proceso previo
para brindarle una
proteccioacuten contra el medio
alcalino La presencia de
la cascarilla de cafeacute reduce
el consumo de energiacuteas
para la elaboracioacuten del
concreto
-El hormigoacuten se vuelve
menos viable a medida
que aumenta el porcentaje
de CHA -Resistencia a la
compresioacuten aumenta con
el periacuteodo de curado y
disminuye con el aumento
de CHA -Soacutelo un 5 de
sustitucioacuten CHA es
adecuada para disfrutar del
maacuteximo beneficio de la
ganancia de fuerza
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo
e impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Desarrollar una propuesta
de un material de
construccioacuten ecoloacutegico
para las comunidades
cafetales de Meacutexico
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo e
impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Ahondar en un material
de comuacuten conocimiento y
aplicacioacuten pero que
dosificado con aacuteridos
orgaacutenicos provenientes de
desechos de la
agroindustria
2011
2012
2014
2015
DISENtildeO DE CONCRETO
FIBROREFORZADO DE
FrsquoC=250KGCM2CON
FIBRA VEGETAL EN LA
CIUDAD DE JAEacuteN
PERUacute
En el anaacutelisis de fisuras se
observa que el ancho de
fisuras disminuye con
respecto al concreto patroacuten
en un 6366 6476 y en
un 4837para los concretos
con 10kgm3 20kgm3 y
30kgm3de adicioacuten de
cascarilla de arroz
respectivamente se puede
concluir que la adicioacuten de
cascarilla de arroz favorece
a la disminucioacuten de las
fisuras originadas en el
concreto
Determinar la influencia
en las propiedades fiacutesicas
y mecaacutenicas del concreto
reforzado con fibras
vegetales (cascarilla de
arroz)
2017
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
43
23 Bases teoacutericas
Concreto 231
Material compuesto que consiste en un medio adherente en el que estaacuten embebidas partiacuteculas
o fragmentos de agregados Es una mezcla compuesta por los agregados de arena piedra
agua y cemento inicialmente tienen caracteriacutesticas de plasticidad y moldeabilidad y con
posterioridad su estado fiacutesico seraacute endurecer y adquirir propiedades resistentes permanentes
El concreto es el material maacutes usado en el mundo despueacutes del agua (Neville 1999) La
versatilidad es la importancia que radica en el concreto llevaacutendolo a altos desempentildeos usos y
aplicaciones
2311 Propiedades
Las siguientes son las ventajas que hacen del concreto un material imprescindible para la
construccioacuten y un material que responde aacutegilmente a los principales desafiacuteos de la
infraestructura son
- Capacidad de resistir a una gran variedad de condiciones climaacuteticas durante todo su
tiempo de vida uacutetil
- Material de alta disponibilidad puede ser fabricado en cualquier parte del mundo
optimizando los costos
- Su maleabilidad permite variaciones esteacuteticas y arquitectoacutenicas
- En aplicaciones de infraestructura el uso de concreto es insustituible
Todas estas caracteriacutesticas han permitido el desarrollo de grandes obras e infraestructuras a
nivel mundial cuyo eacutexito estaacute ligado a la implementacioacuten de avanzadas tecnologiacuteas en
materiales de construccioacuten (Ceballos Arana 2016)
44
Concreto fresco 232
Etapa en la cual el concreto se puede transportar colocar en una formaleta y realizar los
procesos de vibracioacuten Las propiedades en estado fresco deben permitir que se llene
adecuadamente las formaletas y los espacios alrededor del acero de refuerzo asiacute como
tambieacuten obtener una masa homogeacutenea sin grandes burbujas de aire atrapada Esta propiedad
se puede determinar mediante varios meacutetodos de ensayo como son la manejabilidad
segregacioacuten exudacioacuten masa unitaria contenido de aire y contenido de agua (Guzmaacuten 2001)
Concreto endurecido 233
Es la etapa en la cual el concreto adquiere sus caracteriacutesticas potenciales de resistencia
maacutexima En general las propiedades mecaacutenicas del concreto dependen en gran medida por la
resistencia de la pasta endurecida los agregados y la interface pasta ndash agregados los cuales a
su vez son modificadas por los procesos de colocacioacuten y condiciones de curado (Guzmaacuten
2001) Cuando ya ha fraguado presenta las siguientes propiedades
a) Resistencia
b) Resistencia a la compresioacuten
c) Impermeabilidad y estanquidad
d) Durabilidad
24 Componentes del concreto
Cemento 241
Un cemento se define como un material con propiedades adhesivas y cohesivas que le dan la
capacidad de unir fragmentos soacutelidos para formar un material resistente y durable Sin embargo
esta definicioacuten incluye gran cantidad de materiales cementantes y los que realmente importan
desde el punto de vista de la construccioacuten son los cementos hidraacuteulicos llamados asiacute porque
tienen la peculiaridad de desarrollar sus propiedades (fraguado y endurecimiento) cuando se
encuentran en presencia de agua en virtud a que experimentan una reaccioacuten quiacutemica con ella
45
El cemento constituye entre el 7 y 15 de volumen total de la mezcla y por tanto influye en
todas sus caracteriacutesticas ((ASOCRETO) nd)
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd)
TIPO APLICACIOacuteN
TIPO I
Tipo IA
TIPO II
Tipo IIA
TIPO III
TipoIIIAMem
gt
TIPO IV
TIPO V
Para usar cuando no se requieran las propiedades especiales especificadas
para cualquier otro tipo
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo I donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para uso general maacutes especiacuteficamente cuando se desea resistencia
moderada a los sulfatos o calor de hidratacioacuten moderado
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo II donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea alta resistencia inicial o temprana
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo III donde
se desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea bajo calor de hidratacioacuten
Para usar cuando se desea alta resistencia a los sulfatos
Agua 242
Por lo general se recomienda que el agua sea potable y que no tenga un pronunciado olor o
sabor para que pueda usarse como agua de mezclado o curado en el concreto o el mortero
sin embargo esto no es rigurosamente cierto debido a que dentro del agua potable se pueden
encontrar disueltas en altas concentraciones sales ciacutetricos azuacutecares entre otros que pueden
ser perjudiciales para el concreto o el mortero de otra parte el agua que puede ser adecuada
para el concreto o mortero no necesariamente debe ser buena para beber (Diego Saacutenchez De
Guzmaacuten 2011)
El agua de mezcla cumple dos funciones muy importantes permitir la hidratacioacuten del cemento y
hacer la mezcla manejable De toda el agua que se emplea en la preparacioacuten de un mortero o
un concreto parte hidrata el cemento el resto no presenta ninguna alteracioacuten y con el tiempo
se evapora como ocupaba un espacio dentro de la mezcla al evaporarse deja vaciacuteos los
cuales disminuyen la resistencia y al durabilidad del mortero o del hormigoacuten (Rivera L nd)
46
Agregados 243
Como agregados de las mezclas de mortero o concreto se pueden considerar todos aquellos
materiales que han tenido una resistencia propia suficiente (resistencia de la partiacutecula) no
perturben ni afecten desfavorablemente las propiedades y caracteriacutesticas de las mezclas y
garanticen una adherencia suficiente con la pasta endurecida del cemento Portland
La fraccioacuten fina de los suelos gruesos cuyas partiacuteculas tienen un tamantildeo inferior a 476 mm
(tamiz No4) y no menor de 0074mm (tamiz No 200) es lo que comuacutenmente se denomina
AGREGADO FINO y la fraccioacuten gruesa o sea aquellas partiacuteculas que tienen un tamantildeo
superior a 476mm (tamiz No 4) denominado AGREGADO GRUESO (Rivera L 2006)
25 Normativas para ensayos
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017)
ENSAYO NORMATIVA
Agregados
Muestreo de agregados
Peso especiacutefico y absorcioacuten
Contenido de humedad
Anaacutelisis granulomeacutetrico
Cantidad de material fino que pasa el Tamiz Ndeg200
Peso unitario
Concreto
Muestreo de concreto freso
Asentamiento-slump
Peso unitario rendimiento
Elaboracioacuten y curado de muestras de concreto para
ensayos de laboratorio
Resistencia a compresioacuten
Testigos ciliacutendricos
Cemento
Densidad del cemento Portland
ASTM
D-75
C-127
C-128
C-566
C-136
C117
C-29
C-172
C-143
C-138
C192
C-39
C-188
NTP
400010
400021
400022
339185
400012
339132
400017
339036
339035
339046
339183
339034
334005
47
26 Fibras en el concreto
El uso de las fibras naturales como un componente maacutes en materiales de relleno o
aglomerantes no es nuevo se remonta a varios siglos atraacutes En concreto existen referencias
tempranas de experimentacioacuten con un refuerzo discontinuo (clavos segmentos de cable
ganchos) que se remontan a 1910 Probablemente el uso maacutes extendido de las fibras como un
componente maacutes en materiales aglomerantes haya sido su uso en elementos como tejas o
prefabricados de asbesto cemento En este caso las fibras de asbesto le conferiacutean al material
el monolitismo y la resistencia a la tensioacuten buscada sin embargo por consideraciones de salud
estas fibras de asbesto han sido sustituidas por otras de diferentes materiales que no tienen
ninguacuten efecto sobre la salud humana (Imcyc 2007)
Las fibras para concreto se adicionan normalmente en bajos voluacutemenes (frecuentemente
menos del 1) y han mostrado eficiencia en el control de la fisuracioacuten por contraccioacuten del
concreto Las fibras no alteran considerablemente la contraccioacuten libre de concreto y si son
empleadas en cantidades adecuadas pueden aumentar la resistencia al agrietamiento y
disminuir la abertura de las fisuras Las fibras para concreto generalmente son de acero
plaacutestico vidrio de materiales naturales (celulosa de madera) y sistemas muacuteltiples disponibles
en una amplia variedad de formas tamantildeos y espesores (DIFICONSA nd)
Clasificacioacuten de fibras 261
Como refuerzo secundario para concreto en general pueden clasificarse seguacuten diferentes
consideraciones (ASTMC 1116 EN 14889 EN 14889-2 ver normas actuales que rigen el
empleo de las fibras paacuteg26) hoy en diacutea se emplean principalmente dos tipos de clasificacioacuten
asiacute
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007)
CLASIFICACIOacuteN DESCRIPCIOacuteN
Material
Metaacutelicas
Sinteacuteticas
Secciones discretas de metal que tienen una relacioacuten de
aspecto (relacioacuten entre la longitud y el diaacutemetro) que va
desde 20 hasta 100 Estas fibras son de acero (en
general de bajo contenido de carboacuten)
Secciones discretas que se distribuyen aleatoriamente
dentro del concreto que pueden estar compuestas por
Acriacutelico Aramid Carboacuten Polipropileno Poliestileno
Nylon Poliester etc
48
Vidrio
Naturales
Funcionalidad geometriacutea y dosificacioacuten
Microfibras
Macrofibras
Secciones discretas de fibra de vidrio resistentes al
aacutelcali
Secciones discretas de origen como coco sisal madera
cantildea de azuacutecar yute bambuacute etc Cuyos diaacutemetros
variacutean entre 05 y 02 mm con valores de absorcioacuten
superiores al 12
Estas fibras estaacuten destinadas a evitar la fisuracioacuten del
concreto en estado fresco o antes de las 24 horas Se
dosifican en el concreto para voluacutemenes entre 003 a
015 del mismo
Estas fibras estaacuten destinadas a prevenir la fisuracioacuten en
estado endurecido a reducir el ancho de la fisura si eacutesta
se presenta y a permitir el adecuado funcionamiento de
la estructura fisurada Las dosificaciones maacutes
frecuentes oscilan entre 02 a 08 del volumen del
concreto Las macrofibras maacutes usadas son las sinteacuteticas
y las metaacutelicas cuyos diaacutemetros variacutean entre 005 mm a
200mm La relacioacuten de aspecto (Ld) de las
macrofibras variacutea entre 20 a 100
2611 Uso en la construccioacuten
El ACI clasifica a las fibras de acuerdo al uso en la construccioacuten dividieacutendolos de la siguiente
manera
- Fibra de acero (FA)
- Fibra de vidrio (FV)
- Fibra sinteacutetica (FSN)
- Fibra natural (FN) (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
27 Concreto reforzado con fibras vegetales
Concretos donde su composicioacuten estaacute formada de pasta base cementante agregados fino
agregado grueso con adecuadas adiciones de fibras Seguacuten la definicioacuten del ACI (American
Concrete Institute) no es maacutes que concreto hecho a partir de cementos hidraacuteulicos
conteniendo agregados finos y gruesos y fibras discretas discontinuas
49
Fibras vegetales 271
Los oacuterganos las secciones y las fibras de las plantas son denominados fibras vegetales se
pueden definir como todos los elementos estructurales que hacen parte de los tejidos orgaacutenicos
de las plantas y constituyen su esqueleto Los factores que definen el nivel de consistencia de
cada una de las fibras dependen del oacutergano o tejido del cual sean extraiacutedos y del grado de
unioacuten entre ellos La longitud y la forma de los cordones de fibras tambieacuten variacutean dependiendo
de esos mismos factores (Artesaniacutea 2014)
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) ORIGEN DE LAS
FIBRAS TIPO
Semillas
Tallos
Fruto
De la cascara y fruto
El algodoacuten
Capoc o Kapok
Lino
Caacutentildeamo
Yute
Ramio
Albaca
Sisal
Rafia
Bambuacute
Coco
Cereales Arroz avena centeno cebada trigo
Las fibras en el concreto tienen como funcioacuten principal mejorar la resistencia a traccioacuten y evitar
el agrietamiento cuando las fibras pierden su resistencia el producto es equivalente a un
concreto no reforzado Sin embargo en ese momento el concreto habraacute alcanzado su
resistencia total y como el agrietamiento se ha evitado en las etapas iniciales podriacutea ser maacutes
resistente que un producto similar hecho sin refuerzo
Aproximadamente el contenido general de fibra vegetal es del 1 a 2 del peso no seraacute nunca
del volumen ya que las densidades de las fibras pueden variar grandemente (Stulz amp Mukerji
1993)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 272
Dentro de las caracteriacutesticas maacutes importantes del concreto estaacuten las siguientes
50
2721 Resistencia a la compresioacuten
El uso de las fibras no tolera incrementos significativos en este ensayo En sus resultados
puede haber una leve variacioacuten tanto en el incremento como en el decremento en la
resistencia
Es importante el tamantildeo de las probetas cuanto menor sea se obtendraacuten mayores
resistencias a la compresioacuten debido a que se acentuacutea un alineamiento preferente de las fibras
A medida que aumente la longitud de la fibra el efecto seraacute mucho maacutes sensible (ACI 544-1R)
(American Concrete Institute (Aci) 2009)
2721 Resistencia al impacto
Los concretos reforzados con fibras presentan caracteriacutesticas principales como su resistencia a
los impactos por absorcioacuten de energiacutea adicional a esto presentan una menor tendencia a la
desfragmentacioacuten y al desprendimiento (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
2722 Resistencia a la flexioacuten
L a resistencia a la flexo traccioacuten es evidentemente mayor que la resistencia a la compresioacuten y
traccioacuten debido al comportamiento duacutectil del concreto reforzado con fibra en la zona fisurada
por traccioacuten desarrollando resistencias residuales (Carvajal 2015)
Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras 273vegetales
La funcioacuten principal de las fibras vegetales que se agregan es de soportar las tracciones
despueacutes de la primera fisura del concreto teniendo presente que el aporte de refuerzo de las
fibras es diferente a la del armado convencional de acero
En el momento que aparece una fisura las fibras quedan expuestas siendo estas las
responsables de mantener el elemento adherido Teniendo como resultado que las fibras
actuantes tengan diferentes esfuerzos al momento de la fisura La curva caracteriacutestica Carga
Vs Deflexioacuten en concretos reforzado con fibras sometidas a ensayos de traccioacuten por flexioacuten
se puede observar en la figura 4 (Carvajal 2015)
51
Lograr una buena homogenizacioacuten de la fibra vegetal en la elaboracioacuten de la mezcla
garantizara una buena distribucioacuten organizacioacuten y adecuada orientacioacuten de la fibra aportando
asiacute en su resistencia siendo lo contrario se podriacutea suponer que su contribucioacuten al concreto sea
nula (Carvajal 2015)
Las caracteriacutesticas que se potencializan al emplear adiciones de fibra vegetal en los concretos
son la resistencia y durabilidad La fibra ayuda a cohesionar el material entre sus agregados
con esto evitando la segregacioacuten del agregado
Normativa de concreto con agregados vegetales 274
Se tiene como referencia para esta investigacioacuten la normativa del Instituto Americano del
Concreto (ACI) y la sociedad Estadounidense para pruebas y materiales (ASTM) dentro de las
cuales se otorgan una serie de paraacutemetros para el disentildeo de concretos reforzados con fibras
teniendo presente las caracteriacutesticas a las cuales se deben regir los materiales que son
utilizados en las mezclas de concretos
El documento ACI 544R-96 informe sobre hormigoacuten armado con Fibra Homologar (2009) es
una guiacutea potencial para el disentildeo de concretos con fibras naturales Dentro del informe ACI
544 se puede encontrar una descripcioacuten del tipo de fibras referenciando consigo meacutetodos
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras (Carvajal 2015)
52
proporciones practicas materiales y necesidades para el tipo de investigacioacuten incluyendo los
concretos reforzado con fibra natural (American Concrete Institute (ACI) 2009)
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras
Tuacuteneles 281
El uso de fibras de acero para el revestimiento de tuacuteneles hadado importantes resultados
tanto en su colocacioacuten como en su desempentildeo estructural logrando alcanzar una alta
resistencia en pocas horas El uso de las fibras de acero en el concreto ha dado una pauta para
obviar el uso de malla electro soldada ya que las fibras logran cubrir esta necesidad de
elementos de refuerzo en las obras de construccioacuten
Pavimentos 282
Se sabe que el concreto para el uso en pavimentos requiere de unas especificaciones
particulares para de esta manera lograr contrarrestar las fuertes exigencias estructurales entre
ellas las maacutes importantes
- Resistencia a flexo traccioacuten
- Resistencia a fatiga
- Trabajabilidad
- Miacutenima retraccioacuten
Otros usos 283
Las fibras hacen una fuerte participacioacuten en la elaboracioacuten de elementos prefabricados tal es
el caso de elaboracioacuten de placas de fachada tanques plantas industriales piscinas pisos
industriales canales muebles para parques piezas para el hogar entre otros
53
29 Concreto arquitectoacutenico
El concreto arquitectoacutenico es aquel que por siacute mismo o por medio del tratamiento superficial
que se le aplique permite ser el protagonista del aspecto acabado o si se quiere personalidad
de lo edificado sin dejar de lado su funcioacuten estructural (Cementos Argos SA 2010)
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018)
Prefabricados 291
Los prefabricados en concreto son una opcioacuten vanguardista que ademaacutes de ofrecer variedad
de usos permite ahorra tiempo y dinero Su durabilidad resistencia y versatilidad continuacutean
consolidaacutendolo como una de las mejores alternativas en la construccioacuten ((IMCYC) 2017)
La prefabricacioacuten es anterior a la industrializacioacuten considerando que el ladrillo fue el primer
elemento producido fuera de obra con sistemas que se han ido prolongando a traveacutes del
tiempo con nuevos meacutetodos procedimientos equipos materiales entre otros Es una manera
raacutepida moderna versaacutetil y energeacuteticamente eficiente forma de construir cualquier tipo de
edificacioacuten (Novas 2010)
2911 Clasificacioacuten
Estos elementos se clasificaraacuten dependiendo de variables como funcioacuten peso dimensiones
formato meacutetodo de produccioacuten materiales entre otros
ESTRUCTURALES URBANIacuteSTICOS ARQUITECTOacuteNICOS
Muros en Tilp Up
Muros de contencioacuten
Prefabricados
Columnas losas y vigas
Muros para sistema
industrializado de construccioacuten
de vivienda
Senderos peatonales y pisos
Elementos de amueblamiento
urbano
Aplicaciones en parques y espacio
puacuteblico
Elementos texturizados en
concreto
Fachadas
Decks
54
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010)
CLASIFICACIOacuteN DE PREFABRICADOS
Seguacuten el grado de prefabricacioacuten Parcial
Total
Seguacuten su funcioacuten Resistente
Cerramiento
Ornamental
Seguacuten su peso y dimensiones Livianos (˂30Kg)
Semipesados (˂500Kg)
Pesados (˃30Kg)
Seguacuten su formato Bloques
Paneles
Elementos lineales
Seguacuten su meacutetodo de ejecucioacuten Industrial a gran escala
Taller
Fabricacioacuten baja teacutecnica
Seguacuten sus materiales Hormigoacuten armado
Hormigoacuten pre ndash pos tensado
Acero
Aluminio
Madera
Plaacutestico
2912 Procesos de produccioacuten
29121 Encofrado
Elementos auxiliares destinamos al moldeo ldquoin siturdquo de concretos y morteros con el fin de
contener soportar y moldear el concreto fresco hasta su endurecimiento Estructuras
temporales su colocacioacuten tarda algunas horas y que en pocos diacuteas se desmontan para su
posterior reutilizacioacuten Para un faacutecil y adecuado desmonte sin afectar acabado yo color del
concreto se suele utilizar desmoldantes (barnices antiadherentes y preparados a base de
aceites solubles en agua) para simplificar el desencofrado y si son de madera se deben
humedecer antes para impedir que absorban agua del concreto (Piqueras 2017)
29122 Vaciado del concreto
Para efectos del vaciado del concreto se debe cumplir el Reglamento Colombiano de
Construccioacuten Sismo Resistente NSR-10 (Capitulo C5) y la norma NTC 3318 o ASTM C94 Se
debe recurrir a una serie de pasos anterior al vaciado los equipos de transporte deben estar
limpios el refuerzo libre de oacutexidos o grasas los encofrados recubiertos con desmoldante
55
ademaacutes no puede haber estancamientos de agua y en caso de tener superficies de concreto
colocado anteriormente que vayan a estar en contacto directo con el concreto nuevo deben
haber recibido el tratamiento de juntas especifico El concreto debe alcaacutezar una consistencia
que permita su colocacioacuten en todas las esquinas o aacutengulos de las formaletas alrededor del
refuerzo y de cualquier otro elemento embebido sin que haya segregacioacuten El concreto se
debe colocar tan pronto sea posible y nunca despueacutes de treinta minutos de preparada la
mezcla a menos que haya sido dosificada con alguacuten tipo de aditivo autorizado (SAOV 2018)
29123 Vibrado del concreto
Es vital este procedimiento durante la colocacioacuten del concreto este se debe colocar con la
ayuda de un equipo mecaacutenico de vibradores complementado por labores manuales esto con
el fin de eliminar la cantidad de aire que hay en la mezcla producido durante el vaciado
tambieacuten hace que se comporte como un liacutequido espeso y se consolide mejor Este
procedimiento debe complementarse golpeando exteriormente con martillo neumaacutetico o
usando varillas en las esquinas y aacutengulos de las formaletas mientras el concreto este todaviacutea
plaacutestico y manejable a fin de impedir vaciacuteos (SAOV 2018)
29124 Desencofrado
El desencofrado debe realizarse sin movimientos bruscos Se debe efectuar cuando el concreto
haya alcanzado la resistencia suficiente para soportar con seguridad su propia carga maacutes
cualquier otra que se quisiese sobreponer Teniendo en cuenta la normativa el ACI ldquoAmerican
Concrete Instituterdquo en su documento ACI 347R (Guide to form work for concret) recomienda
que se utilice el criterio de ganancia de resistencia que haya definido el ingeniero estructural
para determinar la edad del concreto para desencofrar (SAOV 2018)
2913 Ventajas ambientales
- Poco desperdicio de materiales debido a dosificaciones de mezclas maacutes precisas y
controladas
- Mayor posibilidad de reciclar desechos y aguas grises Una fraccioacuten de los agregados
puede estar constituida por concreto reciclado con el tratamiento adecuado
56
- Los componentes principales del concreto son obtenidos principalmente a nivel local lo
cual reduce los requerimientos de transporte energiacutea y emisiones asociadas a este
- En el sitio de obra se reduce el polvo escombros y otros desechos teniendo un control
y aprovechamiento total sobre ellos(Guerrero 2013)
210 Disentildeo Urbano
Espacio Puacuteblico 2101
El espacio puacuteblico moderno se define a partir de la separacioacuten formal entre la propiedad
privada urbana y la propiedad puacuteblica Tal separacioacuten normalmente supone reservar el suelo
libre de construcciones (excepto equipamientos colectivos y servicios puacuteblicos) para usos
sociales (esparcimiento actos colectivos transporte actividades culturales y a veces
comerciales etc) (Segovia y Neira 2005) Para un adecuado y apropiado disentildeo es
importante evaluar caracteriacutesticas sociales y las actividades para las cuales seraacuten disentildeadas
para asiacute corresponder a cada una de estas y asiacute satisfacer de manera oacuteptima duradera y
efectiva las necesidades que lo originaron
Pisos 2102
Dentro de las posibilidades que nos permite el concreto para moldearse esta esta teacutecnica la
cual consiste en estampar colorear y endurecer una superficie de concreto para obtener una
apariencia natural de materiales tales como ladrillo laja piedra o ceraacutemica permitiendo por su
versatilidad variedad de disentildeos y colores Es una teacutecnica de un gran valor arquitectoacutenico con
costos reducidos diversidad ideal para pisos veredas y accesos (Barbosa 2013)
21021 Usos
- Comerciales e industriales galeriacuteas supermercados complejos habitacionales plazas
aceras caminos senderos peatonales veredas estacionamientos y en general todo
tipo de piso con alto traacutensito vehicular y peatonal
57
- Residenciales pisos interiores o exteriores patios caminos interiores huellas zonas de
esparcimiento bordes de piscina escaleras garajes entre otros
21022 Ventajas
Los pisos de concreto estampado son logrados con un tratamiento que le confiere gran
resistencia a la superficie y con una terminacioacuten final con un sellador que protege los colores y
sella los poros del material Se evita la construccioacuten del contrapiso la carpeta de asiento y la
mezcla para la colocacioacuten del piso y queda libre de todo mantenimiento por muchos antildeos
(Barbosa 2013)
- Muacuteltiples opciones de colores
- Alternativas esteacuteticas
- Permite pulirse manteniendo su integridad
- Alternativa competitiva para acabados que simulen piedra natural madera baldosas
- Faacutecil y raacutepido de instalar en comparacioacuten con otras alternativas
- Menor manteamiento debido a tener un color integral
Seguacuten el color puede disminuir el efecto Isla de calor aumentar reflectividad y disminuir el consumo energeacutetico
Mobiliario Urbano 2103
El mobiliario urbano prescribe el espacio puacuteblico y se constituye en elemento esencial de la
identidad y el paisaje de las ciudades Se considera como elementos complementarios a
espacios de viacuteas parques alamedas caminos y aceras de uso puacuteblico con el fin de facilitar las
necesidades del ciudadano mejorando su calidad de vida en entornos favorables y a su vez
fomentando el uso adecuado de los espacios puacuteblicos para un bien general
21031 Clasificacioacuten seguacuten su funcioacuten
- Elementos de Iluminacioacuten columnas para laacutemparas farolas apliques balizas proyector
y focos
58
- Elementos de jardineriacutea y agua elementos que se relacionan con la vegetacioacuten y el
riego las fuentes y las evacuaciones de agua
- Elementos de comunicacioacuten estaacuten dados por los soportes para la comunicacioacuten como
sentildealizacioacuten informacioacuten o publicidad
- Elementos de servicios puacuteblicos mobiliario dirigido a satisfacer las necesidades
derivadas de los servicios puacuteblicos baacutesicos de la ciudad como son transporte la
telefoniacutea los estacionamientos para bicicletas vigilancia de playas y juegos infantiles
- Elementos Comerciales mobiliario destinado al uso comercial que tradicionalmente se
realiza en la viacutea puacuteblica kioscos de libros bares y puestos de mercado
- Elementos de limpieza indispensables en todo espacio puacuteblico para recoger la basura
maacutes diversa papeles vidrio metales plaacutesticos cartones pilas etc
- Elementos de Urbanizacioacuten y limitacioacuten Aquellos que por su extensioacuten pueden ofrecer
una visioacuten unitaria del territorio de la ciudad (rampa vehicular bordillos barandilla valla
barrera arquitectoacutenica bolardos bancos banquetas y sillas) (Rosas Chaves 2014)
Fachadas y elementos de concreto a la vista 2104
Su funcioacuten no solo es esteacutetica sino que debe garantizar un alto grado de proteccioacuten La
mezcla de concreto para estos elementos debe cumplir con determinadas caracteriacutesticas
especiales que le permitan estar expuesto a diferentes condiciones climaacuteticas El encofrado en
las estructuras de concreto arquitectoacutenico es de gran trascendencia dentro del proceso
constructivo pues ademaacutes de ser esencial para lograr una respuesta adecuada a nivel
estructural debe responder a las expectativas del disentildeador (Silva 2015)
Estampados 2105
Los acabados del concreto se clasifican en dos
59
21051 Acabados directos
Se entienden como superficies no tratadas aquellos que son dejados tal cual despueacutes del retiro
de las formaletas lo que determinan el aspecto de la superficie resultante (Cementos Argos
SA 2010)
21052 Acabados indirectos
Concretos cuyas superficies son tratadas despueacutes del desencofrado ya sea por medio
quiacutemicos o mecaacutenicos (comprende acabados cepillados allanados tratados con productos
quiacutemicos lavados con abrasivos tratados con herramientas tratamientos mixtos entre otros)
(Cementos Argos SA 2010)
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010)
ACABADOS TIPOS DE ACABADOS
Acabados directos
Acabados indirectos
Otros
Acabados lisos
Texturizados a partir de revestimientos
Patrones naturales
Incrustaciones
Madera simulada
Superficies acanaladas o estriadas
Allanado o liso
Tratamientos quiacutemicos
Lavado con abrasivos
Tratamiento con herramientas
Tratamientos mixtos
Tratado con sal
Oxidado
Tubos de PVC
Esferas de poliestireno expandido
21053 Concreto coloreado (pigmentos)
Los pigmentos son finas partiacuteculas de polvo quiacutemicamente inertes e insolubles que dotan de
color al material al que se antildeaden Deben ser insolubles tanto al agua como a los agregados
ademaacutes de inertes quiacutemicamente respecto al cemento a los agregados a los aditivos
resistentes a la intemperie estables a la luz a las temperaturas extremas y quedar firmemente
embebidos con los finos del cemento cuando endurezca (Estantildeol 2006)
60
Los pigmentos se clasifican en dos clases obtenidos de manera natural y manufacturados de
forma sinteacutetica
210531 Forma natural
Son obtenidos en yacimientos naturales minerales en su mayoriacutea son de color ocre debido a la
existencia de oacutexidos o hidroacutexidos metaacutelicos principalmente hierro La tierra natural calcinada se
tamiza hasta conseguir un tamantildeo uniforme de los granos y los fabricantes de dichos
pigmentos deben garantizar que las partiacuteculas tengan una dimensioacuten regular (Estantildeol 2006)
210532 Forma sinteacutetica
Estos pigmentos son baacutesicamente oacutexidos de hierro cromo cobalto y titanio Se deben
seleccionar oacutexidos teacutecnicamente puros sin aditivos ni constituyentes secundarios de un gran
poder colorante cualidad que depende de la naturaleza y pureza asiacute como de su finura Si
bien estos pigmentos tienen el mismo origen mineraloacutegico que los naturales al ser obtenidos
por procesos controlados y estandarizados tienen la ventaja de otorgar alta pureza elevado
brillo y gran poder de coloracioacuten estos pigmentos son estables a la intemperie es decir a la luz
UV al aacutecido carboacutenico a cambios fuertes en la humedad y la temperatura a los aacutecidos a los
aacutelcalis y a los componentes del cemento (Estantildeol 2006)
1 Capiacutetulo Cascarilla como material alternativo 61
3 Capiacutetulo Cascarilla de cafeacute como material alternativo
31 Generalidades
El pergamino de cafeacute o cascarilla es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano (fig 2) Esta cascarilla
constituye una excelente fuente de celulosa y lignina1 pentosanos siacutelice y cenizas asiacute como
otros compuestos en menor proporcioacuten En los paiacuteses productores de cafeacute los residuos y sub -
productos del cafeacute constituyen una fuente de contaminacioacuten y generadora de problemas
ambientales por ese motivo desde mediados del siglo pasado se ha tratado de buscar
meacutetodos sobre coacutemo utilizarlos como materia prima para la produccioacuten de bebidas vinagre
biogaacutes cafeiacutena pectina proteiacutena y abono (Coffea 2005)
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 311
Para esta investigacioacuten se utilizoacute la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) de una de las regiones
cafeteras del paiacutes el departamento de Narintildeo especiacuteficamente de ALMACAFEacute SA PASTO
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia 2010)
Procedencia
Aacuterea de cultivo
Temperatura promedio
Promedio Maacuteximo
Promedio Miacutenimo
Precipitacioacuten media anual
Radiacioacuten solar
Departamento de Narintildeo
Altitud 1765 msnm promedio
38400 Hectaacutereas sembradas en Narintildeo
199degC
259degC
16degC
1866 miliacutemetros anual
1666 horas promedio anual
Proceso obtencioacuten de la cascarilla 312
El cafeto es un arbusto o aacuterbol pequentildeo perennifolio de fuste recto que puede alcanzar los 10
metros en estado silvestre en los cultivos se los mantiene normalmente en tamantildeo maacutes
reducido alrededor de 3 metros Las hojas son eliacutepticas oscuras y coriaacuteceas
62
El fruto es una drupa que se desarrolla en unas 15 semanas a partir de la floracioacuten el
endospermo comienza a desarrollarse a partir de la duodeacutecima semana y acumularaacute materia
soacutelida en el curso de varios meses atrayendo casi la totalidad de la energiacutea producida por la
fotosiacutentesis
3121 Recoleccioacuten del cafeacute
En esta etapa se cosechan uacutenicamente los granos que alcanzan el estado de madurez
completa normalmente de color rojo o amarillo ya que los verdes dantildean el sabor de la taza de
un cafeacute Todo este proceso se desarrolla de forma manual
3122 Despulpado
El mismo diacutea de la recoleccioacuten los granos de cafeacute se despulpan retirando la cereza del grano
para que luego obtenga la fermentacioacuten En esta parte del proceso los granos permanecen en
reposo
3123 El lavado
En esta parte se retira con agua limpia los restos de muciacutelago que quedan en el grano y se
eliminan azucares
3124 El secado
Se exponen los granos de cafeacute al calor del sol en un secadero para que el grado de humedad
disminuya facilitando su conservacioacuten El grano seco se almacena en sacos limpios elaborados
en fique facilitando su traslado
Fuente Tomado de httpwwwmundocafetocombeneficiadoel-beneficio-humedo-del-cafe
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado
63
3125 Trillado artesanal
En En este proceso artesanal se retira la cascarilla del grano llamado pergamino Este
procedimiento tambieacuten puede desarrollarse de forma industrial (Omen 2011)
A partir del proceso de la trilla de cafeacute pergamino se retira mecaacutenicamente la cascara
(pergamino) que cubre la almendra de cafeacute (denominada cisco en la trilla) el pergamino ya
limpio entra a la maacutequina trilladora y es retirada por friccioacuten la cascarilla obtenieacutendose la
almendra El cisco que acompantildea la almendra al salir de la trilladora es succionado
mecaacutenicamente en esta operacioacuten se causa la merma por cisco El monitor de pergamino es
una maacutequina cribadora compuesta por un conjunto de tres a cuatro mallas una campana
extractora de cisco y polvo residual
La maacutequina trilladora estaacute formada por un cilindro en forma hexagonal con superficie labrada
que gira dentro de un cilindro coacutencavo estacionario y fraccionado en dos caacutemaras en la
primera caacutemara la friccioacuten elimina entre 60 y 70 de la cascarilla luego pasa a la segunda
caacutemara (caacutemara de retrilla) transportado por un elevador de cangilones donde termina de
retirarle la cascarilla y pule la superficie de la almendra eliminaacutendole la cutiacutecula (Mayorga
nd)
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia)
64
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla
Fuente Tomado de httpswwwcoopronaranjorlcomnuestro-cultivoproceso-ciclo
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute
Caracteriacutesticas fiacutesicas 321
El pergamino o cascarilla de cafeacute es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano de cafeacute en base seca
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005)
65
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
CASCARILLA DE CAFEacute
A B C
Masa unitaria suelta
284gr 300gr 310gr
MUS=298gr
Masa unitaria compacta (peso2716gr) molde 110pie3
334gr 354gr 344gr
MUC=344gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip 344grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 193grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2846 h
Composicioacuten quiacutemica 322
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011)
(Seguacuten Willboux (2))
()
Cafeacute
Araacutebica
()
Cafeacute
Robusta
()
Extracto eteacutereo
Proteiacutenas totales
Celulosa bruta
Hemicelulosa
Azuacutecares
Pentosa
Cenizas
Silicio
Aluminio (Al 203)
Hierro (Fe21198743)
Calcio
Magnesio
Sodio
Potasio
Grasas
040
150
5020
1160
2130
2600
100
1570
340
1360
1960
1220
340
1800
060
--
220
6020
760
--
--
330
--
--
--
--
--
--
--
66
Estas propiedades la hacen oacuteptima para utilizarla como agregado liviano en un hormigoacuten con
el limitante de que tiene un contenido de azuacutecares muy alto (213) que inhibe la reaccioacuten del
cemento en la mezcla y por consiguiente retarda el fraguado presentaacutendose eacuteste despueacutes de
las 72 horas de fundida la mezcla Este limitante se soluciona mineralizando la cascarilla
(Garcia amp Olaya 2011)
A su vez tiene una estructura lineal o fibrosa en la que se establecen muacuteltiples puentes de
hidroacutegeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa hacieacutendolas
muy resistentes e insolubles al agua De esta manera se originan fibras compactas que
constituyen la pared celular de las ceacutelulas vegetales daacutendoles asiacute la rigidez necesaria Las
fibras en los vegetales estaacuten unidas entre siacute por un material cementante de caraacutecter
termoplaacutestico denominado lignina localizada en la laacutemina media de las fibras
proporcionaacutendole rigidez y resistencia al tejido vegetal
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute)
Las fibras vegetales tienen dentro de su estructura componentes que son ricos en agua (lignina
y hemicelulosa) lo cual al reforzar el material compuesto puede generar deficiencias
mecaacutenicas La razoacuten principal para que la resistencia mecaacutenica disminuya es que el agua es
uno de los inhibidores naturales de la polimerizacioacuten en las resinas de polieacutester insaturado por
lo tanto la presencia de estos componentes es poco deseable dentro de la estructura de las
fibras (Gomez 2009)
Una forma de evitar o retardar la descomposicioacuten de las fibras utilizadas en el hormigoacuten es la
proteccioacuten de estas con sustancias bloqueadoras sustancias repelentes al agua y con una
mezcla de ambos tipos de sustancias (Gram 1983)
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades de
Glucosa)(Coffea 2005)
67
Mineralizacioacuten con aceite de linaza 331
Procedimiento
a) Calentar aceite a 80degC
b) Sumergir la fibra seca por 5 minutos
c) Tener otro aceite a 24degC y pasar la cascarilla por 5min
d) Repetir ciclo por 3 veces
e) Dejar enfriar a Tdeg ambiente durante 24h (Alvarado 2002)
Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 332
Procedimiento
Las partiacuteculas o fibras de bagazo fueron inmersas en Hidroacutexido de calcio al 50 durante 24
horas a una temperatura de laboratorio de 24degC (Para darle una proteccioacuten del medio alcalino
de la pasta de cemento) A partir de este procedimiento se obtiene como conclusioacuten que si se
aumenta el tiempo de inmersioacuten de cascara de arroz en la disolucioacuten baacutesica pasando de 24h a
72h se observa un gran aumento en la resistencia a compresioacuten (Saraz Aristizabal amp Mejiacutea
2007)
Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 333
Procedimiento
Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale de la trilladora en una
solucioacuten ac al 5 en peso durante media hora con agitado constante la proporcioacuten de la
cascarilla es del 10 del peso de la solucioacuten La cal limpia impurezas protege del ataque
microbioloacutegico protege del deterioro por la alta alcalinidad mejora la adherencia (Garcia amp
Olaya 2011)
68
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute
En la ciudad de Medelliacuten innovaron con la implementacioacuten de suelos a base de polietileno y
cascarilla de cafeacute molida ya que el piso de madera actual estaba empezando a sufrir deterioro
Este nuevo elemento fue el resultado de las investigaciones que el Metro adelanta con el fin de
obtener alternativas que garanticen la continuidad del servicio Ademaacutes de que esteacuten siempre
disponibles disminuyan gastos eviten las importaciones y sean amigables con el ambiente
Jaime Peacuterez jefe de Investigaciones del Metro explicoacute que los trenes vienen con un tipo de
madera especial resistente al agua y al calor pero esta no se obtiene en el paiacutes su
importacioacuten es costosa y con su obtencioacuten se hariacutea un significante dantildeo al ecosistema Es por
esta razoacuten que el Metro en colaboracioacuten con pymes y la Universidad de Antioquia ha
investigado desde los antildeos 80 con queacute otros materiales puede ser reemplazada la madera y
que tenga las mismas cualidades Fue esto lo que llevo a explorar otro tipo de materiales y a
encontrar en la cascarilla de cafeacute las particularidades necesarias para soportar el peso de los
usuarios y cumplir con la normatividad internacional ferroviaria no sufrir por humedad y no ser
vulnerable a incendios y una reduccioacuten del 30 al impacto con el medio ambiente (Mejia
2013)
El cisco la cascarilla sobrante del cafeacute es usado por un grupo de ingenieros mecaacutenicos como
materia prima para extruir perfiles de madera plaacutestica y construir viviendas de intereacutes social
El sector de la construccioacuten necesita innovarse constantemente a traveacutes de proyectos cada vez
maacutes sostenibles y amigables con los recursos y la mezcla de poliacutemeros con fibras provenientes
de productos residuales como el aserriacuten (EEUU) o la caacutescara de arroz (China) ha permitido en
el mundo una alternativa a la madera conocida como Wood Plastic Composite (WPC)
La agroindustria colombiana debiacutea encontrar un producto vegetal que le permitiera ofrecer una
alternativa al sector de la construccioacuten y es alliacute cuando el grupo uniandino Materiales y
Manufactura de Ingenieriacutea Mecaacutenica liderado por el profesor Jorge Medina encontroacute las
caracteriacutesticas aplicables al cisco de cafeacute
ldquoLos Andes nos permitioacute trabajar con el cisco de cafeacute que nos hace uacutenicos porque es el
producto que representa a Colombia en el mundo y deberiacuteamos integrarlo maacutes a nuestra
infraestructurardquo Las ventajas de haber utilizado el cisco de cafeacute fuera de darle un sello
69
colombiano al producto es que este subproducto del cafeacute anteriormente no se le daba un
manejo verde y se quemaba CO2 o botaba (Positivo 2015)
Estudiantes de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotaacute realizaron ensayos de
concreto con agregado de cascarilla de cafeacute en el Departamento de Ingenieriacutea Agriacutecola
Tomaron un material como el concreto para realizar la aplicacioacuten de residuos orgaacutenicos
provenientes de la agroindustria cafetera haciendo pruebas y ensayos para determinar las
propiedades fiacutesico-quiacutemicas de la cascarilla del cafeacute y su comportamiento junto al concreto
Llegaron a la conclusioacuten que como material mineralizante es maacutes econoacutemico el cemento que la
cal agriacutecola ademaacutes de que se obtiene mejores resistencias a la compresioacuten en el hormigoacuten
cuando se utiliza cemento en las mismas condiciones que cal tambieacuten concluyeron que la
cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico (Garciacutea amp Olaya 2011)
Auacuten no se han realizado aplicaciones como tal de los resultados obtenidos de investigaciones
donde se utiliza a la fibra vegetal cascarilla de cafeacute como reemplazo en la mezcla de concreto
4 Capiacutetulo Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten
Liacutenea investigativa 411
En este proyecto se realizaron y analizaron los siguientes ensayos
Resistencia a la compresioacuten
Moacutedulo de rotura
Sortividad
Asentamiento
Los ensayos que se practicaron en especiacutemenes de concreto normal y con adicioacuten de la
fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) para esta investigacioacuten la cascarilla seriacutea el reemplazo en
diferentes porcentajes del peso del agregado grueso de la siguiente manera
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)
VARIABLE PORCENTAJE MINERALIZACIOacuteN DENOMINACIOacuteN
Mezcla patroacuten
Cascarilla de cafeacute
(Fibra vegetal)
-
05
10
15
05
10
15
05
10
15
-
CAL AGRIacuteCOLA
LINAZA
HIDROacuteXIDO DE CALCIO
CP-0
CFC-05
CFC-10
CFC-15
CFL-05
CFL-10
CFL-15
CFH-05
CFH-10
CFH-15
71
Denominacioacuten
CP-0 = Concreto patroacuten CFC = Concreto con Fibra vegetal - mineralizacioacuten Cal Agriacutecola CFL = Concreto con Fibra Vegetal - mineralizacioacuten aceite de Linaza CFH = Concreto con fibra vegetal - mineralizacioacuten con Hidroacutexido de Calcio -05 = Porcentaje de reemplazo 05 -10 = Porcentaje de reemplazo 10 -15 = Porcentaje de reemplazo 15
Se elaboraron placas de concreto con el fin de analizar su comportamiento ante agentes
externos como lluvia sol aire vegetacioacuten y se realizaron probetas ciliacutendricas y vigas con y sin
adicioacuten de la cascarilla para ser evaluadas a los 28 diacuteas
72
PROPIEDADES
Agregado fino Agregado Grueso Cascarilla de Cafeacute
Reemplazo
05 10 15
Mineralizacioacuten
-Cal agriacutecola
-Aceite de linaza
-Hidroacutexido de Calcio
Propiedades
estado fresco Propiedades
estado endurecido
Vigas Especiacutemenes
ciliacutendricos Placas Asentamiento
Texturizados Resistencia a
la compresioacuten
Moacutedulo de
Rotura
Exposicioacuten
al exterior Sortividad
Anaacutelisis Conclusiones
Recomendaciones
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia)
73
Materiales 412
4121 Materiales
- Cemento El cemento utilizado para este disentildeo es Cemento Gris de Uso General
producido por Cementos Argos SA Cumplen con los valores de la norma colombiana
NTC 121 y 321(Argos 2013)
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013)
PARAacuteMETROS FIacuteSICOS Especificaciones
argos
NTC 321
Tipo I
ASTM
C-1157 TIPO GU
Fraguado inicial miacutenimo (minutos)
Fraguado final maacuteximo (minutos)
Expansioacuten autoclave maacuteximo ()
Expansioacuten en agua maacuteximo ()
Resistencia a 28 diacuteas miacutenimo (Mpa)
45
420
08
02
260
45
480
08
--
240
45
420
08
02
280
- Agua para el procedimiento se utilizoacute agua proveniente de la red de abastecimiento de
agua potable de la Empresa ACUEDUCTO AGUA Y ALCANTARILLADO DE BOGOTAacute
- Agregados los agregados fino y grueso son traiacutedos desde el municipio del Guamo
Tolima
- Fibra Vegetal (cascarilla de cafeacute) esta fibra proviene del grano de la planta cafeto
(Coffea) lo que se denomina como ldquocascarilla de cafeacuterdquo tambieacuten conocido como cisco
o residuo de la extraccioacuten del grano de cafeacute resultado de un proceso denominado trilla
Poblacioacuten y muestras 413
4131 Poblacioacuten placas
Placas cuadradas en concreto convencional y reforzados con Cascarilla de cafeacute en
porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento de
proteccioacuten
74
Muestra
Estuvo constituida por 20 placas de concreto placas cuadradas de aproximadamente 30x30cm
en concreto normal y reemplazo de agregado grueso por cascarilla de cafeacute En este caso se
adiciono pigmento de color amarillo
Se disentildearon 5 tipos de formaletas para aplicar diferentes texturas para prueba de adherencia
a los patrones de disentildeo arquitectoacutenico y exposicioacuten a los factores externos como lluvia sol
vegetacioacuten Las placas se repartieron de la siguiente manera
- 5 placas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
4132 Poblacioacuten especiacutemenes ciliacutendricos
Se realizaron especiacutemenes ciliacutendricos en concreto normal y reforzados con cascarilla de cafeacute
en porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento
de proteccioacuten
75
Para la prueba de compresioacuten y absorcioacuten se elaboraron un total de 58 especiacutemenes
ciliacutendricos con y sin fibra vegetal
Los cilindros se repartieron de la siguiente manera
- 4 probetas ciliacutendricas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 2 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 2 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
Para la definicioacuten de la cantidad de especiacutemenes para las muestras se tomoacute como referencia
lo estipulado en la norma ASTM C-192 ldquoPraacutectica Normalizada para preparacioacuten y curado de
especiacutemenes de concreto para ensayo en laboratoriordquo en la que se propone como cantidad de
moldeados tres o maacutes especiacutemenes para cada edad de ensayo
76
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos
En un metro cuacutebico de mezcla de concreto podemos tener un promedio de agregados fino y
grueso en un 70 Es importante la valoracioacuten de las propiedades de los agregados al
momento del disentildeo de la mezcla ya que pueden afectar las caracteriacutesticas del concreto final
para esto se tendraacute en cuenta
- Manejabilidad
- Durabilidad
- Factores econoacutemicos
Agregado grueso Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia)
AGREGADO GRUESO
Grava 38 oacute
filtro
A
B
C
Masa unitaria suelta
18565gr
19565gr
19565gr
MUS=19231gr
Masa unitaria compacta
(peso frac12 pie cubico) molde 11435gr
20565gr
20065gr
20565gr
MUC=2040gr
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia)
Peso SSS
Peso
sumergido Peso seco
Lavado tamiz
(horno05degx24h)
Humedad
natural
Peso inicial
Peso final
5000gr
4764gr
4764gr
2910gr
4764gr
4544gr
5000gr
4798gr
2000gr
1944gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7796grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8963grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 256grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 484 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 288 FORMA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Redondeada (grava de riacuteo)
77
Agregado fino Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)
AGREGADO FINO
A
B
C
Masa unitaria suelta
1580gr
1630gr
1612gr
MUS= 1610g
Masa unitaria apisonada
2024gr
2058gr
2041gr
MUA=2041gr
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia)
Peso seco Lavado tamiz
(horno105degx24h) Humedad natural
Peso inicial
Peso final
1350gr
1335gr
5000gr
4860gr
1500gr
1486gr
MASA UNITARIA SUELTAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1610grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2041grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 261grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 094
Anaacutelisis Granulomeacutetrico 421
En anaacutelisis granulomeacutetrico tanto del agregado fino como del agregado grueso se desarrolloacute en
base a la NTC 174 y se realizoacute al iniciar con cada una de las mezclas De acuerdo con la
literatura estudiada la cascarilla de cafeacute como agregado vegetal debe tener un previo
tratamiento para asiacute evitar que el medio alcalino al cual se expone en la mezcla no la deteriore
impidiendo asiacute su finalidad en el concreto para ello se emplean 3 diferentes tratamientos
aceite de linaza hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola para tratar estas fibras y asiacute aumentar su
durabilidad
78
4211 Agregado Fino
El agregado fino es arena de rio del departamento del Tolima traiacuteda por la empresa ldquoFerreteria
el Campiacutenrdquo de acuerdo al anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de finura de este agregado es de
31 y su ubica dentro y al liacutemite del rango permitido por la norma NTC 174 donde se aclara que
el modulo no puede ser mayor a 31
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia)
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 310
0
20
40
60
80
100
120
0101001000
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado fino
Lim Inferior
arena
LimSuperior
Agre
gado
fin
o
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
16
30
50
100
Fondo
Σ
0
354
408
952
1460
1215
375
966
48606
0
729
839
1959
3004
2500
771
198
10000
0
729
1568
3527
6531
9031
9802
10000
100
9271
8432
6473
3469
969
198
-
79
4212 Agregado Grueso
El agregado grueso estaacute compuesto por gravilla de riacuteo del departamento del Tolima
comercializada por la empresa ldquoFerreteriacutea el Campinrdquo
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia)
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 604
0
20
40
60
80
100
120
440
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado Grueso
Lim Inferior
gravilla
LimSuperior
Agre
ga
do
Gru
eso Tamiz
Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
1frac12rdquo
1rdquo TM
frac34rdquoTMN
frac12rdquo
38rdquo
4
Σ
-
-
56
1432
1988
1322
4798
0
000
117
2985
4123
2755
10000
0
000
117
3101
7224
9979
100
100
9883
6899
2776
021
80
4213 Fibra vegetal Cascarilla de cafeacute
La fibra vegetal producto de la industria cafetera es el agregado reciclado procedente de la
zona cafetera narintildeense del paiacutes De acuerdo con el anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de
finura es de 34 ubicaacutendose por encima del rango permitido por la norma NTC 174 que
determina como rango maacuteximo 31 para el agregado fino No obstante auacuten cuando el material
es calificado por la norma como un agregado de tamantildeo grueso esta fibra no es un agregado
convencional por lo que se toma uacutenicamente como referencia para compararlo con los demaacutes
agregados
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia)
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
-20
0
20
40
60
80
100
120
01110
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Cascarilla de Cafeacute
Cascarhellip
Casc
ari
lla d
e ca
feacute
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
10
16
20
100
Fondo
Σ
0
38
574
345
662
123
87
171
200
000
190
2870
1725
3310
615
435
855
100
000
190
3060
4785
8095
8710
9145
100
100
9810
6940
5215
1905
1290
855
000
Moacutedulo de finura 340
81
43 Disentildeo de mezcla
Para el disentildeo de mezcla se toma como referente el procedimiento planteado por Diego
Saacutenchez de Guzmaacuten en su libro ldquoTecnologiacutea del Concretordquo
Seleccioacuten del Asentamiento 431
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001)
CONSISTENCIA ASENTAMIENTO
EJEMPLO DE
TIPO DE
CONSTRUCCIOacuteN
SISTEMA DE
COLOCACIOacuteN
SISTEMA DE
COMPACTACIOacuteN
Semi-seca
Media
Huacutemeda
35-50
50-100
100-150
Pavimentos
fundaciones en
concreto simple
Pavimentos
compactados a
mano losas
muros vigas
Elementos
estructurales
esbeltos
Colocacioacuten con
maacutequinas
operadoras
manualmente
Colocacioacuten
manual
Bombeo
Secciones
simplemente
reforzadas con
vibracioacuten
Secciones
medianamente
reforzadas sin
vibracioacuten
Secciones bastante
reforzadas sin
vibracioacuten
Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 432
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeOS MAacuteXIMOS DE AGREGADOS SEGUacuteN EL TIPO DE CONSTRUCCIOacuteN
Dimensioacuten miacutenima
de la seccioacuten (cm) Tamantildeo maacuteximo en pulg (mm)
6 ndash 15
19 ndash 29
30 ndash 74
75 o maacutes
Muros reforzados y
vigas y columnas
frac12rdquo(12)- frac34rdquo19)
frac34rdquo(19)-1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Muros sin
refuerzo
frac34rdquo(19)
1frac12rdquo(38)
3rdquo(76)
6rdquo(152)
Lozas muy
reforzadas
frac34rdquo(19)-1rdquo(25)
1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Losas sin refuerzo
o poco reforzadas
frac34rdquo(19)-1frac34rdquo(25)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
3rdquo(76)
3rdquo(76)-6rdquo(152)
82
Estimacioacuten del contenido de aire 433
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeO MAacuteXIMO NOMINAL
DEL AGREGADO CONTENIDO DE AIRE EN PORCENTAJE (POR VOLUMEN)
mm Pulg Naturalmente
atrapado
Exposicioacuten
ligera
Exposicioacuten
moderada
Exposicioacuten
severa
127
190
254
381
frac12
frac34
1
1frac12
25
20
15
10
40
35
30
25
55
50
45
45
70
60
60
55
Requerimiento de agua de mezclado 434
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten 2001)
Asentamiento
Tamantildeo maacuteximo del agregado en mm (pulg)
951
frac34rdquo
127
frac12rdquo
190
frac34rdquo
254
1rdquo
381
1frac12rdquo
508
2rdquo
640
2frac12rdquo
761
3rdquo
mm pulg Agua de mezclado en kgm3 de concreto
25
50
75
100
125
150
1
2
3
4
5
6
193
197
200
203
205
208
167
172
176
179
183
188
157
163
167
169
172
176
141
147
152
155
158
162
135
140
145
148
151
155
127
131
135
137
140
144
124
128
132
134
137
141
117
122
125
128
130
134
Resistencia requerida de disentildeo 435
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la desviacioacuten estaacutendar
Resistencia especificada
fʹc (kgcm2)
Resistencia de disentildeo de la mezcla
fʹcr (kgcm2)
Menos de 210 kgcm2
De 210 kgcm2 a 350 kgcm2
Maacutes de 350 kgcm2
fʹc + 70kgcm2
fʹc + 85kgcm2
fʹc + 100kgcm2
fʹc = fʹc + 70kgcm2 fʹc = 210 + 70kgcm2 fʹc = 280kgcm2
83
Relacioacuten agua-cemento 436
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto (adaptada del ACI 2111 y
del ACI 2113)
RELACIOacuteN AC DE DISENtildeO EN PESO
Facutec (28 diacuteas) Concreto sin aire
incorporado
Concreto con aire
incorporado
150
200
250
300
350
400
450
08
07
062
055
048
043
038
071
061
053
046
04
---
---
En esta investigacioacuten la relacioacuten agua-cemento corresponde a 050 teniendo en cuenta que la
resistencia de disentildeo es de 280kgcm2
Caacutelculo del contenido de cemento
Una vez que el contenido de agua de mezclado y la relacioacuten agua-cemento han sido
determinados el contenido de cemento por metro cubico de concreto establecido al dividir el
contenido de agua de mezclado entre la relacioacuten agua-cemento
AC = Relacioacuten agua-cemento por peso C = 148kg3 = 368kgm3 050
Definicioacuten de datos 437
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia)
ENSAYO AGREGADO
GRUESO
AGREGADO
FINO
Masa unitaria compacta MUC (km3)Compact Unit massCMU
Masa unitaria suelta MUS (km3)looseUnite Mass (km3)
Densidad aparente seca
Absorcioacuten ()Absorption ()
Humedad NaturalNatural Moinsture
Moacutedulo de finuraFineness Modulus
FormaForm
6523
5194
256
284
288
redondeada
1926
1492
161
2987
094
311
84
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto (autoriacutea propia)
INGREDIENTE PESO SECO
KGM3
PESO ESPECIacuteFICO
KM3
VOLUMEN
ABSOLUTO LM3
Cemento
Agua
Contenido de aire
Agregado grueso
Agregado fino
368
184
885
861
3100
1000
2560
2610
0118
0184
002
034
033
Total 2298 0992
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia)
MATERIALES Cantidad UN
Cemento de uso general 368 Kgmsup3
Agregado fino 861 Kgmsup3
Agregado grueso 885 Kgmsup3
Agua 184 Kgmsup3
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla
De acuerdo al disentildeo de mezcla ya establecido se sustituye la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute)
por el agregado grueso en proporciones de 05 10 y 15 porcentajes que son sometidos a
un tratamiento previo (aceite de linaza hidroacutexido de calcio cal agriacutecola) Para cada tratamiento
se efectuaron los tres porcentajes de reemplazo con el fin de proteger la fibra del medio
alcalino
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia)
MEZCLA 1 (CFV-05) 995Agregado peacutetreo + 05
agregado vegetal
MEZCLA 2 (CFV-10) 99Agregado peacutetreo +
10 agregado vegetal
MEZCLA 3 (CFV-15) 985Agregado peacutetreo + 15
agregado vegetal
000173 1930 = 3339 000346 1930 = 6678 000518 1930 = 9997
(1930 Densidad cascarilla)
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten
De acuerdo a las variables determinadas con respecto a los pesos especiacuteficos de cada
agregado y al tratamiento que se hace a la cascarilla de cafeacute previo a la ejecucioacuten de la
mezcla se realizaron 9 variables
Se disentildearon y elaboraron 16 formaletas en madera contrachapada de 9mm (ficha teacutecnica
ANEXO 1) para la experimentacioacuten ante acabados y pigmentacioacuten de una de las variables de
mezcla Para conocer la adaptabilidad en el encofrado se determinoacute escoger la mezcla con
mayor porcentaje de reemplazo de cascarilla de cafeacute con el fin de analizar su comportamiento
ante los disentildeos propuestos de formaleta De igual manera para evaluar la asimilacioacuten del
pigmento y su reaccioacuten ante las 3 variables de mineralizacioacuten de la cascarilla de cafeacute (el
cemento seleccionado es blanco)
Dimensiones de las formaletas 027 027 0035 = 000315 110 (desperdicio) = 00035
Los acabados fueron los siguientes
- Acabado liso
- Esferas de poliestireno expandido +PVC
- Acabado con hojas naturales
- Estampado
86
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia)
MINERALIZACIOacuteN CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Aceite de linaza
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVL-15
Hidroacutexido de
Calcio
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVH-15
Cal
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVC-15
Mezcla patroacuten
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVP
Las proporciones para la mezcla se resumen en la tabla 40 con el fin de preparar las
cantidades necesarias para una formaleta de 027 027 0035 las cuales son utilizadas para
probar comportamiento reaccioacuten y posibles variables ante condiciones climaacuteticas externas
como luz directa del sol lluvia agentes contaminantes y vegetacioacuten
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
placas
Cemento 368 1288
Agua 184 0644
Grava 8725 3053
Arena 861 3013
Reemplazo fibra 9997 0035
Previamente a la ejecucioacuten de la mezcla se mineralizo la cascarilla de cafeacute se pesaron los
agregados y se marcaron las formaletas con su nomenclatura correspondiente para su
identificacioacuten Se verificoacute el debido cerramiento de las formaletas los elementos necesarios
para los acabados a realizar y se aplicoacute desmoldante (aceite vegetal)
87
Il 12a Mineralizacioacuten aceite de linaza Il 12b Secado 24h mineralizacioacuten linaza
5min 80degC ndash 5min 24deg (Proceso 3 veces)
Il 12c Mineralizacioacuten Hidroacutexido de calcio Il 12d Mineralizacioacuten Cal agriacutecola
sumergido 24h agitacioacuten constante 30min
Posterior a la elaboracioacuten de la mezcla se procedioacute al llenado de formaletas previamente
aceitadas y marcadas y se desencofraron a las 24 horas de mezclado
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia)
88
Siendo este un ensayo para establecer cuaacuteles seriacutean las reacciones fiacutesicas y no mecaacutenicas de
estas placas a traveacutes de caracteriacutesticas como pigmentacioacuten y acabados continuo al
desencofrado se ubicaron en una superficie plana en el patio del edifico SINDU rodeada de
hierba donde estuvieron expuestas a las diferentes condiciones ambientales durante un periodo
de 3 meses
Il 14 a Placas con luz directa diacutea ndash sol (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia)
89
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA PATROacuteN CP
Desmolde 24 horas
Acabado liso
Esferas de
poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
90
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA ACEITE DE LINAZA 15 CFL-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de las
formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire contenido
en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo por cada
formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
El patron de acabado con hojas naturales se considero desde un principio que quizas no se tendria
el mejor resultado pero se obtuvo una muy buena adaptabilidad y aspecto
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Esta mezcla permite que las particulas se resalten y puedan ser vistas con facilidad dandole un
aspecto particular Se puede considerar que el aceite repela los demas materiales dejandose esta a la
vista y le deun efecto especial visualmente
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteristica
91
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA HIDROacuteXIDO DE CALCIO 15 CFH-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
A diferencia de las placas con tratamiento a la fibra con aceite de linaza en este tratamiento con
hidroacutexido de calcio no se logra ver con facilidad las partiacuteculas estas quedan confundidas en la
mezcla
Con respecto al color puede considerarse que al hacer el uso de esta mineralizacion a la cascarilla
de cafeacute no sea homogeneo el color dejandose a la vista zonas con mayor concentracion y otras con
menor concentracioacuten
92
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA CAL 15 CFC-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde a excepcion del disentildeo con
tuvos de pvc por inadecuada manipulacioacuten al desmolde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Al igual que con el tratamiento de hidroacutexido de calcio este tratamiento con cal agriacutecola evita que
las partiacuteculas queden a la vista con facilidad y por el contrario sean recubiertas y mimetizadas en
la mezcla perdiendo el efecto visual interesante que si logra el tratamiento con aceite de linaza
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteriacutestica
93
52 Ensayo de Asentamiento
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco 521
Seguacuten la literatura la fibra vegetal es un material no convencional con algunos usos tanto
nacionales como internacionales A partir de estos antecedentes se inicia el proceso de
experimentacioacuten del disentildeo de mezcla con esta fibra que previamente fue mineralizada con
tres componentes diferentes (aceite de linaza cal agriacutecola hidroacutexido de calcio) a la cual se
tomoacute el asentamiento en sus tres diferentes tratamientos para asiacute identificar caracteriacutesticas
como trabajabilidad consistencia homogeneidad y segregacioacuten
La ejecucioacuten de la mezcla se realizoacute bajo los paraacutemetros de la norma NTC 5171 y expuesta a
cielo abierto en el patio del edificio SINDU de la Universidad Nacional
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
ENSAYO DE ASENTAMIENTO
Tratamiento fibra Muestra Reemplazo Asentamiento
obtenido
Aceite de Linaza
CFL-15 15 47mm
CFL-10 10 42mm
CFL-05 05 45mm
Hidroacutexido de
Calcio
CFH-15 15 40mm
CFH-10 10 78mm
CFH-05 05 56mm
Cal Agriacutecola
CFC-15 15 53mm
CFC-10 10 51mm
CFC-05 05 47mm
Mezcla Patroacuten
(Testigo) CP -- 53mm
94
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
5211 Trabajabilidad
Durante la ejecucioacuten de las mezclas se aprecioacute una muy leve dificultad para la manipulacioacuten de
estas considerando que se llevariacutea con mayor rigurosidad los pasos de la norma para poder
hacer la medicioacuten de la prueba de Abrams y continua fundicioacuten de probetas Con respecto a los
tratamientos previos efectuados en la cascarilla de cafeacute no incidieron notablemente en la
manipulacioacuten de la mezcla ni en el porcentaje de reemplazo por agregado grueso
5212 Consistencia
Se hace uso del cono de Abrams o ensayo de ldquoslumprdquo para determinar el comportamiento del
concreto fresco y asiacute determinar trabajabilidad y consistencia de acuerdo a la NTC 396
Il 3a Divisioacuten dela mezcla en Il 3b Llenado del cono Il 3c Medicioacuten del
3 partes asentamiento
0
20
40
60
80
150 100 050 Pmd CP
Ase
nta
mie
nto
(m
m)
Reemplazo
Asentamiento
aceite de linaza
hidroxido de calcio
cal agricola
Testigo
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia)
95
Se determina que la consistencia de mezcla es media (plaacutestica) lo que se habiacutea determinado
para el disentildeo a excepcioacuten de la mezcla que lleva la fibra con tratamiento aceite de linaza el
asentamiento se presenta de manera levemente menor Puede considerarse una mezcla
ldquonormalrdquo el concreto no sufre grandes deformaciones ni hay separacioacuten de elementos
5213 Homogeneidad
Se procedioacute inicialmente a la incorporacioacuten de los materiales fino grueso y cemento despueacutes
de integrar los materiales entre siacute el siguiente paso fue el vaciado de agua por partes para ir
teniendo una mezcla homogeacutenea Terminado la unificacioacuten de todos los materiales se adiciono
la fibra previamente tratada las partiacuteculas de la cascarilla de cafeacute se incorporaron sin ninguna
muestra aparente de dificultad por lo tanto no hubo segregacioacuten de los componentes de la
mezcla
Il 16a Incorporacioacuten de la fibra a la mezcla Il 16b Homogeneidad de la mezcla
53 Ensayo de compresioacuten
Para la comprobacioacuten de resistencia a compresioacuten las pruebas se llevaron a cabo en
especiacutemenes ciliacutendricos de 10cm de diaacutemetro x 30cm de longitud Todos los especiacutemenes se
desencofraron a las 24 horas de mezclado se marcaron y fueron curados por un periodo de 28
diacuteas por el meacutetodo de inmersioacuten en agua potable con el fin de no perder contenido de agua
cuando inicien sus reacciones quiacutemicas endurecimiento y resistencia
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia)
96
Para cada disentildeo de mezcla de acuerdo al tratamiento previo de la fibra y sus respectivos
porcentajes de reemplazo de cascarilla de cafeacute se realizaron 3 especiacutemenes para efectos de la
prueba Para el ensayo de compresioacuten se realizaron en total 29 especiacutemenes con los testigos
CP)
Il 17a Cilindros en formaleta (24h) Il 17b Curado Cilindros en piscina (28diacuteas)
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8725 1535
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 9997 001759
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8769 1543
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 6678 001175
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia)
97
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 88133 1551
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 3339 000596
Se determinoacute un registro de apariencia de los especiacutemenes ciliacutendricos y se observoacute que en la
construccioacuten de cada uno teniendo auacuten asiacute la misma composicioacuten y el mismo procedimiento
existiacutean variaciones en la apariencia con presencia de hormigueo y medianos poros sobre todo
se tuvo presente que esto sucediacutea en los cilindros que se fundiacutean de uacuteltimo pudiendo asiacute
concluir que se presentaba una ligera peacuterdida de agua en el proceso de fundir del primero al
uacuteltimo
Resultados 531
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
Para este ensayo resistencia a la compresioacuten de cilindros de 10x15cm el promedio de la
resistencia Real Mpa es de 2254 resultado que seraacute comparativo con los disentildeos de mezcla
dados a partir de las variables de tratamiento a la cascarilla y porcentaje de reemplazo por fibra
vegetal
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Peso(gr) Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
Testigo CP (A) 3746 17690 2252
2254 CP (B) 3548 17720 2256
98
5311 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFL-15(A) 1536 0018 3413 9150 1165
1094 CFL-15(B) 1536 0018 3478 8320 1059
CFL-15(C) 1536 0018 3465 8250 1050
10
CFL-10(A) 1543 0012 3634 10680 1360
1386 CFL-10(B) 1543 0012 3627 11220 1429
CFL-10(C) 1543 0012 3654 10760 1370
05
CFL-05(A) 1551 0006 3480 10760 1370
1295 CFL-05(B) 1551 0006 3522 9610 1224
CFL-05(C) 1551 0006 3478 10140 1291
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Para el disentildeo de mezcla con tratamiento previo a la cascarilla con aceite de linaza se infiere
que los resultados se reducen en comparacioacuten a los valores de resistencia para los testigos
mezcla patroacuten
Entre las tres variables de porcentajes utilizados para este disentildeo de mezcla se tiene que la
mayor resistencia se presenta en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra
vegetal es del 10 concluyendo que para este disentildeo superar este porcentaje reduciraacute
notablemente la resistencia a la compresioacuten
1094
1386 1295
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Resistencia
R
eal
MP
a
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Aceite de Linaza
Aceite de Linaza
Testigo
99
5312 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFH-15(A) 1536 0018 3516 10840 1380
1376 CFH-15(B) 1536 0018 3504 10650 1356
CFH-15(C) 1536 0018 3508 10950 1394
10
CFH-10(A) 1543 0012 3708 9000 1146
115 CFH-10(B) 1543 0012 3519 9210 1173
CFH-10(C) 1543 0012 3521 8880 1131
05
CFH-05(A) 1551 0006 3642 13390 1705
1654 CFH-05(B) 1551 0006 3614 11650 1483
CFH-05(C) 1551 0006 3671 13940 1775
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Este tratamiento arroja resultados de forma inferior a los establecidos por las probetas testigos
mezcla patroacuten sin ninguacuten tipo de adicioacuten ni reemplazo Para este caso en el que se obtuvo una
mejor resistencia es en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra vegetal es del
05 el menor valor de reemplazo seguido de este el reemplazo 15 tuvo una mayor
resistencia en comparacioacuten del 10
1376
115
1654
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra Hidroacutexido de Calcio
Resistencia
Testigo
100
5313 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con cal agriacutecola
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFC-15(A) 1536 0018 3439 8120 1034
1176 CFC-15(B) 1536 0018 3568 9460 1204
CFC-15(C) 1536 0018 3475 10150 1292
10
CFC-10(A) 1543 0012 3575 11880 1513
1575 CFC-10(B) 1543 0012 3559 12350 1572
CFC-10(C) 1543 0012 3562 12880 1640
05
CFC-05(A) 1551 0006 3494 12240 1558
1449 CFC-05(B) 1551 0006 3515 10770 1371
CFC-05(C) 1551 0006 3493 11140 1418
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Simultaacuteneamente al tratamiento con aceite de linaza e hidroacutexido de calcio la proteccioacuten a la
fibra con cal agriacutecola mantiene sus valores debajo de los comparados con la mezcla patroacuten
Con este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla se obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso determinando que el aumento de
porcentaje por el reemplazo de la cascarilla reduciraacute notablemente la resistencia
1176
1575 1449
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Cal Agricola
Testigo
101
5314 Promedio resistencias de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia)
Realizando una comparacioacuten de los resultados obtenidos a partir de los promedios en los
disentildeos de mezcla planteados es claro que los porcentajes arrojan resultados con peacuterdida de
resistencia en comparacioacuten con los valores dados por los cilindros testigos (CP) en los que la
mezcla no posee ninguacuten tipo de agregado ni reemplazo
Para cada uno de los porcentajes cada tratamiento sobresale uno maacutes que el otro Se puede
apreciar que el mejor resultado lo arroja el tratamiento con hidroacutexido de calcio con un
porcentaje del 05 y el tratamiento con cal agriacutecola al 10 asiacute como el hidroacutexido de calcio al
15
El uso de aceite de linaza como tratamiento genera una mayor resistencia en la sustitucioacuten de
fibra vegetal en el 10 estando por encima del tratamiento de hidroacutexido de calcio pero es el
menor de las otras dos variables en los otros porcentajes de reemplazo
0
5
10
15
20
25
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de Reemplazo
Promedio Resistencias Real MPa
Aceite de Linaza
Hidroxido de calcio
Cal
Testigo
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
102
54 Ensayo de Sortividad
Se desarrolla este ensayo tomando como referente la norma ASTM C1585 ndash 04 que determina
poner en contacto con el agua una de las superficies del espeacutecimen (en este caso fue la cara
expuesta durante la fundida) y de esta manera lograr determinar la capacidad de absorcioacuten del
agua a diferentes intervalos de tiempo Para la ejecucioacuten se utilizaron especiacutemenes ciliacutendricos
de 10cm de diaacutemetro x 20cm de altura previamente al desarrollo de la prueba se colocaron los
especiacutemenes a secar al horno a una temperatura de 80degC con el fin de garantizar que el mismo
grado de saturacioacuten para todas las muestras
La norma bajo la cual se desarrolla esta prueba establece que los especiacutemenes sean sellados
por su periacutemetro con un material impermeable y con dimensiones especiacuteficas de 5cm de altura
y 10cm de diaacutemetro sin embargo dado que se trata de un ejercicio donde se busca comprobar
las 3 variables de mezclas seguacuten el curado y sus respectivos porcentajes de reemplazo de
agregado grueso por fibra vegetal se optoacute por hacer uso de los cilindros completos sin hacer
uso de alguacuten impermeabilizante perimetral garantizando la laacutemina de agua de 2plusmn1mm
establecida por la norma
Il 18a Secado de cilindros a 80degC (24h) Il 18b Ensayo de sortividad intervalos de tiempo
El ensayo se desarrolloacute en las instalaciones del laboratorio de tecnologiacutea del concreto del
edificio IEI el procedimiento se efectuoacute siguiendo lo dictado por la norma
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia)
103
Se Se tomaron pesos a los especiacutemenes en diferentes intervalos de tiempo con el fin de tomar
la sortividad inicial se parte por tomar el peso de los cilindros en estado seco tomado como
tiempo cero a partir del cual se podraacute medir el cambio en el peso de los especiacutemenes de
acuerdo a los tiempos establecidos Tambieacuten se toman cuatro (4) medidas a los diaacutemetros de
los cilindros de las caras que estaraacuten en contacto con el agua para que realizado el caacutelculo de
diferencia de peso de cada intervalo de tiempo este sea dividido entre el aacuterea obtenida con el
promedio de los diaacutemetros y se define la absorcioacuten en mm3mm2 para graficar la relacioacuten entre
la raiacutez cuadrada del tiempo en segundos y la absorcioacuten obtenida
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) MUESTRA 1 Reemplazo 05 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 1037 Aacuterea expuesta 8446m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3289 00000 00000
60 8 32915 00010 00010
300 17 3293 00006 00017
600 24 3294 00004 00021
1200 35 329525 00004 00025
1800 42 32958 00003 00028
3600 60 329715 00005 00033
7200 85 329965 00010 00044
10800 104 33014 00007 00051
14400 120 330195 00003 00054
18000 134 330285 00004 00057
21600 147 330405 00005 00062
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00 500 1000 1500 2000
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-05
Sortividad
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia)
104
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 2 Reemplazo 10 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10036 Aacuterea expuesta 7910m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3402333 00000 00000
60 8 34046 00014 00014
300 17 34051 00002 00016
600 24 3405533 00004 00020
1200 35 34065 00005 00025
1800 42 3406667 00001 00026
3600 60 3407033 00003 00029
7200 85 3408333 00008 00037
10800 104 34091 00006 00043
14400 120 3409167 00001 00044
18000 134 3410 00004 00048
21600 147 3410067 00005 00053
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 3 Reemplazo 15 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10106 Aacuterea expuesta 8021m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3300 00000 00000
60 8 3302 00012 00012
300 17 33025 00003 00016
600 24 33036 00007 00022
1200 35 330435 00005 00027
1800 42 330485 00003 00030
3600 60 330585 00006 00036
7200 85 330755 00011 00047
10800 104 330905 00009 00056
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-10
Sortividad I
105
14400 120 33097 00004 00060
18000 134 330985 00002 00062
21600 147 331095 00006 00068
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 4 Reemplazo 05 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10213 Aacuterea expuesta 8190m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33965 00000 00000
60 8 3400 00022 00022
300 17 3402 00012 00034
600 24 340345 00009 00043
1200 35 340605 00016 00059
1800 42 340675 00004 00064
3600 60 341035 00022 00086
7200 85 341335 00019 00105
10800 104 341595 00016 00121
14400 120 341675 00005 00126
18000 134 34178 00007 00133
21600 147 34193 00009 00142
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00080
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-15
Sortividad I
106
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 10 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00026 00026
300 17 3512 00009 00034
600 24 35145 00016 00050
1200 35 35163 00011 00061
1800 42 351745 00007 00068
3600 60 35203 00018 00086
7200 85 3523 00017 00103
10800 104 35251 00013 00116
14400 120 35263 00007 00123
18000 134 35278 00009 00133
21600 147 352865 00005 00138
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-05
Sortividad I
107
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 15 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00021 00021
300 17 3512 00016 00036
600 24 35145 00025 00061
1200 35 35163 00014 00075
1800 42 351745 00012 00087
3600 60 35203 00025 00112
7200 85 3523 00023 00134
10800 104 35251 00016 00150
14400 120 35263 00011 00161
18000 134 35278 00011 00172
21600 147 352865 00005 00176
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-10
Sortividad I
108
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 7 Reemplazo 05 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10129 Aacuterea expuesta 8056m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33505 00000 00000
60 8 3354 00022 00022
300 17 335665 00016 00038
600 24 33598 00020 00058
1200 35 33641 00027 00085
1800 42 336475 00004 00089
3600 60 336565 00006 00094
7200 85 336985 00026 00120
10800 104 3372 00013 00134
14400 120 337325 00008 00142
18000 134 33751 00012 00153
21600 147 33756 00003 00156
00000
00050
00100
00150
00200
00 200 400 600 8001000120014001600
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-15
Sortividad I
109
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 8 Reemplazo 10 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10146 Aacuterea expuesta 8085m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3346 00000 00000
60 8 335115 00032 00032
300 17 335395 00017 00049
600 24 335725 00021 00070
1200 35 336175 00028 00098
1800 42 33623 00003 00101
3600 60 336315 00005 00107
7200 85 3367 00024 00131
10800 104 33689 00012 00142
14400 120 337005 00007 00150
18000 134 33718 00011 00161
21600 147 33725 00004 00165
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-05
Sortividad I
110
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 9 Reemplazo 15 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9991 Aacuterea expuesta 7838m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3376 00000 00000
60 8 337965 00023 00023
300 17 33812 00010 00032
600 24 338365 00015 00048
1200 35 338735 00023 00071
1800 42 338785 00003 00074
3600 60 338865 00005 00079
7200 85 33927 00025 00104
10800 104 33946 00012 00116
14400 120 339565 00007 00122
18000 134 33974 00011 00133
21600 147 33979 00003 00136
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-10
Sortividad I
111
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
MUESTRA 10 Testigos Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9945 Aacuterea expuesta 7766m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 36705 00000 00000
60 8 36751 00029 00029
300 17 36764 00008 00037
600 24 36783 00012 00049
1200 35 368045 00013 00062
1800 42 36807 00002 00063
3600 60 36811 00002 00066
7200 85 368315 00013 00079
10800 104 36838 -00307 -00228
14400 120 36842 00314 00085
18000 134 368545 00008 00093
21600 147 368565 00001 00094
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-15
Sortividad I
112
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
Se calculan todos los valores dados por cada una de las variables tanto tratamiento como
porcentaje de reemplazo en los intervalos de tiempo establecidos para medir la capacidad de
absorcioacuten por capilaridad Estos resultados fueron obtenidos de especiacutemenes curados durante
28 diacuteas
-00250
-00200
-00150
-00100
-00050
00000
00050
00100
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CP
Sortividad I
113
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia)
Se presentan notables variaciones con respecto a los porcentajes de reemplazo y los
tratamientos Para el tratamiento con aceite de linaza el grado de absorcioacuten es el menor en
relacioacuten a los otros tratamientos siendo el porcentaje 10 el mejor resultado para esta
variable Los tratamientos hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola determinan en relacioacuten a la mezcla
patroacuten y aceite de linaza una alta capacidad de absorcioacuten
0
0002
0004
0006
0008
001
050 1 150
Pro
me
dio
so
rtiv
idad
Porcentaje de reemplazo
Sortividad Inicial
Aceite de linaza
Cal agriacutecola
Hidroacutexido de C
Aceite Linaza Cal Agriacutecola H de Calcio Testigo
Sortividad I Pmd 00038 0009 00085 00036
0
0001
0002
0003
0004
0005
0006
0007
0008
0009
001
SOR
TIV
IDA
D
Sortividad I Pmd
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia)
114
55 Ensayo moacutedulo de rotura
Este ensayo suministra el valor de la resistencia a la traccioacuten del concreto en forma indirecta
Medida que se toma a una viga de concreto no reforzado Para ello se mide mediante la
aplicacioacuten de cargas a vigas de concreto de 6rdquo 6rdquo (150150mm) de seccioacuten transversal y con
luz de tres veces el espesor o sea 18rdquo (450mm) La resistencia a la traccioacuten se expresa como
el moacutedulo de rotura (MR) y se determina mediante el meacutetodo de ensayo en este caso ASTM
C78 la carga se aplica en los tercios de la luz libre
Il 19a Momento de aplicacioacuten Il 19b Viga fallada Il 19c Cara de la fractura
de fuerza a la viga
Para este ensayo se fundieron vigas de 50cm de longitud con seccioacuten prismaacutetica cuadrada de
15cm x 15cm pasados 28 diacuteas de su elaboracioacuten Se realizaron 20 vigas correspondiendo a
las 3 variables de tratamiento previo a la fibra vegetal a los porcentajes de reemplazo (05 -
10 - 15) y las vigas testigo sin ninguacuten tipo de reemplazo ni adicioacuten
Los pesos de los materiales fueron multiplicados por 00123 (00112 volumen de la formaleta
de la viga x 110 desperdicio)
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia)
115
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
vigas
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8725 10609
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 9997 0123
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8769 10650
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 6678 0082
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 88133 10691
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 3339 0041
116
Resultados 551
A continuacioacuten se presentan los resultados obtenidos a partir del desarrollo de la prueba
aplicada a las vigas de concreto falladas a flexioacuten
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia)
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada(
N)
Moacutedulo de
Rotura
(MPa)
Testigos CP(A)
450 150 150 178633
176754 68 CP(B) 174875
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo)
La carga maacutexima alcanzada por el concreto con disentildeo de mezcla sin adiciones ni reemplazos
(CP) es en promedio de 1767 54 (2356 MPa) resultado que seraacute utilizado como referente
para los datos arrojados por disentildeos de mezclas con reemplazo de fibra vegetal ya planteados
117
5511 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFL-15(A)
450 150 150 157067
150205 58 CFL-15(B) 143343
10 CFL-10(A)
450 150 150 152581
1494 57 CFL-10(B) 14622
05 CFL-05(A)
450 150 150 166496
168301 65 CFL-05(B) 170107
Promedio 6
En la variable tratamiento a la fibra con aceite de linaza se obtiene como resultado cifras
inferiores a las dadas por la mezcla patroacuten perdiendo resistencia todos los porcentajes ante el
ensayo de flexioacuten de vigas De acuerdo a los datos generados se puede establecer que el
porcentaje de sustitucioacuten para este disentildeo de mezcla con mayor resistencia a la flexioacuten es del
05
1400
1500
1600
1700
1800
1900
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento aceite de linaza
Resistencia ala flexioacuten
Testigos
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo) Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo)
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
118
5512 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre
apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFH-15(A)
450 150 150 185633
177788 68 CFH-15(B) 169943
10 CFH-10(A)
450 150 150 216523
20103 78 CFH-10(B) 185536
05 CFH-05(A)
450 150 150 189638
188012 72 CFH-05(B) 186387
Promedio 72
Este disentildeo de mezcla con el previo tratamiento a la cascarilla de cafeacute con Hidroacutexido de calcio
supero en los tres porcentajes de sustitucioacuten de agregado grueso la resistencia a la flexioacuten de
las probetas testigo El mejor resultado para este disentildeo de mezcla lo obtuvo el 10 de
sustitucioacuten seguido por el 05 y la menor resistencia la obtuvo la mezcla con el 15 de
reemplazo
1700
1800
1900
2000
2100
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento hidroacutexido de calcio
Resistencia a laflexioacuten
Testigos
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica24 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
119
5513 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFC-15(A)
450 150 150 178901
180590 69 CFC-15(B) 182278
10 CFC-10(A)
450 150 150 205321
213658 81 CFC-10(B) 221996
05 CFC-05(A)
450 150 150 178884
176244 67 CFC-05(B) 173604
Promedio 72
Esta variable tratamiento a la cascarilla con cal agriacutecola obtuvo igualmente que el hidroacutexido de
calcio resultados superiores que la mezcla patroacuten
Este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso paralelamente los porcentajes 05
y 15 son notablemente inferiores
1700
1800
1900
2000
2100
2200
000 050 100 150 200
Maacute
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento cal agriacutecola
Resistenciaa la flexioacutenTestigos
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
120
5514 Promedio resistencia a la flexioacuten de vigas de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea propia)
De acuerdo a los resultados obtenidos en el ensayo de flexioacuten de vigas se determinan los
resultados promedio de los disentildeos de mezcla establecidos teniendo asiacute dos variables que
superan los resultados de las vigas testigo el tratamiento hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola
aunque en el reemplazo del 05 la mezcla patroacuten supera por unas miacutenimas unidades al
tratamiento con cal agriacutecola
El tratamiento con aceite de linaza no supera la variable mezcla patroacuten esta queda por debajo
de los resultados en todos los porcentajes de sustitucioacuten En cuanto al porcentaje de reemplazo
que arrojo mejores resultados para el ensayo de flexioacuten de vigas es 10 esto para las
variables hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola el tratamiento con aceite de linaza se ubica por
debajo de la mezcla patroacuten
58
57
65
68
78
72
69
81
67
68
68
68
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
150 100 050
MaacuteX
Fu
erza
kgf
Porcentaje de reemplazo
Promedio resistencia a la flexioacuten de la viga
Aceite de linaza
Hidroxido decalcio
Cal agricola
Testigos
121
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta
A partir de los resultados obtenidos en los ensayos realizados a los disentildeos de mezclas
planteados se establece en conjunto una relacioacuten comparativa que permite simplificar y tomar
el mejor resultado con las mejores caracteriacutesticas fiacutesicas y mecaacutenicas para lograr realizar dos
prototipos de placas y de disentildeo respectivamente uno con una mezcla resultado de las
mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas y otro con las mejores cualidades fiacutesicas a la vista
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 571
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA 15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilidad
Resistencia
M Rotura
La mezcla con mejores caracteriacutesticas en su comportamiento mecaacutenico para el desarrollo del
prototipo de formaleta es la del tratamiento con hidroacutexido de calcio a pesar de tener resultados
similares con el tratamiento de cal agriacutecola los resultados en especiacutefico son superiores por el
tratamiento con hidroacutexido y el porcentaje con las cifras en promedio maacutes altas es del 10
A partir de estos resultados se utiliza la mezcla con reemplazo al 10 y tratamiento previo a
la cascarilla con hidroacutexido de calcio
Cumple
No cumple
122
Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 572
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA
15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilid
ad
Apariencia
Pigmentacioacute
n
Formaleta
Sortividad
El tratamiento aceite de linaza es utilizado para el prototipo de formaleta porque sus
caracteriacutesticas son superiores en comparacioacuten con las otras dos variables de tratamiento El
tratamiento con cal agriacutecola cumple de forma similar con las caracteriacutesticas fiacutesicas para este
prototipo pero teniendo en cuenta factores como la apariencia particular que dejaron los
resultados de exposicioacuten a la intemperie y ensayo de sortividad el uso de aceite de linaza para
la proteccioacuten de cascarilla es superior a los demaacutes
El tratamiento con aceite de linaza y sustitucioacuten de agregado grueso por fibra vegetal al 10
es utilizado para el desarrollo de prototipo de formaleta
Cumple
No cumple
123
58 Desarrollo de prototipos
Se fabricaron dos prototipos de formaleta uno para el disentildeo de mezcla que cumple con las
caracteriacutesticas fiacutesicas y otro para el disentildeo de mezcla con las caracteriacutesticas mecaacutenicas
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia)
MEZCLAS DE CONCRETO SUSTITUCIOacuteN 10
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
FIacuteSICAS
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
MECAacuteNICAS
Formaleta con poliestireno expandido Formaleta con elementos en balso
Desmolde Desmolde
124
59 Resultados
Prototipo para propiedades fiacutesicas 591
El prototipo de formaleta para explorar las propiedades fiacutesicas se ajustoacute a los requerimientos
del disentildeo de formaleta la copia de textura modelo y pigmentacioacuten se pueden visualizar en el
concreto final haciendo uso de cemento blanco y pigmento color amarillo En este disentildeo no es
observable a simple vista como en el ejercicio experimental las partiacuteculas de cascarilla quizaacutes
esto dependa de la cantidad de cascarilla ya que en este ejercicio se utilizoacute uacutenicamente el 1
de reemplazo
Con menor cantidad de poros los existentes dados en su mayoriacutea a la porosidad de la
formaleta esta mezcla se adaptoacute a los objetivos de esta investigacioacuten el lograr homogeneidad
en la pigmentacioacuten y adherencia a los diferentes prototipos de disentildeo de formaleta
Prototipo para propiedades mecaacutenicas 592
Para este prototipo se hizo uso de cemento gris sin ninguacuten tipo de aditivo colorante De igual
manera que al anterior prototipo este se ajustoacute a los paraacutemetros exigidos al disentildeo de
formaleta con facilidad se pudo retirar del molde se le pudieron retirar los elementos en balso
y en este proceso no hubo dantildeos de filos al contrario copia con exactitud el disentildeo de la
formaleta
125
A pesar de hacer una estricta ejecucioacuten de vibrado para este prototipo teniendo presente lo
sucedido en el ejercicio experimental se obtuvo nuevamente porosidad en esta cara de la
placa en menor cantidad pero siguen presente las burbujas que dificultan en alguna medida a
obtener una superficie maacutes homogeacutenea con menor porosidad
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones
61 Conclusiones
La fibra vegetal cascarilla de cafeacute proveniente de la trilla del grano de cafeacute como reemplazo
del agregado grueso cumple con los paraacutemetros de resistencia para elementos no estructurales
como se planteoacute al inicio de investigacioacuten cumple con las condiciones de trabajabilidad de la
mezcla y acabado oacuteptimo y particular para el desarrollo como concreto arquitectoacutenico
Se tuvo en cuenta la literatura investigaciones anteriores donde las recomendaciones se
basaban en no tener altos porcentajes de sustitucioacuten dado que la resistencia tiende abajar
significativamente y de tal manera conservar la manejabilidad y propiedades mecaacutenicas de la
mezcla
A partir de los anaacutelisis realizados a las placas para evaluar la adherencia al color al estampado
y a la textura se puede concluir que por apariencia aplicar el tratamiento de aceite de linaza a
la cascarilla permite que estas partiacuteculas queden a la vista generando una caracteriacutestica
particular a la visual del concreto para las diferentes aplicaciones arquitectoacutenicas El
tratamiento con cal agriacutecola no genera el mismo efecto en las partiacuteculas de la cascarilla como
lo genera el aceite de linaza sin embargo tuvo una oacuteptima adherencia al color y a los patrones
de disentildeo de formaletas que se establecieron A diferencia del tratamiento con hidroacutexido de
calcio no hubo una homogeneidad en la pigmentacioacuten y al igual que con la cal agriacutecola las
partiacuteculas no son visibles a la cara del concreto como si lo logra el tratamiento con aceite de
linaza sin embargo se adaptoacute de forma oacuteptima a los patrones de formaleta establecidos
126
Se recomienda un buen procedimiento y ejecucioacuten para el vibrado para lograr retirar la mayor
parte de aire contenido en la mezcla y evitar porosidad en la cara principal del concreto como
acabado arquitectoacutenico
El reemplazo que sustituye al agregado grueso por agregado vegetal refleja una disminucioacuten
del peso debido a las caracteriacutesticas propias de la fibra vegetal la reduccioacuten del peso variacutea
entre el 013 y 534 en comparacioacuten con la mezcla patroacuten No hay una variacioacuten notable en
la consistencia de la mezcla por parte de la fibra vegetal y entre la mezcla patroacuten lo que
permite una mezcla manejable sin dificultad conservando los valores de asentamiento
establecidos para el disentildeo de mezcla
Los resultados obtenidos para el ensayo de resistencia a compresioacuten fueron menores con
respecto a la mezcla patroacuten entre el 4853 y 7360 obteniendo un menor desempentildeo para la
sustitucioacuten del 15 y el mejor resultado de resistencia fue el reemplazo del 05 con la
variable tratamiento hidroacutexido de calcio considerando que esta variable fue la que tuvo mejores
resultados con respecto al aceite de linaza y a la cal agriacutecola sin embargo en el porcentaje de
sustitucioacuten 1 la cal agriacutecola supero en resistencia a la compresioacuten al ensayo con hidroacutexido de
calcio del mismo porcentaje
Se puede concluir que los mejores resultados a la resistencia se encuentran entre los
porcentajes 05 y 10
Para el ensayo de sortividad inicial el porcentaje con mayor absorcioacuten con respecto a la
mezcla patroacuten incluso superando a esta es la sustitucioacuten de 05 y el porcentaje con menor
absorcioacuten de agua es la del 10 teniendo en cuenta el tipo de tratamiento que se le dio a la
cascarilla El aceite de linaza fue de entre las tres variables de tratamiento a la cascarilla la que
menos tuvo absorcioacuten de agua se podriacutea decir que debido a sus propiedades repelentes contra
el agua no se facilitoacute la succioacuten por capilaridad del agua en este ensayo El porcentaje y
tratamiento con mayor absorcioacuten de agua fue el 15 con hidroacutexido de calcio superando a
todas las demaacutes variables
Los resultados obtenidos para el ensayo de flexioacuten de vigas son muy oacuteptimos la adicioacuten de
fibra vegetal genera posesividad entre las partiacuteculas la sustitucioacuten del agregado grueso por la
fibra vegetal estaacute por encima delos valores dados por la mezcla patroacuten entre 056 y 1727
127
a excepcioacuten de la mezcla con tratamiento a la fibra con aceite de linaza esta mostroacute resultados
inferiores entre el 47 y 15 Claramente el tratamiento aplicado a la fibra vegetal influye
notoriamente en estos resultados siendo la cal agriacutecola al 10 la que tiene mayor resistencia
a la flexioacuten de vigas
En general se puede decir que realizar mezclas con adicioacuten de la fibra vegetal cascarilla de
cafeacute para el uso y aplicaciones como concreto arquitectoacutenico es posible obteniendo
paraacutemetros de resistencia durabilidad cohesioacuten entre los materiales homogeneidad entre la
pigmentacioacuten los tratamientos efectuados a la cascarilla en relacioacuten a los demaacutes materiales de
la mezcla lo cual se obtiene al igual que con el concreto de agregado convencional siempre
que se lleven a cabo los procedimientos correctamente y un exhaustivo curado
62 Recomendaciones
Se recomienda estudiar el efecto de las variables de tratamiento a la cascarilla de cafeacute a
edades de 7 14 y 56 diacuteas para observar si existe una relacioacuten entre el tiempo de curado y el
proceso de mineralizacioacuten de la fibra asiacute como estudiar el curado con bosa plaacutestica
Teniendo presente los resultados obtenidos y despueacutes de comprobar que el uso del tratamiento
con hidroacutexido de calcio tiene mejores cualidades mecaacutenicas que las otras mezclas y el
tratamiento con aceite de linaza mejores cualidades fiacutesicas se podriacutean realizar un estudio con
las dos variables en una misma mezcla cada una al 05y analizar su comportamiento
Considerando que los resultados para la prueba de sortividad inicial fue optimo uacutenicamente en
la variable de aceite de linaza se recomienda realizar maacutes pruebas de durabilidad y obtener la
sortividad secundaria para determinar si las variables de proteccioacuten a la fibra mejoran la
resistencia frente a todo tipo de agentes externos que afecten la vida de servicio como el
desgaste contaminacioacuten agua luz solar los sulfatos y los aacutecidos
Es importante estudiar el moacutedulo de elasticidad estaacutetico y dinaacutemico del material con el fin de
observar si la adicioacuten en estudio causa una variacioacuten en la influencia y la elasticidad del
concreto con el fin de ampliar las aplicaciones a esta tecnologiacutea
128
Para obtener una menor cantidad de porosidad se recomienda agregar a la mezcla un 5 maacutes
de agua o poner a prueba algunos aditivos que favorezcan su reduccioacuten
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8 Anexos
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO
135
82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA
httpswwwcalcocomcowp-contentuploads201809ficha-tecnica-cal-agricola-cales-oct-222pdf
136
83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO
httpwwwcaldelvallecompdfConstruccionFRpdf
137
84 Entrevista
1 DE QUE POBLACIOacuteN ES PROVENIENTE EL CAFEacute Y SU ALTITUD
Para el caso del cafeacute que ingresa a Almacafeacute Sucursal Pasto el 100 del cafeacute corresponde al departamento de Narintildeo generalmente no se separa por municipio o regioacuten sin embargo se hace separacioacuten seguacuten el tipo de cafeacute si es certificado (Rainforest 4C Regional Nespresso AAA) solo en algunos negocios puntuales se puede separar por origen especifico La mayoriacutea de cafeacute de Narintildeo se produce entre los 1600 y 1900 msnm aunque se puede encontrar cafeacute desde los 1100 metros hasta los 2300 metros El promedio de altura es de 1765 msnm En Narintildeo 41 municipios producen cafeacute
2 QUEacute TIPO DE CAFEacute ES
El cisco proviene de trilla de diferentes tipos de cafeacute principalmente cafeacute Regional 4C y Nespresso Pero no se hace separacioacuten del cisco por tipo de cafeacute
3 EN QUE MES SE HACE LA SIEMBRA Y EN QUE MES SE HACE LA COSECHA
Las etapas de cafeacute son Germinador (alrededor de 2 meses) Almacigo (6- 8 meses) y finalmente Siembra en el terreno donde estaraacute por 7 antildeos aprox tiempo al cual se renueva por zoca (cortar tallo principal a 30 cm del suelo de donde brota una nueva planta) o siembra de una nueva planta El mes de siembra del germinador en Narintildeo generalmente es febrero Es decir la plaacutentula de cafeacute se siembra en el lote definitivo entre octubre y noviembre
4 PROPIEDADES GENERALES DE LA TIERRA
ldquoEl Cafeacute de Narintildeo es 100 araacutebicohelliprdquo (es decir las variedades sembradas son de esta especie) ldquohellipsembrado a altas alturas recolectado selectivamente y procesado por la viacutea huacutemeda en las parcelas cafeteras de los productores La ubicacioacuten de Narintildeo en Colombia hace de su zona cafetera un lugar sin duda especial Estas condiciones hacen que en la Zona de Produccioacuten de Cafeacute de Narintildeo se presente una combinacioacuten de factores tales como la radiacioacuten solar de 1666 horas en promedio durante el antildeo los ciclos de lluvia de 1866 miliacutemetros al antildeo y los suelos con alto contenido de materia orgaacutenica que hacen posible el cultivo del cafeacute a grandes alturas y temperaturas en promedio de 199 degC con valores promedio maacuteximo de 259 y miacutenima de 16degC Estos diferentes factores explican que el Cafeacute de Narintildeo se produzca en alturas que alcanzan hasta los 2300 metros sobre el nivel del mar en zonas que presentan en promedio temperaturas bajas comparadas con el resto de zonas cafeteras de Colombia y de buena parte del mundo Producir cafeacute a esta altura podriacutea ser casi imposible si el calor que se acumula durante el diacutea en el fondo de los cantildeones y de los profundos valles no ascendiera en las noches para atenuar el frio de las partes maacutes altas de las montantildeasrdquo Tomado de Cafedecolombiacom En este enlace se puede encontrar toda la informacioacuten sobre los factores agroclimaacuteticos de la regioacuten httpnarinocafedecolombiacomnarino
5 CANTIDAD APROXIMADA DEL AacuteREA DE CULTIVO
138
38400 hectaacutereas sembradas en Narintildeo
6 A TODO TIPO DE CAFEacute SE LE RETIRA LA CASCARILLA Siacute Colombia produce cafeacutes suaves lavados lo que significa que el grano de cafeacute se recolecta en cereza luego en la finca es despulpado (es decir se retira la cascara o cereza) fermentado (para quitar un mucilago o baba que estaacute prendida al pergamino que es la capa siguiente) lavado y secado (hasta que la humedad del cafeacute en pergamino seco esteacute entre 10 y 12) Posterior el productor lo lleva a vender al comercio o cooperativa Luego se consolidan cantidades determinadas que son entregadas a Almacafeacute o alguacuten otro comerciante particular para posterior ser trillado es decir retirar el cisco de la almendra la cual se tuesta para obtener el cafeacute tostado y molido y finalmente la bebida Lo anterior significa que el cisco es necesariamente retirado para poder tostar el cafeacute
7 QUE CANTIDAD APROXIMADA SE RECIBE DE CISCO ANUAL El cisco no se recibe se obtiene del proceso de trilla y depende del volumen de cafeacute pergamino seco asignado para trilla en nuestra trilladora El antildeo pasado se trillaron 3 millones de kilos de cafeacute pergamino y generalmente el de cisco corresponde a un 18 - 20 es decir unos 500000 kilos de cisco en el antildeo anterior Cifras aproximadas
8 QUE REALIZAN CON LAS CASCARILLA QUE USOS TIENE La totalidad del cisco producido se entrega para uso como combustible en silos secadores de cafeacute que tienen los mismos productores (para secar el cafeacute en la finca el productor tiene dos opciones Secado al sol oacute Mecaacutenico es decir en silos que usan combustible como carboacuten coque ACPM gas o cisco) Sin embargo tambieacuten lo usan empresas ladrilleras en los hornos para elaborar ladrillo y tejas de barro Tambieacuten al ser un producto orgaacutenico puede ser incorporado a procesos de elaboracioacuten de abonos orgaacutenicos
9 CUAL ES EL MERCADO QUE MAS SE BENEFICIA DE ESTE RESIDUO Y EL QUE MAYOR DEMANDA TIENE
Los Caficultores y las cooperativas quienes lo usan como combustible Ver punto anterior
10 SE LLEGA A BOTAR ESTE RESIDUO PORQUE RAZOacuteN Anteriormente maacutes de 20 antildeos se usaban en gran medida para abono orgaacutenico pero actualmente su uso es como combustible Es decir no hay registro que se llegaraacute a botar
11 LE DAN ALGUacuteN OTRO USO EN LA EMPRESA
139
Hasta el momento no se incorpora en ninguacuten proceso En alguacuten momento hace maacutes de 20 antildeos se pensaba usar en construccioacuten de planchas para casas con colboacuten o pegamento sin embargo no se llevoacute a cabo el proyecto
12 TRABAJAN CON GRANDES CAFICULTORES O CON PEQUENtildeAS FINCAS O AMBAS
En el departamento el 99 de los caficultores son pequentildeos con un promedio de 098 hectaacutereas Pero no hay ninguacuten tipo de sectorizacioacuten si son grandes medianos o pequentildeos oacutesea se trabaja con todos
13 CUANTO PAGAN POR BULTO (SI ES POSIBLE SABER EL VALOR EXACTO O PROMEDIO)
Un bulto de cisco se vendioacute en promedio en 4600 pesos partiendo de un peso promedio de 60 kilos
14 DEL DEPARTAMENTO DE NARINtildeO QUE PORCENTAJE DE CULTIVOS LLEGAN A ALMACAFEacute
Aproximadamente un 30 a 35 del total de la produccioacuten del departamento Produccioacuten Total del Departamento = 35 millones de kilos tambieacuten aproximado
15 LA MAQUINA TRILLADORA FUNCIONA A GASOLINA O ES ELEacuteCTRICA QUE CONSUMO PROMEDIO TIENE
Eleacutectrica aunque tiene una planta a gasolina que funciona cuando no hay suministro de electricidad La maacutequina trilladora como tal se llama Apolo 4 y funciona con un motor de 100 HP tiene un consumo aproximado de 300Kvahora pero todo el sistema de trilla que incluye recibo de pergamino trilla monitor de almendra mesas densimeacutetricas electroacutenicas de color y ensaque puede tener consumir promedio 500 Kvahora
16 QUE POSICIOacuteN TIENE NUESTRO CAFEacute A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL El cafeacute colombiano y en especial el cafeacute de Narintildeo tienen una excelente calidad que lo ha posicionado como uno de los mejores del mundo Colombia ocupa el primer lugar en produccioacuten de Cafeacutes Suaves Lavados y es el tercer productor mundial de cafeacute despueacutes de Brasil y Vietnam
17 A QUE LUGARES ES EXPORTADO Los destinos principales de exportacioacuten son EEUU Europa y Japoacuten
18 A ESCUCHADO O LE HAN SOLICITADO ALGUacuteN RESIDUO DEL CAFEacute PARA ALGUacuteN TEMA RELACIONADO CON LA CONSTRUCCIOacuteN O PARA CREAR UN NUEVO MATERIAL
140
Solicitudes no pero si he visto y escuchado sobre el uso del residuo de la preparacioacuten de la bebida para elaborar artesaniacuteas e incluso ropa Hablo de la borra o Cuncho
19 CUAacuteL ES SU OPINIOacuteN ACERCA DEL DESARROLLO DE ESTA INVESTIGACIOacuteN No habiacutea escuchado antes sobre este tipo de investigacioacuten uacutenicamente la de elaborar planchas de casas en conjunto con pegamento lo cual me comentaron justo para responder esta encuesta Considero muy vaacutelida este tipo de propuestas de innovacioacuten en la medida que sea validada desde lo comercial se tendraacute que analizar el costo dado que el cisco es muy necesario para el caficultor en el secado del grano y al momento de competir con el mercado de la construccioacuten seguramente se elevaraacute el precio del mismo Manuel Fernando Pentildea Jefe de Operaciones Almacafeacute Pasto (2017)
Bogotaacute DC Febrero 2019
NOTA DE ACEPTACIOacuteN
El proyecto de grado denominado
COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO
CON CASCARILLA DE CAFEacute Y
POSIBILIDADES ANTE TEXTURA Y
COLORrdquo presentado por la Arquitecta Jenny
Angeacutelica Coral Patintildeo para optar por el
Tiacutetulo de Magiacutester en Construccioacuten otorgado
por la universidad Nacional de Colombia
cumple con los requisitos establecidos y
recibe nota aprobatoria
Arq MSc Martha Luz Salcedo Barrera
Directora de Proyecto
Jurado 1
Jurado 2
Jurado 3
Director de Maestriacutea en Construccioacuten
A mamaacute
Agradecimientos
No somos nadie sin creer creer en eso que nos guie nos cuide nos vigile quiera lo mejor para
nosotros y creo en un Dios que todo lo puede a quien agradezco mi vida
Es importante ver como el sacrificio de quienes velan por nosotros es hoy en diacutea el resultado
de este trabajo de este largo y arduo camino no siempre plasmado en letras nuacutemeros y
deberes Gracias a mis padres mi gemela mis abuelitos quienes han hecho de mi quien soy
hoy en diacutea quienes inspiran en mi vida a quienes guardo el maacutes grande respeto y
agradecimiento
Mi universidad siempre fue un suentildeo ser parte de esta alma maacuteter y agradezco por el
profesional y persona que cultivo en miacute un eterno orgullo
ldquoUno recuerda con aprecio a sus maestros brillantes pero con gratitud a los que tocaron
nuestros sentimientosrdquo Carl Gustar Jung A mi directora por su tiempo por su guiacutea por sus
inestimables aportaciones a su calidad humana a su calidez como persona a sus
conocimientos a su ejemplo a su trabajo
Gracias a cada amigo a cada persona que presente o en la distancia motivo participoacute ayudoacute
al desarrollo de este trabajo investigativo sobre todo a quienes creyeron en que esto se podiacutea
lograr
A Nicolaacutes porque con eacutel los pasos siempre son hacia adelante
Gracias
ldquoEl arquitecto del futuro se basaraacute en la
imitacioacuten de la naturaleza porque es la
forma maacutes racional duradera y econoacutemica
de todos los meacutetodosrdquo
Antonio Gaudiacute
Contenido VIII
Contenido
Resumen XI
Abstract XII
Listado de Ilustraciones XIII
Lista de Tablas XIV
Lista de Graficas XVII
1 Capiacutetulo Lineamiento 19
11 Introduccioacuten 19 12 Planteamiento del problema 22 13 Objetivos 24
14 Justificacioacuten 25
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico 28
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre 29 22 Antecedentes teoacutericos 31
23 Bases teoacutericas 43
24 Componentes del concreto 44
25 Normativas para ensayos 46 26 Fibras en el concreto 47
27 Concreto reforzado con fibras vegetales 48
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras 51
29 Concreto arquitectoacutenico 53
Objetivo general 24 131 Objetivos especiacuteficos24 132
Antecedentes internacionales 32 221 Antecedentes nacionales 37 222
Concreto43 231 Concreto fresco 44 232 Concreto endurecido 44 233
Cemento44 241 Agua 45 242 Agregados 46 243
Clasificacioacuten de fibras47 261
Fibras vegetales 49 271 Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 49 272 Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras vegetales 50 273 Normativa de concreto con agregados vegetales 51 274
Tuacuteneles 52 281 Pavimentos 52 282 Otros usos 52 283
Contenido IX
210 Disentildeo Urbano 56
3 Capiacutetulo cascarilla de cafeacute como material alternativo 61
31 Generalidades61
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute 64
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute) 66
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute 68
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo 70
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos 75
43 Disentildeo de mezcla 81
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla 84
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten 85 52 Ensayo de Asentamiento 93
53 Ensayo de compresioacuten 95
54 Ensayo de Sortividad 102 55 Ensayo moacutedulo de rotura 114
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta 121
Prefabricados 53 291
Espacio Puacuteblico 56 2101 Pisos 56 2102 Mobiliario Urbano 57 2103 Fachadas y elementos de concreto a la vista 58 2104 Estampados 58 2105
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 61 311 Proceso obtencioacuten de la cascarilla 61 312
Caracteriacutesticas fiacutesicas 64 321 Composicioacuten quiacutemica 65 322
Mineralizacioacuten con aceite de linaza (Alvarado 2002) 67 331 Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 67 332 Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 67 333
Liacutenea investigativa 70 411 Materiales 73 412 Poblacioacuten y muestras 73 413
Analisis Granulomeacutetrico 77 421
Seleccioacuten del Asentamiento 81 431 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 81 432 Estimacioacuten del contenido de aire 82 433 Requerimiento de agua de mezclado 82 434 Resistencia requerida de disentildeo 82 435 Relacioacuten agua-cemento 83 436 Definicioacuten de datos 83 437
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco93 521
Resultados 97 531
Resultados 116 551
Contenido X
58 Desarrollo de prototipos 123 59 Resultados 124
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones 125
61 Conclusiones 125 62 Recomendaciones 127
7 Bibliografiacutea 128
8 Anexos 134
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO 134 82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA 135 83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO 136 84 Entrevista 137
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 121 571 Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 122 572
Prototipo para propiedades fiacutesicas 124 591 Prototipo para propiedades mecaacutenicas 124 592
Resumen XI
Resumen
Evolucionar transformar y potencializar un material basados en los tres ejes de sostenibilidad
medio ambiente y socio-econoacutemico Se ha convertido en los uacuteltimos antildeos en un desafiacuteo para el
sector de la construccioacuten y sin duda alguna el mejor camino para entender el dantildeo generado
con el desmedido e inconsciente uso de los recursos naturales El uso de residuos orgaacutenicos
renovables es un tema que se ha ido imponiendo en la industria de la construccioacuten a nivel
global aprovechando los residuos o componentes de las materias primas que tienen mayor
productividad
En Colombia la cascarilla de cafeacute es uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran
industria cafetera Esta fibra vegetal se encuentra potencializada por su composicioacuten quiacutemica
en este caso el Silicio componente mineral que aporta la resistencia en el concreto como lo
hace el cemento
En esta investigacioacuten se presenta el disentildeo de mezcla de concreto a la cual se realizan las
respectivas pruebas para identificar las caracteriacutesticas fiacutesicas potenciales aplicables en la
arquitectura El resultado de la mezcla se implementaraacute en prototipos de encofrados y
estampados que permitan el anaacutelisis del material ante su manejabilidad y adherencia al
prototipo arquitectoacutenico al que se exponga esto con el fin de lograr trabajar al tiempo
resistencia exposicioacuten al medio exterior sostenibilidad y disentildeo A su vez se aplican pigmentos
para valorar adherencia y comportamiento con el color
Palabras clave concreto sostenibilidad fibra vegetal cafeacute pigmentos texturas
Abstract XII
Abstract
Evolve transform and strengthen a material based on the three axes of sustainability
environment and socio-economic In recent years it has become a challenge for the
construction sector and without a doubt the best way to understand the damage caused by the
excessive and unconscious use of natural resources The use of renewable organic waste is an
issue that has been imposed in the construction industry globally taking advantage of the
chalks or components of the raw materials that have higher productivity
In Colombia the coffee husk is one of the organic residues left by the large coffee industry This
vegetable fiber is potentiated by its chemical composition in this case silicon a mineral
component that provides strength in concrete as cement does
In this research the concrete mix design is presented to which the respective tests are carried
out to identify the potential physical characteristics applicable in the architecture The result of
the mixture will be implemented in prototypes of formwork and prints which allow the analysis
of the material before its manageability and adherence to the architectural prototype to which it
is exposed this in order to achieve work at the time resistance exposure to the environment
exterior sustainability and design In turn pigments are applied to assess adherence and
behavior with color
Key words concrete sustainability vegetable fiber coffee pigments textures
Listado de Ilustraciones XIII
Listado de Ilustraciones
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016) 30
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz
2017) 30
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014) 33
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 42
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras
(Carvajal 2015) 51
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado 62
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia) 63
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla 64
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005) 64
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades
de Glucosa)(Coffea 2005) 66
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia) 72
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia) 88
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia) 94
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia) 95
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia) 96
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia) 102
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia) 114
Listado de Tablas XVI
Lista de Tablas
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012) 21
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014) 33
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)34
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014) 34
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014) 34
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et
al 2014) 34
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012) 36
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus
materiales de desperdicio(Garcia amp Olaya 2011) 37
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015) 39
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd) 45
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017) 46
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007) 47
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) 49
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018) 53
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010) 54
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010) 59
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia
2010) 61
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 65
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011) 65
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)70
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013) 73
Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia) 76
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia) 76
Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)77
Contenido IX
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia) 77
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia) 78
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia) 80
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001) 82
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten
2001) 82
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la
desviacioacuten estaacutendar 82
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto
(adaptada del ACI 2111 y del ACI 2113) 83
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia) 83
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto
(autoriacutea propia) 84
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia) 84
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia) 84
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia) 86
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 86
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 89
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia) 90
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia) 91
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 92
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 93
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)96
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 96
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 97
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 97
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 98
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 99
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 100
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Contenido IX
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 104
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 105
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 106
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 107
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 108
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 109
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 110
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 111
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 115
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 115
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 115
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia) 116
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
117
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
118
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia) 119
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia) 121
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia) 122
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia) 123
Lista de graficas XVII
Lista de Graficas
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)78
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 80
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 94
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 98
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 99
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 100
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia) 101
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 105
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 106
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 107
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 108
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 109
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 110
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 111
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 112
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo) 116
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 117
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 118
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 118
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 119
Listado de graficas XVIII
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea
propia) 120
1 Capiacutetulo Lineamientos 19
19
1 Capiacutetulo Lineamientos
11 Introduccioacuten
Encontrar un punto de equilibrio entre la sostenibilidad en la arquitectura y el satisfacer
nuestras necesidades es un reto a asumir No podemos recuperar muchos de los recursos
naturales que la industria de la construccioacuten ha llevado consigo pero asiacute como la tecnologiacutea ha
evolucionado para muchos campos del consumismo tambieacuten ha evolucionado para permitirnos
encontrar soluciones con el fin de no prolongar los dantildeos ya efectuados
En la construccioacuten estamos llamados a aportar iniciativas para el desarrollo sostenible a
nuestros diacuteas ya podemos predecir con queacute recursos naturales contaraacute la siguiente generacioacuten
a corto plazo seguacuten Fernaacutendez y Rodriacuteguez (2010) como lo reafirma (Bedoya 2011) ldquosiacute los
actuales patrones no cambian la expansioacuten de la construccioacuten destruiraacute (hellip) haacutebitats naturales
y vida salvaje en maacutes de un 70 de la superficie de la tierra para 2032rdquo Teniendo a la mano y
a disponibilidad todos estos balances conocimientos predicciones cientiacuteficas y variedad de
anaacutelisis medio ambientales es casi un deber del constructor y proyectista motivar e incentivar
el desarrollo de nuevas teacutecnicas y materiales que le den prioridad a la conservacioacuten y cuidado
del planeta siendo que este campo es uno de los directamente responsables de la afectacioacuten
ambiental debemos ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo (Manzini amp Bigues 2000)
Los residuos orgaacutenicos son auacuten en muchas empresas y lugares de desarrollo un problema
ambiental y econoacutemico puesto que a pesar de que los subproductos que se generan se tratan
de aprovechar al maacuteximo es tan alta la cantidad que las empresas recurren a destinar un fondo
aparte para poder desarrollar nuevos equipos y teacutecnicas para darle un destino final a estos
residuos Entre estos estaacuten
Vertederos Incineracioacuten Compostaje y digestioacuten anaerobia
20
Tratamiento mecaacutenico bioloacutegico Pirolisis y gasificacioacuten (ldquoManejo de Desechos Agroindustrialesrdquo 2015)
Es asiacute como para las industrias es una perdida no solo econoacutemica tener que asumir costos
para el proceso final de los subproductos sino tambieacuten una perdida en los tiempos destinados
a este tratamiento
Somos un paiacutes rico en variedad de cultivos dado a su localizacioacuten geograacutefica tenemos todos
los pisos teacutermicos que nos permiten aprovechar las propiedades de la tierra generando un alto
desarrollo en la agroindustria Algunas empresas logran hacer un alto y buen uso de los
subproductos que se les generan usando estos materiales como biocombustibles abonos para
el cultivo de sus tierras alimentos para sus animales entre otros
La cascarilla de cafeacute es el residuo vegetal para la propuesta de esta investigacioacuten es el
agregado adicional que se estudioacute en el disentildeo de la mezcla con el concreto siendo que este
residuo hace parte de la industria del cafeacute la maacutes sobresaliente del paiacutes ocupando el tercer
puesto como mayor productor del mundo y el primero en cafeacute araacutebico suave lavado (Sierra
2014) y partiendo de esta alta produccioacuten la cascarilla de cafeacute o cisco es el residuo que
posee ademaacutes propiedades oacuteptimas que la convierten en un agregado liviano con un
porcentaje de silicio del 15 en su composicioacuten quiacutemica asiacute considerados para poder realizar
este planteamiento investigativo (Garcia amp Olaya 2011)
Sin ser ajenos ante esta situacioacuten se proyecta una investigacioacuten que iraacute ligada al uso de
residuos vegetales y al disentildeo del concreto arquitectoacutenico esto con el fin de enfatizar que crear
propuestas ambientales no limita las caracteriacutesticas de un material en este caso el concreto y
que al contrario potencializa sus propiedades y brinda al mercado mayores opciones de uso e
implementacioacuten
21
Algunas industrias hacen uso de estos residuos como abonos para uso en sus mismas tierras
como biocombustibles para sus fincas o maquinas procesadoras o como consumo animal si
esto pasase en la mayoriacutea de la industria y con la totalidad de la materia prima despueacutes de su
procesamiento aparte de traer beneficios ambientales tambieacuten traeriacutea beneficios econoacutemicos
En el proceso de industrializacioacuten del cafeacute solamente se aprovecha el 5 del peso del fruto
fresco en la preparacioacuten de la bebida el restante como la pulpa el cisco el tallo la borra
quedan como residuo de la materia prima representando el 95 Almacafeacute en uno de sus
informes de sostenibilidad del antildeo 2012 nos describe la cantidad de toneladas de residuos que
genera la industria del cafeacute y el Cisco que es la cascarilla del cafeacute estaacute entre los tipos de
residuos soacutelidos aprovechables catalogado asiacute por la misma industria quienes crearon un
manejo de residuos daacutendoles uso en su misma planta de produccioacuten como generadores de
energiacutea (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
Sin embargo en una tesis de investigacioacuten de la Universidad Nacional de Colombia sede
Medelliacuten sobre la combustioacuten de Peacutelet de Cisco de cafeacute el aprovechamiento de los residuos
agroindustriales implica grandes retos y altas inversiones en transporte cuando su disposicioacuten
final no es ldquoin siturdquo esto sumado a que estos materiales poseen bajos poderes caloriacuteficos en
comparacioacuten con otros combustibles de origen foacutesil y no se disponen de tecnologiacuteas que
permitan garantizar una combustioacuten apropiada lo cual conlleva a que las plantas utilicen
combustibles foacutesiles que garanticen la energiacutea requerida para sus procesos originando un
consumo de combustibles adicional y elevando los costos de produccioacuten (Manrique Waldo
2018)
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
22
Lograr disentildear una mezcla idoacutenea de concreto con la cascarilla de cafeacute en construccioacuten implica
el desarrollar planes de manejo ambiental para implementarlos en el concreto arquitectoacutenico
aprovechando la gran produccioacuten agroindustrial que se da en este Paiacutes ldquoLas cifras del
Ministerio de Vivienda dan cuenta de un crecimiento de 102 en el PIB de construccioacuten
durante el segundo trimestre del 2014 en comparacioacuten con el mismo periodo del antildeo pasado
Las obras civiles son las que maacutes han tenido que ver en el aumento de ese PIB pues crecieron
176 seguidas por el sector de edificaciones con un 14rdquo (Medina 2014)
A partir de estos elementos se considera que la propuesta del disentildeo de mezcla de concreto
con residuos vegetales cumpliraacute dos aportes muy positivos al campo de la construccioacuten uno de
ellos es ser un material que retribuya al medio ambiente generando una nueva visioacuten de
optimizacioacuten en nuestro paiacutes y segundo es considerar que este material cuenta con las
caracteriacutesticas idoacuteneas para ser trabajado como concreto arquitectoacutenico lo que permite al
disentildeador y al constructor idear proyectar y trabajar con la misma o mejor facilidad que con un
concreto convencional Se podriacutea hablar del desarrollo de un ldquoconcreto de alto desempentildeordquo
(Salcedo Barrera 2006) en donde ldquocualquier concreto que satisfaga criterios propuestos para
sobrepasar las limitaciones de un concreto convencional puede ser llamado concreto de alto
desempentildeordquo (FHWA 1994)
La mezcla obtenida del concreto con agregado de cascarilla de cafeacute se dispondraacute en el trabajo
de acabados pigmentacioacuten estampado y encofrado Lo positivo del uso de estas teacutecnicas es la
posibilidad de crear variabilidad y seguridad dotar al material de caracteriacutesticas que se puedan
determinar desde el proceso de su produccioacuten hasta el momento de su implementacioacuten en
armoniacutea con la naturaleza y aprovechando al maacuteximo los residuos vegetales en este caso los
de la agroindustria cafetera
12 Planteamiento del problema
Se sabe que la industria de la construccioacuten es uno de los mayores generadores de
contaminacioacuten y consumidor de recursos naturales no renovables tal como lo cita (Cabello
2008) tomado de (Anink Boonstra amp Mank 1996) en teacuterminos estadiacutesticos se puede decir
que el sector de la construccioacuten es responsable del 50 de los recursos naturales empleados
del 40 de la energiacutea consumida (incluyendo la energiacutea en uso) y del 50 del total de residuos
generados Si bien es cierto que el procesado de materias primas y la fabricacioacuten de los
23
materiales generan un alto coste energeacutetico y medioambiental no es menos cierto que la
experiencia ha puesto de relieve que no resulta faacutecil cambiar el actual sistema de construccioacuten
y la utilizacioacuten irracional de los recursos naturales donde las prioridades de reciclaje
reutilizacioacuten y recuperacioacuten de materiales brillan por su ausencia frente a la tendencia
tradicional de la extraccioacuten de materias naturales Por ello se hace necesario reconsiderar esta
preocupante situacioacuten de crisis ambiental buscando la utilizacioacuten racional de materiales que
cumplan sus funciones sin menoscabo del medio ambiente (Cabello 2008)
Resulta al tiempo contradictorio que el campo de la construccioacuten tenga como fin buscar el
confort humano satisfaciendo sus necesidades tanto habitables como de viacuteas de
comunicacioacuten y que no se tenga como prioridad cuidar o usar de manera maacutes racional los
recursos naturales siendo estos los que proveen la vida y los que permiten llevar a cabo esas
construcciones que ayudan a mitigar las necesidades del ser humano
La visioacuten de la generacioacuten de residuos soacutelidos derivada del consumismo actual ha sido
entendida como una problemaacutetica ambiental ademaacutes de ser un factor influyente y determinante
en la salud puacuteblica la creacioacuten ademaacutes de la adaptacioacuten de estrategias ya existentes para el
manejo de residuos soacutelidos se convierte en la alternativa de solucioacuten a dicho problema dado
que ataca todas las consecuencias devastadoras del mal manejo de los residuos soacutelidos y
ademaacutes se convierte en una posibilidad de negocio al comercializar los subproductos
derivados de estos procesos (Agudelo 2012)
Tenemos gran variedad de residuos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y muchos de estos al verse
como desecho ldquoinuacutetilrdquo son quemados vertidos en fuentes fluviales o en vertederos de basura
generando acumulaciones de agentes contaminantes No obstante ldquoampliando ya la visioacuten
ecoloacutegica del siglo XXI algunas empresas o fabricas hacen uso de estos residuos como
generadores de energiacuteardquo (Manejo de Desechos Agroindustriales2015)
Sin embargo la visioacuten ecoloacutegica en la que la construccioacuten debe estar sumergida no es del todo
implementada para ello debe innovarse en materiales que ofrezcan las mismas o mejores
caracteriacutesticas para poder hacer uso de ellos en forma confiada y masiva ya que un alto
porcentaje de la industria de la construccioacuten es ajena al concepto acutesostenibilidad ambientalacute
24
En Colombia existen empresas que estaacuten intentando implementar metodologiacuteas y teacutecnicas para
la reutilizacioacuten de residuos orgaacutenicos La adecuada disposicioacuten final de residuos
agroindustriales es apremiante debido a que se producen en gran cantidad pero la mayoriacutea son
llevados al relleno sanitario sin considerar que existen otras posibilidades de aplicacioacuten y que
pueden generar grandes valores econoacutemicos Los gastos de la disposicioacuten de los residuos y el
impacto ambiental pueden reducirse si se logra emplear teacutecnicas de valorizacioacuten esto quiere
decir que si se logran tener adecuados tratamientos las empresas podriacutean multiplicar el valor
de los subproductos (Yepes Naranjo amp Saacutenchez 2008)
Con estos puntos planteados es importante preguntarse iquestCoacutemo hacer del concreto un
material a partir de residuos orgaacutenicos vegetales que genere una progresiva visioacuten sostenible
en la construccioacuten y que sea esteacuteticamente un potencial en el disentildeo El sustituir parte de los
agregados de un material convencional a uno que aporte al medio ambiente y lograr
implementarlo en la construccioacuten como material oacuteptimo para quien lo implemente es obtener
un material innovador que aporta no solo como idea si no como parte de nuevas praacutecticas
constructivas sustentables
13 Objetivos
Objetivo general 131
Evaluar las propiedades y comportamientos fiacutesicos del concreto con agregados orgaacutenicos como
la cascarilla de cafeacute uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran industria cafetera en
Colombia y establecer las posibilidades ante el uso de textura y color
Objetivos especiacuteficos 132
- Identificar las investigaciones realizadas acerca del concreto aligerado con cascarilla de
cafeacute estableciendo sus propiedades generales
- Caracterizar el material orgaacutenico (Cascarilla de cafeacute) que va a ser sustituido por
porcentajes determinados del agregado grueso del concreto
25
- Establecer un disentildeo de mezcla con base en las investigaciones realizadas y comprobar
sus propiedades fiacutesicas
- Determinar las alternativas de textura a traveacutes de prototipos de formaletas que puedan
implementarse en ese tipo de concreto
- Realizar valoraciones acerca de las variaciones del comportamiento del concreto
expuesto al exterior con el uso de pigmentos
14 Justificacioacuten
La industria de la construccioacuten es uno de los principales actores responsables en el cambio y
aumento de niveles de contaminacioacuten ambiental es una industria que necesita para su
desarrollo hacer uso de recursos naturales no renovables dejando a su paso acumulacioacuten de
desechos escombros de obra una mezcla de agentes contaminantes que degradan de
manera progresiva el medio natural pero las industrias como la agronomiacutea son otro gran factor
de contaminacioacuten directa a este medio se hace uso de la materia prima acuteuacutetilacute y los residuos
son en un alto porcentaje quemados desechados en riacuteos o retirados a espacios como
vertederos de basuras volvieacutendolos unos participes maacutes de la contaminacioacuten Hay que
destacar que ldquoel debate sobre la sostenibilidad no se produce en el campo especiacutefico de la
edificacioacuten sino en el de la economiacutea y otras ciencias sociales Su transposicioacuten a la
edificacioacuten exige un entramado teoacuterico capaz de trasladar demandas enunciadas en campos
ajenos (hellip) hacia el campo de los conocimientos habilidades y procesos que permiten
desarrollar y enunciar un proyecto de edificacioacutenrdquo (Monterotti 2013)
La buacutesqueda de implementar normas y leyes para contrarrestar los abusos que se le hacen a
los recursos vienen desde la deacutecada de los 80 eacutepoca en la que surge la preocupacioacuten por
impacto que produce llevar a cabo la construccioacuten de un edificio y sus materiales sobre el
ambiente Desde el antildeo 2000 el nuacutemero de meacutetodos para la evaluacioacuten medioambiental se ha
multiplicado considerablemente en el mundo BREEAM (BRE Environmental Assessment
Method) fue el primer sistema (desarrollado en 1990) que ofrecioacute un meacutetodo de etiquetado de
edificios aunque LEED (Leadership in Energy and Environmental Desing) es el de mayor
implantacioacuten en el mercado de grandes edificios (Maciacuteas amp Garciacutea Navarro 2010)
26
En Colombia no existen como tal leyes enfocadas exclusivamente al control de recursos de los
que hace uso la industria de la construccioacuten existen algunas normativas y artiacuteculos que se
derivan de un encabezado no especifico en el tema y existen tambieacuten los denominados
manuales pero realmente no hay entidades que fundamenten la importancia de un control una
base de enumeradas restricciones en la fabricacioacuten de materiales y su impacto negativo al
medio ambiente
En el antildeo 2016 se hizo puacuteblico la nueva reglamentacioacuten de construccioacuten sostenible en el paiacutes
ldquoEn Latinoameacuterica Colombia es pionero en comprometerse con la transformacioacuten hacia el
desarrollo sostenible La norma que es obligatoria a partir de junio de 2016 establece
porcentajes de ahorro en agua y energiacutea que permitan reducir los costos de los usuarios en
pagos de servicios puacuteblicosrdquo (Ministro de Vivienda Luis Felipe Henao) El objetivo de esta
reglamentacioacuten es lograr ahorros de hasta el 45 en el consumo de agua y energiacutea mediante
la incorporacioacuten de paraacutemetros de sostenibilidad ambiental en el disentildeo y construccioacuten de las
nuevas edificaciones que se construyan en el paiacutes (MINVIVIENDA 2015) Se consultoacute al
Ingeniero Alejandro Vaacutesquez especialista en construccioacuten sostenible de la universidad EAFIT
acerca de esta nueva norma y sentildeala que el mayor objetivo es el ahorro de recursos hiacutedricos y
energeacuteticos al igual que reducir las emisiones de gases de efecto invernadero pero esta norma
no trae apartes especiacuteficos sobre el uso de materiales debido a que se centra en temas de
eficiencia energeacutetica e hiacutedrica pero si habla de la necesidad de usar materiales de
construccioacuten de baja energiacutea embebida (hellip)(ARGOS 2015)
En este sentido se entiende la importancia la vitalidad de propulsar e imponer el cambio desde
la fabricacioacuten de los materiales que se utilizaran en obra los elementos tenidos en cuenta para
la expedicioacuten del nuevo reglamento fue entender que teniendo un sector que construye
anualmente cerca de 30 millones de metros cuadrados en vivienda y edificaciones no
residenciales que articula a maacutes de 28 sectores productivos de la economiacutea y que emplea a
maacutes de 34 millones de personas es necesario mantener un proceder reglamentario cauteloso
para no poner en riesgo la promocioacuten de proyectos constructivos ya que son los que soportan
la economiacutea (CAMACOL 2015) asiacute que el enfoque sostenible al que se hace referencia esta
normativa estaacute en un segundo plano y la economiacutea se veriacutea directamente afectada si se
impone la idea de usar en menor medida los residuos naturales o proponer estudios para
reemplazarlos
27
Desde el aspecto ecoloacutegico tiene una gran ventaja la industria agronoacutemica por el basto grado
de residuos orgaacutenicos que genera en la produccioacuten En tal sentido se proyecta a provechar el
denominado cisco la cascarilla de cafeacute con la finalidad de aprovechar este sobrante siendo
Colombia el segundo productor mundial de este fruto y por el potencial de este residuo como
fibra vegetal al presentar propiedades que la hacen oacuteptima para ser utilizada como agregado
liviano en el concreto En Colombia ha tenido un uacutenico uso servir de combustible para
alimentar hornos (Rathinavelu amp Graziosi 2005)
Es el concreto el material de mayor uso en la construccioacuten es el material que maacutes se debe
experimentar para proporcionar alternativas ecoloacutegicas y de uso Para potencializar este
material no uacutenicamente en su composicioacuten con los residuos orgaacutenicos sino que tambieacuten se
buscara alternativas en su esteacutetica en la variabilidad de sus aplicaciones
El aspecto esteacutetico de las obras cobra cada vez mayor relevancia y los elementos de concreto
arquitectoacutenico ndashelaborados in situ o prefabricados- marcan una etapa importante en la
evolucioacuten de la arquitectura contemporaacutenea al brindar caracteriacutesticas de increiacuteble versatilidad
Ademaacutes del concreto ninguacuten material de construccioacuten moderno puede asumir con tanta
facilidad las formas colores y texturas (Pesquer 2013) Se han realizado cantidad de
investigaciones y avances tecnoloacutegicos sin embargo en esta aeacuterea la aplicacioacuten de concretos
arquitectoacutenicos es muy deficiente (dependiendo de la obra) en lo esteacutetico o lo mecaacutenico pero
no se trabaja unificando estas dos caracteriacutesticas sabiendo que el concepto de concreto
arquitectoacutenico tiene como finalidad estas aportaciones como unidad
En tal razoacuten se busca crear alternativas ideas innovadoras y el implementar un material
ecoloacutegico donde el uso de estas teacutecnicas favorezca el campo constructivo el econoacutemico
variedad en el mercado y en el disentildeo puesto que al conectar el eacutexito de las empresas con los
avances de la sociedad se abren muchas formas de atender a nuevas necesidades ganar
eficiencia crear diferenciacioacuten y expandir mercados (Porter amp Kramer 2011)
2 Marco Teoacuterico 28
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico
La evaluacioacuten del impacto ambiental que genera la fabricacioacuten de materiales de construccioacuten
es bastante escasa ante esa situacioacuten algunos paiacuteses han creado mecanismos muy baacutesicos
que permitan dar algunas pautas para el uso adecuado de estos pero encontrar
especiacuteficamente los efectos secundarios que causa su produccioacuten es muy complejo
imponiendo la idea de crear y modificar materiales con un completo estudio en el aacutembito
ecoloacutegico y constructivo Se debe ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo(Manzini amp Bigues 2000)
Los responsables de la Organizacioacuten de las Naciones Unidas para la Agricultura y la
Alimentacioacuten (FAO) ofrecen varias razones para promocionar los productos naturales como lo
son las fibras subproductos de los residuos orgaacutenicos La produccioacuten implica una fuente alta
de ingresos econoacutemicos para el campo de la agroindustria y este valor econoacutemico es maacutes
sobresaliente en paiacuteses en desarrollo donde puede alcanzar en algunos casos hasta la mitad
de las exportaciones En cuanto a las ventajas que producen para el medio ambiente y la salud
la utilizacioacuten de forma sostenible de fibras obtenidas de residuos orgaacutenicos proporcionan un
recurso natural y renovable en tiempos cortos a diferencia de lo que es hacer uso de fibras
sinteacuteticas las cuales son obtenidas de sustancias derivadas del petroacuteleo (Muerza 2009)
El uso de fibras naturales de residuos orgaacutenicos es una ventaja muy alta para el campo de la
construccioacuten es aprovechar las ventajas de la tecnologiacutea los estudios que estaacuten a nuestro
alcance y poder hacer nuevas propuestas en pro de un detenimiento del excesivo uso de
recursos naturales
29
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre
La explotacioacuten minera en Colombia para la extraccioacuten del material de arrastre grava y arena
entre otros es uno de los principales protagonistas en este flagelo del dantildeo ambiental frente a
las diferentes praacutecticas requeridas para tal fin Son innumerables y praacutecticamente irreversibles
los dantildeos a los que deben enfrentarse los recursos a falta de control y equilibrio tanto es su
explotacioacuten como en el tiempo para su recuperacioacuten
El impacto ambiental que genera la actividad minera es grande la huella que deja en el
ambiente incide en los recursos hiacutedricos geoloacutegicos bioloacutegicos atmosfeacutericos y socio ndash
econoacutemicos Algunas de esas consecuencias son reversibles pero otras irremediablemente
no pueden evitarse En el recurso hiacutedrico la mineriacutea a cielo abierto por ejemplo causa
contaminacioacuten de los cuerpos de agua por residuos soacutelidos y vertimientos domeacutesticos e
industriales relacionados con la actividad minera lo que aumenta el contenido de los
sedimentos y se ocasiona desviacioacuten de los cauces de los riacuteos que generan inundaciones
transformacioacuten del paisaje y la perdida de cultivos En el campo geoloacutegico se producen
cambios topograacuteficos y geomorfoloacutegicos debido a la remocioacuten de las capas superficiales del
terreno (Redaccioacuten El Tiempo 1995)
Minerales que se explotan en Colombia
- Carboacuten quinto mayor exportador mundial
- Metales y piedras preciosas oro plata y esmeraldas que son reconocidas en todo el mundo
por su calidad y belleza
- Minerales metaacutelicos niacutequel cobre hierro manganeso plomo zinc y titanio
- Minerales no metaacutelicos sal terrestre sal marina gravas arenas arcillas caliza azufre barita
asbesto entre otros
En el 2015 la titularidad minera inscrita en el Registro Minero Nacional es de 9291 36
correspondiacutean a materiales de construccioacuten (el mayor porcentaje de los tiacutetulos otorgados en el
30
paiacutes) 25 a los metales preciosos principalmente oro 17 al carboacuten y 23 a otros minerales
(arcillas cuarzo hierro esmeralda sal siacutelice yeso etc) Ademaacutes el 46 se encuentran en
etapa de exploracioacuten el 31 en etapa de construccioacuten y montaje y el 23 en etapa de
explotacioacuten (Ministerio de Minas 2016)
Con respecto a los minerales maacutes explotados en la pequentildea mineriacutea se destacan que son
piedras preciosas (2) carboacuten (15) oro (30) y minerales de construccioacuten (53) (Ortiz
2017)
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016)
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz 2017)
Pequentildeas minas ilegales
Tipo de material
31
22 Antecedentes teoacutericos
Durante los uacuteltimos antildeos los resultados de las investigaciones en el tema del uso de fibras
naturales en concretos en este caso el uso de cascarilla de cafeacute hacen eacutenfasis en el impacto
que genera de forma positiva el uso de fibras naturales tanto en la reduccioacuten de gasto de
recursos medioambientales como el factor econoacutemico en la construccioacuten Se pondraacuten a
continuacioacuten en manifiesto las investigaciones y sus alcances donde los grupos de trabajo e
investigadores dejan en evidencia los ensayos y pruebas que dan a conocer un nuevo punto de
vista y un resultado viable para las innovaciones en materia de construccioacuten y la sostenibilidad
ldquoLos bloques con cascarilla de cafeacute presentaron mayor resistencia que los mismos hechos con
cascarilla de cafeacute molida esto es debido a que sus partiacuteculas son maacutes pequentildeas y por lo tanto
necesitan de mayor cantidad de cemento para ser cubiertas Seguacuten los datos obtenidos en el
anaacutelisis de resistencia a la compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje
de cascarilla tienen las menores resistenciasrdquo (Mercado 2012)
ldquoLa falta de materiales de construccioacuten que sean accesibles y autosustentables provocan la
escasez de vivienda digna en Meacutexico Por otro lado en zonas cafetaleras de Meacutexico el
desecho del cafeacute (la cereza o cascarilla) alcanza a ser de una tonelada anual lo cual genera
desperdicio que podriacutea ser utilizado para la construccioacutenrdquo (Cantu et al 2014)
Lo que maacutes ha impulsado a la innovacioacuten de nuevos materiales en nuestros tiempos es
inicialmente los costos tan elevados que conlleva el campo de la construccioacuten es una idea auacuten
dominante y en segunda instancia el impacto ambiental que estaacute dejando la utilizacioacuten de
recursos naturales para el desarrollo de estos materiales con iniciativas como la utilizacioacuten de
residuos tanto orgaacutenicos como inorgaacutenicos se han generado grandes iniciativas a favor del
ambiente y la reduccioacuten de elevados costos
El Mercado Central de Buenos Aires intenta buscar formas de reciclar residuos orgaacutenicos es
asiacute como Fabiaacuten Dragone presidente de la Corporacioacuten del Mercado Central afirma ldquoEn el
futuro cada uno va a tener que hacerse cargo de sus residuosrdquo Es asiacute como impulsando el
reciclado de residuos para fabricar materiales de construccioacuten desean volver inerte el material
32
orgaacutenico para de esta manera reconvertirlo en baldosas o bloques para la construccioacuten
(INFOREGIOacuteN 2007)
Actualmente los costos de materiales de construccioacuten de vivienda son altos y cada diacutea tienden
a incrementarse Ante esta problemaacutetica se plantea como una manera de contribuir a su
solucioacuten el analizar y proponer nuevas alternativas de materias primas en la construccioacuten que
permitan obtener una reduccioacuten en los costos con el cumplimiento de las normas y
especificaciones de resistencia y seguridad (Roque amp Medrano 2012)
Antecedentes internacionales 221
- Cantu Mariza Maciel Mariana Mangino Marisuacute Planas Alejandra Romero Carolina
Saacutenchez Rociacuteo (Cantu et al 2014) Investigacioacuten realizada en la Universidad
Autoacutenoma de Meacutexico tiene como objetivo desarrollar una propuesta de un material de
construccioacuten ecoloacutegico para las comunidades cafetales de Meacutexico Los materiales
principales fueron cereza de cafeacute caneacutefora silicato de sodio y carbonato de calcio Las
pruebas a realizar fueron base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo base de
ladrillos con cascarilla de cafeacute entera absorcioacuten presioacuten maacutexima sostenida por cada
ladrillo en la prueba de compresioacuten prueba de absorcioacuten prueba de combustioacuten y
prueba de resistencia
33
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de
cafeacute
Carbonato de
calcio
65gr
10gr
625gr
75gr
60gr
5gr
577gr
25gr
Esta base fue combinada con el silicato de sodio como se muestra en la siguiente tabla
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014)
34
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
COMPOSICIOacuteN 1 2 3 4
Silicato de sodio
Base
100gr
25gr
100gr
134gr
100gr
25gr
100gr
20gr
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de cafeacute 65gr 3125gr 60gr 219gr
Carbonato de
calcio 5gr 75gr 5gr 25gr
Despueacutes de realizar este meacutetodo experimental se puede concluir que efectivamente se puede
elaborar un material de construccioacuten a partir de la cascarilla de cafeacute pues mezclada con silicato
de sodio y carbonato de calcio se logroacute tener las propiedades de un ladrillo Los ladrillos
elaborados con cascarilla molida tardan maacutes en secarse a temperatura ambiente Despueacutes de
8 semanas se encontroacute que tienen alta dureza y resistencia
De forma general se puede concluir que el ladrillo con mayor concentracioacuten de carbonato de
calcio tuvo buenos resultados en la mayoriacutea de las pruebas y es una alternativa como material
de construccioacuten que supone un beneficio econoacutemico y ecoloacutegico (Cantu et al 2014)
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Observaciones
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
La muestra mantuvo su
estructura composicioacuten y dureza
Esta muestra aumento 24 de su
peso inicial (peso final de
9607gr)
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Presioacuten alcanzada antes
de quebrarse 4KN 3KN 37KN
35
- Edwin Rimay Vaacutesquez (2017) en su tesis ldquoDisentildeo de concreto fibroreforzado de FacuteC=
250 kgcm2 con fibra vegetal en la ciudad de Jaeacutenrdquo para optar el tiacutetulo de Ingeniero civil
de la Universidad Nacional de Cajamarca del Peruacute determinoacute la influencia en las
propiedades fiacutesicas y mecaacutenicas del concreto reforzado con fibras vegetales (cascarilla
de arroz) al considerar que el uso de la cascarilla de arroz podriacutea aumentar la
resistencia en el concreto y paralelo disminuir su costo de produccioacuten estudiando el
comportamiento fiacutesico y mecaacutenico del concreto
- Concluye que la adicioacuten oacuteptima de la cascarilla de arroz para obtener una resistencia a
la compresioacuten similar al disentildeo patroacuten es de 10kgm3 ya que a mayor adicioacuten
disminuye draacutesticamente no solamente su resistencia a la compresioacuten sino tambieacuten a la
traccioacuten por lo que recomienda realizar un estudio de preservacioacuten de la fibra vegetal
antes de adicionar al concreto convencional para aumentar su durabilidad a la vez que
realizar pruebas acuacutesticas y teacutermicas es otra recomendacioacuten para asiacute conocer a fondo
este tipo de concreto y llegar a inferir sobre las aplicaciones que podriacutea llegar a tener el
nivel de productividad y estudiar la posibilidad de la validez de la adicioacuten de la cascarilla
de arroz con concreto conformado por cemento maacutes agregado finos con fines de
controlar las fisuras (ref2)
- Por su parte Jimmy Sierra Hyman Roque Jared Medrano (2012) desarrollaron una
investigacioacuten que contoacute con el apoyo teacutecnico y financiero de la fundacioacuten para el
desarrollo tecnoloacutegico Agropecuario y Forestal de Nicaragua (FUNICA) con la finalidad
de aprovechar la cascarilla de cafeacute en la elaboracioacuten de materiales de construccioacuten Se
utilizaron diferentes proporciones para la fabricacioacuten del bioconcreto La proporcioacuten
142 indica que se utilizoacute una parte de cemento cuatro partes de arena y dos partes de
material cero para la proporcioacuten 133 significa que se empleoacute una parte de cemento
tres partes de arena y tres partes de material cero La cantidad de muestras que se
realizaron fueron 18 para la dosificacioacuten de 142 para luego realizar las mediciones de
la resistencia de los bloques a los 14 y 28 diacuteas Esto se comparoacute con la otra dosificacioacuten
de 133 a la cual tambieacuten se le realizaron 18 muestras
Para cada dosificacioacuten de 6 muestras se le fue agregando cascarilla en porcentaje de
19 20 y 30 Se puede apreciar en la siguiente tabla que la cascarilla de cafeacute en su
36
estado natural o molida se comporta similar al aacuterido fino es por ello que en las
dosificaciones se utilizoacute para disminuir la arena
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012)
MATERIALES QUE PASA POR TAMIZ
38acute Ndeg4 Ndeg8 Ndeg16 Ndeg30 Ndeg50 Ndeg100 Ndeg200 MF
Arena 99 9287 7281 4543 2426 482 08 006 359
Material cero 100 9741 5288 2252 868
24 005 0 417
Cascarilla de
cafeacute 100 9666 4485 1143 255 045 008 0 444
Cascarilla cafeacute
molida 952 756 4376 1666 331 033 0 365
Se concluye que el material cero es considerado un agregado fino debido a que en la
prueba granulomeacutetrica pasoacute por todas las mallas del agregado grueso La mejor
proporcioacuten para esta investigacioacuten se considera que fue 133 cumpliendo los
estaacutendares de calidad la proporcioacuten de la cascarilla es del 10 dando como resultado
4420kgcm2 seguacuten las normas de la ASTM
Los datos de resistencias reflejaron que el curado es determinante para obtener
mayores resistencias ya que entre el curado de 14 diacuteas y el de 28 diacuteas hay diferencias
considerables Seguacuten los resultados que obtuvieron en los ensayos de resistencia al a
compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje de cascarilla tienen
las menores resistencias (Roque amp Medrano 2012) (ref3)
37
Antecedentes nacionales 222
- Garciacutea Carlos Daniel Olaya Julio Mario (2011) Estudiantes que realizaron este trabajo
que hace parte de la liacutenea de investigacioacuten sobre materiales de construccioacuten han
venido trabajando la seccioacuten de construcciones agriacutecolas del Departamento de
Ingenieriacutea Agriacutecola de la Universidad Nacional de Colombia Ahondar en un material de
comuacuten conocimiento y aplicacioacuten pero que dosificado con aacuteridos orgaacutenicos provenientes
de desechos de las agroindustrias como el caso de la cascarilla o cisco de cafeacute no
teniacutean conocimiento de su comportamiento mecaacutenico ni de sus propiedades teacutermicas
Los materiales a utilizar fueron
Cascarilla de cafeacute (Tabla 7 materiales de desperdicios obtenidos en el beneficio de un kilogramo de cafeacute cereza)
Cal agriacutecola
Cemento
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus materiales de
desperdicio(Garcia amp Olaya 2011)
PROCESO PERDIDA(GRS) MATERIALES
Despulpado
Fermentacioacuten
Trilla
Secado
Torrefaccioacuten
Preparacioacuten de la bebida
Peacuterdida total
394
216
35
171
22
104
942
Pulpa fresca
Muciacutelago
Cascarilla
Agua
Cafeiacutena y sustancias volaacutetiles
Borra
PRUEBAS
1 Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale en la trilladora en
una solucioacuten de agua cemento al 5 en peso durante 30min Agitado constante
2 Se disentildearon mezclas con diferentes combinaciones de relacioacuten agua-cemento
3 Ensayos de compresioacuten
4 Ensayos de conductividad teacutermica
38
RESULTADOS
El asentamiento contraccioacuten longitudinal y volumeacutetrica la resistencia a la compresioacuten
la conductividad teacutermica y el moacutedulo de rotura se muestran en tabla 2 y 3
correspondiendo cada una a los dos estados de manejo de la cascarilla sin tratar y
mineralizada
Con el tratamiento mineralizante de la cascarilla se aumenta el peso especiacutefico
aparente seco en un 12 debido a que se disminuye el volumen de poros de eacutesta se
disminuye el peso unitario suelto en un 23 porque se dificulta el acomodamiento de la
cascarilla como consecuencia de la rigidez que adquiere y se produce una disminucioacuten
en la absorcioacuten en un 10 causada por la disminucioacuten en el volumen de poros El
hormigoacuten ligero con cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico ya que los valores
obtenidos de conductividad teacutermica (K) para as diferentes mezclas ensayadas son
menores a los que se obtienen para el hormigoacuten con cascarilla de arroz
RECOMENDACIONES
Cuando se utiliza cascarilla mineralizada se disminuye la manejabilidad de la mezcla
(AC=05 Y cemento cascarilla =14) hasta el punto de no poder determinar su
asentamiento se disminuye el tiempo de fraguado a 24 horas de fundida la mezcla y se
produce un aumento de resistencia a la compresioacuten a los siete diacuteas del 50
Es recomendable investigar maacutes a fondo el tratamiento mineralizante de la cascarilla
teniendo en cuenta que al calentar la mezcla (cascarilla-agua-mineralizante) disminuiraacute
el tiempo de mineralizacioacuten y aumentariacutea la calidad de los resultados (Garcia amp Olaya
2011) (ref4)
- Riacuteos Juan Carlos Aguirre Mauricio Munera Daniela (2015) El objetivo de esta
investigacioacuten consistioacute en utilizar un material de construccioacuten alternativo que sea
sostenible Uno de los residuos del cafeacute es la cascarilla la cual se utilizoacute en esta
investigacioacuten para el usoacute del concreto con el fin de reducir los costos de produccioacuten del
mismo e impactar de forma positiva al medio ambiente
39
Los materiales que utilizaron fueron
CASCARILLA DE CAFEacute seleccionada del tipo de cafeacute factor 85 del municipio de
Ciudad Boliacutevar (suroeste antioquentildeo) secada en un horno a 55deg durante 25 horas
proceso propio del cafeacute para evitar que se degrade
CEMENTO PORTLAND Tipo I
CLORURO CAacuteLCICO
PRUEBAS 5 Cilindros 1 Muestra de concreto sin adicioacuten de cascarilla de cafeacute (Muestra
patroacuten) (M1) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un 15 de relacioacuten de
volumen respecto al cemento (M2) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un
15 de relacioacuten de peso respecto al cemento (M3) se caracterizaron las arenas y triturado
empleado en la elaboracioacuten de mezclas utilizando las mallas recomendadas por la norma 174
dada por Icontec (2000)
RESULTADOS
El comportamiento de la cascarilla de cafeacute para mejorar o igualar la resistencia de concreto no
se obtuvo como se esperaba debido a que es necesario hacer un proceso maacutes elaborado a la
cascarilla para que tenga un comportamiento oacuteptimo es necesario darle un tratamiento previo
para brindarle una proteccioacuten contra el medio alcalino de la pasta de cemento Se observa
como la presencia de cascarilla de cafeacute reduce la energiacutea embebida presente en las muestras
en relacioacuten al concreto aunque un caacutelculo maacutes exacto seria tener en cuenta la energiacutea
embebida de la cascarilla pero para este trabajo no fue posible contar con este dato pero por
experiencia con otras fibras seriacutea un valor menor al del concreto lo que sigue arrojando un valor
menor
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015)
CARACTERIacuteSTICA M1 M2 M3
Aacuterea (m2)
Volumen (m3)
Peso (Kg)
1767
4948
1262
1767
51247
123
1767
53014
878
40
Carga (KN)
Densidad (gcm3)
Presioacuten (Mpa)
5895
255
3336
3248
24
184
83
165
047
Se concluye que para el uso de materiales naturales como en este caso cascarilla de cafeacute es
necesario hacer un recubrimiento para brindar proteccioacuten frente al medio alcalino del cemento
lo cual se puede hacer con aceite de linaza aceite de linaza + resina natural parafina parafina
+ resina natural sellador para madera o creosota
Los materiales alternativos son maacutes econoacutemicos que los utilizados tradicionalmente La
presencia de la cascarilla de cafeacute reduce el consumo de energiacuteas para la elaboracioacuten del
concreto (RIOS et al 2015) (ref5)
- Carvajal Corredor Ivaacuten Leonardo y Terreros Rojas Luis Eduardo (2016) Realizaron un
trabajo de Investigacioacuten para el programa de ingenieriacutea civil de la Universidad Catoacutelica
de Colombia ldquoAnalisis de las propiedades mecaacutenicas de un concreto convencional
adicionando fibra de caacutentildeamordquo con el objetivo de determinar y analizar las propiedades
mecaacutenicas (compresioacuten y flexioacuten) de un concreto convencional adicionando fibra de
caacutentildeamo en condiciones normales y asiacute establecer las condiciones en que se va a
trabajar la fibra adicionaacutendola al concreto
Se elaboraron 12 especiacutemenes ciliacutendricos 6 con fibra de caacutentildeamo y 6 normales con el
fin de obtener la resistencia a la compresioacuten a los 7 diacuteas 14 diacuteas y 28 diacuteas igualmente
se elaboraron 2 viguetas adicionando fibra de caacutentildeamo para determinar la resistencia a
la flexioacuten a los 28 diacuteas todo siguiendo la norma INV E seccioacuten 400 - concreto
hidraacuteulico Como se evaluaron unos concretos con fibra y otro normales a los que se le
adiciono fibra la cual con anterioridad se tratoacute con la cal hidratada seguacuten las
investigaciones de Quintero y Gonzaacutelez (2006) se sumerge la fibra en una lechada de
cal (10g por litro de agua) durante 48 horas
Se concluyoacute que por medio de un disentildeo de mezcla elaborado a partir del meacutetodo de
peso y volumen absoluto utilizando los datos suministrados de la empresa CEMEX
Colombia SA y Concrescol SA se logroacute con precisioacuten la resistencia a la compresioacuten
esperada a los 28 diacuteas En los primeros 7 diacuteas el concreto con fibra de caacutentildeamo supero
41
la resistencia del concreto normal con un 7875 de la resistencia esperada y con una
diferencia promedio entre los dos concretos de 120 psi a los 28 diacuteas el concreto con
fibra presento una tendencia totalmente diferente pues se esperaba que este superara
la resistencia de 4000 psi donde igualo la resistencia alcanzada del concreto normal
donde el concreto normal llego con una resistencia de 10034 y el concreto con fibra
llego a un 10049 frente a la resistencia calculada en el disentildeo de mezcla (Terreros
Rojas amp Carvajal Corredor 2016) (ref6)
42
DOSIFICACIOacuteN DE
HORMIGONES
LIGEROS CON
CASCARILLA DE CAFEacute
APROVECHAMIENTO
DE LA CASCARILLA
DE CAFEacute EN LA
ELABORACIOacuteN DE
MATERIALES DE
CONSTRUCCIOacuteN
FIBRA DE CAFEacute
INVESTIGATING
EFFECTS OF COFFEE
HUSK ASH AS PARTIAL
REPLACEMENT OF
CEMENT IN CONCRETE
GRADE C25
MEacuteXICO COLOMBIA N D COLOMBIA
Como material
mineralizante es maacutes
econoacutemico el cemento que
la cal agriacutecola con mejores
resistencias a la compresioacuten
Cuando se utiliza cascarilla
mineralizada se disminuye
la manejabilidad de la
mezcla Calentar la mezcla
(cascarilla- agua-
mineralizante) aumentara la
calidad de los resultados
-Resistencia a la
compresioacuten las
dosificaciones con mayor
porcentaje de cascarilla
tienen las menores
resistencias -Los bloques no son
recomendables
emplearlos en obras
civiles que alberguen
mucha poblacioacuten
La resistencia no
resulto como se esperaba
para ello la cascarilla
necesita un proceso previo
para brindarle una
proteccioacuten contra el medio
alcalino La presencia de
la cascarilla de cafeacute reduce
el consumo de energiacuteas
para la elaboracioacuten del
concreto
-El hormigoacuten se vuelve
menos viable a medida
que aumenta el porcentaje
de CHA -Resistencia a la
compresioacuten aumenta con
el periacuteodo de curado y
disminuye con el aumento
de CHA -Soacutelo un 5 de
sustitucioacuten CHA es
adecuada para disfrutar del
maacuteximo beneficio de la
ganancia de fuerza
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo
e impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Desarrollar una propuesta
de un material de
construccioacuten ecoloacutegico
para las comunidades
cafetales de Meacutexico
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo e
impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Ahondar en un material
de comuacuten conocimiento y
aplicacioacuten pero que
dosificado con aacuteridos
orgaacutenicos provenientes de
desechos de la
agroindustria
2011
2012
2014
2015
DISENtildeO DE CONCRETO
FIBROREFORZADO DE
FrsquoC=250KGCM2CON
FIBRA VEGETAL EN LA
CIUDAD DE JAEacuteN
PERUacute
En el anaacutelisis de fisuras se
observa que el ancho de
fisuras disminuye con
respecto al concreto patroacuten
en un 6366 6476 y en
un 4837para los concretos
con 10kgm3 20kgm3 y
30kgm3de adicioacuten de
cascarilla de arroz
respectivamente se puede
concluir que la adicioacuten de
cascarilla de arroz favorece
a la disminucioacuten de las
fisuras originadas en el
concreto
Determinar la influencia
en las propiedades fiacutesicas
y mecaacutenicas del concreto
reforzado con fibras
vegetales (cascarilla de
arroz)
2017
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
43
23 Bases teoacutericas
Concreto 231
Material compuesto que consiste en un medio adherente en el que estaacuten embebidas partiacuteculas
o fragmentos de agregados Es una mezcla compuesta por los agregados de arena piedra
agua y cemento inicialmente tienen caracteriacutesticas de plasticidad y moldeabilidad y con
posterioridad su estado fiacutesico seraacute endurecer y adquirir propiedades resistentes permanentes
El concreto es el material maacutes usado en el mundo despueacutes del agua (Neville 1999) La
versatilidad es la importancia que radica en el concreto llevaacutendolo a altos desempentildeos usos y
aplicaciones
2311 Propiedades
Las siguientes son las ventajas que hacen del concreto un material imprescindible para la
construccioacuten y un material que responde aacutegilmente a los principales desafiacuteos de la
infraestructura son
- Capacidad de resistir a una gran variedad de condiciones climaacuteticas durante todo su
tiempo de vida uacutetil
- Material de alta disponibilidad puede ser fabricado en cualquier parte del mundo
optimizando los costos
- Su maleabilidad permite variaciones esteacuteticas y arquitectoacutenicas
- En aplicaciones de infraestructura el uso de concreto es insustituible
Todas estas caracteriacutesticas han permitido el desarrollo de grandes obras e infraestructuras a
nivel mundial cuyo eacutexito estaacute ligado a la implementacioacuten de avanzadas tecnologiacuteas en
materiales de construccioacuten (Ceballos Arana 2016)
44
Concreto fresco 232
Etapa en la cual el concreto se puede transportar colocar en una formaleta y realizar los
procesos de vibracioacuten Las propiedades en estado fresco deben permitir que se llene
adecuadamente las formaletas y los espacios alrededor del acero de refuerzo asiacute como
tambieacuten obtener una masa homogeacutenea sin grandes burbujas de aire atrapada Esta propiedad
se puede determinar mediante varios meacutetodos de ensayo como son la manejabilidad
segregacioacuten exudacioacuten masa unitaria contenido de aire y contenido de agua (Guzmaacuten 2001)
Concreto endurecido 233
Es la etapa en la cual el concreto adquiere sus caracteriacutesticas potenciales de resistencia
maacutexima En general las propiedades mecaacutenicas del concreto dependen en gran medida por la
resistencia de la pasta endurecida los agregados y la interface pasta ndash agregados los cuales a
su vez son modificadas por los procesos de colocacioacuten y condiciones de curado (Guzmaacuten
2001) Cuando ya ha fraguado presenta las siguientes propiedades
a) Resistencia
b) Resistencia a la compresioacuten
c) Impermeabilidad y estanquidad
d) Durabilidad
24 Componentes del concreto
Cemento 241
Un cemento se define como un material con propiedades adhesivas y cohesivas que le dan la
capacidad de unir fragmentos soacutelidos para formar un material resistente y durable Sin embargo
esta definicioacuten incluye gran cantidad de materiales cementantes y los que realmente importan
desde el punto de vista de la construccioacuten son los cementos hidraacuteulicos llamados asiacute porque
tienen la peculiaridad de desarrollar sus propiedades (fraguado y endurecimiento) cuando se
encuentran en presencia de agua en virtud a que experimentan una reaccioacuten quiacutemica con ella
45
El cemento constituye entre el 7 y 15 de volumen total de la mezcla y por tanto influye en
todas sus caracteriacutesticas ((ASOCRETO) nd)
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd)
TIPO APLICACIOacuteN
TIPO I
Tipo IA
TIPO II
Tipo IIA
TIPO III
TipoIIIAMem
gt
TIPO IV
TIPO V
Para usar cuando no se requieran las propiedades especiales especificadas
para cualquier otro tipo
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo I donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para uso general maacutes especiacuteficamente cuando se desea resistencia
moderada a los sulfatos o calor de hidratacioacuten moderado
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo II donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea alta resistencia inicial o temprana
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo III donde
se desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea bajo calor de hidratacioacuten
Para usar cuando se desea alta resistencia a los sulfatos
Agua 242
Por lo general se recomienda que el agua sea potable y que no tenga un pronunciado olor o
sabor para que pueda usarse como agua de mezclado o curado en el concreto o el mortero
sin embargo esto no es rigurosamente cierto debido a que dentro del agua potable se pueden
encontrar disueltas en altas concentraciones sales ciacutetricos azuacutecares entre otros que pueden
ser perjudiciales para el concreto o el mortero de otra parte el agua que puede ser adecuada
para el concreto o mortero no necesariamente debe ser buena para beber (Diego Saacutenchez De
Guzmaacuten 2011)
El agua de mezcla cumple dos funciones muy importantes permitir la hidratacioacuten del cemento y
hacer la mezcla manejable De toda el agua que se emplea en la preparacioacuten de un mortero o
un concreto parte hidrata el cemento el resto no presenta ninguna alteracioacuten y con el tiempo
se evapora como ocupaba un espacio dentro de la mezcla al evaporarse deja vaciacuteos los
cuales disminuyen la resistencia y al durabilidad del mortero o del hormigoacuten (Rivera L nd)
46
Agregados 243
Como agregados de las mezclas de mortero o concreto se pueden considerar todos aquellos
materiales que han tenido una resistencia propia suficiente (resistencia de la partiacutecula) no
perturben ni afecten desfavorablemente las propiedades y caracteriacutesticas de las mezclas y
garanticen una adherencia suficiente con la pasta endurecida del cemento Portland
La fraccioacuten fina de los suelos gruesos cuyas partiacuteculas tienen un tamantildeo inferior a 476 mm
(tamiz No4) y no menor de 0074mm (tamiz No 200) es lo que comuacutenmente se denomina
AGREGADO FINO y la fraccioacuten gruesa o sea aquellas partiacuteculas que tienen un tamantildeo
superior a 476mm (tamiz No 4) denominado AGREGADO GRUESO (Rivera L 2006)
25 Normativas para ensayos
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017)
ENSAYO NORMATIVA
Agregados
Muestreo de agregados
Peso especiacutefico y absorcioacuten
Contenido de humedad
Anaacutelisis granulomeacutetrico
Cantidad de material fino que pasa el Tamiz Ndeg200
Peso unitario
Concreto
Muestreo de concreto freso
Asentamiento-slump
Peso unitario rendimiento
Elaboracioacuten y curado de muestras de concreto para
ensayos de laboratorio
Resistencia a compresioacuten
Testigos ciliacutendricos
Cemento
Densidad del cemento Portland
ASTM
D-75
C-127
C-128
C-566
C-136
C117
C-29
C-172
C-143
C-138
C192
C-39
C-188
NTP
400010
400021
400022
339185
400012
339132
400017
339036
339035
339046
339183
339034
334005
47
26 Fibras en el concreto
El uso de las fibras naturales como un componente maacutes en materiales de relleno o
aglomerantes no es nuevo se remonta a varios siglos atraacutes En concreto existen referencias
tempranas de experimentacioacuten con un refuerzo discontinuo (clavos segmentos de cable
ganchos) que se remontan a 1910 Probablemente el uso maacutes extendido de las fibras como un
componente maacutes en materiales aglomerantes haya sido su uso en elementos como tejas o
prefabricados de asbesto cemento En este caso las fibras de asbesto le conferiacutean al material
el monolitismo y la resistencia a la tensioacuten buscada sin embargo por consideraciones de salud
estas fibras de asbesto han sido sustituidas por otras de diferentes materiales que no tienen
ninguacuten efecto sobre la salud humana (Imcyc 2007)
Las fibras para concreto se adicionan normalmente en bajos voluacutemenes (frecuentemente
menos del 1) y han mostrado eficiencia en el control de la fisuracioacuten por contraccioacuten del
concreto Las fibras no alteran considerablemente la contraccioacuten libre de concreto y si son
empleadas en cantidades adecuadas pueden aumentar la resistencia al agrietamiento y
disminuir la abertura de las fisuras Las fibras para concreto generalmente son de acero
plaacutestico vidrio de materiales naturales (celulosa de madera) y sistemas muacuteltiples disponibles
en una amplia variedad de formas tamantildeos y espesores (DIFICONSA nd)
Clasificacioacuten de fibras 261
Como refuerzo secundario para concreto en general pueden clasificarse seguacuten diferentes
consideraciones (ASTMC 1116 EN 14889 EN 14889-2 ver normas actuales que rigen el
empleo de las fibras paacuteg26) hoy en diacutea se emplean principalmente dos tipos de clasificacioacuten
asiacute
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007)
CLASIFICACIOacuteN DESCRIPCIOacuteN
Material
Metaacutelicas
Sinteacuteticas
Secciones discretas de metal que tienen una relacioacuten de
aspecto (relacioacuten entre la longitud y el diaacutemetro) que va
desde 20 hasta 100 Estas fibras son de acero (en
general de bajo contenido de carboacuten)
Secciones discretas que se distribuyen aleatoriamente
dentro del concreto que pueden estar compuestas por
Acriacutelico Aramid Carboacuten Polipropileno Poliestileno
Nylon Poliester etc
48
Vidrio
Naturales
Funcionalidad geometriacutea y dosificacioacuten
Microfibras
Macrofibras
Secciones discretas de fibra de vidrio resistentes al
aacutelcali
Secciones discretas de origen como coco sisal madera
cantildea de azuacutecar yute bambuacute etc Cuyos diaacutemetros
variacutean entre 05 y 02 mm con valores de absorcioacuten
superiores al 12
Estas fibras estaacuten destinadas a evitar la fisuracioacuten del
concreto en estado fresco o antes de las 24 horas Se
dosifican en el concreto para voluacutemenes entre 003 a
015 del mismo
Estas fibras estaacuten destinadas a prevenir la fisuracioacuten en
estado endurecido a reducir el ancho de la fisura si eacutesta
se presenta y a permitir el adecuado funcionamiento de
la estructura fisurada Las dosificaciones maacutes
frecuentes oscilan entre 02 a 08 del volumen del
concreto Las macrofibras maacutes usadas son las sinteacuteticas
y las metaacutelicas cuyos diaacutemetros variacutean entre 005 mm a
200mm La relacioacuten de aspecto (Ld) de las
macrofibras variacutea entre 20 a 100
2611 Uso en la construccioacuten
El ACI clasifica a las fibras de acuerdo al uso en la construccioacuten dividieacutendolos de la siguiente
manera
- Fibra de acero (FA)
- Fibra de vidrio (FV)
- Fibra sinteacutetica (FSN)
- Fibra natural (FN) (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
27 Concreto reforzado con fibras vegetales
Concretos donde su composicioacuten estaacute formada de pasta base cementante agregados fino
agregado grueso con adecuadas adiciones de fibras Seguacuten la definicioacuten del ACI (American
Concrete Institute) no es maacutes que concreto hecho a partir de cementos hidraacuteulicos
conteniendo agregados finos y gruesos y fibras discretas discontinuas
49
Fibras vegetales 271
Los oacuterganos las secciones y las fibras de las plantas son denominados fibras vegetales se
pueden definir como todos los elementos estructurales que hacen parte de los tejidos orgaacutenicos
de las plantas y constituyen su esqueleto Los factores que definen el nivel de consistencia de
cada una de las fibras dependen del oacutergano o tejido del cual sean extraiacutedos y del grado de
unioacuten entre ellos La longitud y la forma de los cordones de fibras tambieacuten variacutean dependiendo
de esos mismos factores (Artesaniacutea 2014)
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) ORIGEN DE LAS
FIBRAS TIPO
Semillas
Tallos
Fruto
De la cascara y fruto
El algodoacuten
Capoc o Kapok
Lino
Caacutentildeamo
Yute
Ramio
Albaca
Sisal
Rafia
Bambuacute
Coco
Cereales Arroz avena centeno cebada trigo
Las fibras en el concreto tienen como funcioacuten principal mejorar la resistencia a traccioacuten y evitar
el agrietamiento cuando las fibras pierden su resistencia el producto es equivalente a un
concreto no reforzado Sin embargo en ese momento el concreto habraacute alcanzado su
resistencia total y como el agrietamiento se ha evitado en las etapas iniciales podriacutea ser maacutes
resistente que un producto similar hecho sin refuerzo
Aproximadamente el contenido general de fibra vegetal es del 1 a 2 del peso no seraacute nunca
del volumen ya que las densidades de las fibras pueden variar grandemente (Stulz amp Mukerji
1993)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 272
Dentro de las caracteriacutesticas maacutes importantes del concreto estaacuten las siguientes
50
2721 Resistencia a la compresioacuten
El uso de las fibras no tolera incrementos significativos en este ensayo En sus resultados
puede haber una leve variacioacuten tanto en el incremento como en el decremento en la
resistencia
Es importante el tamantildeo de las probetas cuanto menor sea se obtendraacuten mayores
resistencias a la compresioacuten debido a que se acentuacutea un alineamiento preferente de las fibras
A medida que aumente la longitud de la fibra el efecto seraacute mucho maacutes sensible (ACI 544-1R)
(American Concrete Institute (Aci) 2009)
2721 Resistencia al impacto
Los concretos reforzados con fibras presentan caracteriacutesticas principales como su resistencia a
los impactos por absorcioacuten de energiacutea adicional a esto presentan una menor tendencia a la
desfragmentacioacuten y al desprendimiento (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
2722 Resistencia a la flexioacuten
L a resistencia a la flexo traccioacuten es evidentemente mayor que la resistencia a la compresioacuten y
traccioacuten debido al comportamiento duacutectil del concreto reforzado con fibra en la zona fisurada
por traccioacuten desarrollando resistencias residuales (Carvajal 2015)
Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras 273vegetales
La funcioacuten principal de las fibras vegetales que se agregan es de soportar las tracciones
despueacutes de la primera fisura del concreto teniendo presente que el aporte de refuerzo de las
fibras es diferente a la del armado convencional de acero
En el momento que aparece una fisura las fibras quedan expuestas siendo estas las
responsables de mantener el elemento adherido Teniendo como resultado que las fibras
actuantes tengan diferentes esfuerzos al momento de la fisura La curva caracteriacutestica Carga
Vs Deflexioacuten en concretos reforzado con fibras sometidas a ensayos de traccioacuten por flexioacuten
se puede observar en la figura 4 (Carvajal 2015)
51
Lograr una buena homogenizacioacuten de la fibra vegetal en la elaboracioacuten de la mezcla
garantizara una buena distribucioacuten organizacioacuten y adecuada orientacioacuten de la fibra aportando
asiacute en su resistencia siendo lo contrario se podriacutea suponer que su contribucioacuten al concreto sea
nula (Carvajal 2015)
Las caracteriacutesticas que se potencializan al emplear adiciones de fibra vegetal en los concretos
son la resistencia y durabilidad La fibra ayuda a cohesionar el material entre sus agregados
con esto evitando la segregacioacuten del agregado
Normativa de concreto con agregados vegetales 274
Se tiene como referencia para esta investigacioacuten la normativa del Instituto Americano del
Concreto (ACI) y la sociedad Estadounidense para pruebas y materiales (ASTM) dentro de las
cuales se otorgan una serie de paraacutemetros para el disentildeo de concretos reforzados con fibras
teniendo presente las caracteriacutesticas a las cuales se deben regir los materiales que son
utilizados en las mezclas de concretos
El documento ACI 544R-96 informe sobre hormigoacuten armado con Fibra Homologar (2009) es
una guiacutea potencial para el disentildeo de concretos con fibras naturales Dentro del informe ACI
544 se puede encontrar una descripcioacuten del tipo de fibras referenciando consigo meacutetodos
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras (Carvajal 2015)
52
proporciones practicas materiales y necesidades para el tipo de investigacioacuten incluyendo los
concretos reforzado con fibra natural (American Concrete Institute (ACI) 2009)
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras
Tuacuteneles 281
El uso de fibras de acero para el revestimiento de tuacuteneles hadado importantes resultados
tanto en su colocacioacuten como en su desempentildeo estructural logrando alcanzar una alta
resistencia en pocas horas El uso de las fibras de acero en el concreto ha dado una pauta para
obviar el uso de malla electro soldada ya que las fibras logran cubrir esta necesidad de
elementos de refuerzo en las obras de construccioacuten
Pavimentos 282
Se sabe que el concreto para el uso en pavimentos requiere de unas especificaciones
particulares para de esta manera lograr contrarrestar las fuertes exigencias estructurales entre
ellas las maacutes importantes
- Resistencia a flexo traccioacuten
- Resistencia a fatiga
- Trabajabilidad
- Miacutenima retraccioacuten
Otros usos 283
Las fibras hacen una fuerte participacioacuten en la elaboracioacuten de elementos prefabricados tal es
el caso de elaboracioacuten de placas de fachada tanques plantas industriales piscinas pisos
industriales canales muebles para parques piezas para el hogar entre otros
53
29 Concreto arquitectoacutenico
El concreto arquitectoacutenico es aquel que por siacute mismo o por medio del tratamiento superficial
que se le aplique permite ser el protagonista del aspecto acabado o si se quiere personalidad
de lo edificado sin dejar de lado su funcioacuten estructural (Cementos Argos SA 2010)
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018)
Prefabricados 291
Los prefabricados en concreto son una opcioacuten vanguardista que ademaacutes de ofrecer variedad
de usos permite ahorra tiempo y dinero Su durabilidad resistencia y versatilidad continuacutean
consolidaacutendolo como una de las mejores alternativas en la construccioacuten ((IMCYC) 2017)
La prefabricacioacuten es anterior a la industrializacioacuten considerando que el ladrillo fue el primer
elemento producido fuera de obra con sistemas que se han ido prolongando a traveacutes del
tiempo con nuevos meacutetodos procedimientos equipos materiales entre otros Es una manera
raacutepida moderna versaacutetil y energeacuteticamente eficiente forma de construir cualquier tipo de
edificacioacuten (Novas 2010)
2911 Clasificacioacuten
Estos elementos se clasificaraacuten dependiendo de variables como funcioacuten peso dimensiones
formato meacutetodo de produccioacuten materiales entre otros
ESTRUCTURALES URBANIacuteSTICOS ARQUITECTOacuteNICOS
Muros en Tilp Up
Muros de contencioacuten
Prefabricados
Columnas losas y vigas
Muros para sistema
industrializado de construccioacuten
de vivienda
Senderos peatonales y pisos
Elementos de amueblamiento
urbano
Aplicaciones en parques y espacio
puacuteblico
Elementos texturizados en
concreto
Fachadas
Decks
54
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010)
CLASIFICACIOacuteN DE PREFABRICADOS
Seguacuten el grado de prefabricacioacuten Parcial
Total
Seguacuten su funcioacuten Resistente
Cerramiento
Ornamental
Seguacuten su peso y dimensiones Livianos (˂30Kg)
Semipesados (˂500Kg)
Pesados (˃30Kg)
Seguacuten su formato Bloques
Paneles
Elementos lineales
Seguacuten su meacutetodo de ejecucioacuten Industrial a gran escala
Taller
Fabricacioacuten baja teacutecnica
Seguacuten sus materiales Hormigoacuten armado
Hormigoacuten pre ndash pos tensado
Acero
Aluminio
Madera
Plaacutestico
2912 Procesos de produccioacuten
29121 Encofrado
Elementos auxiliares destinamos al moldeo ldquoin siturdquo de concretos y morteros con el fin de
contener soportar y moldear el concreto fresco hasta su endurecimiento Estructuras
temporales su colocacioacuten tarda algunas horas y que en pocos diacuteas se desmontan para su
posterior reutilizacioacuten Para un faacutecil y adecuado desmonte sin afectar acabado yo color del
concreto se suele utilizar desmoldantes (barnices antiadherentes y preparados a base de
aceites solubles en agua) para simplificar el desencofrado y si son de madera se deben
humedecer antes para impedir que absorban agua del concreto (Piqueras 2017)
29122 Vaciado del concreto
Para efectos del vaciado del concreto se debe cumplir el Reglamento Colombiano de
Construccioacuten Sismo Resistente NSR-10 (Capitulo C5) y la norma NTC 3318 o ASTM C94 Se
debe recurrir a una serie de pasos anterior al vaciado los equipos de transporte deben estar
limpios el refuerzo libre de oacutexidos o grasas los encofrados recubiertos con desmoldante
55
ademaacutes no puede haber estancamientos de agua y en caso de tener superficies de concreto
colocado anteriormente que vayan a estar en contacto directo con el concreto nuevo deben
haber recibido el tratamiento de juntas especifico El concreto debe alcaacutezar una consistencia
que permita su colocacioacuten en todas las esquinas o aacutengulos de las formaletas alrededor del
refuerzo y de cualquier otro elemento embebido sin que haya segregacioacuten El concreto se
debe colocar tan pronto sea posible y nunca despueacutes de treinta minutos de preparada la
mezcla a menos que haya sido dosificada con alguacuten tipo de aditivo autorizado (SAOV 2018)
29123 Vibrado del concreto
Es vital este procedimiento durante la colocacioacuten del concreto este se debe colocar con la
ayuda de un equipo mecaacutenico de vibradores complementado por labores manuales esto con
el fin de eliminar la cantidad de aire que hay en la mezcla producido durante el vaciado
tambieacuten hace que se comporte como un liacutequido espeso y se consolide mejor Este
procedimiento debe complementarse golpeando exteriormente con martillo neumaacutetico o
usando varillas en las esquinas y aacutengulos de las formaletas mientras el concreto este todaviacutea
plaacutestico y manejable a fin de impedir vaciacuteos (SAOV 2018)
29124 Desencofrado
El desencofrado debe realizarse sin movimientos bruscos Se debe efectuar cuando el concreto
haya alcanzado la resistencia suficiente para soportar con seguridad su propia carga maacutes
cualquier otra que se quisiese sobreponer Teniendo en cuenta la normativa el ACI ldquoAmerican
Concrete Instituterdquo en su documento ACI 347R (Guide to form work for concret) recomienda
que se utilice el criterio de ganancia de resistencia que haya definido el ingeniero estructural
para determinar la edad del concreto para desencofrar (SAOV 2018)
2913 Ventajas ambientales
- Poco desperdicio de materiales debido a dosificaciones de mezclas maacutes precisas y
controladas
- Mayor posibilidad de reciclar desechos y aguas grises Una fraccioacuten de los agregados
puede estar constituida por concreto reciclado con el tratamiento adecuado
56
- Los componentes principales del concreto son obtenidos principalmente a nivel local lo
cual reduce los requerimientos de transporte energiacutea y emisiones asociadas a este
- En el sitio de obra se reduce el polvo escombros y otros desechos teniendo un control
y aprovechamiento total sobre ellos(Guerrero 2013)
210 Disentildeo Urbano
Espacio Puacuteblico 2101
El espacio puacuteblico moderno se define a partir de la separacioacuten formal entre la propiedad
privada urbana y la propiedad puacuteblica Tal separacioacuten normalmente supone reservar el suelo
libre de construcciones (excepto equipamientos colectivos y servicios puacuteblicos) para usos
sociales (esparcimiento actos colectivos transporte actividades culturales y a veces
comerciales etc) (Segovia y Neira 2005) Para un adecuado y apropiado disentildeo es
importante evaluar caracteriacutesticas sociales y las actividades para las cuales seraacuten disentildeadas
para asiacute corresponder a cada una de estas y asiacute satisfacer de manera oacuteptima duradera y
efectiva las necesidades que lo originaron
Pisos 2102
Dentro de las posibilidades que nos permite el concreto para moldearse esta esta teacutecnica la
cual consiste en estampar colorear y endurecer una superficie de concreto para obtener una
apariencia natural de materiales tales como ladrillo laja piedra o ceraacutemica permitiendo por su
versatilidad variedad de disentildeos y colores Es una teacutecnica de un gran valor arquitectoacutenico con
costos reducidos diversidad ideal para pisos veredas y accesos (Barbosa 2013)
21021 Usos
- Comerciales e industriales galeriacuteas supermercados complejos habitacionales plazas
aceras caminos senderos peatonales veredas estacionamientos y en general todo
tipo de piso con alto traacutensito vehicular y peatonal
57
- Residenciales pisos interiores o exteriores patios caminos interiores huellas zonas de
esparcimiento bordes de piscina escaleras garajes entre otros
21022 Ventajas
Los pisos de concreto estampado son logrados con un tratamiento que le confiere gran
resistencia a la superficie y con una terminacioacuten final con un sellador que protege los colores y
sella los poros del material Se evita la construccioacuten del contrapiso la carpeta de asiento y la
mezcla para la colocacioacuten del piso y queda libre de todo mantenimiento por muchos antildeos
(Barbosa 2013)
- Muacuteltiples opciones de colores
- Alternativas esteacuteticas
- Permite pulirse manteniendo su integridad
- Alternativa competitiva para acabados que simulen piedra natural madera baldosas
- Faacutecil y raacutepido de instalar en comparacioacuten con otras alternativas
- Menor manteamiento debido a tener un color integral
Seguacuten el color puede disminuir el efecto Isla de calor aumentar reflectividad y disminuir el consumo energeacutetico
Mobiliario Urbano 2103
El mobiliario urbano prescribe el espacio puacuteblico y se constituye en elemento esencial de la
identidad y el paisaje de las ciudades Se considera como elementos complementarios a
espacios de viacuteas parques alamedas caminos y aceras de uso puacuteblico con el fin de facilitar las
necesidades del ciudadano mejorando su calidad de vida en entornos favorables y a su vez
fomentando el uso adecuado de los espacios puacuteblicos para un bien general
21031 Clasificacioacuten seguacuten su funcioacuten
- Elementos de Iluminacioacuten columnas para laacutemparas farolas apliques balizas proyector
y focos
58
- Elementos de jardineriacutea y agua elementos que se relacionan con la vegetacioacuten y el
riego las fuentes y las evacuaciones de agua
- Elementos de comunicacioacuten estaacuten dados por los soportes para la comunicacioacuten como
sentildealizacioacuten informacioacuten o publicidad
- Elementos de servicios puacuteblicos mobiliario dirigido a satisfacer las necesidades
derivadas de los servicios puacuteblicos baacutesicos de la ciudad como son transporte la
telefoniacutea los estacionamientos para bicicletas vigilancia de playas y juegos infantiles
- Elementos Comerciales mobiliario destinado al uso comercial que tradicionalmente se
realiza en la viacutea puacuteblica kioscos de libros bares y puestos de mercado
- Elementos de limpieza indispensables en todo espacio puacuteblico para recoger la basura
maacutes diversa papeles vidrio metales plaacutesticos cartones pilas etc
- Elementos de Urbanizacioacuten y limitacioacuten Aquellos que por su extensioacuten pueden ofrecer
una visioacuten unitaria del territorio de la ciudad (rampa vehicular bordillos barandilla valla
barrera arquitectoacutenica bolardos bancos banquetas y sillas) (Rosas Chaves 2014)
Fachadas y elementos de concreto a la vista 2104
Su funcioacuten no solo es esteacutetica sino que debe garantizar un alto grado de proteccioacuten La
mezcla de concreto para estos elementos debe cumplir con determinadas caracteriacutesticas
especiales que le permitan estar expuesto a diferentes condiciones climaacuteticas El encofrado en
las estructuras de concreto arquitectoacutenico es de gran trascendencia dentro del proceso
constructivo pues ademaacutes de ser esencial para lograr una respuesta adecuada a nivel
estructural debe responder a las expectativas del disentildeador (Silva 2015)
Estampados 2105
Los acabados del concreto se clasifican en dos
59
21051 Acabados directos
Se entienden como superficies no tratadas aquellos que son dejados tal cual despueacutes del retiro
de las formaletas lo que determinan el aspecto de la superficie resultante (Cementos Argos
SA 2010)
21052 Acabados indirectos
Concretos cuyas superficies son tratadas despueacutes del desencofrado ya sea por medio
quiacutemicos o mecaacutenicos (comprende acabados cepillados allanados tratados con productos
quiacutemicos lavados con abrasivos tratados con herramientas tratamientos mixtos entre otros)
(Cementos Argos SA 2010)
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010)
ACABADOS TIPOS DE ACABADOS
Acabados directos
Acabados indirectos
Otros
Acabados lisos
Texturizados a partir de revestimientos
Patrones naturales
Incrustaciones
Madera simulada
Superficies acanaladas o estriadas
Allanado o liso
Tratamientos quiacutemicos
Lavado con abrasivos
Tratamiento con herramientas
Tratamientos mixtos
Tratado con sal
Oxidado
Tubos de PVC
Esferas de poliestireno expandido
21053 Concreto coloreado (pigmentos)
Los pigmentos son finas partiacuteculas de polvo quiacutemicamente inertes e insolubles que dotan de
color al material al que se antildeaden Deben ser insolubles tanto al agua como a los agregados
ademaacutes de inertes quiacutemicamente respecto al cemento a los agregados a los aditivos
resistentes a la intemperie estables a la luz a las temperaturas extremas y quedar firmemente
embebidos con los finos del cemento cuando endurezca (Estantildeol 2006)
60
Los pigmentos se clasifican en dos clases obtenidos de manera natural y manufacturados de
forma sinteacutetica
210531 Forma natural
Son obtenidos en yacimientos naturales minerales en su mayoriacutea son de color ocre debido a la
existencia de oacutexidos o hidroacutexidos metaacutelicos principalmente hierro La tierra natural calcinada se
tamiza hasta conseguir un tamantildeo uniforme de los granos y los fabricantes de dichos
pigmentos deben garantizar que las partiacuteculas tengan una dimensioacuten regular (Estantildeol 2006)
210532 Forma sinteacutetica
Estos pigmentos son baacutesicamente oacutexidos de hierro cromo cobalto y titanio Se deben
seleccionar oacutexidos teacutecnicamente puros sin aditivos ni constituyentes secundarios de un gran
poder colorante cualidad que depende de la naturaleza y pureza asiacute como de su finura Si
bien estos pigmentos tienen el mismo origen mineraloacutegico que los naturales al ser obtenidos
por procesos controlados y estandarizados tienen la ventaja de otorgar alta pureza elevado
brillo y gran poder de coloracioacuten estos pigmentos son estables a la intemperie es decir a la luz
UV al aacutecido carboacutenico a cambios fuertes en la humedad y la temperatura a los aacutecidos a los
aacutelcalis y a los componentes del cemento (Estantildeol 2006)
1 Capiacutetulo Cascarilla como material alternativo 61
3 Capiacutetulo Cascarilla de cafeacute como material alternativo
31 Generalidades
El pergamino de cafeacute o cascarilla es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano (fig 2) Esta cascarilla
constituye una excelente fuente de celulosa y lignina1 pentosanos siacutelice y cenizas asiacute como
otros compuestos en menor proporcioacuten En los paiacuteses productores de cafeacute los residuos y sub -
productos del cafeacute constituyen una fuente de contaminacioacuten y generadora de problemas
ambientales por ese motivo desde mediados del siglo pasado se ha tratado de buscar
meacutetodos sobre coacutemo utilizarlos como materia prima para la produccioacuten de bebidas vinagre
biogaacutes cafeiacutena pectina proteiacutena y abono (Coffea 2005)
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 311
Para esta investigacioacuten se utilizoacute la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) de una de las regiones
cafeteras del paiacutes el departamento de Narintildeo especiacuteficamente de ALMACAFEacute SA PASTO
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia 2010)
Procedencia
Aacuterea de cultivo
Temperatura promedio
Promedio Maacuteximo
Promedio Miacutenimo
Precipitacioacuten media anual
Radiacioacuten solar
Departamento de Narintildeo
Altitud 1765 msnm promedio
38400 Hectaacutereas sembradas en Narintildeo
199degC
259degC
16degC
1866 miliacutemetros anual
1666 horas promedio anual
Proceso obtencioacuten de la cascarilla 312
El cafeto es un arbusto o aacuterbol pequentildeo perennifolio de fuste recto que puede alcanzar los 10
metros en estado silvestre en los cultivos se los mantiene normalmente en tamantildeo maacutes
reducido alrededor de 3 metros Las hojas son eliacutepticas oscuras y coriaacuteceas
62
El fruto es una drupa que se desarrolla en unas 15 semanas a partir de la floracioacuten el
endospermo comienza a desarrollarse a partir de la duodeacutecima semana y acumularaacute materia
soacutelida en el curso de varios meses atrayendo casi la totalidad de la energiacutea producida por la
fotosiacutentesis
3121 Recoleccioacuten del cafeacute
En esta etapa se cosechan uacutenicamente los granos que alcanzan el estado de madurez
completa normalmente de color rojo o amarillo ya que los verdes dantildean el sabor de la taza de
un cafeacute Todo este proceso se desarrolla de forma manual
3122 Despulpado
El mismo diacutea de la recoleccioacuten los granos de cafeacute se despulpan retirando la cereza del grano
para que luego obtenga la fermentacioacuten En esta parte del proceso los granos permanecen en
reposo
3123 El lavado
En esta parte se retira con agua limpia los restos de muciacutelago que quedan en el grano y se
eliminan azucares
3124 El secado
Se exponen los granos de cafeacute al calor del sol en un secadero para que el grado de humedad
disminuya facilitando su conservacioacuten El grano seco se almacena en sacos limpios elaborados
en fique facilitando su traslado
Fuente Tomado de httpwwwmundocafetocombeneficiadoel-beneficio-humedo-del-cafe
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado
63
3125 Trillado artesanal
En En este proceso artesanal se retira la cascarilla del grano llamado pergamino Este
procedimiento tambieacuten puede desarrollarse de forma industrial (Omen 2011)
A partir del proceso de la trilla de cafeacute pergamino se retira mecaacutenicamente la cascara
(pergamino) que cubre la almendra de cafeacute (denominada cisco en la trilla) el pergamino ya
limpio entra a la maacutequina trilladora y es retirada por friccioacuten la cascarilla obtenieacutendose la
almendra El cisco que acompantildea la almendra al salir de la trilladora es succionado
mecaacutenicamente en esta operacioacuten se causa la merma por cisco El monitor de pergamino es
una maacutequina cribadora compuesta por un conjunto de tres a cuatro mallas una campana
extractora de cisco y polvo residual
La maacutequina trilladora estaacute formada por un cilindro en forma hexagonal con superficie labrada
que gira dentro de un cilindro coacutencavo estacionario y fraccionado en dos caacutemaras en la
primera caacutemara la friccioacuten elimina entre 60 y 70 de la cascarilla luego pasa a la segunda
caacutemara (caacutemara de retrilla) transportado por un elevador de cangilones donde termina de
retirarle la cascarilla y pule la superficie de la almendra eliminaacutendole la cutiacutecula (Mayorga
nd)
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia)
64
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla
Fuente Tomado de httpswwwcoopronaranjorlcomnuestro-cultivoproceso-ciclo
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute
Caracteriacutesticas fiacutesicas 321
El pergamino o cascarilla de cafeacute es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano de cafeacute en base seca
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005)
65
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
CASCARILLA DE CAFEacute
A B C
Masa unitaria suelta
284gr 300gr 310gr
MUS=298gr
Masa unitaria compacta (peso2716gr) molde 110pie3
334gr 354gr 344gr
MUC=344gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip 344grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 193grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2846 h
Composicioacuten quiacutemica 322
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011)
(Seguacuten Willboux (2))
()
Cafeacute
Araacutebica
()
Cafeacute
Robusta
()
Extracto eteacutereo
Proteiacutenas totales
Celulosa bruta
Hemicelulosa
Azuacutecares
Pentosa
Cenizas
Silicio
Aluminio (Al 203)
Hierro (Fe21198743)
Calcio
Magnesio
Sodio
Potasio
Grasas
040
150
5020
1160
2130
2600
100
1570
340
1360
1960
1220
340
1800
060
--
220
6020
760
--
--
330
--
--
--
--
--
--
--
66
Estas propiedades la hacen oacuteptima para utilizarla como agregado liviano en un hormigoacuten con
el limitante de que tiene un contenido de azuacutecares muy alto (213) que inhibe la reaccioacuten del
cemento en la mezcla y por consiguiente retarda el fraguado presentaacutendose eacuteste despueacutes de
las 72 horas de fundida la mezcla Este limitante se soluciona mineralizando la cascarilla
(Garcia amp Olaya 2011)
A su vez tiene una estructura lineal o fibrosa en la que se establecen muacuteltiples puentes de
hidroacutegeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa hacieacutendolas
muy resistentes e insolubles al agua De esta manera se originan fibras compactas que
constituyen la pared celular de las ceacutelulas vegetales daacutendoles asiacute la rigidez necesaria Las
fibras en los vegetales estaacuten unidas entre siacute por un material cementante de caraacutecter
termoplaacutestico denominado lignina localizada en la laacutemina media de las fibras
proporcionaacutendole rigidez y resistencia al tejido vegetal
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute)
Las fibras vegetales tienen dentro de su estructura componentes que son ricos en agua (lignina
y hemicelulosa) lo cual al reforzar el material compuesto puede generar deficiencias
mecaacutenicas La razoacuten principal para que la resistencia mecaacutenica disminuya es que el agua es
uno de los inhibidores naturales de la polimerizacioacuten en las resinas de polieacutester insaturado por
lo tanto la presencia de estos componentes es poco deseable dentro de la estructura de las
fibras (Gomez 2009)
Una forma de evitar o retardar la descomposicioacuten de las fibras utilizadas en el hormigoacuten es la
proteccioacuten de estas con sustancias bloqueadoras sustancias repelentes al agua y con una
mezcla de ambos tipos de sustancias (Gram 1983)
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades de
Glucosa)(Coffea 2005)
67
Mineralizacioacuten con aceite de linaza 331
Procedimiento
a) Calentar aceite a 80degC
b) Sumergir la fibra seca por 5 minutos
c) Tener otro aceite a 24degC y pasar la cascarilla por 5min
d) Repetir ciclo por 3 veces
e) Dejar enfriar a Tdeg ambiente durante 24h (Alvarado 2002)
Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 332
Procedimiento
Las partiacuteculas o fibras de bagazo fueron inmersas en Hidroacutexido de calcio al 50 durante 24
horas a una temperatura de laboratorio de 24degC (Para darle una proteccioacuten del medio alcalino
de la pasta de cemento) A partir de este procedimiento se obtiene como conclusioacuten que si se
aumenta el tiempo de inmersioacuten de cascara de arroz en la disolucioacuten baacutesica pasando de 24h a
72h se observa un gran aumento en la resistencia a compresioacuten (Saraz Aristizabal amp Mejiacutea
2007)
Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 333
Procedimiento
Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale de la trilladora en una
solucioacuten ac al 5 en peso durante media hora con agitado constante la proporcioacuten de la
cascarilla es del 10 del peso de la solucioacuten La cal limpia impurezas protege del ataque
microbioloacutegico protege del deterioro por la alta alcalinidad mejora la adherencia (Garcia amp
Olaya 2011)
68
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute
En la ciudad de Medelliacuten innovaron con la implementacioacuten de suelos a base de polietileno y
cascarilla de cafeacute molida ya que el piso de madera actual estaba empezando a sufrir deterioro
Este nuevo elemento fue el resultado de las investigaciones que el Metro adelanta con el fin de
obtener alternativas que garanticen la continuidad del servicio Ademaacutes de que esteacuten siempre
disponibles disminuyan gastos eviten las importaciones y sean amigables con el ambiente
Jaime Peacuterez jefe de Investigaciones del Metro explicoacute que los trenes vienen con un tipo de
madera especial resistente al agua y al calor pero esta no se obtiene en el paiacutes su
importacioacuten es costosa y con su obtencioacuten se hariacutea un significante dantildeo al ecosistema Es por
esta razoacuten que el Metro en colaboracioacuten con pymes y la Universidad de Antioquia ha
investigado desde los antildeos 80 con queacute otros materiales puede ser reemplazada la madera y
que tenga las mismas cualidades Fue esto lo que llevo a explorar otro tipo de materiales y a
encontrar en la cascarilla de cafeacute las particularidades necesarias para soportar el peso de los
usuarios y cumplir con la normatividad internacional ferroviaria no sufrir por humedad y no ser
vulnerable a incendios y una reduccioacuten del 30 al impacto con el medio ambiente (Mejia
2013)
El cisco la cascarilla sobrante del cafeacute es usado por un grupo de ingenieros mecaacutenicos como
materia prima para extruir perfiles de madera plaacutestica y construir viviendas de intereacutes social
El sector de la construccioacuten necesita innovarse constantemente a traveacutes de proyectos cada vez
maacutes sostenibles y amigables con los recursos y la mezcla de poliacutemeros con fibras provenientes
de productos residuales como el aserriacuten (EEUU) o la caacutescara de arroz (China) ha permitido en
el mundo una alternativa a la madera conocida como Wood Plastic Composite (WPC)
La agroindustria colombiana debiacutea encontrar un producto vegetal que le permitiera ofrecer una
alternativa al sector de la construccioacuten y es alliacute cuando el grupo uniandino Materiales y
Manufactura de Ingenieriacutea Mecaacutenica liderado por el profesor Jorge Medina encontroacute las
caracteriacutesticas aplicables al cisco de cafeacute
ldquoLos Andes nos permitioacute trabajar con el cisco de cafeacute que nos hace uacutenicos porque es el
producto que representa a Colombia en el mundo y deberiacuteamos integrarlo maacutes a nuestra
infraestructurardquo Las ventajas de haber utilizado el cisco de cafeacute fuera de darle un sello
69
colombiano al producto es que este subproducto del cafeacute anteriormente no se le daba un
manejo verde y se quemaba CO2 o botaba (Positivo 2015)
Estudiantes de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotaacute realizaron ensayos de
concreto con agregado de cascarilla de cafeacute en el Departamento de Ingenieriacutea Agriacutecola
Tomaron un material como el concreto para realizar la aplicacioacuten de residuos orgaacutenicos
provenientes de la agroindustria cafetera haciendo pruebas y ensayos para determinar las
propiedades fiacutesico-quiacutemicas de la cascarilla del cafeacute y su comportamiento junto al concreto
Llegaron a la conclusioacuten que como material mineralizante es maacutes econoacutemico el cemento que la
cal agriacutecola ademaacutes de que se obtiene mejores resistencias a la compresioacuten en el hormigoacuten
cuando se utiliza cemento en las mismas condiciones que cal tambieacuten concluyeron que la
cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico (Garciacutea amp Olaya 2011)
Auacuten no se han realizado aplicaciones como tal de los resultados obtenidos de investigaciones
donde se utiliza a la fibra vegetal cascarilla de cafeacute como reemplazo en la mezcla de concreto
4 Capiacutetulo Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten
Liacutenea investigativa 411
En este proyecto se realizaron y analizaron los siguientes ensayos
Resistencia a la compresioacuten
Moacutedulo de rotura
Sortividad
Asentamiento
Los ensayos que se practicaron en especiacutemenes de concreto normal y con adicioacuten de la
fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) para esta investigacioacuten la cascarilla seriacutea el reemplazo en
diferentes porcentajes del peso del agregado grueso de la siguiente manera
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)
VARIABLE PORCENTAJE MINERALIZACIOacuteN DENOMINACIOacuteN
Mezcla patroacuten
Cascarilla de cafeacute
(Fibra vegetal)
-
05
10
15
05
10
15
05
10
15
-
CAL AGRIacuteCOLA
LINAZA
HIDROacuteXIDO DE CALCIO
CP-0
CFC-05
CFC-10
CFC-15
CFL-05
CFL-10
CFL-15
CFH-05
CFH-10
CFH-15
71
Denominacioacuten
CP-0 = Concreto patroacuten CFC = Concreto con Fibra vegetal - mineralizacioacuten Cal Agriacutecola CFL = Concreto con Fibra Vegetal - mineralizacioacuten aceite de Linaza CFH = Concreto con fibra vegetal - mineralizacioacuten con Hidroacutexido de Calcio -05 = Porcentaje de reemplazo 05 -10 = Porcentaje de reemplazo 10 -15 = Porcentaje de reemplazo 15
Se elaboraron placas de concreto con el fin de analizar su comportamiento ante agentes
externos como lluvia sol aire vegetacioacuten y se realizaron probetas ciliacutendricas y vigas con y sin
adicioacuten de la cascarilla para ser evaluadas a los 28 diacuteas
72
PROPIEDADES
Agregado fino Agregado Grueso Cascarilla de Cafeacute
Reemplazo
05 10 15
Mineralizacioacuten
-Cal agriacutecola
-Aceite de linaza
-Hidroacutexido de Calcio
Propiedades
estado fresco Propiedades
estado endurecido
Vigas Especiacutemenes
ciliacutendricos Placas Asentamiento
Texturizados Resistencia a
la compresioacuten
Moacutedulo de
Rotura
Exposicioacuten
al exterior Sortividad
Anaacutelisis Conclusiones
Recomendaciones
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia)
73
Materiales 412
4121 Materiales
- Cemento El cemento utilizado para este disentildeo es Cemento Gris de Uso General
producido por Cementos Argos SA Cumplen con los valores de la norma colombiana
NTC 121 y 321(Argos 2013)
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013)
PARAacuteMETROS FIacuteSICOS Especificaciones
argos
NTC 321
Tipo I
ASTM
C-1157 TIPO GU
Fraguado inicial miacutenimo (minutos)
Fraguado final maacuteximo (minutos)
Expansioacuten autoclave maacuteximo ()
Expansioacuten en agua maacuteximo ()
Resistencia a 28 diacuteas miacutenimo (Mpa)
45
420
08
02
260
45
480
08
--
240
45
420
08
02
280
- Agua para el procedimiento se utilizoacute agua proveniente de la red de abastecimiento de
agua potable de la Empresa ACUEDUCTO AGUA Y ALCANTARILLADO DE BOGOTAacute
- Agregados los agregados fino y grueso son traiacutedos desde el municipio del Guamo
Tolima
- Fibra Vegetal (cascarilla de cafeacute) esta fibra proviene del grano de la planta cafeto
(Coffea) lo que se denomina como ldquocascarilla de cafeacuterdquo tambieacuten conocido como cisco
o residuo de la extraccioacuten del grano de cafeacute resultado de un proceso denominado trilla
Poblacioacuten y muestras 413
4131 Poblacioacuten placas
Placas cuadradas en concreto convencional y reforzados con Cascarilla de cafeacute en
porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento de
proteccioacuten
74
Muestra
Estuvo constituida por 20 placas de concreto placas cuadradas de aproximadamente 30x30cm
en concreto normal y reemplazo de agregado grueso por cascarilla de cafeacute En este caso se
adiciono pigmento de color amarillo
Se disentildearon 5 tipos de formaletas para aplicar diferentes texturas para prueba de adherencia
a los patrones de disentildeo arquitectoacutenico y exposicioacuten a los factores externos como lluvia sol
vegetacioacuten Las placas se repartieron de la siguiente manera
- 5 placas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
4132 Poblacioacuten especiacutemenes ciliacutendricos
Se realizaron especiacutemenes ciliacutendricos en concreto normal y reforzados con cascarilla de cafeacute
en porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento
de proteccioacuten
75
Para la prueba de compresioacuten y absorcioacuten se elaboraron un total de 58 especiacutemenes
ciliacutendricos con y sin fibra vegetal
Los cilindros se repartieron de la siguiente manera
- 4 probetas ciliacutendricas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 2 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 2 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
Para la definicioacuten de la cantidad de especiacutemenes para las muestras se tomoacute como referencia
lo estipulado en la norma ASTM C-192 ldquoPraacutectica Normalizada para preparacioacuten y curado de
especiacutemenes de concreto para ensayo en laboratoriordquo en la que se propone como cantidad de
moldeados tres o maacutes especiacutemenes para cada edad de ensayo
76
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos
En un metro cuacutebico de mezcla de concreto podemos tener un promedio de agregados fino y
grueso en un 70 Es importante la valoracioacuten de las propiedades de los agregados al
momento del disentildeo de la mezcla ya que pueden afectar las caracteriacutesticas del concreto final
para esto se tendraacute en cuenta
- Manejabilidad
- Durabilidad
- Factores econoacutemicos
Agregado grueso Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia)
AGREGADO GRUESO
Grava 38 oacute
filtro
A
B
C
Masa unitaria suelta
18565gr
19565gr
19565gr
MUS=19231gr
Masa unitaria compacta
(peso frac12 pie cubico) molde 11435gr
20565gr
20065gr
20565gr
MUC=2040gr
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia)
Peso SSS
Peso
sumergido Peso seco
Lavado tamiz
(horno05degx24h)
Humedad
natural
Peso inicial
Peso final
5000gr
4764gr
4764gr
2910gr
4764gr
4544gr
5000gr
4798gr
2000gr
1944gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7796grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8963grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 256grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 484 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 288 FORMA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Redondeada (grava de riacuteo)
77
Agregado fino Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)
AGREGADO FINO
A
B
C
Masa unitaria suelta
1580gr
1630gr
1612gr
MUS= 1610g
Masa unitaria apisonada
2024gr
2058gr
2041gr
MUA=2041gr
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia)
Peso seco Lavado tamiz
(horno105degx24h) Humedad natural
Peso inicial
Peso final
1350gr
1335gr
5000gr
4860gr
1500gr
1486gr
MASA UNITARIA SUELTAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1610grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2041grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 261grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 094
Anaacutelisis Granulomeacutetrico 421
En anaacutelisis granulomeacutetrico tanto del agregado fino como del agregado grueso se desarrolloacute en
base a la NTC 174 y se realizoacute al iniciar con cada una de las mezclas De acuerdo con la
literatura estudiada la cascarilla de cafeacute como agregado vegetal debe tener un previo
tratamiento para asiacute evitar que el medio alcalino al cual se expone en la mezcla no la deteriore
impidiendo asiacute su finalidad en el concreto para ello se emplean 3 diferentes tratamientos
aceite de linaza hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola para tratar estas fibras y asiacute aumentar su
durabilidad
78
4211 Agregado Fino
El agregado fino es arena de rio del departamento del Tolima traiacuteda por la empresa ldquoFerreteria
el Campiacutenrdquo de acuerdo al anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de finura de este agregado es de
31 y su ubica dentro y al liacutemite del rango permitido por la norma NTC 174 donde se aclara que
el modulo no puede ser mayor a 31
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia)
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 310
0
20
40
60
80
100
120
0101001000
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado fino
Lim Inferior
arena
LimSuperior
Agre
gado
fin
o
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
16
30
50
100
Fondo
Σ
0
354
408
952
1460
1215
375
966
48606
0
729
839
1959
3004
2500
771
198
10000
0
729
1568
3527
6531
9031
9802
10000
100
9271
8432
6473
3469
969
198
-
79
4212 Agregado Grueso
El agregado grueso estaacute compuesto por gravilla de riacuteo del departamento del Tolima
comercializada por la empresa ldquoFerreteriacutea el Campinrdquo
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia)
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 604
0
20
40
60
80
100
120
440
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado Grueso
Lim Inferior
gravilla
LimSuperior
Agre
ga
do
Gru
eso Tamiz
Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
1frac12rdquo
1rdquo TM
frac34rdquoTMN
frac12rdquo
38rdquo
4
Σ
-
-
56
1432
1988
1322
4798
0
000
117
2985
4123
2755
10000
0
000
117
3101
7224
9979
100
100
9883
6899
2776
021
80
4213 Fibra vegetal Cascarilla de cafeacute
La fibra vegetal producto de la industria cafetera es el agregado reciclado procedente de la
zona cafetera narintildeense del paiacutes De acuerdo con el anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de
finura es de 34 ubicaacutendose por encima del rango permitido por la norma NTC 174 que
determina como rango maacuteximo 31 para el agregado fino No obstante auacuten cuando el material
es calificado por la norma como un agregado de tamantildeo grueso esta fibra no es un agregado
convencional por lo que se toma uacutenicamente como referencia para compararlo con los demaacutes
agregados
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia)
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
-20
0
20
40
60
80
100
120
01110
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Cascarilla de Cafeacute
Cascarhellip
Casc
ari
lla d
e ca
feacute
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
10
16
20
100
Fondo
Σ
0
38
574
345
662
123
87
171
200
000
190
2870
1725
3310
615
435
855
100
000
190
3060
4785
8095
8710
9145
100
100
9810
6940
5215
1905
1290
855
000
Moacutedulo de finura 340
81
43 Disentildeo de mezcla
Para el disentildeo de mezcla se toma como referente el procedimiento planteado por Diego
Saacutenchez de Guzmaacuten en su libro ldquoTecnologiacutea del Concretordquo
Seleccioacuten del Asentamiento 431
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001)
CONSISTENCIA ASENTAMIENTO
EJEMPLO DE
TIPO DE
CONSTRUCCIOacuteN
SISTEMA DE
COLOCACIOacuteN
SISTEMA DE
COMPACTACIOacuteN
Semi-seca
Media
Huacutemeda
35-50
50-100
100-150
Pavimentos
fundaciones en
concreto simple
Pavimentos
compactados a
mano losas
muros vigas
Elementos
estructurales
esbeltos
Colocacioacuten con
maacutequinas
operadoras
manualmente
Colocacioacuten
manual
Bombeo
Secciones
simplemente
reforzadas con
vibracioacuten
Secciones
medianamente
reforzadas sin
vibracioacuten
Secciones bastante
reforzadas sin
vibracioacuten
Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 432
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeOS MAacuteXIMOS DE AGREGADOS SEGUacuteN EL TIPO DE CONSTRUCCIOacuteN
Dimensioacuten miacutenima
de la seccioacuten (cm) Tamantildeo maacuteximo en pulg (mm)
6 ndash 15
19 ndash 29
30 ndash 74
75 o maacutes
Muros reforzados y
vigas y columnas
frac12rdquo(12)- frac34rdquo19)
frac34rdquo(19)-1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Muros sin
refuerzo
frac34rdquo(19)
1frac12rdquo(38)
3rdquo(76)
6rdquo(152)
Lozas muy
reforzadas
frac34rdquo(19)-1rdquo(25)
1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Losas sin refuerzo
o poco reforzadas
frac34rdquo(19)-1frac34rdquo(25)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
3rdquo(76)
3rdquo(76)-6rdquo(152)
82
Estimacioacuten del contenido de aire 433
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeO MAacuteXIMO NOMINAL
DEL AGREGADO CONTENIDO DE AIRE EN PORCENTAJE (POR VOLUMEN)
mm Pulg Naturalmente
atrapado
Exposicioacuten
ligera
Exposicioacuten
moderada
Exposicioacuten
severa
127
190
254
381
frac12
frac34
1
1frac12
25
20
15
10
40
35
30
25
55
50
45
45
70
60
60
55
Requerimiento de agua de mezclado 434
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten 2001)
Asentamiento
Tamantildeo maacuteximo del agregado en mm (pulg)
951
frac34rdquo
127
frac12rdquo
190
frac34rdquo
254
1rdquo
381
1frac12rdquo
508
2rdquo
640
2frac12rdquo
761
3rdquo
mm pulg Agua de mezclado en kgm3 de concreto
25
50
75
100
125
150
1
2
3
4
5
6
193
197
200
203
205
208
167
172
176
179
183
188
157
163
167
169
172
176
141
147
152
155
158
162
135
140
145
148
151
155
127
131
135
137
140
144
124
128
132
134
137
141
117
122
125
128
130
134
Resistencia requerida de disentildeo 435
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la desviacioacuten estaacutendar
Resistencia especificada
fʹc (kgcm2)
Resistencia de disentildeo de la mezcla
fʹcr (kgcm2)
Menos de 210 kgcm2
De 210 kgcm2 a 350 kgcm2
Maacutes de 350 kgcm2
fʹc + 70kgcm2
fʹc + 85kgcm2
fʹc + 100kgcm2
fʹc = fʹc + 70kgcm2 fʹc = 210 + 70kgcm2 fʹc = 280kgcm2
83
Relacioacuten agua-cemento 436
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto (adaptada del ACI 2111 y
del ACI 2113)
RELACIOacuteN AC DE DISENtildeO EN PESO
Facutec (28 diacuteas) Concreto sin aire
incorporado
Concreto con aire
incorporado
150
200
250
300
350
400
450
08
07
062
055
048
043
038
071
061
053
046
04
---
---
En esta investigacioacuten la relacioacuten agua-cemento corresponde a 050 teniendo en cuenta que la
resistencia de disentildeo es de 280kgcm2
Caacutelculo del contenido de cemento
Una vez que el contenido de agua de mezclado y la relacioacuten agua-cemento han sido
determinados el contenido de cemento por metro cubico de concreto establecido al dividir el
contenido de agua de mezclado entre la relacioacuten agua-cemento
AC = Relacioacuten agua-cemento por peso C = 148kg3 = 368kgm3 050
Definicioacuten de datos 437
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia)
ENSAYO AGREGADO
GRUESO
AGREGADO
FINO
Masa unitaria compacta MUC (km3)Compact Unit massCMU
Masa unitaria suelta MUS (km3)looseUnite Mass (km3)
Densidad aparente seca
Absorcioacuten ()Absorption ()
Humedad NaturalNatural Moinsture
Moacutedulo de finuraFineness Modulus
FormaForm
6523
5194
256
284
288
redondeada
1926
1492
161
2987
094
311
84
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto (autoriacutea propia)
INGREDIENTE PESO SECO
KGM3
PESO ESPECIacuteFICO
KM3
VOLUMEN
ABSOLUTO LM3
Cemento
Agua
Contenido de aire
Agregado grueso
Agregado fino
368
184
885
861
3100
1000
2560
2610
0118
0184
002
034
033
Total 2298 0992
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia)
MATERIALES Cantidad UN
Cemento de uso general 368 Kgmsup3
Agregado fino 861 Kgmsup3
Agregado grueso 885 Kgmsup3
Agua 184 Kgmsup3
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla
De acuerdo al disentildeo de mezcla ya establecido se sustituye la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute)
por el agregado grueso en proporciones de 05 10 y 15 porcentajes que son sometidos a
un tratamiento previo (aceite de linaza hidroacutexido de calcio cal agriacutecola) Para cada tratamiento
se efectuaron los tres porcentajes de reemplazo con el fin de proteger la fibra del medio
alcalino
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia)
MEZCLA 1 (CFV-05) 995Agregado peacutetreo + 05
agregado vegetal
MEZCLA 2 (CFV-10) 99Agregado peacutetreo +
10 agregado vegetal
MEZCLA 3 (CFV-15) 985Agregado peacutetreo + 15
agregado vegetal
000173 1930 = 3339 000346 1930 = 6678 000518 1930 = 9997
(1930 Densidad cascarilla)
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten
De acuerdo a las variables determinadas con respecto a los pesos especiacuteficos de cada
agregado y al tratamiento que se hace a la cascarilla de cafeacute previo a la ejecucioacuten de la
mezcla se realizaron 9 variables
Se disentildearon y elaboraron 16 formaletas en madera contrachapada de 9mm (ficha teacutecnica
ANEXO 1) para la experimentacioacuten ante acabados y pigmentacioacuten de una de las variables de
mezcla Para conocer la adaptabilidad en el encofrado se determinoacute escoger la mezcla con
mayor porcentaje de reemplazo de cascarilla de cafeacute con el fin de analizar su comportamiento
ante los disentildeos propuestos de formaleta De igual manera para evaluar la asimilacioacuten del
pigmento y su reaccioacuten ante las 3 variables de mineralizacioacuten de la cascarilla de cafeacute (el
cemento seleccionado es blanco)
Dimensiones de las formaletas 027 027 0035 = 000315 110 (desperdicio) = 00035
Los acabados fueron los siguientes
- Acabado liso
- Esferas de poliestireno expandido +PVC
- Acabado con hojas naturales
- Estampado
86
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia)
MINERALIZACIOacuteN CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Aceite de linaza
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVL-15
Hidroacutexido de
Calcio
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVH-15
Cal
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVC-15
Mezcla patroacuten
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVP
Las proporciones para la mezcla se resumen en la tabla 40 con el fin de preparar las
cantidades necesarias para una formaleta de 027 027 0035 las cuales son utilizadas para
probar comportamiento reaccioacuten y posibles variables ante condiciones climaacuteticas externas
como luz directa del sol lluvia agentes contaminantes y vegetacioacuten
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
placas
Cemento 368 1288
Agua 184 0644
Grava 8725 3053
Arena 861 3013
Reemplazo fibra 9997 0035
Previamente a la ejecucioacuten de la mezcla se mineralizo la cascarilla de cafeacute se pesaron los
agregados y se marcaron las formaletas con su nomenclatura correspondiente para su
identificacioacuten Se verificoacute el debido cerramiento de las formaletas los elementos necesarios
para los acabados a realizar y se aplicoacute desmoldante (aceite vegetal)
87
Il 12a Mineralizacioacuten aceite de linaza Il 12b Secado 24h mineralizacioacuten linaza
5min 80degC ndash 5min 24deg (Proceso 3 veces)
Il 12c Mineralizacioacuten Hidroacutexido de calcio Il 12d Mineralizacioacuten Cal agriacutecola
sumergido 24h agitacioacuten constante 30min
Posterior a la elaboracioacuten de la mezcla se procedioacute al llenado de formaletas previamente
aceitadas y marcadas y se desencofraron a las 24 horas de mezclado
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia)
88
Siendo este un ensayo para establecer cuaacuteles seriacutean las reacciones fiacutesicas y no mecaacutenicas de
estas placas a traveacutes de caracteriacutesticas como pigmentacioacuten y acabados continuo al
desencofrado se ubicaron en una superficie plana en el patio del edifico SINDU rodeada de
hierba donde estuvieron expuestas a las diferentes condiciones ambientales durante un periodo
de 3 meses
Il 14 a Placas con luz directa diacutea ndash sol (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia)
89
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA PATROacuteN CP
Desmolde 24 horas
Acabado liso
Esferas de
poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
90
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA ACEITE DE LINAZA 15 CFL-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de las
formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire contenido
en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo por cada
formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
El patron de acabado con hojas naturales se considero desde un principio que quizas no se tendria
el mejor resultado pero se obtuvo una muy buena adaptabilidad y aspecto
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Esta mezcla permite que las particulas se resalten y puedan ser vistas con facilidad dandole un
aspecto particular Se puede considerar que el aceite repela los demas materiales dejandose esta a la
vista y le deun efecto especial visualmente
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteristica
91
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA HIDROacuteXIDO DE CALCIO 15 CFH-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
A diferencia de las placas con tratamiento a la fibra con aceite de linaza en este tratamiento con
hidroacutexido de calcio no se logra ver con facilidad las partiacuteculas estas quedan confundidas en la
mezcla
Con respecto al color puede considerarse que al hacer el uso de esta mineralizacion a la cascarilla
de cafeacute no sea homogeneo el color dejandose a la vista zonas con mayor concentracion y otras con
menor concentracioacuten
92
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA CAL 15 CFC-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde a excepcion del disentildeo con
tuvos de pvc por inadecuada manipulacioacuten al desmolde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Al igual que con el tratamiento de hidroacutexido de calcio este tratamiento con cal agriacutecola evita que
las partiacuteculas queden a la vista con facilidad y por el contrario sean recubiertas y mimetizadas en
la mezcla perdiendo el efecto visual interesante que si logra el tratamiento con aceite de linaza
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteriacutestica
93
52 Ensayo de Asentamiento
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco 521
Seguacuten la literatura la fibra vegetal es un material no convencional con algunos usos tanto
nacionales como internacionales A partir de estos antecedentes se inicia el proceso de
experimentacioacuten del disentildeo de mezcla con esta fibra que previamente fue mineralizada con
tres componentes diferentes (aceite de linaza cal agriacutecola hidroacutexido de calcio) a la cual se
tomoacute el asentamiento en sus tres diferentes tratamientos para asiacute identificar caracteriacutesticas
como trabajabilidad consistencia homogeneidad y segregacioacuten
La ejecucioacuten de la mezcla se realizoacute bajo los paraacutemetros de la norma NTC 5171 y expuesta a
cielo abierto en el patio del edificio SINDU de la Universidad Nacional
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
ENSAYO DE ASENTAMIENTO
Tratamiento fibra Muestra Reemplazo Asentamiento
obtenido
Aceite de Linaza
CFL-15 15 47mm
CFL-10 10 42mm
CFL-05 05 45mm
Hidroacutexido de
Calcio
CFH-15 15 40mm
CFH-10 10 78mm
CFH-05 05 56mm
Cal Agriacutecola
CFC-15 15 53mm
CFC-10 10 51mm
CFC-05 05 47mm
Mezcla Patroacuten
(Testigo) CP -- 53mm
94
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
5211 Trabajabilidad
Durante la ejecucioacuten de las mezclas se aprecioacute una muy leve dificultad para la manipulacioacuten de
estas considerando que se llevariacutea con mayor rigurosidad los pasos de la norma para poder
hacer la medicioacuten de la prueba de Abrams y continua fundicioacuten de probetas Con respecto a los
tratamientos previos efectuados en la cascarilla de cafeacute no incidieron notablemente en la
manipulacioacuten de la mezcla ni en el porcentaje de reemplazo por agregado grueso
5212 Consistencia
Se hace uso del cono de Abrams o ensayo de ldquoslumprdquo para determinar el comportamiento del
concreto fresco y asiacute determinar trabajabilidad y consistencia de acuerdo a la NTC 396
Il 3a Divisioacuten dela mezcla en Il 3b Llenado del cono Il 3c Medicioacuten del
3 partes asentamiento
0
20
40
60
80
150 100 050 Pmd CP
Ase
nta
mie
nto
(m
m)
Reemplazo
Asentamiento
aceite de linaza
hidroxido de calcio
cal agricola
Testigo
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia)
95
Se determina que la consistencia de mezcla es media (plaacutestica) lo que se habiacutea determinado
para el disentildeo a excepcioacuten de la mezcla que lleva la fibra con tratamiento aceite de linaza el
asentamiento se presenta de manera levemente menor Puede considerarse una mezcla
ldquonormalrdquo el concreto no sufre grandes deformaciones ni hay separacioacuten de elementos
5213 Homogeneidad
Se procedioacute inicialmente a la incorporacioacuten de los materiales fino grueso y cemento despueacutes
de integrar los materiales entre siacute el siguiente paso fue el vaciado de agua por partes para ir
teniendo una mezcla homogeacutenea Terminado la unificacioacuten de todos los materiales se adiciono
la fibra previamente tratada las partiacuteculas de la cascarilla de cafeacute se incorporaron sin ninguna
muestra aparente de dificultad por lo tanto no hubo segregacioacuten de los componentes de la
mezcla
Il 16a Incorporacioacuten de la fibra a la mezcla Il 16b Homogeneidad de la mezcla
53 Ensayo de compresioacuten
Para la comprobacioacuten de resistencia a compresioacuten las pruebas se llevaron a cabo en
especiacutemenes ciliacutendricos de 10cm de diaacutemetro x 30cm de longitud Todos los especiacutemenes se
desencofraron a las 24 horas de mezclado se marcaron y fueron curados por un periodo de 28
diacuteas por el meacutetodo de inmersioacuten en agua potable con el fin de no perder contenido de agua
cuando inicien sus reacciones quiacutemicas endurecimiento y resistencia
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia)
96
Para cada disentildeo de mezcla de acuerdo al tratamiento previo de la fibra y sus respectivos
porcentajes de reemplazo de cascarilla de cafeacute se realizaron 3 especiacutemenes para efectos de la
prueba Para el ensayo de compresioacuten se realizaron en total 29 especiacutemenes con los testigos
CP)
Il 17a Cilindros en formaleta (24h) Il 17b Curado Cilindros en piscina (28diacuteas)
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8725 1535
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 9997 001759
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8769 1543
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 6678 001175
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia)
97
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 88133 1551
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 3339 000596
Se determinoacute un registro de apariencia de los especiacutemenes ciliacutendricos y se observoacute que en la
construccioacuten de cada uno teniendo auacuten asiacute la misma composicioacuten y el mismo procedimiento
existiacutean variaciones en la apariencia con presencia de hormigueo y medianos poros sobre todo
se tuvo presente que esto sucediacutea en los cilindros que se fundiacutean de uacuteltimo pudiendo asiacute
concluir que se presentaba una ligera peacuterdida de agua en el proceso de fundir del primero al
uacuteltimo
Resultados 531
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
Para este ensayo resistencia a la compresioacuten de cilindros de 10x15cm el promedio de la
resistencia Real Mpa es de 2254 resultado que seraacute comparativo con los disentildeos de mezcla
dados a partir de las variables de tratamiento a la cascarilla y porcentaje de reemplazo por fibra
vegetal
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Peso(gr) Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
Testigo CP (A) 3746 17690 2252
2254 CP (B) 3548 17720 2256
98
5311 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFL-15(A) 1536 0018 3413 9150 1165
1094 CFL-15(B) 1536 0018 3478 8320 1059
CFL-15(C) 1536 0018 3465 8250 1050
10
CFL-10(A) 1543 0012 3634 10680 1360
1386 CFL-10(B) 1543 0012 3627 11220 1429
CFL-10(C) 1543 0012 3654 10760 1370
05
CFL-05(A) 1551 0006 3480 10760 1370
1295 CFL-05(B) 1551 0006 3522 9610 1224
CFL-05(C) 1551 0006 3478 10140 1291
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Para el disentildeo de mezcla con tratamiento previo a la cascarilla con aceite de linaza se infiere
que los resultados se reducen en comparacioacuten a los valores de resistencia para los testigos
mezcla patroacuten
Entre las tres variables de porcentajes utilizados para este disentildeo de mezcla se tiene que la
mayor resistencia se presenta en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra
vegetal es del 10 concluyendo que para este disentildeo superar este porcentaje reduciraacute
notablemente la resistencia a la compresioacuten
1094
1386 1295
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Resistencia
R
eal
MP
a
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Aceite de Linaza
Aceite de Linaza
Testigo
99
5312 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFH-15(A) 1536 0018 3516 10840 1380
1376 CFH-15(B) 1536 0018 3504 10650 1356
CFH-15(C) 1536 0018 3508 10950 1394
10
CFH-10(A) 1543 0012 3708 9000 1146
115 CFH-10(B) 1543 0012 3519 9210 1173
CFH-10(C) 1543 0012 3521 8880 1131
05
CFH-05(A) 1551 0006 3642 13390 1705
1654 CFH-05(B) 1551 0006 3614 11650 1483
CFH-05(C) 1551 0006 3671 13940 1775
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Este tratamiento arroja resultados de forma inferior a los establecidos por las probetas testigos
mezcla patroacuten sin ninguacuten tipo de adicioacuten ni reemplazo Para este caso en el que se obtuvo una
mejor resistencia es en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra vegetal es del
05 el menor valor de reemplazo seguido de este el reemplazo 15 tuvo una mayor
resistencia en comparacioacuten del 10
1376
115
1654
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra Hidroacutexido de Calcio
Resistencia
Testigo
100
5313 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con cal agriacutecola
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFC-15(A) 1536 0018 3439 8120 1034
1176 CFC-15(B) 1536 0018 3568 9460 1204
CFC-15(C) 1536 0018 3475 10150 1292
10
CFC-10(A) 1543 0012 3575 11880 1513
1575 CFC-10(B) 1543 0012 3559 12350 1572
CFC-10(C) 1543 0012 3562 12880 1640
05
CFC-05(A) 1551 0006 3494 12240 1558
1449 CFC-05(B) 1551 0006 3515 10770 1371
CFC-05(C) 1551 0006 3493 11140 1418
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Simultaacuteneamente al tratamiento con aceite de linaza e hidroacutexido de calcio la proteccioacuten a la
fibra con cal agriacutecola mantiene sus valores debajo de los comparados con la mezcla patroacuten
Con este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla se obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso determinando que el aumento de
porcentaje por el reemplazo de la cascarilla reduciraacute notablemente la resistencia
1176
1575 1449
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Cal Agricola
Testigo
101
5314 Promedio resistencias de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia)
Realizando una comparacioacuten de los resultados obtenidos a partir de los promedios en los
disentildeos de mezcla planteados es claro que los porcentajes arrojan resultados con peacuterdida de
resistencia en comparacioacuten con los valores dados por los cilindros testigos (CP) en los que la
mezcla no posee ninguacuten tipo de agregado ni reemplazo
Para cada uno de los porcentajes cada tratamiento sobresale uno maacutes que el otro Se puede
apreciar que el mejor resultado lo arroja el tratamiento con hidroacutexido de calcio con un
porcentaje del 05 y el tratamiento con cal agriacutecola al 10 asiacute como el hidroacutexido de calcio al
15
El uso de aceite de linaza como tratamiento genera una mayor resistencia en la sustitucioacuten de
fibra vegetal en el 10 estando por encima del tratamiento de hidroacutexido de calcio pero es el
menor de las otras dos variables en los otros porcentajes de reemplazo
0
5
10
15
20
25
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de Reemplazo
Promedio Resistencias Real MPa
Aceite de Linaza
Hidroxido de calcio
Cal
Testigo
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
102
54 Ensayo de Sortividad
Se desarrolla este ensayo tomando como referente la norma ASTM C1585 ndash 04 que determina
poner en contacto con el agua una de las superficies del espeacutecimen (en este caso fue la cara
expuesta durante la fundida) y de esta manera lograr determinar la capacidad de absorcioacuten del
agua a diferentes intervalos de tiempo Para la ejecucioacuten se utilizaron especiacutemenes ciliacutendricos
de 10cm de diaacutemetro x 20cm de altura previamente al desarrollo de la prueba se colocaron los
especiacutemenes a secar al horno a una temperatura de 80degC con el fin de garantizar que el mismo
grado de saturacioacuten para todas las muestras
La norma bajo la cual se desarrolla esta prueba establece que los especiacutemenes sean sellados
por su periacutemetro con un material impermeable y con dimensiones especiacuteficas de 5cm de altura
y 10cm de diaacutemetro sin embargo dado que se trata de un ejercicio donde se busca comprobar
las 3 variables de mezclas seguacuten el curado y sus respectivos porcentajes de reemplazo de
agregado grueso por fibra vegetal se optoacute por hacer uso de los cilindros completos sin hacer
uso de alguacuten impermeabilizante perimetral garantizando la laacutemina de agua de 2plusmn1mm
establecida por la norma
Il 18a Secado de cilindros a 80degC (24h) Il 18b Ensayo de sortividad intervalos de tiempo
El ensayo se desarrolloacute en las instalaciones del laboratorio de tecnologiacutea del concreto del
edificio IEI el procedimiento se efectuoacute siguiendo lo dictado por la norma
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia)
103
Se Se tomaron pesos a los especiacutemenes en diferentes intervalos de tiempo con el fin de tomar
la sortividad inicial se parte por tomar el peso de los cilindros en estado seco tomado como
tiempo cero a partir del cual se podraacute medir el cambio en el peso de los especiacutemenes de
acuerdo a los tiempos establecidos Tambieacuten se toman cuatro (4) medidas a los diaacutemetros de
los cilindros de las caras que estaraacuten en contacto con el agua para que realizado el caacutelculo de
diferencia de peso de cada intervalo de tiempo este sea dividido entre el aacuterea obtenida con el
promedio de los diaacutemetros y se define la absorcioacuten en mm3mm2 para graficar la relacioacuten entre
la raiacutez cuadrada del tiempo en segundos y la absorcioacuten obtenida
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) MUESTRA 1 Reemplazo 05 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 1037 Aacuterea expuesta 8446m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3289 00000 00000
60 8 32915 00010 00010
300 17 3293 00006 00017
600 24 3294 00004 00021
1200 35 329525 00004 00025
1800 42 32958 00003 00028
3600 60 329715 00005 00033
7200 85 329965 00010 00044
10800 104 33014 00007 00051
14400 120 330195 00003 00054
18000 134 330285 00004 00057
21600 147 330405 00005 00062
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00 500 1000 1500 2000
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-05
Sortividad
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia)
104
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 2 Reemplazo 10 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10036 Aacuterea expuesta 7910m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3402333 00000 00000
60 8 34046 00014 00014
300 17 34051 00002 00016
600 24 3405533 00004 00020
1200 35 34065 00005 00025
1800 42 3406667 00001 00026
3600 60 3407033 00003 00029
7200 85 3408333 00008 00037
10800 104 34091 00006 00043
14400 120 3409167 00001 00044
18000 134 3410 00004 00048
21600 147 3410067 00005 00053
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 3 Reemplazo 15 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10106 Aacuterea expuesta 8021m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3300 00000 00000
60 8 3302 00012 00012
300 17 33025 00003 00016
600 24 33036 00007 00022
1200 35 330435 00005 00027
1800 42 330485 00003 00030
3600 60 330585 00006 00036
7200 85 330755 00011 00047
10800 104 330905 00009 00056
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-10
Sortividad I
105
14400 120 33097 00004 00060
18000 134 330985 00002 00062
21600 147 331095 00006 00068
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 4 Reemplazo 05 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10213 Aacuterea expuesta 8190m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33965 00000 00000
60 8 3400 00022 00022
300 17 3402 00012 00034
600 24 340345 00009 00043
1200 35 340605 00016 00059
1800 42 340675 00004 00064
3600 60 341035 00022 00086
7200 85 341335 00019 00105
10800 104 341595 00016 00121
14400 120 341675 00005 00126
18000 134 34178 00007 00133
21600 147 34193 00009 00142
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00080
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-15
Sortividad I
106
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 10 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00026 00026
300 17 3512 00009 00034
600 24 35145 00016 00050
1200 35 35163 00011 00061
1800 42 351745 00007 00068
3600 60 35203 00018 00086
7200 85 3523 00017 00103
10800 104 35251 00013 00116
14400 120 35263 00007 00123
18000 134 35278 00009 00133
21600 147 352865 00005 00138
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-05
Sortividad I
107
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 15 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00021 00021
300 17 3512 00016 00036
600 24 35145 00025 00061
1200 35 35163 00014 00075
1800 42 351745 00012 00087
3600 60 35203 00025 00112
7200 85 3523 00023 00134
10800 104 35251 00016 00150
14400 120 35263 00011 00161
18000 134 35278 00011 00172
21600 147 352865 00005 00176
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-10
Sortividad I
108
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 7 Reemplazo 05 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10129 Aacuterea expuesta 8056m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33505 00000 00000
60 8 3354 00022 00022
300 17 335665 00016 00038
600 24 33598 00020 00058
1200 35 33641 00027 00085
1800 42 336475 00004 00089
3600 60 336565 00006 00094
7200 85 336985 00026 00120
10800 104 3372 00013 00134
14400 120 337325 00008 00142
18000 134 33751 00012 00153
21600 147 33756 00003 00156
00000
00050
00100
00150
00200
00 200 400 600 8001000120014001600
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-15
Sortividad I
109
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 8 Reemplazo 10 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10146 Aacuterea expuesta 8085m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3346 00000 00000
60 8 335115 00032 00032
300 17 335395 00017 00049
600 24 335725 00021 00070
1200 35 336175 00028 00098
1800 42 33623 00003 00101
3600 60 336315 00005 00107
7200 85 3367 00024 00131
10800 104 33689 00012 00142
14400 120 337005 00007 00150
18000 134 33718 00011 00161
21600 147 33725 00004 00165
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-05
Sortividad I
110
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 9 Reemplazo 15 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9991 Aacuterea expuesta 7838m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3376 00000 00000
60 8 337965 00023 00023
300 17 33812 00010 00032
600 24 338365 00015 00048
1200 35 338735 00023 00071
1800 42 338785 00003 00074
3600 60 338865 00005 00079
7200 85 33927 00025 00104
10800 104 33946 00012 00116
14400 120 339565 00007 00122
18000 134 33974 00011 00133
21600 147 33979 00003 00136
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-10
Sortividad I
111
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
MUESTRA 10 Testigos Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9945 Aacuterea expuesta 7766m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 36705 00000 00000
60 8 36751 00029 00029
300 17 36764 00008 00037
600 24 36783 00012 00049
1200 35 368045 00013 00062
1800 42 36807 00002 00063
3600 60 36811 00002 00066
7200 85 368315 00013 00079
10800 104 36838 -00307 -00228
14400 120 36842 00314 00085
18000 134 368545 00008 00093
21600 147 368565 00001 00094
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-15
Sortividad I
112
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
Se calculan todos los valores dados por cada una de las variables tanto tratamiento como
porcentaje de reemplazo en los intervalos de tiempo establecidos para medir la capacidad de
absorcioacuten por capilaridad Estos resultados fueron obtenidos de especiacutemenes curados durante
28 diacuteas
-00250
-00200
-00150
-00100
-00050
00000
00050
00100
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CP
Sortividad I
113
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia)
Se presentan notables variaciones con respecto a los porcentajes de reemplazo y los
tratamientos Para el tratamiento con aceite de linaza el grado de absorcioacuten es el menor en
relacioacuten a los otros tratamientos siendo el porcentaje 10 el mejor resultado para esta
variable Los tratamientos hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola determinan en relacioacuten a la mezcla
patroacuten y aceite de linaza una alta capacidad de absorcioacuten
0
0002
0004
0006
0008
001
050 1 150
Pro
me
dio
so
rtiv
idad
Porcentaje de reemplazo
Sortividad Inicial
Aceite de linaza
Cal agriacutecola
Hidroacutexido de C
Aceite Linaza Cal Agriacutecola H de Calcio Testigo
Sortividad I Pmd 00038 0009 00085 00036
0
0001
0002
0003
0004
0005
0006
0007
0008
0009
001
SOR
TIV
IDA
D
Sortividad I Pmd
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia)
114
55 Ensayo moacutedulo de rotura
Este ensayo suministra el valor de la resistencia a la traccioacuten del concreto en forma indirecta
Medida que se toma a una viga de concreto no reforzado Para ello se mide mediante la
aplicacioacuten de cargas a vigas de concreto de 6rdquo 6rdquo (150150mm) de seccioacuten transversal y con
luz de tres veces el espesor o sea 18rdquo (450mm) La resistencia a la traccioacuten se expresa como
el moacutedulo de rotura (MR) y se determina mediante el meacutetodo de ensayo en este caso ASTM
C78 la carga se aplica en los tercios de la luz libre
Il 19a Momento de aplicacioacuten Il 19b Viga fallada Il 19c Cara de la fractura
de fuerza a la viga
Para este ensayo se fundieron vigas de 50cm de longitud con seccioacuten prismaacutetica cuadrada de
15cm x 15cm pasados 28 diacuteas de su elaboracioacuten Se realizaron 20 vigas correspondiendo a
las 3 variables de tratamiento previo a la fibra vegetal a los porcentajes de reemplazo (05 -
10 - 15) y las vigas testigo sin ninguacuten tipo de reemplazo ni adicioacuten
Los pesos de los materiales fueron multiplicados por 00123 (00112 volumen de la formaleta
de la viga x 110 desperdicio)
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia)
115
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
vigas
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8725 10609
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 9997 0123
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8769 10650
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 6678 0082
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 88133 10691
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 3339 0041
116
Resultados 551
A continuacioacuten se presentan los resultados obtenidos a partir del desarrollo de la prueba
aplicada a las vigas de concreto falladas a flexioacuten
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia)
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada(
N)
Moacutedulo de
Rotura
(MPa)
Testigos CP(A)
450 150 150 178633
176754 68 CP(B) 174875
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo)
La carga maacutexima alcanzada por el concreto con disentildeo de mezcla sin adiciones ni reemplazos
(CP) es en promedio de 1767 54 (2356 MPa) resultado que seraacute utilizado como referente
para los datos arrojados por disentildeos de mezclas con reemplazo de fibra vegetal ya planteados
117
5511 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFL-15(A)
450 150 150 157067
150205 58 CFL-15(B) 143343
10 CFL-10(A)
450 150 150 152581
1494 57 CFL-10(B) 14622
05 CFL-05(A)
450 150 150 166496
168301 65 CFL-05(B) 170107
Promedio 6
En la variable tratamiento a la fibra con aceite de linaza se obtiene como resultado cifras
inferiores a las dadas por la mezcla patroacuten perdiendo resistencia todos los porcentajes ante el
ensayo de flexioacuten de vigas De acuerdo a los datos generados se puede establecer que el
porcentaje de sustitucioacuten para este disentildeo de mezcla con mayor resistencia a la flexioacuten es del
05
1400
1500
1600
1700
1800
1900
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento aceite de linaza
Resistencia ala flexioacuten
Testigos
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo) Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo)
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
118
5512 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre
apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFH-15(A)
450 150 150 185633
177788 68 CFH-15(B) 169943
10 CFH-10(A)
450 150 150 216523
20103 78 CFH-10(B) 185536
05 CFH-05(A)
450 150 150 189638
188012 72 CFH-05(B) 186387
Promedio 72
Este disentildeo de mezcla con el previo tratamiento a la cascarilla de cafeacute con Hidroacutexido de calcio
supero en los tres porcentajes de sustitucioacuten de agregado grueso la resistencia a la flexioacuten de
las probetas testigo El mejor resultado para este disentildeo de mezcla lo obtuvo el 10 de
sustitucioacuten seguido por el 05 y la menor resistencia la obtuvo la mezcla con el 15 de
reemplazo
1700
1800
1900
2000
2100
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento hidroacutexido de calcio
Resistencia a laflexioacuten
Testigos
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica24 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
119
5513 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFC-15(A)
450 150 150 178901
180590 69 CFC-15(B) 182278
10 CFC-10(A)
450 150 150 205321
213658 81 CFC-10(B) 221996
05 CFC-05(A)
450 150 150 178884
176244 67 CFC-05(B) 173604
Promedio 72
Esta variable tratamiento a la cascarilla con cal agriacutecola obtuvo igualmente que el hidroacutexido de
calcio resultados superiores que la mezcla patroacuten
Este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso paralelamente los porcentajes 05
y 15 son notablemente inferiores
1700
1800
1900
2000
2100
2200
000 050 100 150 200
Maacute
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento cal agriacutecola
Resistenciaa la flexioacutenTestigos
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
120
5514 Promedio resistencia a la flexioacuten de vigas de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea propia)
De acuerdo a los resultados obtenidos en el ensayo de flexioacuten de vigas se determinan los
resultados promedio de los disentildeos de mezcla establecidos teniendo asiacute dos variables que
superan los resultados de las vigas testigo el tratamiento hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola
aunque en el reemplazo del 05 la mezcla patroacuten supera por unas miacutenimas unidades al
tratamiento con cal agriacutecola
El tratamiento con aceite de linaza no supera la variable mezcla patroacuten esta queda por debajo
de los resultados en todos los porcentajes de sustitucioacuten En cuanto al porcentaje de reemplazo
que arrojo mejores resultados para el ensayo de flexioacuten de vigas es 10 esto para las
variables hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola el tratamiento con aceite de linaza se ubica por
debajo de la mezcla patroacuten
58
57
65
68
78
72
69
81
67
68
68
68
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
150 100 050
MaacuteX
Fu
erza
kgf
Porcentaje de reemplazo
Promedio resistencia a la flexioacuten de la viga
Aceite de linaza
Hidroxido decalcio
Cal agricola
Testigos
121
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta
A partir de los resultados obtenidos en los ensayos realizados a los disentildeos de mezclas
planteados se establece en conjunto una relacioacuten comparativa que permite simplificar y tomar
el mejor resultado con las mejores caracteriacutesticas fiacutesicas y mecaacutenicas para lograr realizar dos
prototipos de placas y de disentildeo respectivamente uno con una mezcla resultado de las
mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas y otro con las mejores cualidades fiacutesicas a la vista
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 571
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA 15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilidad
Resistencia
M Rotura
La mezcla con mejores caracteriacutesticas en su comportamiento mecaacutenico para el desarrollo del
prototipo de formaleta es la del tratamiento con hidroacutexido de calcio a pesar de tener resultados
similares con el tratamiento de cal agriacutecola los resultados en especiacutefico son superiores por el
tratamiento con hidroacutexido y el porcentaje con las cifras en promedio maacutes altas es del 10
A partir de estos resultados se utiliza la mezcla con reemplazo al 10 y tratamiento previo a
la cascarilla con hidroacutexido de calcio
Cumple
No cumple
122
Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 572
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA
15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilid
ad
Apariencia
Pigmentacioacute
n
Formaleta
Sortividad
El tratamiento aceite de linaza es utilizado para el prototipo de formaleta porque sus
caracteriacutesticas son superiores en comparacioacuten con las otras dos variables de tratamiento El
tratamiento con cal agriacutecola cumple de forma similar con las caracteriacutesticas fiacutesicas para este
prototipo pero teniendo en cuenta factores como la apariencia particular que dejaron los
resultados de exposicioacuten a la intemperie y ensayo de sortividad el uso de aceite de linaza para
la proteccioacuten de cascarilla es superior a los demaacutes
El tratamiento con aceite de linaza y sustitucioacuten de agregado grueso por fibra vegetal al 10
es utilizado para el desarrollo de prototipo de formaleta
Cumple
No cumple
123
58 Desarrollo de prototipos
Se fabricaron dos prototipos de formaleta uno para el disentildeo de mezcla que cumple con las
caracteriacutesticas fiacutesicas y otro para el disentildeo de mezcla con las caracteriacutesticas mecaacutenicas
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia)
MEZCLAS DE CONCRETO SUSTITUCIOacuteN 10
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
FIacuteSICAS
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
MECAacuteNICAS
Formaleta con poliestireno expandido Formaleta con elementos en balso
Desmolde Desmolde
124
59 Resultados
Prototipo para propiedades fiacutesicas 591
El prototipo de formaleta para explorar las propiedades fiacutesicas se ajustoacute a los requerimientos
del disentildeo de formaleta la copia de textura modelo y pigmentacioacuten se pueden visualizar en el
concreto final haciendo uso de cemento blanco y pigmento color amarillo En este disentildeo no es
observable a simple vista como en el ejercicio experimental las partiacuteculas de cascarilla quizaacutes
esto dependa de la cantidad de cascarilla ya que en este ejercicio se utilizoacute uacutenicamente el 1
de reemplazo
Con menor cantidad de poros los existentes dados en su mayoriacutea a la porosidad de la
formaleta esta mezcla se adaptoacute a los objetivos de esta investigacioacuten el lograr homogeneidad
en la pigmentacioacuten y adherencia a los diferentes prototipos de disentildeo de formaleta
Prototipo para propiedades mecaacutenicas 592
Para este prototipo se hizo uso de cemento gris sin ninguacuten tipo de aditivo colorante De igual
manera que al anterior prototipo este se ajustoacute a los paraacutemetros exigidos al disentildeo de
formaleta con facilidad se pudo retirar del molde se le pudieron retirar los elementos en balso
y en este proceso no hubo dantildeos de filos al contrario copia con exactitud el disentildeo de la
formaleta
125
A pesar de hacer una estricta ejecucioacuten de vibrado para este prototipo teniendo presente lo
sucedido en el ejercicio experimental se obtuvo nuevamente porosidad en esta cara de la
placa en menor cantidad pero siguen presente las burbujas que dificultan en alguna medida a
obtener una superficie maacutes homogeacutenea con menor porosidad
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones
61 Conclusiones
La fibra vegetal cascarilla de cafeacute proveniente de la trilla del grano de cafeacute como reemplazo
del agregado grueso cumple con los paraacutemetros de resistencia para elementos no estructurales
como se planteoacute al inicio de investigacioacuten cumple con las condiciones de trabajabilidad de la
mezcla y acabado oacuteptimo y particular para el desarrollo como concreto arquitectoacutenico
Se tuvo en cuenta la literatura investigaciones anteriores donde las recomendaciones se
basaban en no tener altos porcentajes de sustitucioacuten dado que la resistencia tiende abajar
significativamente y de tal manera conservar la manejabilidad y propiedades mecaacutenicas de la
mezcla
A partir de los anaacutelisis realizados a las placas para evaluar la adherencia al color al estampado
y a la textura se puede concluir que por apariencia aplicar el tratamiento de aceite de linaza a
la cascarilla permite que estas partiacuteculas queden a la vista generando una caracteriacutestica
particular a la visual del concreto para las diferentes aplicaciones arquitectoacutenicas El
tratamiento con cal agriacutecola no genera el mismo efecto en las partiacuteculas de la cascarilla como
lo genera el aceite de linaza sin embargo tuvo una oacuteptima adherencia al color y a los patrones
de disentildeo de formaletas que se establecieron A diferencia del tratamiento con hidroacutexido de
calcio no hubo una homogeneidad en la pigmentacioacuten y al igual que con la cal agriacutecola las
partiacuteculas no son visibles a la cara del concreto como si lo logra el tratamiento con aceite de
linaza sin embargo se adaptoacute de forma oacuteptima a los patrones de formaleta establecidos
126
Se recomienda un buen procedimiento y ejecucioacuten para el vibrado para lograr retirar la mayor
parte de aire contenido en la mezcla y evitar porosidad en la cara principal del concreto como
acabado arquitectoacutenico
El reemplazo que sustituye al agregado grueso por agregado vegetal refleja una disminucioacuten
del peso debido a las caracteriacutesticas propias de la fibra vegetal la reduccioacuten del peso variacutea
entre el 013 y 534 en comparacioacuten con la mezcla patroacuten No hay una variacioacuten notable en
la consistencia de la mezcla por parte de la fibra vegetal y entre la mezcla patroacuten lo que
permite una mezcla manejable sin dificultad conservando los valores de asentamiento
establecidos para el disentildeo de mezcla
Los resultados obtenidos para el ensayo de resistencia a compresioacuten fueron menores con
respecto a la mezcla patroacuten entre el 4853 y 7360 obteniendo un menor desempentildeo para la
sustitucioacuten del 15 y el mejor resultado de resistencia fue el reemplazo del 05 con la
variable tratamiento hidroacutexido de calcio considerando que esta variable fue la que tuvo mejores
resultados con respecto al aceite de linaza y a la cal agriacutecola sin embargo en el porcentaje de
sustitucioacuten 1 la cal agriacutecola supero en resistencia a la compresioacuten al ensayo con hidroacutexido de
calcio del mismo porcentaje
Se puede concluir que los mejores resultados a la resistencia se encuentran entre los
porcentajes 05 y 10
Para el ensayo de sortividad inicial el porcentaje con mayor absorcioacuten con respecto a la
mezcla patroacuten incluso superando a esta es la sustitucioacuten de 05 y el porcentaje con menor
absorcioacuten de agua es la del 10 teniendo en cuenta el tipo de tratamiento que se le dio a la
cascarilla El aceite de linaza fue de entre las tres variables de tratamiento a la cascarilla la que
menos tuvo absorcioacuten de agua se podriacutea decir que debido a sus propiedades repelentes contra
el agua no se facilitoacute la succioacuten por capilaridad del agua en este ensayo El porcentaje y
tratamiento con mayor absorcioacuten de agua fue el 15 con hidroacutexido de calcio superando a
todas las demaacutes variables
Los resultados obtenidos para el ensayo de flexioacuten de vigas son muy oacuteptimos la adicioacuten de
fibra vegetal genera posesividad entre las partiacuteculas la sustitucioacuten del agregado grueso por la
fibra vegetal estaacute por encima delos valores dados por la mezcla patroacuten entre 056 y 1727
127
a excepcioacuten de la mezcla con tratamiento a la fibra con aceite de linaza esta mostroacute resultados
inferiores entre el 47 y 15 Claramente el tratamiento aplicado a la fibra vegetal influye
notoriamente en estos resultados siendo la cal agriacutecola al 10 la que tiene mayor resistencia
a la flexioacuten de vigas
En general se puede decir que realizar mezclas con adicioacuten de la fibra vegetal cascarilla de
cafeacute para el uso y aplicaciones como concreto arquitectoacutenico es posible obteniendo
paraacutemetros de resistencia durabilidad cohesioacuten entre los materiales homogeneidad entre la
pigmentacioacuten los tratamientos efectuados a la cascarilla en relacioacuten a los demaacutes materiales de
la mezcla lo cual se obtiene al igual que con el concreto de agregado convencional siempre
que se lleven a cabo los procedimientos correctamente y un exhaustivo curado
62 Recomendaciones
Se recomienda estudiar el efecto de las variables de tratamiento a la cascarilla de cafeacute a
edades de 7 14 y 56 diacuteas para observar si existe una relacioacuten entre el tiempo de curado y el
proceso de mineralizacioacuten de la fibra asiacute como estudiar el curado con bosa plaacutestica
Teniendo presente los resultados obtenidos y despueacutes de comprobar que el uso del tratamiento
con hidroacutexido de calcio tiene mejores cualidades mecaacutenicas que las otras mezclas y el
tratamiento con aceite de linaza mejores cualidades fiacutesicas se podriacutean realizar un estudio con
las dos variables en una misma mezcla cada una al 05y analizar su comportamiento
Considerando que los resultados para la prueba de sortividad inicial fue optimo uacutenicamente en
la variable de aceite de linaza se recomienda realizar maacutes pruebas de durabilidad y obtener la
sortividad secundaria para determinar si las variables de proteccioacuten a la fibra mejoran la
resistencia frente a todo tipo de agentes externos que afecten la vida de servicio como el
desgaste contaminacioacuten agua luz solar los sulfatos y los aacutecidos
Es importante estudiar el moacutedulo de elasticidad estaacutetico y dinaacutemico del material con el fin de
observar si la adicioacuten en estudio causa una variacioacuten en la influencia y la elasticidad del
concreto con el fin de ampliar las aplicaciones a esta tecnologiacutea
128
Para obtener una menor cantidad de porosidad se recomienda agregar a la mezcla un 5 maacutes
de agua o poner a prueba algunos aditivos que favorezcan su reduccioacuten
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133
Terreros Rojas L E amp Carvajal Corredor I L (2016) Anaacutelisis De Las Propiedades Mecaacutenicas De Un Concreto Convencional Adicionando Fibra De Caacutentildeamo Universidad Catoacutelica de Colombia Retrieved from httpsrepositoryucatolicaeducobitstream1098368314TESIS-ANLISIS DE LAS PROPIEDADES MECNICAS DE UN CONCRETO CONVENCIONAL ADICIONANDO FIBRA DE CApdf
Yepes S M Naranjo L J M amp Saacutenchez F O (2008) Valorizacioacuten De Residuos AgroindustrialesndashFrutasndashEn Medelliacuten Y El Sur Del Valle Del Aburraacute Colombia Rev Fac Nal Agr Medellin 61(1) 4422ndash4431 Retrieved from httpwwwrevistasunaleducoindexphprefamearticleview24742
134
8 Anexos
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO
135
82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA
httpswwwcalcocomcowp-contentuploads201809ficha-tecnica-cal-agricola-cales-oct-222pdf
136
83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO
httpwwwcaldelvallecompdfConstruccionFRpdf
137
84 Entrevista
1 DE QUE POBLACIOacuteN ES PROVENIENTE EL CAFEacute Y SU ALTITUD
Para el caso del cafeacute que ingresa a Almacafeacute Sucursal Pasto el 100 del cafeacute corresponde al departamento de Narintildeo generalmente no se separa por municipio o regioacuten sin embargo se hace separacioacuten seguacuten el tipo de cafeacute si es certificado (Rainforest 4C Regional Nespresso AAA) solo en algunos negocios puntuales se puede separar por origen especifico La mayoriacutea de cafeacute de Narintildeo se produce entre los 1600 y 1900 msnm aunque se puede encontrar cafeacute desde los 1100 metros hasta los 2300 metros El promedio de altura es de 1765 msnm En Narintildeo 41 municipios producen cafeacute
2 QUEacute TIPO DE CAFEacute ES
El cisco proviene de trilla de diferentes tipos de cafeacute principalmente cafeacute Regional 4C y Nespresso Pero no se hace separacioacuten del cisco por tipo de cafeacute
3 EN QUE MES SE HACE LA SIEMBRA Y EN QUE MES SE HACE LA COSECHA
Las etapas de cafeacute son Germinador (alrededor de 2 meses) Almacigo (6- 8 meses) y finalmente Siembra en el terreno donde estaraacute por 7 antildeos aprox tiempo al cual se renueva por zoca (cortar tallo principal a 30 cm del suelo de donde brota una nueva planta) o siembra de una nueva planta El mes de siembra del germinador en Narintildeo generalmente es febrero Es decir la plaacutentula de cafeacute se siembra en el lote definitivo entre octubre y noviembre
4 PROPIEDADES GENERALES DE LA TIERRA
ldquoEl Cafeacute de Narintildeo es 100 araacutebicohelliprdquo (es decir las variedades sembradas son de esta especie) ldquohellipsembrado a altas alturas recolectado selectivamente y procesado por la viacutea huacutemeda en las parcelas cafeteras de los productores La ubicacioacuten de Narintildeo en Colombia hace de su zona cafetera un lugar sin duda especial Estas condiciones hacen que en la Zona de Produccioacuten de Cafeacute de Narintildeo se presente una combinacioacuten de factores tales como la radiacioacuten solar de 1666 horas en promedio durante el antildeo los ciclos de lluvia de 1866 miliacutemetros al antildeo y los suelos con alto contenido de materia orgaacutenica que hacen posible el cultivo del cafeacute a grandes alturas y temperaturas en promedio de 199 degC con valores promedio maacuteximo de 259 y miacutenima de 16degC Estos diferentes factores explican que el Cafeacute de Narintildeo se produzca en alturas que alcanzan hasta los 2300 metros sobre el nivel del mar en zonas que presentan en promedio temperaturas bajas comparadas con el resto de zonas cafeteras de Colombia y de buena parte del mundo Producir cafeacute a esta altura podriacutea ser casi imposible si el calor que se acumula durante el diacutea en el fondo de los cantildeones y de los profundos valles no ascendiera en las noches para atenuar el frio de las partes maacutes altas de las montantildeasrdquo Tomado de Cafedecolombiacom En este enlace se puede encontrar toda la informacioacuten sobre los factores agroclimaacuteticos de la regioacuten httpnarinocafedecolombiacomnarino
5 CANTIDAD APROXIMADA DEL AacuteREA DE CULTIVO
138
38400 hectaacutereas sembradas en Narintildeo
6 A TODO TIPO DE CAFEacute SE LE RETIRA LA CASCARILLA Siacute Colombia produce cafeacutes suaves lavados lo que significa que el grano de cafeacute se recolecta en cereza luego en la finca es despulpado (es decir se retira la cascara o cereza) fermentado (para quitar un mucilago o baba que estaacute prendida al pergamino que es la capa siguiente) lavado y secado (hasta que la humedad del cafeacute en pergamino seco esteacute entre 10 y 12) Posterior el productor lo lleva a vender al comercio o cooperativa Luego se consolidan cantidades determinadas que son entregadas a Almacafeacute o alguacuten otro comerciante particular para posterior ser trillado es decir retirar el cisco de la almendra la cual se tuesta para obtener el cafeacute tostado y molido y finalmente la bebida Lo anterior significa que el cisco es necesariamente retirado para poder tostar el cafeacute
7 QUE CANTIDAD APROXIMADA SE RECIBE DE CISCO ANUAL El cisco no se recibe se obtiene del proceso de trilla y depende del volumen de cafeacute pergamino seco asignado para trilla en nuestra trilladora El antildeo pasado se trillaron 3 millones de kilos de cafeacute pergamino y generalmente el de cisco corresponde a un 18 - 20 es decir unos 500000 kilos de cisco en el antildeo anterior Cifras aproximadas
8 QUE REALIZAN CON LAS CASCARILLA QUE USOS TIENE La totalidad del cisco producido se entrega para uso como combustible en silos secadores de cafeacute que tienen los mismos productores (para secar el cafeacute en la finca el productor tiene dos opciones Secado al sol oacute Mecaacutenico es decir en silos que usan combustible como carboacuten coque ACPM gas o cisco) Sin embargo tambieacuten lo usan empresas ladrilleras en los hornos para elaborar ladrillo y tejas de barro Tambieacuten al ser un producto orgaacutenico puede ser incorporado a procesos de elaboracioacuten de abonos orgaacutenicos
9 CUAL ES EL MERCADO QUE MAS SE BENEFICIA DE ESTE RESIDUO Y EL QUE MAYOR DEMANDA TIENE
Los Caficultores y las cooperativas quienes lo usan como combustible Ver punto anterior
10 SE LLEGA A BOTAR ESTE RESIDUO PORQUE RAZOacuteN Anteriormente maacutes de 20 antildeos se usaban en gran medida para abono orgaacutenico pero actualmente su uso es como combustible Es decir no hay registro que se llegaraacute a botar
11 LE DAN ALGUacuteN OTRO USO EN LA EMPRESA
139
Hasta el momento no se incorpora en ninguacuten proceso En alguacuten momento hace maacutes de 20 antildeos se pensaba usar en construccioacuten de planchas para casas con colboacuten o pegamento sin embargo no se llevoacute a cabo el proyecto
12 TRABAJAN CON GRANDES CAFICULTORES O CON PEQUENtildeAS FINCAS O AMBAS
En el departamento el 99 de los caficultores son pequentildeos con un promedio de 098 hectaacutereas Pero no hay ninguacuten tipo de sectorizacioacuten si son grandes medianos o pequentildeos oacutesea se trabaja con todos
13 CUANTO PAGAN POR BULTO (SI ES POSIBLE SABER EL VALOR EXACTO O PROMEDIO)
Un bulto de cisco se vendioacute en promedio en 4600 pesos partiendo de un peso promedio de 60 kilos
14 DEL DEPARTAMENTO DE NARINtildeO QUE PORCENTAJE DE CULTIVOS LLEGAN A ALMACAFEacute
Aproximadamente un 30 a 35 del total de la produccioacuten del departamento Produccioacuten Total del Departamento = 35 millones de kilos tambieacuten aproximado
15 LA MAQUINA TRILLADORA FUNCIONA A GASOLINA O ES ELEacuteCTRICA QUE CONSUMO PROMEDIO TIENE
Eleacutectrica aunque tiene una planta a gasolina que funciona cuando no hay suministro de electricidad La maacutequina trilladora como tal se llama Apolo 4 y funciona con un motor de 100 HP tiene un consumo aproximado de 300Kvahora pero todo el sistema de trilla que incluye recibo de pergamino trilla monitor de almendra mesas densimeacutetricas electroacutenicas de color y ensaque puede tener consumir promedio 500 Kvahora
16 QUE POSICIOacuteN TIENE NUESTRO CAFEacute A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL El cafeacute colombiano y en especial el cafeacute de Narintildeo tienen una excelente calidad que lo ha posicionado como uno de los mejores del mundo Colombia ocupa el primer lugar en produccioacuten de Cafeacutes Suaves Lavados y es el tercer productor mundial de cafeacute despueacutes de Brasil y Vietnam
17 A QUE LUGARES ES EXPORTADO Los destinos principales de exportacioacuten son EEUU Europa y Japoacuten
18 A ESCUCHADO O LE HAN SOLICITADO ALGUacuteN RESIDUO DEL CAFEacute PARA ALGUacuteN TEMA RELACIONADO CON LA CONSTRUCCIOacuteN O PARA CREAR UN NUEVO MATERIAL
140
Solicitudes no pero si he visto y escuchado sobre el uso del residuo de la preparacioacuten de la bebida para elaborar artesaniacuteas e incluso ropa Hablo de la borra o Cuncho
19 CUAacuteL ES SU OPINIOacuteN ACERCA DEL DESARROLLO DE ESTA INVESTIGACIOacuteN No habiacutea escuchado antes sobre este tipo de investigacioacuten uacutenicamente la de elaborar planchas de casas en conjunto con pegamento lo cual me comentaron justo para responder esta encuesta Considero muy vaacutelida este tipo de propuestas de innovacioacuten en la medida que sea validada desde lo comercial se tendraacute que analizar el costo dado que el cisco es muy necesario para el caficultor en el secado del grano y al momento de competir con el mercado de la construccioacuten seguramente se elevaraacute el precio del mismo Manuel Fernando Pentildea Jefe de Operaciones Almacafeacute Pasto (2017)
A mamaacute
Agradecimientos
No somos nadie sin creer creer en eso que nos guie nos cuide nos vigile quiera lo mejor para
nosotros y creo en un Dios que todo lo puede a quien agradezco mi vida
Es importante ver como el sacrificio de quienes velan por nosotros es hoy en diacutea el resultado
de este trabajo de este largo y arduo camino no siempre plasmado en letras nuacutemeros y
deberes Gracias a mis padres mi gemela mis abuelitos quienes han hecho de mi quien soy
hoy en diacutea quienes inspiran en mi vida a quienes guardo el maacutes grande respeto y
agradecimiento
Mi universidad siempre fue un suentildeo ser parte de esta alma maacuteter y agradezco por el
profesional y persona que cultivo en miacute un eterno orgullo
ldquoUno recuerda con aprecio a sus maestros brillantes pero con gratitud a los que tocaron
nuestros sentimientosrdquo Carl Gustar Jung A mi directora por su tiempo por su guiacutea por sus
inestimables aportaciones a su calidad humana a su calidez como persona a sus
conocimientos a su ejemplo a su trabajo
Gracias a cada amigo a cada persona que presente o en la distancia motivo participoacute ayudoacute
al desarrollo de este trabajo investigativo sobre todo a quienes creyeron en que esto se podiacutea
lograr
A Nicolaacutes porque con eacutel los pasos siempre son hacia adelante
Gracias
ldquoEl arquitecto del futuro se basaraacute en la
imitacioacuten de la naturaleza porque es la
forma maacutes racional duradera y econoacutemica
de todos los meacutetodosrdquo
Antonio Gaudiacute
Contenido VIII
Contenido
Resumen XI
Abstract XII
Listado de Ilustraciones XIII
Lista de Tablas XIV
Lista de Graficas XVII
1 Capiacutetulo Lineamiento 19
11 Introduccioacuten 19 12 Planteamiento del problema 22 13 Objetivos 24
14 Justificacioacuten 25
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico 28
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre 29 22 Antecedentes teoacutericos 31
23 Bases teoacutericas 43
24 Componentes del concreto 44
25 Normativas para ensayos 46 26 Fibras en el concreto 47
27 Concreto reforzado con fibras vegetales 48
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras 51
29 Concreto arquitectoacutenico 53
Objetivo general 24 131 Objetivos especiacuteficos24 132
Antecedentes internacionales 32 221 Antecedentes nacionales 37 222
Concreto43 231 Concreto fresco 44 232 Concreto endurecido 44 233
Cemento44 241 Agua 45 242 Agregados 46 243
Clasificacioacuten de fibras47 261
Fibras vegetales 49 271 Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 49 272 Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras vegetales 50 273 Normativa de concreto con agregados vegetales 51 274
Tuacuteneles 52 281 Pavimentos 52 282 Otros usos 52 283
Contenido IX
210 Disentildeo Urbano 56
3 Capiacutetulo cascarilla de cafeacute como material alternativo 61
31 Generalidades61
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute 64
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute) 66
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute 68
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo 70
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos 75
43 Disentildeo de mezcla 81
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla 84
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten 85 52 Ensayo de Asentamiento 93
53 Ensayo de compresioacuten 95
54 Ensayo de Sortividad 102 55 Ensayo moacutedulo de rotura 114
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta 121
Prefabricados 53 291
Espacio Puacuteblico 56 2101 Pisos 56 2102 Mobiliario Urbano 57 2103 Fachadas y elementos de concreto a la vista 58 2104 Estampados 58 2105
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 61 311 Proceso obtencioacuten de la cascarilla 61 312
Caracteriacutesticas fiacutesicas 64 321 Composicioacuten quiacutemica 65 322
Mineralizacioacuten con aceite de linaza (Alvarado 2002) 67 331 Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 67 332 Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 67 333
Liacutenea investigativa 70 411 Materiales 73 412 Poblacioacuten y muestras 73 413
Analisis Granulomeacutetrico 77 421
Seleccioacuten del Asentamiento 81 431 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 81 432 Estimacioacuten del contenido de aire 82 433 Requerimiento de agua de mezclado 82 434 Resistencia requerida de disentildeo 82 435 Relacioacuten agua-cemento 83 436 Definicioacuten de datos 83 437
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco93 521
Resultados 97 531
Resultados 116 551
Contenido X
58 Desarrollo de prototipos 123 59 Resultados 124
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones 125
61 Conclusiones 125 62 Recomendaciones 127
7 Bibliografiacutea 128
8 Anexos 134
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO 134 82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA 135 83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO 136 84 Entrevista 137
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 121 571 Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 122 572
Prototipo para propiedades fiacutesicas 124 591 Prototipo para propiedades mecaacutenicas 124 592
Resumen XI
Resumen
Evolucionar transformar y potencializar un material basados en los tres ejes de sostenibilidad
medio ambiente y socio-econoacutemico Se ha convertido en los uacuteltimos antildeos en un desafiacuteo para el
sector de la construccioacuten y sin duda alguna el mejor camino para entender el dantildeo generado
con el desmedido e inconsciente uso de los recursos naturales El uso de residuos orgaacutenicos
renovables es un tema que se ha ido imponiendo en la industria de la construccioacuten a nivel
global aprovechando los residuos o componentes de las materias primas que tienen mayor
productividad
En Colombia la cascarilla de cafeacute es uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran
industria cafetera Esta fibra vegetal se encuentra potencializada por su composicioacuten quiacutemica
en este caso el Silicio componente mineral que aporta la resistencia en el concreto como lo
hace el cemento
En esta investigacioacuten se presenta el disentildeo de mezcla de concreto a la cual se realizan las
respectivas pruebas para identificar las caracteriacutesticas fiacutesicas potenciales aplicables en la
arquitectura El resultado de la mezcla se implementaraacute en prototipos de encofrados y
estampados que permitan el anaacutelisis del material ante su manejabilidad y adherencia al
prototipo arquitectoacutenico al que se exponga esto con el fin de lograr trabajar al tiempo
resistencia exposicioacuten al medio exterior sostenibilidad y disentildeo A su vez se aplican pigmentos
para valorar adherencia y comportamiento con el color
Palabras clave concreto sostenibilidad fibra vegetal cafeacute pigmentos texturas
Abstract XII
Abstract
Evolve transform and strengthen a material based on the three axes of sustainability
environment and socio-economic In recent years it has become a challenge for the
construction sector and without a doubt the best way to understand the damage caused by the
excessive and unconscious use of natural resources The use of renewable organic waste is an
issue that has been imposed in the construction industry globally taking advantage of the
chalks or components of the raw materials that have higher productivity
In Colombia the coffee husk is one of the organic residues left by the large coffee industry This
vegetable fiber is potentiated by its chemical composition in this case silicon a mineral
component that provides strength in concrete as cement does
In this research the concrete mix design is presented to which the respective tests are carried
out to identify the potential physical characteristics applicable in the architecture The result of
the mixture will be implemented in prototypes of formwork and prints which allow the analysis
of the material before its manageability and adherence to the architectural prototype to which it
is exposed this in order to achieve work at the time resistance exposure to the environment
exterior sustainability and design In turn pigments are applied to assess adherence and
behavior with color
Key words concrete sustainability vegetable fiber coffee pigments textures
Listado de Ilustraciones XIII
Listado de Ilustraciones
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016) 30
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz
2017) 30
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014) 33
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 42
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras
(Carvajal 2015) 51
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado 62
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia) 63
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla 64
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005) 64
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades
de Glucosa)(Coffea 2005) 66
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia) 72
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia) 88
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia) 94
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia) 95
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia) 96
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia) 102
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia) 114
Listado de Tablas XVI
Lista de Tablas
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012) 21
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014) 33
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)34
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014) 34
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014) 34
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et
al 2014) 34
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012) 36
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus
materiales de desperdicio(Garcia amp Olaya 2011) 37
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015) 39
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd) 45
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017) 46
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007) 47
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) 49
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018) 53
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010) 54
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010) 59
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia
2010) 61
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 65
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011) 65
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)70
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013) 73
Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia) 76
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia) 76
Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)77
Contenido IX
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia) 77
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia) 78
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia) 80
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001) 82
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten
2001) 82
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la
desviacioacuten estaacutendar 82
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto
(adaptada del ACI 2111 y del ACI 2113) 83
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia) 83
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto
(autoriacutea propia) 84
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia) 84
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia) 84
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia) 86
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 86
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 89
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia) 90
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia) 91
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 92
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 93
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)96
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 96
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 97
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 97
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 98
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 99
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 100
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Contenido IX
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 104
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 105
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 106
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 107
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 108
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 109
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 110
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 111
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 115
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 115
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 115
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia) 116
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
117
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
118
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia) 119
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia) 121
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia) 122
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia) 123
Lista de graficas XVII
Lista de Graficas
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)78
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 80
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 94
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 98
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 99
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 100
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia) 101
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 105
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 106
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 107
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 108
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 109
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 110
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 111
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 112
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo) 116
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 117
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 118
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 118
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 119
Listado de graficas XVIII
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea
propia) 120
1 Capiacutetulo Lineamientos 19
19
1 Capiacutetulo Lineamientos
11 Introduccioacuten
Encontrar un punto de equilibrio entre la sostenibilidad en la arquitectura y el satisfacer
nuestras necesidades es un reto a asumir No podemos recuperar muchos de los recursos
naturales que la industria de la construccioacuten ha llevado consigo pero asiacute como la tecnologiacutea ha
evolucionado para muchos campos del consumismo tambieacuten ha evolucionado para permitirnos
encontrar soluciones con el fin de no prolongar los dantildeos ya efectuados
En la construccioacuten estamos llamados a aportar iniciativas para el desarrollo sostenible a
nuestros diacuteas ya podemos predecir con queacute recursos naturales contaraacute la siguiente generacioacuten
a corto plazo seguacuten Fernaacutendez y Rodriacuteguez (2010) como lo reafirma (Bedoya 2011) ldquosiacute los
actuales patrones no cambian la expansioacuten de la construccioacuten destruiraacute (hellip) haacutebitats naturales
y vida salvaje en maacutes de un 70 de la superficie de la tierra para 2032rdquo Teniendo a la mano y
a disponibilidad todos estos balances conocimientos predicciones cientiacuteficas y variedad de
anaacutelisis medio ambientales es casi un deber del constructor y proyectista motivar e incentivar
el desarrollo de nuevas teacutecnicas y materiales que le den prioridad a la conservacioacuten y cuidado
del planeta siendo que este campo es uno de los directamente responsables de la afectacioacuten
ambiental debemos ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo (Manzini amp Bigues 2000)
Los residuos orgaacutenicos son auacuten en muchas empresas y lugares de desarrollo un problema
ambiental y econoacutemico puesto que a pesar de que los subproductos que se generan se tratan
de aprovechar al maacuteximo es tan alta la cantidad que las empresas recurren a destinar un fondo
aparte para poder desarrollar nuevos equipos y teacutecnicas para darle un destino final a estos
residuos Entre estos estaacuten
Vertederos Incineracioacuten Compostaje y digestioacuten anaerobia
20
Tratamiento mecaacutenico bioloacutegico Pirolisis y gasificacioacuten (ldquoManejo de Desechos Agroindustrialesrdquo 2015)
Es asiacute como para las industrias es una perdida no solo econoacutemica tener que asumir costos
para el proceso final de los subproductos sino tambieacuten una perdida en los tiempos destinados
a este tratamiento
Somos un paiacutes rico en variedad de cultivos dado a su localizacioacuten geograacutefica tenemos todos
los pisos teacutermicos que nos permiten aprovechar las propiedades de la tierra generando un alto
desarrollo en la agroindustria Algunas empresas logran hacer un alto y buen uso de los
subproductos que se les generan usando estos materiales como biocombustibles abonos para
el cultivo de sus tierras alimentos para sus animales entre otros
La cascarilla de cafeacute es el residuo vegetal para la propuesta de esta investigacioacuten es el
agregado adicional que se estudioacute en el disentildeo de la mezcla con el concreto siendo que este
residuo hace parte de la industria del cafeacute la maacutes sobresaliente del paiacutes ocupando el tercer
puesto como mayor productor del mundo y el primero en cafeacute araacutebico suave lavado (Sierra
2014) y partiendo de esta alta produccioacuten la cascarilla de cafeacute o cisco es el residuo que
posee ademaacutes propiedades oacuteptimas que la convierten en un agregado liviano con un
porcentaje de silicio del 15 en su composicioacuten quiacutemica asiacute considerados para poder realizar
este planteamiento investigativo (Garcia amp Olaya 2011)
Sin ser ajenos ante esta situacioacuten se proyecta una investigacioacuten que iraacute ligada al uso de
residuos vegetales y al disentildeo del concreto arquitectoacutenico esto con el fin de enfatizar que crear
propuestas ambientales no limita las caracteriacutesticas de un material en este caso el concreto y
que al contrario potencializa sus propiedades y brinda al mercado mayores opciones de uso e
implementacioacuten
21
Algunas industrias hacen uso de estos residuos como abonos para uso en sus mismas tierras
como biocombustibles para sus fincas o maquinas procesadoras o como consumo animal si
esto pasase en la mayoriacutea de la industria y con la totalidad de la materia prima despueacutes de su
procesamiento aparte de traer beneficios ambientales tambieacuten traeriacutea beneficios econoacutemicos
En el proceso de industrializacioacuten del cafeacute solamente se aprovecha el 5 del peso del fruto
fresco en la preparacioacuten de la bebida el restante como la pulpa el cisco el tallo la borra
quedan como residuo de la materia prima representando el 95 Almacafeacute en uno de sus
informes de sostenibilidad del antildeo 2012 nos describe la cantidad de toneladas de residuos que
genera la industria del cafeacute y el Cisco que es la cascarilla del cafeacute estaacute entre los tipos de
residuos soacutelidos aprovechables catalogado asiacute por la misma industria quienes crearon un
manejo de residuos daacutendoles uso en su misma planta de produccioacuten como generadores de
energiacutea (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
Sin embargo en una tesis de investigacioacuten de la Universidad Nacional de Colombia sede
Medelliacuten sobre la combustioacuten de Peacutelet de Cisco de cafeacute el aprovechamiento de los residuos
agroindustriales implica grandes retos y altas inversiones en transporte cuando su disposicioacuten
final no es ldquoin siturdquo esto sumado a que estos materiales poseen bajos poderes caloriacuteficos en
comparacioacuten con otros combustibles de origen foacutesil y no se disponen de tecnologiacuteas que
permitan garantizar una combustioacuten apropiada lo cual conlleva a que las plantas utilicen
combustibles foacutesiles que garanticen la energiacutea requerida para sus procesos originando un
consumo de combustibles adicional y elevando los costos de produccioacuten (Manrique Waldo
2018)
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
22
Lograr disentildear una mezcla idoacutenea de concreto con la cascarilla de cafeacute en construccioacuten implica
el desarrollar planes de manejo ambiental para implementarlos en el concreto arquitectoacutenico
aprovechando la gran produccioacuten agroindustrial que se da en este Paiacutes ldquoLas cifras del
Ministerio de Vivienda dan cuenta de un crecimiento de 102 en el PIB de construccioacuten
durante el segundo trimestre del 2014 en comparacioacuten con el mismo periodo del antildeo pasado
Las obras civiles son las que maacutes han tenido que ver en el aumento de ese PIB pues crecieron
176 seguidas por el sector de edificaciones con un 14rdquo (Medina 2014)
A partir de estos elementos se considera que la propuesta del disentildeo de mezcla de concreto
con residuos vegetales cumpliraacute dos aportes muy positivos al campo de la construccioacuten uno de
ellos es ser un material que retribuya al medio ambiente generando una nueva visioacuten de
optimizacioacuten en nuestro paiacutes y segundo es considerar que este material cuenta con las
caracteriacutesticas idoacuteneas para ser trabajado como concreto arquitectoacutenico lo que permite al
disentildeador y al constructor idear proyectar y trabajar con la misma o mejor facilidad que con un
concreto convencional Se podriacutea hablar del desarrollo de un ldquoconcreto de alto desempentildeordquo
(Salcedo Barrera 2006) en donde ldquocualquier concreto que satisfaga criterios propuestos para
sobrepasar las limitaciones de un concreto convencional puede ser llamado concreto de alto
desempentildeordquo (FHWA 1994)
La mezcla obtenida del concreto con agregado de cascarilla de cafeacute se dispondraacute en el trabajo
de acabados pigmentacioacuten estampado y encofrado Lo positivo del uso de estas teacutecnicas es la
posibilidad de crear variabilidad y seguridad dotar al material de caracteriacutesticas que se puedan
determinar desde el proceso de su produccioacuten hasta el momento de su implementacioacuten en
armoniacutea con la naturaleza y aprovechando al maacuteximo los residuos vegetales en este caso los
de la agroindustria cafetera
12 Planteamiento del problema
Se sabe que la industria de la construccioacuten es uno de los mayores generadores de
contaminacioacuten y consumidor de recursos naturales no renovables tal como lo cita (Cabello
2008) tomado de (Anink Boonstra amp Mank 1996) en teacuterminos estadiacutesticos se puede decir
que el sector de la construccioacuten es responsable del 50 de los recursos naturales empleados
del 40 de la energiacutea consumida (incluyendo la energiacutea en uso) y del 50 del total de residuos
generados Si bien es cierto que el procesado de materias primas y la fabricacioacuten de los
23
materiales generan un alto coste energeacutetico y medioambiental no es menos cierto que la
experiencia ha puesto de relieve que no resulta faacutecil cambiar el actual sistema de construccioacuten
y la utilizacioacuten irracional de los recursos naturales donde las prioridades de reciclaje
reutilizacioacuten y recuperacioacuten de materiales brillan por su ausencia frente a la tendencia
tradicional de la extraccioacuten de materias naturales Por ello se hace necesario reconsiderar esta
preocupante situacioacuten de crisis ambiental buscando la utilizacioacuten racional de materiales que
cumplan sus funciones sin menoscabo del medio ambiente (Cabello 2008)
Resulta al tiempo contradictorio que el campo de la construccioacuten tenga como fin buscar el
confort humano satisfaciendo sus necesidades tanto habitables como de viacuteas de
comunicacioacuten y que no se tenga como prioridad cuidar o usar de manera maacutes racional los
recursos naturales siendo estos los que proveen la vida y los que permiten llevar a cabo esas
construcciones que ayudan a mitigar las necesidades del ser humano
La visioacuten de la generacioacuten de residuos soacutelidos derivada del consumismo actual ha sido
entendida como una problemaacutetica ambiental ademaacutes de ser un factor influyente y determinante
en la salud puacuteblica la creacioacuten ademaacutes de la adaptacioacuten de estrategias ya existentes para el
manejo de residuos soacutelidos se convierte en la alternativa de solucioacuten a dicho problema dado
que ataca todas las consecuencias devastadoras del mal manejo de los residuos soacutelidos y
ademaacutes se convierte en una posibilidad de negocio al comercializar los subproductos
derivados de estos procesos (Agudelo 2012)
Tenemos gran variedad de residuos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y muchos de estos al verse
como desecho ldquoinuacutetilrdquo son quemados vertidos en fuentes fluviales o en vertederos de basura
generando acumulaciones de agentes contaminantes No obstante ldquoampliando ya la visioacuten
ecoloacutegica del siglo XXI algunas empresas o fabricas hacen uso de estos residuos como
generadores de energiacuteardquo (Manejo de Desechos Agroindustriales2015)
Sin embargo la visioacuten ecoloacutegica en la que la construccioacuten debe estar sumergida no es del todo
implementada para ello debe innovarse en materiales que ofrezcan las mismas o mejores
caracteriacutesticas para poder hacer uso de ellos en forma confiada y masiva ya que un alto
porcentaje de la industria de la construccioacuten es ajena al concepto acutesostenibilidad ambientalacute
24
En Colombia existen empresas que estaacuten intentando implementar metodologiacuteas y teacutecnicas para
la reutilizacioacuten de residuos orgaacutenicos La adecuada disposicioacuten final de residuos
agroindustriales es apremiante debido a que se producen en gran cantidad pero la mayoriacutea son
llevados al relleno sanitario sin considerar que existen otras posibilidades de aplicacioacuten y que
pueden generar grandes valores econoacutemicos Los gastos de la disposicioacuten de los residuos y el
impacto ambiental pueden reducirse si se logra emplear teacutecnicas de valorizacioacuten esto quiere
decir que si se logran tener adecuados tratamientos las empresas podriacutean multiplicar el valor
de los subproductos (Yepes Naranjo amp Saacutenchez 2008)
Con estos puntos planteados es importante preguntarse iquestCoacutemo hacer del concreto un
material a partir de residuos orgaacutenicos vegetales que genere una progresiva visioacuten sostenible
en la construccioacuten y que sea esteacuteticamente un potencial en el disentildeo El sustituir parte de los
agregados de un material convencional a uno que aporte al medio ambiente y lograr
implementarlo en la construccioacuten como material oacuteptimo para quien lo implemente es obtener
un material innovador que aporta no solo como idea si no como parte de nuevas praacutecticas
constructivas sustentables
13 Objetivos
Objetivo general 131
Evaluar las propiedades y comportamientos fiacutesicos del concreto con agregados orgaacutenicos como
la cascarilla de cafeacute uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran industria cafetera en
Colombia y establecer las posibilidades ante el uso de textura y color
Objetivos especiacuteficos 132
- Identificar las investigaciones realizadas acerca del concreto aligerado con cascarilla de
cafeacute estableciendo sus propiedades generales
- Caracterizar el material orgaacutenico (Cascarilla de cafeacute) que va a ser sustituido por
porcentajes determinados del agregado grueso del concreto
25
- Establecer un disentildeo de mezcla con base en las investigaciones realizadas y comprobar
sus propiedades fiacutesicas
- Determinar las alternativas de textura a traveacutes de prototipos de formaletas que puedan
implementarse en ese tipo de concreto
- Realizar valoraciones acerca de las variaciones del comportamiento del concreto
expuesto al exterior con el uso de pigmentos
14 Justificacioacuten
La industria de la construccioacuten es uno de los principales actores responsables en el cambio y
aumento de niveles de contaminacioacuten ambiental es una industria que necesita para su
desarrollo hacer uso de recursos naturales no renovables dejando a su paso acumulacioacuten de
desechos escombros de obra una mezcla de agentes contaminantes que degradan de
manera progresiva el medio natural pero las industrias como la agronomiacutea son otro gran factor
de contaminacioacuten directa a este medio se hace uso de la materia prima acuteuacutetilacute y los residuos
son en un alto porcentaje quemados desechados en riacuteos o retirados a espacios como
vertederos de basuras volvieacutendolos unos participes maacutes de la contaminacioacuten Hay que
destacar que ldquoel debate sobre la sostenibilidad no se produce en el campo especiacutefico de la
edificacioacuten sino en el de la economiacutea y otras ciencias sociales Su transposicioacuten a la
edificacioacuten exige un entramado teoacuterico capaz de trasladar demandas enunciadas en campos
ajenos (hellip) hacia el campo de los conocimientos habilidades y procesos que permiten
desarrollar y enunciar un proyecto de edificacioacutenrdquo (Monterotti 2013)
La buacutesqueda de implementar normas y leyes para contrarrestar los abusos que se le hacen a
los recursos vienen desde la deacutecada de los 80 eacutepoca en la que surge la preocupacioacuten por
impacto que produce llevar a cabo la construccioacuten de un edificio y sus materiales sobre el
ambiente Desde el antildeo 2000 el nuacutemero de meacutetodos para la evaluacioacuten medioambiental se ha
multiplicado considerablemente en el mundo BREEAM (BRE Environmental Assessment
Method) fue el primer sistema (desarrollado en 1990) que ofrecioacute un meacutetodo de etiquetado de
edificios aunque LEED (Leadership in Energy and Environmental Desing) es el de mayor
implantacioacuten en el mercado de grandes edificios (Maciacuteas amp Garciacutea Navarro 2010)
26
En Colombia no existen como tal leyes enfocadas exclusivamente al control de recursos de los
que hace uso la industria de la construccioacuten existen algunas normativas y artiacuteculos que se
derivan de un encabezado no especifico en el tema y existen tambieacuten los denominados
manuales pero realmente no hay entidades que fundamenten la importancia de un control una
base de enumeradas restricciones en la fabricacioacuten de materiales y su impacto negativo al
medio ambiente
En el antildeo 2016 se hizo puacuteblico la nueva reglamentacioacuten de construccioacuten sostenible en el paiacutes
ldquoEn Latinoameacuterica Colombia es pionero en comprometerse con la transformacioacuten hacia el
desarrollo sostenible La norma que es obligatoria a partir de junio de 2016 establece
porcentajes de ahorro en agua y energiacutea que permitan reducir los costos de los usuarios en
pagos de servicios puacuteblicosrdquo (Ministro de Vivienda Luis Felipe Henao) El objetivo de esta
reglamentacioacuten es lograr ahorros de hasta el 45 en el consumo de agua y energiacutea mediante
la incorporacioacuten de paraacutemetros de sostenibilidad ambiental en el disentildeo y construccioacuten de las
nuevas edificaciones que se construyan en el paiacutes (MINVIVIENDA 2015) Se consultoacute al
Ingeniero Alejandro Vaacutesquez especialista en construccioacuten sostenible de la universidad EAFIT
acerca de esta nueva norma y sentildeala que el mayor objetivo es el ahorro de recursos hiacutedricos y
energeacuteticos al igual que reducir las emisiones de gases de efecto invernadero pero esta norma
no trae apartes especiacuteficos sobre el uso de materiales debido a que se centra en temas de
eficiencia energeacutetica e hiacutedrica pero si habla de la necesidad de usar materiales de
construccioacuten de baja energiacutea embebida (hellip)(ARGOS 2015)
En este sentido se entiende la importancia la vitalidad de propulsar e imponer el cambio desde
la fabricacioacuten de los materiales que se utilizaran en obra los elementos tenidos en cuenta para
la expedicioacuten del nuevo reglamento fue entender que teniendo un sector que construye
anualmente cerca de 30 millones de metros cuadrados en vivienda y edificaciones no
residenciales que articula a maacutes de 28 sectores productivos de la economiacutea y que emplea a
maacutes de 34 millones de personas es necesario mantener un proceder reglamentario cauteloso
para no poner en riesgo la promocioacuten de proyectos constructivos ya que son los que soportan
la economiacutea (CAMACOL 2015) asiacute que el enfoque sostenible al que se hace referencia esta
normativa estaacute en un segundo plano y la economiacutea se veriacutea directamente afectada si se
impone la idea de usar en menor medida los residuos naturales o proponer estudios para
reemplazarlos
27
Desde el aspecto ecoloacutegico tiene una gran ventaja la industria agronoacutemica por el basto grado
de residuos orgaacutenicos que genera en la produccioacuten En tal sentido se proyecta a provechar el
denominado cisco la cascarilla de cafeacute con la finalidad de aprovechar este sobrante siendo
Colombia el segundo productor mundial de este fruto y por el potencial de este residuo como
fibra vegetal al presentar propiedades que la hacen oacuteptima para ser utilizada como agregado
liviano en el concreto En Colombia ha tenido un uacutenico uso servir de combustible para
alimentar hornos (Rathinavelu amp Graziosi 2005)
Es el concreto el material de mayor uso en la construccioacuten es el material que maacutes se debe
experimentar para proporcionar alternativas ecoloacutegicas y de uso Para potencializar este
material no uacutenicamente en su composicioacuten con los residuos orgaacutenicos sino que tambieacuten se
buscara alternativas en su esteacutetica en la variabilidad de sus aplicaciones
El aspecto esteacutetico de las obras cobra cada vez mayor relevancia y los elementos de concreto
arquitectoacutenico ndashelaborados in situ o prefabricados- marcan una etapa importante en la
evolucioacuten de la arquitectura contemporaacutenea al brindar caracteriacutesticas de increiacuteble versatilidad
Ademaacutes del concreto ninguacuten material de construccioacuten moderno puede asumir con tanta
facilidad las formas colores y texturas (Pesquer 2013) Se han realizado cantidad de
investigaciones y avances tecnoloacutegicos sin embargo en esta aeacuterea la aplicacioacuten de concretos
arquitectoacutenicos es muy deficiente (dependiendo de la obra) en lo esteacutetico o lo mecaacutenico pero
no se trabaja unificando estas dos caracteriacutesticas sabiendo que el concepto de concreto
arquitectoacutenico tiene como finalidad estas aportaciones como unidad
En tal razoacuten se busca crear alternativas ideas innovadoras y el implementar un material
ecoloacutegico donde el uso de estas teacutecnicas favorezca el campo constructivo el econoacutemico
variedad en el mercado y en el disentildeo puesto que al conectar el eacutexito de las empresas con los
avances de la sociedad se abren muchas formas de atender a nuevas necesidades ganar
eficiencia crear diferenciacioacuten y expandir mercados (Porter amp Kramer 2011)
2 Marco Teoacuterico 28
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico
La evaluacioacuten del impacto ambiental que genera la fabricacioacuten de materiales de construccioacuten
es bastante escasa ante esa situacioacuten algunos paiacuteses han creado mecanismos muy baacutesicos
que permitan dar algunas pautas para el uso adecuado de estos pero encontrar
especiacuteficamente los efectos secundarios que causa su produccioacuten es muy complejo
imponiendo la idea de crear y modificar materiales con un completo estudio en el aacutembito
ecoloacutegico y constructivo Se debe ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo(Manzini amp Bigues 2000)
Los responsables de la Organizacioacuten de las Naciones Unidas para la Agricultura y la
Alimentacioacuten (FAO) ofrecen varias razones para promocionar los productos naturales como lo
son las fibras subproductos de los residuos orgaacutenicos La produccioacuten implica una fuente alta
de ingresos econoacutemicos para el campo de la agroindustria y este valor econoacutemico es maacutes
sobresaliente en paiacuteses en desarrollo donde puede alcanzar en algunos casos hasta la mitad
de las exportaciones En cuanto a las ventajas que producen para el medio ambiente y la salud
la utilizacioacuten de forma sostenible de fibras obtenidas de residuos orgaacutenicos proporcionan un
recurso natural y renovable en tiempos cortos a diferencia de lo que es hacer uso de fibras
sinteacuteticas las cuales son obtenidas de sustancias derivadas del petroacuteleo (Muerza 2009)
El uso de fibras naturales de residuos orgaacutenicos es una ventaja muy alta para el campo de la
construccioacuten es aprovechar las ventajas de la tecnologiacutea los estudios que estaacuten a nuestro
alcance y poder hacer nuevas propuestas en pro de un detenimiento del excesivo uso de
recursos naturales
29
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre
La explotacioacuten minera en Colombia para la extraccioacuten del material de arrastre grava y arena
entre otros es uno de los principales protagonistas en este flagelo del dantildeo ambiental frente a
las diferentes praacutecticas requeridas para tal fin Son innumerables y praacutecticamente irreversibles
los dantildeos a los que deben enfrentarse los recursos a falta de control y equilibrio tanto es su
explotacioacuten como en el tiempo para su recuperacioacuten
El impacto ambiental que genera la actividad minera es grande la huella que deja en el
ambiente incide en los recursos hiacutedricos geoloacutegicos bioloacutegicos atmosfeacutericos y socio ndash
econoacutemicos Algunas de esas consecuencias son reversibles pero otras irremediablemente
no pueden evitarse En el recurso hiacutedrico la mineriacutea a cielo abierto por ejemplo causa
contaminacioacuten de los cuerpos de agua por residuos soacutelidos y vertimientos domeacutesticos e
industriales relacionados con la actividad minera lo que aumenta el contenido de los
sedimentos y se ocasiona desviacioacuten de los cauces de los riacuteos que generan inundaciones
transformacioacuten del paisaje y la perdida de cultivos En el campo geoloacutegico se producen
cambios topograacuteficos y geomorfoloacutegicos debido a la remocioacuten de las capas superficiales del
terreno (Redaccioacuten El Tiempo 1995)
Minerales que se explotan en Colombia
- Carboacuten quinto mayor exportador mundial
- Metales y piedras preciosas oro plata y esmeraldas que son reconocidas en todo el mundo
por su calidad y belleza
- Minerales metaacutelicos niacutequel cobre hierro manganeso plomo zinc y titanio
- Minerales no metaacutelicos sal terrestre sal marina gravas arenas arcillas caliza azufre barita
asbesto entre otros
En el 2015 la titularidad minera inscrita en el Registro Minero Nacional es de 9291 36
correspondiacutean a materiales de construccioacuten (el mayor porcentaje de los tiacutetulos otorgados en el
30
paiacutes) 25 a los metales preciosos principalmente oro 17 al carboacuten y 23 a otros minerales
(arcillas cuarzo hierro esmeralda sal siacutelice yeso etc) Ademaacutes el 46 se encuentran en
etapa de exploracioacuten el 31 en etapa de construccioacuten y montaje y el 23 en etapa de
explotacioacuten (Ministerio de Minas 2016)
Con respecto a los minerales maacutes explotados en la pequentildea mineriacutea se destacan que son
piedras preciosas (2) carboacuten (15) oro (30) y minerales de construccioacuten (53) (Ortiz
2017)
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016)
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz 2017)
Pequentildeas minas ilegales
Tipo de material
31
22 Antecedentes teoacutericos
Durante los uacuteltimos antildeos los resultados de las investigaciones en el tema del uso de fibras
naturales en concretos en este caso el uso de cascarilla de cafeacute hacen eacutenfasis en el impacto
que genera de forma positiva el uso de fibras naturales tanto en la reduccioacuten de gasto de
recursos medioambientales como el factor econoacutemico en la construccioacuten Se pondraacuten a
continuacioacuten en manifiesto las investigaciones y sus alcances donde los grupos de trabajo e
investigadores dejan en evidencia los ensayos y pruebas que dan a conocer un nuevo punto de
vista y un resultado viable para las innovaciones en materia de construccioacuten y la sostenibilidad
ldquoLos bloques con cascarilla de cafeacute presentaron mayor resistencia que los mismos hechos con
cascarilla de cafeacute molida esto es debido a que sus partiacuteculas son maacutes pequentildeas y por lo tanto
necesitan de mayor cantidad de cemento para ser cubiertas Seguacuten los datos obtenidos en el
anaacutelisis de resistencia a la compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje
de cascarilla tienen las menores resistenciasrdquo (Mercado 2012)
ldquoLa falta de materiales de construccioacuten que sean accesibles y autosustentables provocan la
escasez de vivienda digna en Meacutexico Por otro lado en zonas cafetaleras de Meacutexico el
desecho del cafeacute (la cereza o cascarilla) alcanza a ser de una tonelada anual lo cual genera
desperdicio que podriacutea ser utilizado para la construccioacutenrdquo (Cantu et al 2014)
Lo que maacutes ha impulsado a la innovacioacuten de nuevos materiales en nuestros tiempos es
inicialmente los costos tan elevados que conlleva el campo de la construccioacuten es una idea auacuten
dominante y en segunda instancia el impacto ambiental que estaacute dejando la utilizacioacuten de
recursos naturales para el desarrollo de estos materiales con iniciativas como la utilizacioacuten de
residuos tanto orgaacutenicos como inorgaacutenicos se han generado grandes iniciativas a favor del
ambiente y la reduccioacuten de elevados costos
El Mercado Central de Buenos Aires intenta buscar formas de reciclar residuos orgaacutenicos es
asiacute como Fabiaacuten Dragone presidente de la Corporacioacuten del Mercado Central afirma ldquoEn el
futuro cada uno va a tener que hacerse cargo de sus residuosrdquo Es asiacute como impulsando el
reciclado de residuos para fabricar materiales de construccioacuten desean volver inerte el material
32
orgaacutenico para de esta manera reconvertirlo en baldosas o bloques para la construccioacuten
(INFOREGIOacuteN 2007)
Actualmente los costos de materiales de construccioacuten de vivienda son altos y cada diacutea tienden
a incrementarse Ante esta problemaacutetica se plantea como una manera de contribuir a su
solucioacuten el analizar y proponer nuevas alternativas de materias primas en la construccioacuten que
permitan obtener una reduccioacuten en los costos con el cumplimiento de las normas y
especificaciones de resistencia y seguridad (Roque amp Medrano 2012)
Antecedentes internacionales 221
- Cantu Mariza Maciel Mariana Mangino Marisuacute Planas Alejandra Romero Carolina
Saacutenchez Rociacuteo (Cantu et al 2014) Investigacioacuten realizada en la Universidad
Autoacutenoma de Meacutexico tiene como objetivo desarrollar una propuesta de un material de
construccioacuten ecoloacutegico para las comunidades cafetales de Meacutexico Los materiales
principales fueron cereza de cafeacute caneacutefora silicato de sodio y carbonato de calcio Las
pruebas a realizar fueron base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo base de
ladrillos con cascarilla de cafeacute entera absorcioacuten presioacuten maacutexima sostenida por cada
ladrillo en la prueba de compresioacuten prueba de absorcioacuten prueba de combustioacuten y
prueba de resistencia
33
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de
cafeacute
Carbonato de
calcio
65gr
10gr
625gr
75gr
60gr
5gr
577gr
25gr
Esta base fue combinada con el silicato de sodio como se muestra en la siguiente tabla
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014)
34
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
COMPOSICIOacuteN 1 2 3 4
Silicato de sodio
Base
100gr
25gr
100gr
134gr
100gr
25gr
100gr
20gr
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de cafeacute 65gr 3125gr 60gr 219gr
Carbonato de
calcio 5gr 75gr 5gr 25gr
Despueacutes de realizar este meacutetodo experimental se puede concluir que efectivamente se puede
elaborar un material de construccioacuten a partir de la cascarilla de cafeacute pues mezclada con silicato
de sodio y carbonato de calcio se logroacute tener las propiedades de un ladrillo Los ladrillos
elaborados con cascarilla molida tardan maacutes en secarse a temperatura ambiente Despueacutes de
8 semanas se encontroacute que tienen alta dureza y resistencia
De forma general se puede concluir que el ladrillo con mayor concentracioacuten de carbonato de
calcio tuvo buenos resultados en la mayoriacutea de las pruebas y es una alternativa como material
de construccioacuten que supone un beneficio econoacutemico y ecoloacutegico (Cantu et al 2014)
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Observaciones
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
La muestra mantuvo su
estructura composicioacuten y dureza
Esta muestra aumento 24 de su
peso inicial (peso final de
9607gr)
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Presioacuten alcanzada antes
de quebrarse 4KN 3KN 37KN
35
- Edwin Rimay Vaacutesquez (2017) en su tesis ldquoDisentildeo de concreto fibroreforzado de FacuteC=
250 kgcm2 con fibra vegetal en la ciudad de Jaeacutenrdquo para optar el tiacutetulo de Ingeniero civil
de la Universidad Nacional de Cajamarca del Peruacute determinoacute la influencia en las
propiedades fiacutesicas y mecaacutenicas del concreto reforzado con fibras vegetales (cascarilla
de arroz) al considerar que el uso de la cascarilla de arroz podriacutea aumentar la
resistencia en el concreto y paralelo disminuir su costo de produccioacuten estudiando el
comportamiento fiacutesico y mecaacutenico del concreto
- Concluye que la adicioacuten oacuteptima de la cascarilla de arroz para obtener una resistencia a
la compresioacuten similar al disentildeo patroacuten es de 10kgm3 ya que a mayor adicioacuten
disminuye draacutesticamente no solamente su resistencia a la compresioacuten sino tambieacuten a la
traccioacuten por lo que recomienda realizar un estudio de preservacioacuten de la fibra vegetal
antes de adicionar al concreto convencional para aumentar su durabilidad a la vez que
realizar pruebas acuacutesticas y teacutermicas es otra recomendacioacuten para asiacute conocer a fondo
este tipo de concreto y llegar a inferir sobre las aplicaciones que podriacutea llegar a tener el
nivel de productividad y estudiar la posibilidad de la validez de la adicioacuten de la cascarilla
de arroz con concreto conformado por cemento maacutes agregado finos con fines de
controlar las fisuras (ref2)
- Por su parte Jimmy Sierra Hyman Roque Jared Medrano (2012) desarrollaron una
investigacioacuten que contoacute con el apoyo teacutecnico y financiero de la fundacioacuten para el
desarrollo tecnoloacutegico Agropecuario y Forestal de Nicaragua (FUNICA) con la finalidad
de aprovechar la cascarilla de cafeacute en la elaboracioacuten de materiales de construccioacuten Se
utilizaron diferentes proporciones para la fabricacioacuten del bioconcreto La proporcioacuten
142 indica que se utilizoacute una parte de cemento cuatro partes de arena y dos partes de
material cero para la proporcioacuten 133 significa que se empleoacute una parte de cemento
tres partes de arena y tres partes de material cero La cantidad de muestras que se
realizaron fueron 18 para la dosificacioacuten de 142 para luego realizar las mediciones de
la resistencia de los bloques a los 14 y 28 diacuteas Esto se comparoacute con la otra dosificacioacuten
de 133 a la cual tambieacuten se le realizaron 18 muestras
Para cada dosificacioacuten de 6 muestras se le fue agregando cascarilla en porcentaje de
19 20 y 30 Se puede apreciar en la siguiente tabla que la cascarilla de cafeacute en su
36
estado natural o molida se comporta similar al aacuterido fino es por ello que en las
dosificaciones se utilizoacute para disminuir la arena
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012)
MATERIALES QUE PASA POR TAMIZ
38acute Ndeg4 Ndeg8 Ndeg16 Ndeg30 Ndeg50 Ndeg100 Ndeg200 MF
Arena 99 9287 7281 4543 2426 482 08 006 359
Material cero 100 9741 5288 2252 868
24 005 0 417
Cascarilla de
cafeacute 100 9666 4485 1143 255 045 008 0 444
Cascarilla cafeacute
molida 952 756 4376 1666 331 033 0 365
Se concluye que el material cero es considerado un agregado fino debido a que en la
prueba granulomeacutetrica pasoacute por todas las mallas del agregado grueso La mejor
proporcioacuten para esta investigacioacuten se considera que fue 133 cumpliendo los
estaacutendares de calidad la proporcioacuten de la cascarilla es del 10 dando como resultado
4420kgcm2 seguacuten las normas de la ASTM
Los datos de resistencias reflejaron que el curado es determinante para obtener
mayores resistencias ya que entre el curado de 14 diacuteas y el de 28 diacuteas hay diferencias
considerables Seguacuten los resultados que obtuvieron en los ensayos de resistencia al a
compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje de cascarilla tienen
las menores resistencias (Roque amp Medrano 2012) (ref3)
37
Antecedentes nacionales 222
- Garciacutea Carlos Daniel Olaya Julio Mario (2011) Estudiantes que realizaron este trabajo
que hace parte de la liacutenea de investigacioacuten sobre materiales de construccioacuten han
venido trabajando la seccioacuten de construcciones agriacutecolas del Departamento de
Ingenieriacutea Agriacutecola de la Universidad Nacional de Colombia Ahondar en un material de
comuacuten conocimiento y aplicacioacuten pero que dosificado con aacuteridos orgaacutenicos provenientes
de desechos de las agroindustrias como el caso de la cascarilla o cisco de cafeacute no
teniacutean conocimiento de su comportamiento mecaacutenico ni de sus propiedades teacutermicas
Los materiales a utilizar fueron
Cascarilla de cafeacute (Tabla 7 materiales de desperdicios obtenidos en el beneficio de un kilogramo de cafeacute cereza)
Cal agriacutecola
Cemento
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus materiales de
desperdicio(Garcia amp Olaya 2011)
PROCESO PERDIDA(GRS) MATERIALES
Despulpado
Fermentacioacuten
Trilla
Secado
Torrefaccioacuten
Preparacioacuten de la bebida
Peacuterdida total
394
216
35
171
22
104
942
Pulpa fresca
Muciacutelago
Cascarilla
Agua
Cafeiacutena y sustancias volaacutetiles
Borra
PRUEBAS
1 Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale en la trilladora en
una solucioacuten de agua cemento al 5 en peso durante 30min Agitado constante
2 Se disentildearon mezclas con diferentes combinaciones de relacioacuten agua-cemento
3 Ensayos de compresioacuten
4 Ensayos de conductividad teacutermica
38
RESULTADOS
El asentamiento contraccioacuten longitudinal y volumeacutetrica la resistencia a la compresioacuten
la conductividad teacutermica y el moacutedulo de rotura se muestran en tabla 2 y 3
correspondiendo cada una a los dos estados de manejo de la cascarilla sin tratar y
mineralizada
Con el tratamiento mineralizante de la cascarilla se aumenta el peso especiacutefico
aparente seco en un 12 debido a que se disminuye el volumen de poros de eacutesta se
disminuye el peso unitario suelto en un 23 porque se dificulta el acomodamiento de la
cascarilla como consecuencia de la rigidez que adquiere y se produce una disminucioacuten
en la absorcioacuten en un 10 causada por la disminucioacuten en el volumen de poros El
hormigoacuten ligero con cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico ya que los valores
obtenidos de conductividad teacutermica (K) para as diferentes mezclas ensayadas son
menores a los que se obtienen para el hormigoacuten con cascarilla de arroz
RECOMENDACIONES
Cuando se utiliza cascarilla mineralizada se disminuye la manejabilidad de la mezcla
(AC=05 Y cemento cascarilla =14) hasta el punto de no poder determinar su
asentamiento se disminuye el tiempo de fraguado a 24 horas de fundida la mezcla y se
produce un aumento de resistencia a la compresioacuten a los siete diacuteas del 50
Es recomendable investigar maacutes a fondo el tratamiento mineralizante de la cascarilla
teniendo en cuenta que al calentar la mezcla (cascarilla-agua-mineralizante) disminuiraacute
el tiempo de mineralizacioacuten y aumentariacutea la calidad de los resultados (Garcia amp Olaya
2011) (ref4)
- Riacuteos Juan Carlos Aguirre Mauricio Munera Daniela (2015) El objetivo de esta
investigacioacuten consistioacute en utilizar un material de construccioacuten alternativo que sea
sostenible Uno de los residuos del cafeacute es la cascarilla la cual se utilizoacute en esta
investigacioacuten para el usoacute del concreto con el fin de reducir los costos de produccioacuten del
mismo e impactar de forma positiva al medio ambiente
39
Los materiales que utilizaron fueron
CASCARILLA DE CAFEacute seleccionada del tipo de cafeacute factor 85 del municipio de
Ciudad Boliacutevar (suroeste antioquentildeo) secada en un horno a 55deg durante 25 horas
proceso propio del cafeacute para evitar que se degrade
CEMENTO PORTLAND Tipo I
CLORURO CAacuteLCICO
PRUEBAS 5 Cilindros 1 Muestra de concreto sin adicioacuten de cascarilla de cafeacute (Muestra
patroacuten) (M1) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un 15 de relacioacuten de
volumen respecto al cemento (M2) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un
15 de relacioacuten de peso respecto al cemento (M3) se caracterizaron las arenas y triturado
empleado en la elaboracioacuten de mezclas utilizando las mallas recomendadas por la norma 174
dada por Icontec (2000)
RESULTADOS
El comportamiento de la cascarilla de cafeacute para mejorar o igualar la resistencia de concreto no
se obtuvo como se esperaba debido a que es necesario hacer un proceso maacutes elaborado a la
cascarilla para que tenga un comportamiento oacuteptimo es necesario darle un tratamiento previo
para brindarle una proteccioacuten contra el medio alcalino de la pasta de cemento Se observa
como la presencia de cascarilla de cafeacute reduce la energiacutea embebida presente en las muestras
en relacioacuten al concreto aunque un caacutelculo maacutes exacto seria tener en cuenta la energiacutea
embebida de la cascarilla pero para este trabajo no fue posible contar con este dato pero por
experiencia con otras fibras seriacutea un valor menor al del concreto lo que sigue arrojando un valor
menor
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015)
CARACTERIacuteSTICA M1 M2 M3
Aacuterea (m2)
Volumen (m3)
Peso (Kg)
1767
4948
1262
1767
51247
123
1767
53014
878
40
Carga (KN)
Densidad (gcm3)
Presioacuten (Mpa)
5895
255
3336
3248
24
184
83
165
047
Se concluye que para el uso de materiales naturales como en este caso cascarilla de cafeacute es
necesario hacer un recubrimiento para brindar proteccioacuten frente al medio alcalino del cemento
lo cual se puede hacer con aceite de linaza aceite de linaza + resina natural parafina parafina
+ resina natural sellador para madera o creosota
Los materiales alternativos son maacutes econoacutemicos que los utilizados tradicionalmente La
presencia de la cascarilla de cafeacute reduce el consumo de energiacuteas para la elaboracioacuten del
concreto (RIOS et al 2015) (ref5)
- Carvajal Corredor Ivaacuten Leonardo y Terreros Rojas Luis Eduardo (2016) Realizaron un
trabajo de Investigacioacuten para el programa de ingenieriacutea civil de la Universidad Catoacutelica
de Colombia ldquoAnalisis de las propiedades mecaacutenicas de un concreto convencional
adicionando fibra de caacutentildeamordquo con el objetivo de determinar y analizar las propiedades
mecaacutenicas (compresioacuten y flexioacuten) de un concreto convencional adicionando fibra de
caacutentildeamo en condiciones normales y asiacute establecer las condiciones en que se va a
trabajar la fibra adicionaacutendola al concreto
Se elaboraron 12 especiacutemenes ciliacutendricos 6 con fibra de caacutentildeamo y 6 normales con el
fin de obtener la resistencia a la compresioacuten a los 7 diacuteas 14 diacuteas y 28 diacuteas igualmente
se elaboraron 2 viguetas adicionando fibra de caacutentildeamo para determinar la resistencia a
la flexioacuten a los 28 diacuteas todo siguiendo la norma INV E seccioacuten 400 - concreto
hidraacuteulico Como se evaluaron unos concretos con fibra y otro normales a los que se le
adiciono fibra la cual con anterioridad se tratoacute con la cal hidratada seguacuten las
investigaciones de Quintero y Gonzaacutelez (2006) se sumerge la fibra en una lechada de
cal (10g por litro de agua) durante 48 horas
Se concluyoacute que por medio de un disentildeo de mezcla elaborado a partir del meacutetodo de
peso y volumen absoluto utilizando los datos suministrados de la empresa CEMEX
Colombia SA y Concrescol SA se logroacute con precisioacuten la resistencia a la compresioacuten
esperada a los 28 diacuteas En los primeros 7 diacuteas el concreto con fibra de caacutentildeamo supero
41
la resistencia del concreto normal con un 7875 de la resistencia esperada y con una
diferencia promedio entre los dos concretos de 120 psi a los 28 diacuteas el concreto con
fibra presento una tendencia totalmente diferente pues se esperaba que este superara
la resistencia de 4000 psi donde igualo la resistencia alcanzada del concreto normal
donde el concreto normal llego con una resistencia de 10034 y el concreto con fibra
llego a un 10049 frente a la resistencia calculada en el disentildeo de mezcla (Terreros
Rojas amp Carvajal Corredor 2016) (ref6)
42
DOSIFICACIOacuteN DE
HORMIGONES
LIGEROS CON
CASCARILLA DE CAFEacute
APROVECHAMIENTO
DE LA CASCARILLA
DE CAFEacute EN LA
ELABORACIOacuteN DE
MATERIALES DE
CONSTRUCCIOacuteN
FIBRA DE CAFEacute
INVESTIGATING
EFFECTS OF COFFEE
HUSK ASH AS PARTIAL
REPLACEMENT OF
CEMENT IN CONCRETE
GRADE C25
MEacuteXICO COLOMBIA N D COLOMBIA
Como material
mineralizante es maacutes
econoacutemico el cemento que
la cal agriacutecola con mejores
resistencias a la compresioacuten
Cuando se utiliza cascarilla
mineralizada se disminuye
la manejabilidad de la
mezcla Calentar la mezcla
(cascarilla- agua-
mineralizante) aumentara la
calidad de los resultados
-Resistencia a la
compresioacuten las
dosificaciones con mayor
porcentaje de cascarilla
tienen las menores
resistencias -Los bloques no son
recomendables
emplearlos en obras
civiles que alberguen
mucha poblacioacuten
La resistencia no
resulto como se esperaba
para ello la cascarilla
necesita un proceso previo
para brindarle una
proteccioacuten contra el medio
alcalino La presencia de
la cascarilla de cafeacute reduce
el consumo de energiacuteas
para la elaboracioacuten del
concreto
-El hormigoacuten se vuelve
menos viable a medida
que aumenta el porcentaje
de CHA -Resistencia a la
compresioacuten aumenta con
el periacuteodo de curado y
disminuye con el aumento
de CHA -Soacutelo un 5 de
sustitucioacuten CHA es
adecuada para disfrutar del
maacuteximo beneficio de la
ganancia de fuerza
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo
e impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Desarrollar una propuesta
de un material de
construccioacuten ecoloacutegico
para las comunidades
cafetales de Meacutexico
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo e
impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Ahondar en un material
de comuacuten conocimiento y
aplicacioacuten pero que
dosificado con aacuteridos
orgaacutenicos provenientes de
desechos de la
agroindustria
2011
2012
2014
2015
DISENtildeO DE CONCRETO
FIBROREFORZADO DE
FrsquoC=250KGCM2CON
FIBRA VEGETAL EN LA
CIUDAD DE JAEacuteN
PERUacute
En el anaacutelisis de fisuras se
observa que el ancho de
fisuras disminuye con
respecto al concreto patroacuten
en un 6366 6476 y en
un 4837para los concretos
con 10kgm3 20kgm3 y
30kgm3de adicioacuten de
cascarilla de arroz
respectivamente se puede
concluir que la adicioacuten de
cascarilla de arroz favorece
a la disminucioacuten de las
fisuras originadas en el
concreto
Determinar la influencia
en las propiedades fiacutesicas
y mecaacutenicas del concreto
reforzado con fibras
vegetales (cascarilla de
arroz)
2017
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
43
23 Bases teoacutericas
Concreto 231
Material compuesto que consiste en un medio adherente en el que estaacuten embebidas partiacuteculas
o fragmentos de agregados Es una mezcla compuesta por los agregados de arena piedra
agua y cemento inicialmente tienen caracteriacutesticas de plasticidad y moldeabilidad y con
posterioridad su estado fiacutesico seraacute endurecer y adquirir propiedades resistentes permanentes
El concreto es el material maacutes usado en el mundo despueacutes del agua (Neville 1999) La
versatilidad es la importancia que radica en el concreto llevaacutendolo a altos desempentildeos usos y
aplicaciones
2311 Propiedades
Las siguientes son las ventajas que hacen del concreto un material imprescindible para la
construccioacuten y un material que responde aacutegilmente a los principales desafiacuteos de la
infraestructura son
- Capacidad de resistir a una gran variedad de condiciones climaacuteticas durante todo su
tiempo de vida uacutetil
- Material de alta disponibilidad puede ser fabricado en cualquier parte del mundo
optimizando los costos
- Su maleabilidad permite variaciones esteacuteticas y arquitectoacutenicas
- En aplicaciones de infraestructura el uso de concreto es insustituible
Todas estas caracteriacutesticas han permitido el desarrollo de grandes obras e infraestructuras a
nivel mundial cuyo eacutexito estaacute ligado a la implementacioacuten de avanzadas tecnologiacuteas en
materiales de construccioacuten (Ceballos Arana 2016)
44
Concreto fresco 232
Etapa en la cual el concreto se puede transportar colocar en una formaleta y realizar los
procesos de vibracioacuten Las propiedades en estado fresco deben permitir que se llene
adecuadamente las formaletas y los espacios alrededor del acero de refuerzo asiacute como
tambieacuten obtener una masa homogeacutenea sin grandes burbujas de aire atrapada Esta propiedad
se puede determinar mediante varios meacutetodos de ensayo como son la manejabilidad
segregacioacuten exudacioacuten masa unitaria contenido de aire y contenido de agua (Guzmaacuten 2001)
Concreto endurecido 233
Es la etapa en la cual el concreto adquiere sus caracteriacutesticas potenciales de resistencia
maacutexima En general las propiedades mecaacutenicas del concreto dependen en gran medida por la
resistencia de la pasta endurecida los agregados y la interface pasta ndash agregados los cuales a
su vez son modificadas por los procesos de colocacioacuten y condiciones de curado (Guzmaacuten
2001) Cuando ya ha fraguado presenta las siguientes propiedades
a) Resistencia
b) Resistencia a la compresioacuten
c) Impermeabilidad y estanquidad
d) Durabilidad
24 Componentes del concreto
Cemento 241
Un cemento se define como un material con propiedades adhesivas y cohesivas que le dan la
capacidad de unir fragmentos soacutelidos para formar un material resistente y durable Sin embargo
esta definicioacuten incluye gran cantidad de materiales cementantes y los que realmente importan
desde el punto de vista de la construccioacuten son los cementos hidraacuteulicos llamados asiacute porque
tienen la peculiaridad de desarrollar sus propiedades (fraguado y endurecimiento) cuando se
encuentran en presencia de agua en virtud a que experimentan una reaccioacuten quiacutemica con ella
45
El cemento constituye entre el 7 y 15 de volumen total de la mezcla y por tanto influye en
todas sus caracteriacutesticas ((ASOCRETO) nd)
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd)
TIPO APLICACIOacuteN
TIPO I
Tipo IA
TIPO II
Tipo IIA
TIPO III
TipoIIIAMem
gt
TIPO IV
TIPO V
Para usar cuando no se requieran las propiedades especiales especificadas
para cualquier otro tipo
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo I donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para uso general maacutes especiacuteficamente cuando se desea resistencia
moderada a los sulfatos o calor de hidratacioacuten moderado
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo II donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea alta resistencia inicial o temprana
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo III donde
se desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea bajo calor de hidratacioacuten
Para usar cuando se desea alta resistencia a los sulfatos
Agua 242
Por lo general se recomienda que el agua sea potable y que no tenga un pronunciado olor o
sabor para que pueda usarse como agua de mezclado o curado en el concreto o el mortero
sin embargo esto no es rigurosamente cierto debido a que dentro del agua potable se pueden
encontrar disueltas en altas concentraciones sales ciacutetricos azuacutecares entre otros que pueden
ser perjudiciales para el concreto o el mortero de otra parte el agua que puede ser adecuada
para el concreto o mortero no necesariamente debe ser buena para beber (Diego Saacutenchez De
Guzmaacuten 2011)
El agua de mezcla cumple dos funciones muy importantes permitir la hidratacioacuten del cemento y
hacer la mezcla manejable De toda el agua que se emplea en la preparacioacuten de un mortero o
un concreto parte hidrata el cemento el resto no presenta ninguna alteracioacuten y con el tiempo
se evapora como ocupaba un espacio dentro de la mezcla al evaporarse deja vaciacuteos los
cuales disminuyen la resistencia y al durabilidad del mortero o del hormigoacuten (Rivera L nd)
46
Agregados 243
Como agregados de las mezclas de mortero o concreto se pueden considerar todos aquellos
materiales que han tenido una resistencia propia suficiente (resistencia de la partiacutecula) no
perturben ni afecten desfavorablemente las propiedades y caracteriacutesticas de las mezclas y
garanticen una adherencia suficiente con la pasta endurecida del cemento Portland
La fraccioacuten fina de los suelos gruesos cuyas partiacuteculas tienen un tamantildeo inferior a 476 mm
(tamiz No4) y no menor de 0074mm (tamiz No 200) es lo que comuacutenmente se denomina
AGREGADO FINO y la fraccioacuten gruesa o sea aquellas partiacuteculas que tienen un tamantildeo
superior a 476mm (tamiz No 4) denominado AGREGADO GRUESO (Rivera L 2006)
25 Normativas para ensayos
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017)
ENSAYO NORMATIVA
Agregados
Muestreo de agregados
Peso especiacutefico y absorcioacuten
Contenido de humedad
Anaacutelisis granulomeacutetrico
Cantidad de material fino que pasa el Tamiz Ndeg200
Peso unitario
Concreto
Muestreo de concreto freso
Asentamiento-slump
Peso unitario rendimiento
Elaboracioacuten y curado de muestras de concreto para
ensayos de laboratorio
Resistencia a compresioacuten
Testigos ciliacutendricos
Cemento
Densidad del cemento Portland
ASTM
D-75
C-127
C-128
C-566
C-136
C117
C-29
C-172
C-143
C-138
C192
C-39
C-188
NTP
400010
400021
400022
339185
400012
339132
400017
339036
339035
339046
339183
339034
334005
47
26 Fibras en el concreto
El uso de las fibras naturales como un componente maacutes en materiales de relleno o
aglomerantes no es nuevo se remonta a varios siglos atraacutes En concreto existen referencias
tempranas de experimentacioacuten con un refuerzo discontinuo (clavos segmentos de cable
ganchos) que se remontan a 1910 Probablemente el uso maacutes extendido de las fibras como un
componente maacutes en materiales aglomerantes haya sido su uso en elementos como tejas o
prefabricados de asbesto cemento En este caso las fibras de asbesto le conferiacutean al material
el monolitismo y la resistencia a la tensioacuten buscada sin embargo por consideraciones de salud
estas fibras de asbesto han sido sustituidas por otras de diferentes materiales que no tienen
ninguacuten efecto sobre la salud humana (Imcyc 2007)
Las fibras para concreto se adicionan normalmente en bajos voluacutemenes (frecuentemente
menos del 1) y han mostrado eficiencia en el control de la fisuracioacuten por contraccioacuten del
concreto Las fibras no alteran considerablemente la contraccioacuten libre de concreto y si son
empleadas en cantidades adecuadas pueden aumentar la resistencia al agrietamiento y
disminuir la abertura de las fisuras Las fibras para concreto generalmente son de acero
plaacutestico vidrio de materiales naturales (celulosa de madera) y sistemas muacuteltiples disponibles
en una amplia variedad de formas tamantildeos y espesores (DIFICONSA nd)
Clasificacioacuten de fibras 261
Como refuerzo secundario para concreto en general pueden clasificarse seguacuten diferentes
consideraciones (ASTMC 1116 EN 14889 EN 14889-2 ver normas actuales que rigen el
empleo de las fibras paacuteg26) hoy en diacutea se emplean principalmente dos tipos de clasificacioacuten
asiacute
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007)
CLASIFICACIOacuteN DESCRIPCIOacuteN
Material
Metaacutelicas
Sinteacuteticas
Secciones discretas de metal que tienen una relacioacuten de
aspecto (relacioacuten entre la longitud y el diaacutemetro) que va
desde 20 hasta 100 Estas fibras son de acero (en
general de bajo contenido de carboacuten)
Secciones discretas que se distribuyen aleatoriamente
dentro del concreto que pueden estar compuestas por
Acriacutelico Aramid Carboacuten Polipropileno Poliestileno
Nylon Poliester etc
48
Vidrio
Naturales
Funcionalidad geometriacutea y dosificacioacuten
Microfibras
Macrofibras
Secciones discretas de fibra de vidrio resistentes al
aacutelcali
Secciones discretas de origen como coco sisal madera
cantildea de azuacutecar yute bambuacute etc Cuyos diaacutemetros
variacutean entre 05 y 02 mm con valores de absorcioacuten
superiores al 12
Estas fibras estaacuten destinadas a evitar la fisuracioacuten del
concreto en estado fresco o antes de las 24 horas Se
dosifican en el concreto para voluacutemenes entre 003 a
015 del mismo
Estas fibras estaacuten destinadas a prevenir la fisuracioacuten en
estado endurecido a reducir el ancho de la fisura si eacutesta
se presenta y a permitir el adecuado funcionamiento de
la estructura fisurada Las dosificaciones maacutes
frecuentes oscilan entre 02 a 08 del volumen del
concreto Las macrofibras maacutes usadas son las sinteacuteticas
y las metaacutelicas cuyos diaacutemetros variacutean entre 005 mm a
200mm La relacioacuten de aspecto (Ld) de las
macrofibras variacutea entre 20 a 100
2611 Uso en la construccioacuten
El ACI clasifica a las fibras de acuerdo al uso en la construccioacuten dividieacutendolos de la siguiente
manera
- Fibra de acero (FA)
- Fibra de vidrio (FV)
- Fibra sinteacutetica (FSN)
- Fibra natural (FN) (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
27 Concreto reforzado con fibras vegetales
Concretos donde su composicioacuten estaacute formada de pasta base cementante agregados fino
agregado grueso con adecuadas adiciones de fibras Seguacuten la definicioacuten del ACI (American
Concrete Institute) no es maacutes que concreto hecho a partir de cementos hidraacuteulicos
conteniendo agregados finos y gruesos y fibras discretas discontinuas
49
Fibras vegetales 271
Los oacuterganos las secciones y las fibras de las plantas son denominados fibras vegetales se
pueden definir como todos los elementos estructurales que hacen parte de los tejidos orgaacutenicos
de las plantas y constituyen su esqueleto Los factores que definen el nivel de consistencia de
cada una de las fibras dependen del oacutergano o tejido del cual sean extraiacutedos y del grado de
unioacuten entre ellos La longitud y la forma de los cordones de fibras tambieacuten variacutean dependiendo
de esos mismos factores (Artesaniacutea 2014)
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) ORIGEN DE LAS
FIBRAS TIPO
Semillas
Tallos
Fruto
De la cascara y fruto
El algodoacuten
Capoc o Kapok
Lino
Caacutentildeamo
Yute
Ramio
Albaca
Sisal
Rafia
Bambuacute
Coco
Cereales Arroz avena centeno cebada trigo
Las fibras en el concreto tienen como funcioacuten principal mejorar la resistencia a traccioacuten y evitar
el agrietamiento cuando las fibras pierden su resistencia el producto es equivalente a un
concreto no reforzado Sin embargo en ese momento el concreto habraacute alcanzado su
resistencia total y como el agrietamiento se ha evitado en las etapas iniciales podriacutea ser maacutes
resistente que un producto similar hecho sin refuerzo
Aproximadamente el contenido general de fibra vegetal es del 1 a 2 del peso no seraacute nunca
del volumen ya que las densidades de las fibras pueden variar grandemente (Stulz amp Mukerji
1993)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 272
Dentro de las caracteriacutesticas maacutes importantes del concreto estaacuten las siguientes
50
2721 Resistencia a la compresioacuten
El uso de las fibras no tolera incrementos significativos en este ensayo En sus resultados
puede haber una leve variacioacuten tanto en el incremento como en el decremento en la
resistencia
Es importante el tamantildeo de las probetas cuanto menor sea se obtendraacuten mayores
resistencias a la compresioacuten debido a que se acentuacutea un alineamiento preferente de las fibras
A medida que aumente la longitud de la fibra el efecto seraacute mucho maacutes sensible (ACI 544-1R)
(American Concrete Institute (Aci) 2009)
2721 Resistencia al impacto
Los concretos reforzados con fibras presentan caracteriacutesticas principales como su resistencia a
los impactos por absorcioacuten de energiacutea adicional a esto presentan una menor tendencia a la
desfragmentacioacuten y al desprendimiento (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
2722 Resistencia a la flexioacuten
L a resistencia a la flexo traccioacuten es evidentemente mayor que la resistencia a la compresioacuten y
traccioacuten debido al comportamiento duacutectil del concreto reforzado con fibra en la zona fisurada
por traccioacuten desarrollando resistencias residuales (Carvajal 2015)
Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras 273vegetales
La funcioacuten principal de las fibras vegetales que se agregan es de soportar las tracciones
despueacutes de la primera fisura del concreto teniendo presente que el aporte de refuerzo de las
fibras es diferente a la del armado convencional de acero
En el momento que aparece una fisura las fibras quedan expuestas siendo estas las
responsables de mantener el elemento adherido Teniendo como resultado que las fibras
actuantes tengan diferentes esfuerzos al momento de la fisura La curva caracteriacutestica Carga
Vs Deflexioacuten en concretos reforzado con fibras sometidas a ensayos de traccioacuten por flexioacuten
se puede observar en la figura 4 (Carvajal 2015)
51
Lograr una buena homogenizacioacuten de la fibra vegetal en la elaboracioacuten de la mezcla
garantizara una buena distribucioacuten organizacioacuten y adecuada orientacioacuten de la fibra aportando
asiacute en su resistencia siendo lo contrario se podriacutea suponer que su contribucioacuten al concreto sea
nula (Carvajal 2015)
Las caracteriacutesticas que se potencializan al emplear adiciones de fibra vegetal en los concretos
son la resistencia y durabilidad La fibra ayuda a cohesionar el material entre sus agregados
con esto evitando la segregacioacuten del agregado
Normativa de concreto con agregados vegetales 274
Se tiene como referencia para esta investigacioacuten la normativa del Instituto Americano del
Concreto (ACI) y la sociedad Estadounidense para pruebas y materiales (ASTM) dentro de las
cuales se otorgan una serie de paraacutemetros para el disentildeo de concretos reforzados con fibras
teniendo presente las caracteriacutesticas a las cuales se deben regir los materiales que son
utilizados en las mezclas de concretos
El documento ACI 544R-96 informe sobre hormigoacuten armado con Fibra Homologar (2009) es
una guiacutea potencial para el disentildeo de concretos con fibras naturales Dentro del informe ACI
544 se puede encontrar una descripcioacuten del tipo de fibras referenciando consigo meacutetodos
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras (Carvajal 2015)
52
proporciones practicas materiales y necesidades para el tipo de investigacioacuten incluyendo los
concretos reforzado con fibra natural (American Concrete Institute (ACI) 2009)
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras
Tuacuteneles 281
El uso de fibras de acero para el revestimiento de tuacuteneles hadado importantes resultados
tanto en su colocacioacuten como en su desempentildeo estructural logrando alcanzar una alta
resistencia en pocas horas El uso de las fibras de acero en el concreto ha dado una pauta para
obviar el uso de malla electro soldada ya que las fibras logran cubrir esta necesidad de
elementos de refuerzo en las obras de construccioacuten
Pavimentos 282
Se sabe que el concreto para el uso en pavimentos requiere de unas especificaciones
particulares para de esta manera lograr contrarrestar las fuertes exigencias estructurales entre
ellas las maacutes importantes
- Resistencia a flexo traccioacuten
- Resistencia a fatiga
- Trabajabilidad
- Miacutenima retraccioacuten
Otros usos 283
Las fibras hacen una fuerte participacioacuten en la elaboracioacuten de elementos prefabricados tal es
el caso de elaboracioacuten de placas de fachada tanques plantas industriales piscinas pisos
industriales canales muebles para parques piezas para el hogar entre otros
53
29 Concreto arquitectoacutenico
El concreto arquitectoacutenico es aquel que por siacute mismo o por medio del tratamiento superficial
que se le aplique permite ser el protagonista del aspecto acabado o si se quiere personalidad
de lo edificado sin dejar de lado su funcioacuten estructural (Cementos Argos SA 2010)
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018)
Prefabricados 291
Los prefabricados en concreto son una opcioacuten vanguardista que ademaacutes de ofrecer variedad
de usos permite ahorra tiempo y dinero Su durabilidad resistencia y versatilidad continuacutean
consolidaacutendolo como una de las mejores alternativas en la construccioacuten ((IMCYC) 2017)
La prefabricacioacuten es anterior a la industrializacioacuten considerando que el ladrillo fue el primer
elemento producido fuera de obra con sistemas que se han ido prolongando a traveacutes del
tiempo con nuevos meacutetodos procedimientos equipos materiales entre otros Es una manera
raacutepida moderna versaacutetil y energeacuteticamente eficiente forma de construir cualquier tipo de
edificacioacuten (Novas 2010)
2911 Clasificacioacuten
Estos elementos se clasificaraacuten dependiendo de variables como funcioacuten peso dimensiones
formato meacutetodo de produccioacuten materiales entre otros
ESTRUCTURALES URBANIacuteSTICOS ARQUITECTOacuteNICOS
Muros en Tilp Up
Muros de contencioacuten
Prefabricados
Columnas losas y vigas
Muros para sistema
industrializado de construccioacuten
de vivienda
Senderos peatonales y pisos
Elementos de amueblamiento
urbano
Aplicaciones en parques y espacio
puacuteblico
Elementos texturizados en
concreto
Fachadas
Decks
54
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010)
CLASIFICACIOacuteN DE PREFABRICADOS
Seguacuten el grado de prefabricacioacuten Parcial
Total
Seguacuten su funcioacuten Resistente
Cerramiento
Ornamental
Seguacuten su peso y dimensiones Livianos (˂30Kg)
Semipesados (˂500Kg)
Pesados (˃30Kg)
Seguacuten su formato Bloques
Paneles
Elementos lineales
Seguacuten su meacutetodo de ejecucioacuten Industrial a gran escala
Taller
Fabricacioacuten baja teacutecnica
Seguacuten sus materiales Hormigoacuten armado
Hormigoacuten pre ndash pos tensado
Acero
Aluminio
Madera
Plaacutestico
2912 Procesos de produccioacuten
29121 Encofrado
Elementos auxiliares destinamos al moldeo ldquoin siturdquo de concretos y morteros con el fin de
contener soportar y moldear el concreto fresco hasta su endurecimiento Estructuras
temporales su colocacioacuten tarda algunas horas y que en pocos diacuteas se desmontan para su
posterior reutilizacioacuten Para un faacutecil y adecuado desmonte sin afectar acabado yo color del
concreto se suele utilizar desmoldantes (barnices antiadherentes y preparados a base de
aceites solubles en agua) para simplificar el desencofrado y si son de madera se deben
humedecer antes para impedir que absorban agua del concreto (Piqueras 2017)
29122 Vaciado del concreto
Para efectos del vaciado del concreto se debe cumplir el Reglamento Colombiano de
Construccioacuten Sismo Resistente NSR-10 (Capitulo C5) y la norma NTC 3318 o ASTM C94 Se
debe recurrir a una serie de pasos anterior al vaciado los equipos de transporte deben estar
limpios el refuerzo libre de oacutexidos o grasas los encofrados recubiertos con desmoldante
55
ademaacutes no puede haber estancamientos de agua y en caso de tener superficies de concreto
colocado anteriormente que vayan a estar en contacto directo con el concreto nuevo deben
haber recibido el tratamiento de juntas especifico El concreto debe alcaacutezar una consistencia
que permita su colocacioacuten en todas las esquinas o aacutengulos de las formaletas alrededor del
refuerzo y de cualquier otro elemento embebido sin que haya segregacioacuten El concreto se
debe colocar tan pronto sea posible y nunca despueacutes de treinta minutos de preparada la
mezcla a menos que haya sido dosificada con alguacuten tipo de aditivo autorizado (SAOV 2018)
29123 Vibrado del concreto
Es vital este procedimiento durante la colocacioacuten del concreto este se debe colocar con la
ayuda de un equipo mecaacutenico de vibradores complementado por labores manuales esto con
el fin de eliminar la cantidad de aire que hay en la mezcla producido durante el vaciado
tambieacuten hace que se comporte como un liacutequido espeso y se consolide mejor Este
procedimiento debe complementarse golpeando exteriormente con martillo neumaacutetico o
usando varillas en las esquinas y aacutengulos de las formaletas mientras el concreto este todaviacutea
plaacutestico y manejable a fin de impedir vaciacuteos (SAOV 2018)
29124 Desencofrado
El desencofrado debe realizarse sin movimientos bruscos Se debe efectuar cuando el concreto
haya alcanzado la resistencia suficiente para soportar con seguridad su propia carga maacutes
cualquier otra que se quisiese sobreponer Teniendo en cuenta la normativa el ACI ldquoAmerican
Concrete Instituterdquo en su documento ACI 347R (Guide to form work for concret) recomienda
que se utilice el criterio de ganancia de resistencia que haya definido el ingeniero estructural
para determinar la edad del concreto para desencofrar (SAOV 2018)
2913 Ventajas ambientales
- Poco desperdicio de materiales debido a dosificaciones de mezclas maacutes precisas y
controladas
- Mayor posibilidad de reciclar desechos y aguas grises Una fraccioacuten de los agregados
puede estar constituida por concreto reciclado con el tratamiento adecuado
56
- Los componentes principales del concreto son obtenidos principalmente a nivel local lo
cual reduce los requerimientos de transporte energiacutea y emisiones asociadas a este
- En el sitio de obra se reduce el polvo escombros y otros desechos teniendo un control
y aprovechamiento total sobre ellos(Guerrero 2013)
210 Disentildeo Urbano
Espacio Puacuteblico 2101
El espacio puacuteblico moderno se define a partir de la separacioacuten formal entre la propiedad
privada urbana y la propiedad puacuteblica Tal separacioacuten normalmente supone reservar el suelo
libre de construcciones (excepto equipamientos colectivos y servicios puacuteblicos) para usos
sociales (esparcimiento actos colectivos transporte actividades culturales y a veces
comerciales etc) (Segovia y Neira 2005) Para un adecuado y apropiado disentildeo es
importante evaluar caracteriacutesticas sociales y las actividades para las cuales seraacuten disentildeadas
para asiacute corresponder a cada una de estas y asiacute satisfacer de manera oacuteptima duradera y
efectiva las necesidades que lo originaron
Pisos 2102
Dentro de las posibilidades que nos permite el concreto para moldearse esta esta teacutecnica la
cual consiste en estampar colorear y endurecer una superficie de concreto para obtener una
apariencia natural de materiales tales como ladrillo laja piedra o ceraacutemica permitiendo por su
versatilidad variedad de disentildeos y colores Es una teacutecnica de un gran valor arquitectoacutenico con
costos reducidos diversidad ideal para pisos veredas y accesos (Barbosa 2013)
21021 Usos
- Comerciales e industriales galeriacuteas supermercados complejos habitacionales plazas
aceras caminos senderos peatonales veredas estacionamientos y en general todo
tipo de piso con alto traacutensito vehicular y peatonal
57
- Residenciales pisos interiores o exteriores patios caminos interiores huellas zonas de
esparcimiento bordes de piscina escaleras garajes entre otros
21022 Ventajas
Los pisos de concreto estampado son logrados con un tratamiento que le confiere gran
resistencia a la superficie y con una terminacioacuten final con un sellador que protege los colores y
sella los poros del material Se evita la construccioacuten del contrapiso la carpeta de asiento y la
mezcla para la colocacioacuten del piso y queda libre de todo mantenimiento por muchos antildeos
(Barbosa 2013)
- Muacuteltiples opciones de colores
- Alternativas esteacuteticas
- Permite pulirse manteniendo su integridad
- Alternativa competitiva para acabados que simulen piedra natural madera baldosas
- Faacutecil y raacutepido de instalar en comparacioacuten con otras alternativas
- Menor manteamiento debido a tener un color integral
Seguacuten el color puede disminuir el efecto Isla de calor aumentar reflectividad y disminuir el consumo energeacutetico
Mobiliario Urbano 2103
El mobiliario urbano prescribe el espacio puacuteblico y se constituye en elemento esencial de la
identidad y el paisaje de las ciudades Se considera como elementos complementarios a
espacios de viacuteas parques alamedas caminos y aceras de uso puacuteblico con el fin de facilitar las
necesidades del ciudadano mejorando su calidad de vida en entornos favorables y a su vez
fomentando el uso adecuado de los espacios puacuteblicos para un bien general
21031 Clasificacioacuten seguacuten su funcioacuten
- Elementos de Iluminacioacuten columnas para laacutemparas farolas apliques balizas proyector
y focos
58
- Elementos de jardineriacutea y agua elementos que se relacionan con la vegetacioacuten y el
riego las fuentes y las evacuaciones de agua
- Elementos de comunicacioacuten estaacuten dados por los soportes para la comunicacioacuten como
sentildealizacioacuten informacioacuten o publicidad
- Elementos de servicios puacuteblicos mobiliario dirigido a satisfacer las necesidades
derivadas de los servicios puacuteblicos baacutesicos de la ciudad como son transporte la
telefoniacutea los estacionamientos para bicicletas vigilancia de playas y juegos infantiles
- Elementos Comerciales mobiliario destinado al uso comercial que tradicionalmente se
realiza en la viacutea puacuteblica kioscos de libros bares y puestos de mercado
- Elementos de limpieza indispensables en todo espacio puacuteblico para recoger la basura
maacutes diversa papeles vidrio metales plaacutesticos cartones pilas etc
- Elementos de Urbanizacioacuten y limitacioacuten Aquellos que por su extensioacuten pueden ofrecer
una visioacuten unitaria del territorio de la ciudad (rampa vehicular bordillos barandilla valla
barrera arquitectoacutenica bolardos bancos banquetas y sillas) (Rosas Chaves 2014)
Fachadas y elementos de concreto a la vista 2104
Su funcioacuten no solo es esteacutetica sino que debe garantizar un alto grado de proteccioacuten La
mezcla de concreto para estos elementos debe cumplir con determinadas caracteriacutesticas
especiales que le permitan estar expuesto a diferentes condiciones climaacuteticas El encofrado en
las estructuras de concreto arquitectoacutenico es de gran trascendencia dentro del proceso
constructivo pues ademaacutes de ser esencial para lograr una respuesta adecuada a nivel
estructural debe responder a las expectativas del disentildeador (Silva 2015)
Estampados 2105
Los acabados del concreto se clasifican en dos
59
21051 Acabados directos
Se entienden como superficies no tratadas aquellos que son dejados tal cual despueacutes del retiro
de las formaletas lo que determinan el aspecto de la superficie resultante (Cementos Argos
SA 2010)
21052 Acabados indirectos
Concretos cuyas superficies son tratadas despueacutes del desencofrado ya sea por medio
quiacutemicos o mecaacutenicos (comprende acabados cepillados allanados tratados con productos
quiacutemicos lavados con abrasivos tratados con herramientas tratamientos mixtos entre otros)
(Cementos Argos SA 2010)
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010)
ACABADOS TIPOS DE ACABADOS
Acabados directos
Acabados indirectos
Otros
Acabados lisos
Texturizados a partir de revestimientos
Patrones naturales
Incrustaciones
Madera simulada
Superficies acanaladas o estriadas
Allanado o liso
Tratamientos quiacutemicos
Lavado con abrasivos
Tratamiento con herramientas
Tratamientos mixtos
Tratado con sal
Oxidado
Tubos de PVC
Esferas de poliestireno expandido
21053 Concreto coloreado (pigmentos)
Los pigmentos son finas partiacuteculas de polvo quiacutemicamente inertes e insolubles que dotan de
color al material al que se antildeaden Deben ser insolubles tanto al agua como a los agregados
ademaacutes de inertes quiacutemicamente respecto al cemento a los agregados a los aditivos
resistentes a la intemperie estables a la luz a las temperaturas extremas y quedar firmemente
embebidos con los finos del cemento cuando endurezca (Estantildeol 2006)
60
Los pigmentos se clasifican en dos clases obtenidos de manera natural y manufacturados de
forma sinteacutetica
210531 Forma natural
Son obtenidos en yacimientos naturales minerales en su mayoriacutea son de color ocre debido a la
existencia de oacutexidos o hidroacutexidos metaacutelicos principalmente hierro La tierra natural calcinada se
tamiza hasta conseguir un tamantildeo uniforme de los granos y los fabricantes de dichos
pigmentos deben garantizar que las partiacuteculas tengan una dimensioacuten regular (Estantildeol 2006)
210532 Forma sinteacutetica
Estos pigmentos son baacutesicamente oacutexidos de hierro cromo cobalto y titanio Se deben
seleccionar oacutexidos teacutecnicamente puros sin aditivos ni constituyentes secundarios de un gran
poder colorante cualidad que depende de la naturaleza y pureza asiacute como de su finura Si
bien estos pigmentos tienen el mismo origen mineraloacutegico que los naturales al ser obtenidos
por procesos controlados y estandarizados tienen la ventaja de otorgar alta pureza elevado
brillo y gran poder de coloracioacuten estos pigmentos son estables a la intemperie es decir a la luz
UV al aacutecido carboacutenico a cambios fuertes en la humedad y la temperatura a los aacutecidos a los
aacutelcalis y a los componentes del cemento (Estantildeol 2006)
1 Capiacutetulo Cascarilla como material alternativo 61
3 Capiacutetulo Cascarilla de cafeacute como material alternativo
31 Generalidades
El pergamino de cafeacute o cascarilla es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano (fig 2) Esta cascarilla
constituye una excelente fuente de celulosa y lignina1 pentosanos siacutelice y cenizas asiacute como
otros compuestos en menor proporcioacuten En los paiacuteses productores de cafeacute los residuos y sub -
productos del cafeacute constituyen una fuente de contaminacioacuten y generadora de problemas
ambientales por ese motivo desde mediados del siglo pasado se ha tratado de buscar
meacutetodos sobre coacutemo utilizarlos como materia prima para la produccioacuten de bebidas vinagre
biogaacutes cafeiacutena pectina proteiacutena y abono (Coffea 2005)
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 311
Para esta investigacioacuten se utilizoacute la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) de una de las regiones
cafeteras del paiacutes el departamento de Narintildeo especiacuteficamente de ALMACAFEacute SA PASTO
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia 2010)
Procedencia
Aacuterea de cultivo
Temperatura promedio
Promedio Maacuteximo
Promedio Miacutenimo
Precipitacioacuten media anual
Radiacioacuten solar
Departamento de Narintildeo
Altitud 1765 msnm promedio
38400 Hectaacutereas sembradas en Narintildeo
199degC
259degC
16degC
1866 miliacutemetros anual
1666 horas promedio anual
Proceso obtencioacuten de la cascarilla 312
El cafeto es un arbusto o aacuterbol pequentildeo perennifolio de fuste recto que puede alcanzar los 10
metros en estado silvestre en los cultivos se los mantiene normalmente en tamantildeo maacutes
reducido alrededor de 3 metros Las hojas son eliacutepticas oscuras y coriaacuteceas
62
El fruto es una drupa que se desarrolla en unas 15 semanas a partir de la floracioacuten el
endospermo comienza a desarrollarse a partir de la duodeacutecima semana y acumularaacute materia
soacutelida en el curso de varios meses atrayendo casi la totalidad de la energiacutea producida por la
fotosiacutentesis
3121 Recoleccioacuten del cafeacute
En esta etapa se cosechan uacutenicamente los granos que alcanzan el estado de madurez
completa normalmente de color rojo o amarillo ya que los verdes dantildean el sabor de la taza de
un cafeacute Todo este proceso se desarrolla de forma manual
3122 Despulpado
El mismo diacutea de la recoleccioacuten los granos de cafeacute se despulpan retirando la cereza del grano
para que luego obtenga la fermentacioacuten En esta parte del proceso los granos permanecen en
reposo
3123 El lavado
En esta parte se retira con agua limpia los restos de muciacutelago que quedan en el grano y se
eliminan azucares
3124 El secado
Se exponen los granos de cafeacute al calor del sol en un secadero para que el grado de humedad
disminuya facilitando su conservacioacuten El grano seco se almacena en sacos limpios elaborados
en fique facilitando su traslado
Fuente Tomado de httpwwwmundocafetocombeneficiadoel-beneficio-humedo-del-cafe
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado
63
3125 Trillado artesanal
En En este proceso artesanal se retira la cascarilla del grano llamado pergamino Este
procedimiento tambieacuten puede desarrollarse de forma industrial (Omen 2011)
A partir del proceso de la trilla de cafeacute pergamino se retira mecaacutenicamente la cascara
(pergamino) que cubre la almendra de cafeacute (denominada cisco en la trilla) el pergamino ya
limpio entra a la maacutequina trilladora y es retirada por friccioacuten la cascarilla obtenieacutendose la
almendra El cisco que acompantildea la almendra al salir de la trilladora es succionado
mecaacutenicamente en esta operacioacuten se causa la merma por cisco El monitor de pergamino es
una maacutequina cribadora compuesta por un conjunto de tres a cuatro mallas una campana
extractora de cisco y polvo residual
La maacutequina trilladora estaacute formada por un cilindro en forma hexagonal con superficie labrada
que gira dentro de un cilindro coacutencavo estacionario y fraccionado en dos caacutemaras en la
primera caacutemara la friccioacuten elimina entre 60 y 70 de la cascarilla luego pasa a la segunda
caacutemara (caacutemara de retrilla) transportado por un elevador de cangilones donde termina de
retirarle la cascarilla y pule la superficie de la almendra eliminaacutendole la cutiacutecula (Mayorga
nd)
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia)
64
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla
Fuente Tomado de httpswwwcoopronaranjorlcomnuestro-cultivoproceso-ciclo
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute
Caracteriacutesticas fiacutesicas 321
El pergamino o cascarilla de cafeacute es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano de cafeacute en base seca
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005)
65
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
CASCARILLA DE CAFEacute
A B C
Masa unitaria suelta
284gr 300gr 310gr
MUS=298gr
Masa unitaria compacta (peso2716gr) molde 110pie3
334gr 354gr 344gr
MUC=344gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip 344grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 193grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2846 h
Composicioacuten quiacutemica 322
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011)
(Seguacuten Willboux (2))
()
Cafeacute
Araacutebica
()
Cafeacute
Robusta
()
Extracto eteacutereo
Proteiacutenas totales
Celulosa bruta
Hemicelulosa
Azuacutecares
Pentosa
Cenizas
Silicio
Aluminio (Al 203)
Hierro (Fe21198743)
Calcio
Magnesio
Sodio
Potasio
Grasas
040
150
5020
1160
2130
2600
100
1570
340
1360
1960
1220
340
1800
060
--
220
6020
760
--
--
330
--
--
--
--
--
--
--
66
Estas propiedades la hacen oacuteptima para utilizarla como agregado liviano en un hormigoacuten con
el limitante de que tiene un contenido de azuacutecares muy alto (213) que inhibe la reaccioacuten del
cemento en la mezcla y por consiguiente retarda el fraguado presentaacutendose eacuteste despueacutes de
las 72 horas de fundida la mezcla Este limitante se soluciona mineralizando la cascarilla
(Garcia amp Olaya 2011)
A su vez tiene una estructura lineal o fibrosa en la que se establecen muacuteltiples puentes de
hidroacutegeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa hacieacutendolas
muy resistentes e insolubles al agua De esta manera se originan fibras compactas que
constituyen la pared celular de las ceacutelulas vegetales daacutendoles asiacute la rigidez necesaria Las
fibras en los vegetales estaacuten unidas entre siacute por un material cementante de caraacutecter
termoplaacutestico denominado lignina localizada en la laacutemina media de las fibras
proporcionaacutendole rigidez y resistencia al tejido vegetal
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute)
Las fibras vegetales tienen dentro de su estructura componentes que son ricos en agua (lignina
y hemicelulosa) lo cual al reforzar el material compuesto puede generar deficiencias
mecaacutenicas La razoacuten principal para que la resistencia mecaacutenica disminuya es que el agua es
uno de los inhibidores naturales de la polimerizacioacuten en las resinas de polieacutester insaturado por
lo tanto la presencia de estos componentes es poco deseable dentro de la estructura de las
fibras (Gomez 2009)
Una forma de evitar o retardar la descomposicioacuten de las fibras utilizadas en el hormigoacuten es la
proteccioacuten de estas con sustancias bloqueadoras sustancias repelentes al agua y con una
mezcla de ambos tipos de sustancias (Gram 1983)
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades de
Glucosa)(Coffea 2005)
67
Mineralizacioacuten con aceite de linaza 331
Procedimiento
a) Calentar aceite a 80degC
b) Sumergir la fibra seca por 5 minutos
c) Tener otro aceite a 24degC y pasar la cascarilla por 5min
d) Repetir ciclo por 3 veces
e) Dejar enfriar a Tdeg ambiente durante 24h (Alvarado 2002)
Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 332
Procedimiento
Las partiacuteculas o fibras de bagazo fueron inmersas en Hidroacutexido de calcio al 50 durante 24
horas a una temperatura de laboratorio de 24degC (Para darle una proteccioacuten del medio alcalino
de la pasta de cemento) A partir de este procedimiento se obtiene como conclusioacuten que si se
aumenta el tiempo de inmersioacuten de cascara de arroz en la disolucioacuten baacutesica pasando de 24h a
72h se observa un gran aumento en la resistencia a compresioacuten (Saraz Aristizabal amp Mejiacutea
2007)
Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 333
Procedimiento
Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale de la trilladora en una
solucioacuten ac al 5 en peso durante media hora con agitado constante la proporcioacuten de la
cascarilla es del 10 del peso de la solucioacuten La cal limpia impurezas protege del ataque
microbioloacutegico protege del deterioro por la alta alcalinidad mejora la adherencia (Garcia amp
Olaya 2011)
68
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute
En la ciudad de Medelliacuten innovaron con la implementacioacuten de suelos a base de polietileno y
cascarilla de cafeacute molida ya que el piso de madera actual estaba empezando a sufrir deterioro
Este nuevo elemento fue el resultado de las investigaciones que el Metro adelanta con el fin de
obtener alternativas que garanticen la continuidad del servicio Ademaacutes de que esteacuten siempre
disponibles disminuyan gastos eviten las importaciones y sean amigables con el ambiente
Jaime Peacuterez jefe de Investigaciones del Metro explicoacute que los trenes vienen con un tipo de
madera especial resistente al agua y al calor pero esta no se obtiene en el paiacutes su
importacioacuten es costosa y con su obtencioacuten se hariacutea un significante dantildeo al ecosistema Es por
esta razoacuten que el Metro en colaboracioacuten con pymes y la Universidad de Antioquia ha
investigado desde los antildeos 80 con queacute otros materiales puede ser reemplazada la madera y
que tenga las mismas cualidades Fue esto lo que llevo a explorar otro tipo de materiales y a
encontrar en la cascarilla de cafeacute las particularidades necesarias para soportar el peso de los
usuarios y cumplir con la normatividad internacional ferroviaria no sufrir por humedad y no ser
vulnerable a incendios y una reduccioacuten del 30 al impacto con el medio ambiente (Mejia
2013)
El cisco la cascarilla sobrante del cafeacute es usado por un grupo de ingenieros mecaacutenicos como
materia prima para extruir perfiles de madera plaacutestica y construir viviendas de intereacutes social
El sector de la construccioacuten necesita innovarse constantemente a traveacutes de proyectos cada vez
maacutes sostenibles y amigables con los recursos y la mezcla de poliacutemeros con fibras provenientes
de productos residuales como el aserriacuten (EEUU) o la caacutescara de arroz (China) ha permitido en
el mundo una alternativa a la madera conocida como Wood Plastic Composite (WPC)
La agroindustria colombiana debiacutea encontrar un producto vegetal que le permitiera ofrecer una
alternativa al sector de la construccioacuten y es alliacute cuando el grupo uniandino Materiales y
Manufactura de Ingenieriacutea Mecaacutenica liderado por el profesor Jorge Medina encontroacute las
caracteriacutesticas aplicables al cisco de cafeacute
ldquoLos Andes nos permitioacute trabajar con el cisco de cafeacute que nos hace uacutenicos porque es el
producto que representa a Colombia en el mundo y deberiacuteamos integrarlo maacutes a nuestra
infraestructurardquo Las ventajas de haber utilizado el cisco de cafeacute fuera de darle un sello
69
colombiano al producto es que este subproducto del cafeacute anteriormente no se le daba un
manejo verde y se quemaba CO2 o botaba (Positivo 2015)
Estudiantes de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotaacute realizaron ensayos de
concreto con agregado de cascarilla de cafeacute en el Departamento de Ingenieriacutea Agriacutecola
Tomaron un material como el concreto para realizar la aplicacioacuten de residuos orgaacutenicos
provenientes de la agroindustria cafetera haciendo pruebas y ensayos para determinar las
propiedades fiacutesico-quiacutemicas de la cascarilla del cafeacute y su comportamiento junto al concreto
Llegaron a la conclusioacuten que como material mineralizante es maacutes econoacutemico el cemento que la
cal agriacutecola ademaacutes de que se obtiene mejores resistencias a la compresioacuten en el hormigoacuten
cuando se utiliza cemento en las mismas condiciones que cal tambieacuten concluyeron que la
cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico (Garciacutea amp Olaya 2011)
Auacuten no se han realizado aplicaciones como tal de los resultados obtenidos de investigaciones
donde se utiliza a la fibra vegetal cascarilla de cafeacute como reemplazo en la mezcla de concreto
4 Capiacutetulo Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten
Liacutenea investigativa 411
En este proyecto se realizaron y analizaron los siguientes ensayos
Resistencia a la compresioacuten
Moacutedulo de rotura
Sortividad
Asentamiento
Los ensayos que se practicaron en especiacutemenes de concreto normal y con adicioacuten de la
fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) para esta investigacioacuten la cascarilla seriacutea el reemplazo en
diferentes porcentajes del peso del agregado grueso de la siguiente manera
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)
VARIABLE PORCENTAJE MINERALIZACIOacuteN DENOMINACIOacuteN
Mezcla patroacuten
Cascarilla de cafeacute
(Fibra vegetal)
-
05
10
15
05
10
15
05
10
15
-
CAL AGRIacuteCOLA
LINAZA
HIDROacuteXIDO DE CALCIO
CP-0
CFC-05
CFC-10
CFC-15
CFL-05
CFL-10
CFL-15
CFH-05
CFH-10
CFH-15
71
Denominacioacuten
CP-0 = Concreto patroacuten CFC = Concreto con Fibra vegetal - mineralizacioacuten Cal Agriacutecola CFL = Concreto con Fibra Vegetal - mineralizacioacuten aceite de Linaza CFH = Concreto con fibra vegetal - mineralizacioacuten con Hidroacutexido de Calcio -05 = Porcentaje de reemplazo 05 -10 = Porcentaje de reemplazo 10 -15 = Porcentaje de reemplazo 15
Se elaboraron placas de concreto con el fin de analizar su comportamiento ante agentes
externos como lluvia sol aire vegetacioacuten y se realizaron probetas ciliacutendricas y vigas con y sin
adicioacuten de la cascarilla para ser evaluadas a los 28 diacuteas
72
PROPIEDADES
Agregado fino Agregado Grueso Cascarilla de Cafeacute
Reemplazo
05 10 15
Mineralizacioacuten
-Cal agriacutecola
-Aceite de linaza
-Hidroacutexido de Calcio
Propiedades
estado fresco Propiedades
estado endurecido
Vigas Especiacutemenes
ciliacutendricos Placas Asentamiento
Texturizados Resistencia a
la compresioacuten
Moacutedulo de
Rotura
Exposicioacuten
al exterior Sortividad
Anaacutelisis Conclusiones
Recomendaciones
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia)
73
Materiales 412
4121 Materiales
- Cemento El cemento utilizado para este disentildeo es Cemento Gris de Uso General
producido por Cementos Argos SA Cumplen con los valores de la norma colombiana
NTC 121 y 321(Argos 2013)
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013)
PARAacuteMETROS FIacuteSICOS Especificaciones
argos
NTC 321
Tipo I
ASTM
C-1157 TIPO GU
Fraguado inicial miacutenimo (minutos)
Fraguado final maacuteximo (minutos)
Expansioacuten autoclave maacuteximo ()
Expansioacuten en agua maacuteximo ()
Resistencia a 28 diacuteas miacutenimo (Mpa)
45
420
08
02
260
45
480
08
--
240
45
420
08
02
280
- Agua para el procedimiento se utilizoacute agua proveniente de la red de abastecimiento de
agua potable de la Empresa ACUEDUCTO AGUA Y ALCANTARILLADO DE BOGOTAacute
- Agregados los agregados fino y grueso son traiacutedos desde el municipio del Guamo
Tolima
- Fibra Vegetal (cascarilla de cafeacute) esta fibra proviene del grano de la planta cafeto
(Coffea) lo que se denomina como ldquocascarilla de cafeacuterdquo tambieacuten conocido como cisco
o residuo de la extraccioacuten del grano de cafeacute resultado de un proceso denominado trilla
Poblacioacuten y muestras 413
4131 Poblacioacuten placas
Placas cuadradas en concreto convencional y reforzados con Cascarilla de cafeacute en
porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento de
proteccioacuten
74
Muestra
Estuvo constituida por 20 placas de concreto placas cuadradas de aproximadamente 30x30cm
en concreto normal y reemplazo de agregado grueso por cascarilla de cafeacute En este caso se
adiciono pigmento de color amarillo
Se disentildearon 5 tipos de formaletas para aplicar diferentes texturas para prueba de adherencia
a los patrones de disentildeo arquitectoacutenico y exposicioacuten a los factores externos como lluvia sol
vegetacioacuten Las placas se repartieron de la siguiente manera
- 5 placas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
4132 Poblacioacuten especiacutemenes ciliacutendricos
Se realizaron especiacutemenes ciliacutendricos en concreto normal y reforzados con cascarilla de cafeacute
en porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento
de proteccioacuten
75
Para la prueba de compresioacuten y absorcioacuten se elaboraron un total de 58 especiacutemenes
ciliacutendricos con y sin fibra vegetal
Los cilindros se repartieron de la siguiente manera
- 4 probetas ciliacutendricas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 2 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 2 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
Para la definicioacuten de la cantidad de especiacutemenes para las muestras se tomoacute como referencia
lo estipulado en la norma ASTM C-192 ldquoPraacutectica Normalizada para preparacioacuten y curado de
especiacutemenes de concreto para ensayo en laboratoriordquo en la que se propone como cantidad de
moldeados tres o maacutes especiacutemenes para cada edad de ensayo
76
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos
En un metro cuacutebico de mezcla de concreto podemos tener un promedio de agregados fino y
grueso en un 70 Es importante la valoracioacuten de las propiedades de los agregados al
momento del disentildeo de la mezcla ya que pueden afectar las caracteriacutesticas del concreto final
para esto se tendraacute en cuenta
- Manejabilidad
- Durabilidad
- Factores econoacutemicos
Agregado grueso Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia)
AGREGADO GRUESO
Grava 38 oacute
filtro
A
B
C
Masa unitaria suelta
18565gr
19565gr
19565gr
MUS=19231gr
Masa unitaria compacta
(peso frac12 pie cubico) molde 11435gr
20565gr
20065gr
20565gr
MUC=2040gr
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia)
Peso SSS
Peso
sumergido Peso seco
Lavado tamiz
(horno05degx24h)
Humedad
natural
Peso inicial
Peso final
5000gr
4764gr
4764gr
2910gr
4764gr
4544gr
5000gr
4798gr
2000gr
1944gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7796grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8963grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 256grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 484 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 288 FORMA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Redondeada (grava de riacuteo)
77
Agregado fino Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)
AGREGADO FINO
A
B
C
Masa unitaria suelta
1580gr
1630gr
1612gr
MUS= 1610g
Masa unitaria apisonada
2024gr
2058gr
2041gr
MUA=2041gr
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia)
Peso seco Lavado tamiz
(horno105degx24h) Humedad natural
Peso inicial
Peso final
1350gr
1335gr
5000gr
4860gr
1500gr
1486gr
MASA UNITARIA SUELTAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1610grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2041grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 261grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 094
Anaacutelisis Granulomeacutetrico 421
En anaacutelisis granulomeacutetrico tanto del agregado fino como del agregado grueso se desarrolloacute en
base a la NTC 174 y se realizoacute al iniciar con cada una de las mezclas De acuerdo con la
literatura estudiada la cascarilla de cafeacute como agregado vegetal debe tener un previo
tratamiento para asiacute evitar que el medio alcalino al cual se expone en la mezcla no la deteriore
impidiendo asiacute su finalidad en el concreto para ello se emplean 3 diferentes tratamientos
aceite de linaza hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola para tratar estas fibras y asiacute aumentar su
durabilidad
78
4211 Agregado Fino
El agregado fino es arena de rio del departamento del Tolima traiacuteda por la empresa ldquoFerreteria
el Campiacutenrdquo de acuerdo al anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de finura de este agregado es de
31 y su ubica dentro y al liacutemite del rango permitido por la norma NTC 174 donde se aclara que
el modulo no puede ser mayor a 31
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia)
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 310
0
20
40
60
80
100
120
0101001000
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado fino
Lim Inferior
arena
LimSuperior
Agre
gado
fin
o
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
16
30
50
100
Fondo
Σ
0
354
408
952
1460
1215
375
966
48606
0
729
839
1959
3004
2500
771
198
10000
0
729
1568
3527
6531
9031
9802
10000
100
9271
8432
6473
3469
969
198
-
79
4212 Agregado Grueso
El agregado grueso estaacute compuesto por gravilla de riacuteo del departamento del Tolima
comercializada por la empresa ldquoFerreteriacutea el Campinrdquo
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia)
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 604
0
20
40
60
80
100
120
440
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado Grueso
Lim Inferior
gravilla
LimSuperior
Agre
ga
do
Gru
eso Tamiz
Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
1frac12rdquo
1rdquo TM
frac34rdquoTMN
frac12rdquo
38rdquo
4
Σ
-
-
56
1432
1988
1322
4798
0
000
117
2985
4123
2755
10000
0
000
117
3101
7224
9979
100
100
9883
6899
2776
021
80
4213 Fibra vegetal Cascarilla de cafeacute
La fibra vegetal producto de la industria cafetera es el agregado reciclado procedente de la
zona cafetera narintildeense del paiacutes De acuerdo con el anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de
finura es de 34 ubicaacutendose por encima del rango permitido por la norma NTC 174 que
determina como rango maacuteximo 31 para el agregado fino No obstante auacuten cuando el material
es calificado por la norma como un agregado de tamantildeo grueso esta fibra no es un agregado
convencional por lo que se toma uacutenicamente como referencia para compararlo con los demaacutes
agregados
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia)
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
-20
0
20
40
60
80
100
120
01110
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Cascarilla de Cafeacute
Cascarhellip
Casc
ari
lla d
e ca
feacute
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
10
16
20
100
Fondo
Σ
0
38
574
345
662
123
87
171
200
000
190
2870
1725
3310
615
435
855
100
000
190
3060
4785
8095
8710
9145
100
100
9810
6940
5215
1905
1290
855
000
Moacutedulo de finura 340
81
43 Disentildeo de mezcla
Para el disentildeo de mezcla se toma como referente el procedimiento planteado por Diego
Saacutenchez de Guzmaacuten en su libro ldquoTecnologiacutea del Concretordquo
Seleccioacuten del Asentamiento 431
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001)
CONSISTENCIA ASENTAMIENTO
EJEMPLO DE
TIPO DE
CONSTRUCCIOacuteN
SISTEMA DE
COLOCACIOacuteN
SISTEMA DE
COMPACTACIOacuteN
Semi-seca
Media
Huacutemeda
35-50
50-100
100-150
Pavimentos
fundaciones en
concreto simple
Pavimentos
compactados a
mano losas
muros vigas
Elementos
estructurales
esbeltos
Colocacioacuten con
maacutequinas
operadoras
manualmente
Colocacioacuten
manual
Bombeo
Secciones
simplemente
reforzadas con
vibracioacuten
Secciones
medianamente
reforzadas sin
vibracioacuten
Secciones bastante
reforzadas sin
vibracioacuten
Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 432
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeOS MAacuteXIMOS DE AGREGADOS SEGUacuteN EL TIPO DE CONSTRUCCIOacuteN
Dimensioacuten miacutenima
de la seccioacuten (cm) Tamantildeo maacuteximo en pulg (mm)
6 ndash 15
19 ndash 29
30 ndash 74
75 o maacutes
Muros reforzados y
vigas y columnas
frac12rdquo(12)- frac34rdquo19)
frac34rdquo(19)-1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Muros sin
refuerzo
frac34rdquo(19)
1frac12rdquo(38)
3rdquo(76)
6rdquo(152)
Lozas muy
reforzadas
frac34rdquo(19)-1rdquo(25)
1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Losas sin refuerzo
o poco reforzadas
frac34rdquo(19)-1frac34rdquo(25)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
3rdquo(76)
3rdquo(76)-6rdquo(152)
82
Estimacioacuten del contenido de aire 433
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeO MAacuteXIMO NOMINAL
DEL AGREGADO CONTENIDO DE AIRE EN PORCENTAJE (POR VOLUMEN)
mm Pulg Naturalmente
atrapado
Exposicioacuten
ligera
Exposicioacuten
moderada
Exposicioacuten
severa
127
190
254
381
frac12
frac34
1
1frac12
25
20
15
10
40
35
30
25
55
50
45
45
70
60
60
55
Requerimiento de agua de mezclado 434
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten 2001)
Asentamiento
Tamantildeo maacuteximo del agregado en mm (pulg)
951
frac34rdquo
127
frac12rdquo
190
frac34rdquo
254
1rdquo
381
1frac12rdquo
508
2rdquo
640
2frac12rdquo
761
3rdquo
mm pulg Agua de mezclado en kgm3 de concreto
25
50
75
100
125
150
1
2
3
4
5
6
193
197
200
203
205
208
167
172
176
179
183
188
157
163
167
169
172
176
141
147
152
155
158
162
135
140
145
148
151
155
127
131
135
137
140
144
124
128
132
134
137
141
117
122
125
128
130
134
Resistencia requerida de disentildeo 435
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la desviacioacuten estaacutendar
Resistencia especificada
fʹc (kgcm2)
Resistencia de disentildeo de la mezcla
fʹcr (kgcm2)
Menos de 210 kgcm2
De 210 kgcm2 a 350 kgcm2
Maacutes de 350 kgcm2
fʹc + 70kgcm2
fʹc + 85kgcm2
fʹc + 100kgcm2
fʹc = fʹc + 70kgcm2 fʹc = 210 + 70kgcm2 fʹc = 280kgcm2
83
Relacioacuten agua-cemento 436
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto (adaptada del ACI 2111 y
del ACI 2113)
RELACIOacuteN AC DE DISENtildeO EN PESO
Facutec (28 diacuteas) Concreto sin aire
incorporado
Concreto con aire
incorporado
150
200
250
300
350
400
450
08
07
062
055
048
043
038
071
061
053
046
04
---
---
En esta investigacioacuten la relacioacuten agua-cemento corresponde a 050 teniendo en cuenta que la
resistencia de disentildeo es de 280kgcm2
Caacutelculo del contenido de cemento
Una vez que el contenido de agua de mezclado y la relacioacuten agua-cemento han sido
determinados el contenido de cemento por metro cubico de concreto establecido al dividir el
contenido de agua de mezclado entre la relacioacuten agua-cemento
AC = Relacioacuten agua-cemento por peso C = 148kg3 = 368kgm3 050
Definicioacuten de datos 437
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia)
ENSAYO AGREGADO
GRUESO
AGREGADO
FINO
Masa unitaria compacta MUC (km3)Compact Unit massCMU
Masa unitaria suelta MUS (km3)looseUnite Mass (km3)
Densidad aparente seca
Absorcioacuten ()Absorption ()
Humedad NaturalNatural Moinsture
Moacutedulo de finuraFineness Modulus
FormaForm
6523
5194
256
284
288
redondeada
1926
1492
161
2987
094
311
84
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto (autoriacutea propia)
INGREDIENTE PESO SECO
KGM3
PESO ESPECIacuteFICO
KM3
VOLUMEN
ABSOLUTO LM3
Cemento
Agua
Contenido de aire
Agregado grueso
Agregado fino
368
184
885
861
3100
1000
2560
2610
0118
0184
002
034
033
Total 2298 0992
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia)
MATERIALES Cantidad UN
Cemento de uso general 368 Kgmsup3
Agregado fino 861 Kgmsup3
Agregado grueso 885 Kgmsup3
Agua 184 Kgmsup3
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla
De acuerdo al disentildeo de mezcla ya establecido se sustituye la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute)
por el agregado grueso en proporciones de 05 10 y 15 porcentajes que son sometidos a
un tratamiento previo (aceite de linaza hidroacutexido de calcio cal agriacutecola) Para cada tratamiento
se efectuaron los tres porcentajes de reemplazo con el fin de proteger la fibra del medio
alcalino
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia)
MEZCLA 1 (CFV-05) 995Agregado peacutetreo + 05
agregado vegetal
MEZCLA 2 (CFV-10) 99Agregado peacutetreo +
10 agregado vegetal
MEZCLA 3 (CFV-15) 985Agregado peacutetreo + 15
agregado vegetal
000173 1930 = 3339 000346 1930 = 6678 000518 1930 = 9997
(1930 Densidad cascarilla)
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten
De acuerdo a las variables determinadas con respecto a los pesos especiacuteficos de cada
agregado y al tratamiento que se hace a la cascarilla de cafeacute previo a la ejecucioacuten de la
mezcla se realizaron 9 variables
Se disentildearon y elaboraron 16 formaletas en madera contrachapada de 9mm (ficha teacutecnica
ANEXO 1) para la experimentacioacuten ante acabados y pigmentacioacuten de una de las variables de
mezcla Para conocer la adaptabilidad en el encofrado se determinoacute escoger la mezcla con
mayor porcentaje de reemplazo de cascarilla de cafeacute con el fin de analizar su comportamiento
ante los disentildeos propuestos de formaleta De igual manera para evaluar la asimilacioacuten del
pigmento y su reaccioacuten ante las 3 variables de mineralizacioacuten de la cascarilla de cafeacute (el
cemento seleccionado es blanco)
Dimensiones de las formaletas 027 027 0035 = 000315 110 (desperdicio) = 00035
Los acabados fueron los siguientes
- Acabado liso
- Esferas de poliestireno expandido +PVC
- Acabado con hojas naturales
- Estampado
86
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia)
MINERALIZACIOacuteN CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Aceite de linaza
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVL-15
Hidroacutexido de
Calcio
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVH-15
Cal
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVC-15
Mezcla patroacuten
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVP
Las proporciones para la mezcla se resumen en la tabla 40 con el fin de preparar las
cantidades necesarias para una formaleta de 027 027 0035 las cuales son utilizadas para
probar comportamiento reaccioacuten y posibles variables ante condiciones climaacuteticas externas
como luz directa del sol lluvia agentes contaminantes y vegetacioacuten
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
placas
Cemento 368 1288
Agua 184 0644
Grava 8725 3053
Arena 861 3013
Reemplazo fibra 9997 0035
Previamente a la ejecucioacuten de la mezcla se mineralizo la cascarilla de cafeacute se pesaron los
agregados y se marcaron las formaletas con su nomenclatura correspondiente para su
identificacioacuten Se verificoacute el debido cerramiento de las formaletas los elementos necesarios
para los acabados a realizar y se aplicoacute desmoldante (aceite vegetal)
87
Il 12a Mineralizacioacuten aceite de linaza Il 12b Secado 24h mineralizacioacuten linaza
5min 80degC ndash 5min 24deg (Proceso 3 veces)
Il 12c Mineralizacioacuten Hidroacutexido de calcio Il 12d Mineralizacioacuten Cal agriacutecola
sumergido 24h agitacioacuten constante 30min
Posterior a la elaboracioacuten de la mezcla se procedioacute al llenado de formaletas previamente
aceitadas y marcadas y se desencofraron a las 24 horas de mezclado
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia)
88
Siendo este un ensayo para establecer cuaacuteles seriacutean las reacciones fiacutesicas y no mecaacutenicas de
estas placas a traveacutes de caracteriacutesticas como pigmentacioacuten y acabados continuo al
desencofrado se ubicaron en una superficie plana en el patio del edifico SINDU rodeada de
hierba donde estuvieron expuestas a las diferentes condiciones ambientales durante un periodo
de 3 meses
Il 14 a Placas con luz directa diacutea ndash sol (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia)
89
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA PATROacuteN CP
Desmolde 24 horas
Acabado liso
Esferas de
poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
90
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA ACEITE DE LINAZA 15 CFL-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de las
formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire contenido
en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo por cada
formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
El patron de acabado con hojas naturales se considero desde un principio que quizas no se tendria
el mejor resultado pero se obtuvo una muy buena adaptabilidad y aspecto
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Esta mezcla permite que las particulas se resalten y puedan ser vistas con facilidad dandole un
aspecto particular Se puede considerar que el aceite repela los demas materiales dejandose esta a la
vista y le deun efecto especial visualmente
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteristica
91
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA HIDROacuteXIDO DE CALCIO 15 CFH-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
A diferencia de las placas con tratamiento a la fibra con aceite de linaza en este tratamiento con
hidroacutexido de calcio no se logra ver con facilidad las partiacuteculas estas quedan confundidas en la
mezcla
Con respecto al color puede considerarse que al hacer el uso de esta mineralizacion a la cascarilla
de cafeacute no sea homogeneo el color dejandose a la vista zonas con mayor concentracion y otras con
menor concentracioacuten
92
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA CAL 15 CFC-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde a excepcion del disentildeo con
tuvos de pvc por inadecuada manipulacioacuten al desmolde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Al igual que con el tratamiento de hidroacutexido de calcio este tratamiento con cal agriacutecola evita que
las partiacuteculas queden a la vista con facilidad y por el contrario sean recubiertas y mimetizadas en
la mezcla perdiendo el efecto visual interesante que si logra el tratamiento con aceite de linaza
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteriacutestica
93
52 Ensayo de Asentamiento
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco 521
Seguacuten la literatura la fibra vegetal es un material no convencional con algunos usos tanto
nacionales como internacionales A partir de estos antecedentes se inicia el proceso de
experimentacioacuten del disentildeo de mezcla con esta fibra que previamente fue mineralizada con
tres componentes diferentes (aceite de linaza cal agriacutecola hidroacutexido de calcio) a la cual se
tomoacute el asentamiento en sus tres diferentes tratamientos para asiacute identificar caracteriacutesticas
como trabajabilidad consistencia homogeneidad y segregacioacuten
La ejecucioacuten de la mezcla se realizoacute bajo los paraacutemetros de la norma NTC 5171 y expuesta a
cielo abierto en el patio del edificio SINDU de la Universidad Nacional
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
ENSAYO DE ASENTAMIENTO
Tratamiento fibra Muestra Reemplazo Asentamiento
obtenido
Aceite de Linaza
CFL-15 15 47mm
CFL-10 10 42mm
CFL-05 05 45mm
Hidroacutexido de
Calcio
CFH-15 15 40mm
CFH-10 10 78mm
CFH-05 05 56mm
Cal Agriacutecola
CFC-15 15 53mm
CFC-10 10 51mm
CFC-05 05 47mm
Mezcla Patroacuten
(Testigo) CP -- 53mm
94
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
5211 Trabajabilidad
Durante la ejecucioacuten de las mezclas se aprecioacute una muy leve dificultad para la manipulacioacuten de
estas considerando que se llevariacutea con mayor rigurosidad los pasos de la norma para poder
hacer la medicioacuten de la prueba de Abrams y continua fundicioacuten de probetas Con respecto a los
tratamientos previos efectuados en la cascarilla de cafeacute no incidieron notablemente en la
manipulacioacuten de la mezcla ni en el porcentaje de reemplazo por agregado grueso
5212 Consistencia
Se hace uso del cono de Abrams o ensayo de ldquoslumprdquo para determinar el comportamiento del
concreto fresco y asiacute determinar trabajabilidad y consistencia de acuerdo a la NTC 396
Il 3a Divisioacuten dela mezcla en Il 3b Llenado del cono Il 3c Medicioacuten del
3 partes asentamiento
0
20
40
60
80
150 100 050 Pmd CP
Ase
nta
mie
nto
(m
m)
Reemplazo
Asentamiento
aceite de linaza
hidroxido de calcio
cal agricola
Testigo
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia)
95
Se determina que la consistencia de mezcla es media (plaacutestica) lo que se habiacutea determinado
para el disentildeo a excepcioacuten de la mezcla que lleva la fibra con tratamiento aceite de linaza el
asentamiento se presenta de manera levemente menor Puede considerarse una mezcla
ldquonormalrdquo el concreto no sufre grandes deformaciones ni hay separacioacuten de elementos
5213 Homogeneidad
Se procedioacute inicialmente a la incorporacioacuten de los materiales fino grueso y cemento despueacutes
de integrar los materiales entre siacute el siguiente paso fue el vaciado de agua por partes para ir
teniendo una mezcla homogeacutenea Terminado la unificacioacuten de todos los materiales se adiciono
la fibra previamente tratada las partiacuteculas de la cascarilla de cafeacute se incorporaron sin ninguna
muestra aparente de dificultad por lo tanto no hubo segregacioacuten de los componentes de la
mezcla
Il 16a Incorporacioacuten de la fibra a la mezcla Il 16b Homogeneidad de la mezcla
53 Ensayo de compresioacuten
Para la comprobacioacuten de resistencia a compresioacuten las pruebas se llevaron a cabo en
especiacutemenes ciliacutendricos de 10cm de diaacutemetro x 30cm de longitud Todos los especiacutemenes se
desencofraron a las 24 horas de mezclado se marcaron y fueron curados por un periodo de 28
diacuteas por el meacutetodo de inmersioacuten en agua potable con el fin de no perder contenido de agua
cuando inicien sus reacciones quiacutemicas endurecimiento y resistencia
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia)
96
Para cada disentildeo de mezcla de acuerdo al tratamiento previo de la fibra y sus respectivos
porcentajes de reemplazo de cascarilla de cafeacute se realizaron 3 especiacutemenes para efectos de la
prueba Para el ensayo de compresioacuten se realizaron en total 29 especiacutemenes con los testigos
CP)
Il 17a Cilindros en formaleta (24h) Il 17b Curado Cilindros en piscina (28diacuteas)
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8725 1535
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 9997 001759
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8769 1543
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 6678 001175
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia)
97
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 88133 1551
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 3339 000596
Se determinoacute un registro de apariencia de los especiacutemenes ciliacutendricos y se observoacute que en la
construccioacuten de cada uno teniendo auacuten asiacute la misma composicioacuten y el mismo procedimiento
existiacutean variaciones en la apariencia con presencia de hormigueo y medianos poros sobre todo
se tuvo presente que esto sucediacutea en los cilindros que se fundiacutean de uacuteltimo pudiendo asiacute
concluir que se presentaba una ligera peacuterdida de agua en el proceso de fundir del primero al
uacuteltimo
Resultados 531
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
Para este ensayo resistencia a la compresioacuten de cilindros de 10x15cm el promedio de la
resistencia Real Mpa es de 2254 resultado que seraacute comparativo con los disentildeos de mezcla
dados a partir de las variables de tratamiento a la cascarilla y porcentaje de reemplazo por fibra
vegetal
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Peso(gr) Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
Testigo CP (A) 3746 17690 2252
2254 CP (B) 3548 17720 2256
98
5311 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFL-15(A) 1536 0018 3413 9150 1165
1094 CFL-15(B) 1536 0018 3478 8320 1059
CFL-15(C) 1536 0018 3465 8250 1050
10
CFL-10(A) 1543 0012 3634 10680 1360
1386 CFL-10(B) 1543 0012 3627 11220 1429
CFL-10(C) 1543 0012 3654 10760 1370
05
CFL-05(A) 1551 0006 3480 10760 1370
1295 CFL-05(B) 1551 0006 3522 9610 1224
CFL-05(C) 1551 0006 3478 10140 1291
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Para el disentildeo de mezcla con tratamiento previo a la cascarilla con aceite de linaza se infiere
que los resultados se reducen en comparacioacuten a los valores de resistencia para los testigos
mezcla patroacuten
Entre las tres variables de porcentajes utilizados para este disentildeo de mezcla se tiene que la
mayor resistencia se presenta en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra
vegetal es del 10 concluyendo que para este disentildeo superar este porcentaje reduciraacute
notablemente la resistencia a la compresioacuten
1094
1386 1295
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Resistencia
R
eal
MP
a
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Aceite de Linaza
Aceite de Linaza
Testigo
99
5312 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFH-15(A) 1536 0018 3516 10840 1380
1376 CFH-15(B) 1536 0018 3504 10650 1356
CFH-15(C) 1536 0018 3508 10950 1394
10
CFH-10(A) 1543 0012 3708 9000 1146
115 CFH-10(B) 1543 0012 3519 9210 1173
CFH-10(C) 1543 0012 3521 8880 1131
05
CFH-05(A) 1551 0006 3642 13390 1705
1654 CFH-05(B) 1551 0006 3614 11650 1483
CFH-05(C) 1551 0006 3671 13940 1775
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Este tratamiento arroja resultados de forma inferior a los establecidos por las probetas testigos
mezcla patroacuten sin ninguacuten tipo de adicioacuten ni reemplazo Para este caso en el que se obtuvo una
mejor resistencia es en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra vegetal es del
05 el menor valor de reemplazo seguido de este el reemplazo 15 tuvo una mayor
resistencia en comparacioacuten del 10
1376
115
1654
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra Hidroacutexido de Calcio
Resistencia
Testigo
100
5313 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con cal agriacutecola
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFC-15(A) 1536 0018 3439 8120 1034
1176 CFC-15(B) 1536 0018 3568 9460 1204
CFC-15(C) 1536 0018 3475 10150 1292
10
CFC-10(A) 1543 0012 3575 11880 1513
1575 CFC-10(B) 1543 0012 3559 12350 1572
CFC-10(C) 1543 0012 3562 12880 1640
05
CFC-05(A) 1551 0006 3494 12240 1558
1449 CFC-05(B) 1551 0006 3515 10770 1371
CFC-05(C) 1551 0006 3493 11140 1418
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Simultaacuteneamente al tratamiento con aceite de linaza e hidroacutexido de calcio la proteccioacuten a la
fibra con cal agriacutecola mantiene sus valores debajo de los comparados con la mezcla patroacuten
Con este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla se obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso determinando que el aumento de
porcentaje por el reemplazo de la cascarilla reduciraacute notablemente la resistencia
1176
1575 1449
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Cal Agricola
Testigo
101
5314 Promedio resistencias de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia)
Realizando una comparacioacuten de los resultados obtenidos a partir de los promedios en los
disentildeos de mezcla planteados es claro que los porcentajes arrojan resultados con peacuterdida de
resistencia en comparacioacuten con los valores dados por los cilindros testigos (CP) en los que la
mezcla no posee ninguacuten tipo de agregado ni reemplazo
Para cada uno de los porcentajes cada tratamiento sobresale uno maacutes que el otro Se puede
apreciar que el mejor resultado lo arroja el tratamiento con hidroacutexido de calcio con un
porcentaje del 05 y el tratamiento con cal agriacutecola al 10 asiacute como el hidroacutexido de calcio al
15
El uso de aceite de linaza como tratamiento genera una mayor resistencia en la sustitucioacuten de
fibra vegetal en el 10 estando por encima del tratamiento de hidroacutexido de calcio pero es el
menor de las otras dos variables en los otros porcentajes de reemplazo
0
5
10
15
20
25
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de Reemplazo
Promedio Resistencias Real MPa
Aceite de Linaza
Hidroxido de calcio
Cal
Testigo
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
102
54 Ensayo de Sortividad
Se desarrolla este ensayo tomando como referente la norma ASTM C1585 ndash 04 que determina
poner en contacto con el agua una de las superficies del espeacutecimen (en este caso fue la cara
expuesta durante la fundida) y de esta manera lograr determinar la capacidad de absorcioacuten del
agua a diferentes intervalos de tiempo Para la ejecucioacuten se utilizaron especiacutemenes ciliacutendricos
de 10cm de diaacutemetro x 20cm de altura previamente al desarrollo de la prueba se colocaron los
especiacutemenes a secar al horno a una temperatura de 80degC con el fin de garantizar que el mismo
grado de saturacioacuten para todas las muestras
La norma bajo la cual se desarrolla esta prueba establece que los especiacutemenes sean sellados
por su periacutemetro con un material impermeable y con dimensiones especiacuteficas de 5cm de altura
y 10cm de diaacutemetro sin embargo dado que se trata de un ejercicio donde se busca comprobar
las 3 variables de mezclas seguacuten el curado y sus respectivos porcentajes de reemplazo de
agregado grueso por fibra vegetal se optoacute por hacer uso de los cilindros completos sin hacer
uso de alguacuten impermeabilizante perimetral garantizando la laacutemina de agua de 2plusmn1mm
establecida por la norma
Il 18a Secado de cilindros a 80degC (24h) Il 18b Ensayo de sortividad intervalos de tiempo
El ensayo se desarrolloacute en las instalaciones del laboratorio de tecnologiacutea del concreto del
edificio IEI el procedimiento se efectuoacute siguiendo lo dictado por la norma
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia)
103
Se Se tomaron pesos a los especiacutemenes en diferentes intervalos de tiempo con el fin de tomar
la sortividad inicial se parte por tomar el peso de los cilindros en estado seco tomado como
tiempo cero a partir del cual se podraacute medir el cambio en el peso de los especiacutemenes de
acuerdo a los tiempos establecidos Tambieacuten se toman cuatro (4) medidas a los diaacutemetros de
los cilindros de las caras que estaraacuten en contacto con el agua para que realizado el caacutelculo de
diferencia de peso de cada intervalo de tiempo este sea dividido entre el aacuterea obtenida con el
promedio de los diaacutemetros y se define la absorcioacuten en mm3mm2 para graficar la relacioacuten entre
la raiacutez cuadrada del tiempo en segundos y la absorcioacuten obtenida
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) MUESTRA 1 Reemplazo 05 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 1037 Aacuterea expuesta 8446m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3289 00000 00000
60 8 32915 00010 00010
300 17 3293 00006 00017
600 24 3294 00004 00021
1200 35 329525 00004 00025
1800 42 32958 00003 00028
3600 60 329715 00005 00033
7200 85 329965 00010 00044
10800 104 33014 00007 00051
14400 120 330195 00003 00054
18000 134 330285 00004 00057
21600 147 330405 00005 00062
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00 500 1000 1500 2000
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-05
Sortividad
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia)
104
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 2 Reemplazo 10 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10036 Aacuterea expuesta 7910m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3402333 00000 00000
60 8 34046 00014 00014
300 17 34051 00002 00016
600 24 3405533 00004 00020
1200 35 34065 00005 00025
1800 42 3406667 00001 00026
3600 60 3407033 00003 00029
7200 85 3408333 00008 00037
10800 104 34091 00006 00043
14400 120 3409167 00001 00044
18000 134 3410 00004 00048
21600 147 3410067 00005 00053
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 3 Reemplazo 15 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10106 Aacuterea expuesta 8021m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3300 00000 00000
60 8 3302 00012 00012
300 17 33025 00003 00016
600 24 33036 00007 00022
1200 35 330435 00005 00027
1800 42 330485 00003 00030
3600 60 330585 00006 00036
7200 85 330755 00011 00047
10800 104 330905 00009 00056
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-10
Sortividad I
105
14400 120 33097 00004 00060
18000 134 330985 00002 00062
21600 147 331095 00006 00068
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 4 Reemplazo 05 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10213 Aacuterea expuesta 8190m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33965 00000 00000
60 8 3400 00022 00022
300 17 3402 00012 00034
600 24 340345 00009 00043
1200 35 340605 00016 00059
1800 42 340675 00004 00064
3600 60 341035 00022 00086
7200 85 341335 00019 00105
10800 104 341595 00016 00121
14400 120 341675 00005 00126
18000 134 34178 00007 00133
21600 147 34193 00009 00142
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00080
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-15
Sortividad I
106
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 10 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00026 00026
300 17 3512 00009 00034
600 24 35145 00016 00050
1200 35 35163 00011 00061
1800 42 351745 00007 00068
3600 60 35203 00018 00086
7200 85 3523 00017 00103
10800 104 35251 00013 00116
14400 120 35263 00007 00123
18000 134 35278 00009 00133
21600 147 352865 00005 00138
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-05
Sortividad I
107
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 15 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00021 00021
300 17 3512 00016 00036
600 24 35145 00025 00061
1200 35 35163 00014 00075
1800 42 351745 00012 00087
3600 60 35203 00025 00112
7200 85 3523 00023 00134
10800 104 35251 00016 00150
14400 120 35263 00011 00161
18000 134 35278 00011 00172
21600 147 352865 00005 00176
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-10
Sortividad I
108
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 7 Reemplazo 05 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10129 Aacuterea expuesta 8056m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33505 00000 00000
60 8 3354 00022 00022
300 17 335665 00016 00038
600 24 33598 00020 00058
1200 35 33641 00027 00085
1800 42 336475 00004 00089
3600 60 336565 00006 00094
7200 85 336985 00026 00120
10800 104 3372 00013 00134
14400 120 337325 00008 00142
18000 134 33751 00012 00153
21600 147 33756 00003 00156
00000
00050
00100
00150
00200
00 200 400 600 8001000120014001600
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-15
Sortividad I
109
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 8 Reemplazo 10 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10146 Aacuterea expuesta 8085m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3346 00000 00000
60 8 335115 00032 00032
300 17 335395 00017 00049
600 24 335725 00021 00070
1200 35 336175 00028 00098
1800 42 33623 00003 00101
3600 60 336315 00005 00107
7200 85 3367 00024 00131
10800 104 33689 00012 00142
14400 120 337005 00007 00150
18000 134 33718 00011 00161
21600 147 33725 00004 00165
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-05
Sortividad I
110
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 9 Reemplazo 15 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9991 Aacuterea expuesta 7838m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3376 00000 00000
60 8 337965 00023 00023
300 17 33812 00010 00032
600 24 338365 00015 00048
1200 35 338735 00023 00071
1800 42 338785 00003 00074
3600 60 338865 00005 00079
7200 85 33927 00025 00104
10800 104 33946 00012 00116
14400 120 339565 00007 00122
18000 134 33974 00011 00133
21600 147 33979 00003 00136
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-10
Sortividad I
111
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
MUESTRA 10 Testigos Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9945 Aacuterea expuesta 7766m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 36705 00000 00000
60 8 36751 00029 00029
300 17 36764 00008 00037
600 24 36783 00012 00049
1200 35 368045 00013 00062
1800 42 36807 00002 00063
3600 60 36811 00002 00066
7200 85 368315 00013 00079
10800 104 36838 -00307 -00228
14400 120 36842 00314 00085
18000 134 368545 00008 00093
21600 147 368565 00001 00094
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-15
Sortividad I
112
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
Se calculan todos los valores dados por cada una de las variables tanto tratamiento como
porcentaje de reemplazo en los intervalos de tiempo establecidos para medir la capacidad de
absorcioacuten por capilaridad Estos resultados fueron obtenidos de especiacutemenes curados durante
28 diacuteas
-00250
-00200
-00150
-00100
-00050
00000
00050
00100
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CP
Sortividad I
113
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia)
Se presentan notables variaciones con respecto a los porcentajes de reemplazo y los
tratamientos Para el tratamiento con aceite de linaza el grado de absorcioacuten es el menor en
relacioacuten a los otros tratamientos siendo el porcentaje 10 el mejor resultado para esta
variable Los tratamientos hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola determinan en relacioacuten a la mezcla
patroacuten y aceite de linaza una alta capacidad de absorcioacuten
0
0002
0004
0006
0008
001
050 1 150
Pro
me
dio
so
rtiv
idad
Porcentaje de reemplazo
Sortividad Inicial
Aceite de linaza
Cal agriacutecola
Hidroacutexido de C
Aceite Linaza Cal Agriacutecola H de Calcio Testigo
Sortividad I Pmd 00038 0009 00085 00036
0
0001
0002
0003
0004
0005
0006
0007
0008
0009
001
SOR
TIV
IDA
D
Sortividad I Pmd
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia)
114
55 Ensayo moacutedulo de rotura
Este ensayo suministra el valor de la resistencia a la traccioacuten del concreto en forma indirecta
Medida que se toma a una viga de concreto no reforzado Para ello se mide mediante la
aplicacioacuten de cargas a vigas de concreto de 6rdquo 6rdquo (150150mm) de seccioacuten transversal y con
luz de tres veces el espesor o sea 18rdquo (450mm) La resistencia a la traccioacuten se expresa como
el moacutedulo de rotura (MR) y se determina mediante el meacutetodo de ensayo en este caso ASTM
C78 la carga se aplica en los tercios de la luz libre
Il 19a Momento de aplicacioacuten Il 19b Viga fallada Il 19c Cara de la fractura
de fuerza a la viga
Para este ensayo se fundieron vigas de 50cm de longitud con seccioacuten prismaacutetica cuadrada de
15cm x 15cm pasados 28 diacuteas de su elaboracioacuten Se realizaron 20 vigas correspondiendo a
las 3 variables de tratamiento previo a la fibra vegetal a los porcentajes de reemplazo (05 -
10 - 15) y las vigas testigo sin ninguacuten tipo de reemplazo ni adicioacuten
Los pesos de los materiales fueron multiplicados por 00123 (00112 volumen de la formaleta
de la viga x 110 desperdicio)
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia)
115
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
vigas
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8725 10609
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 9997 0123
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8769 10650
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 6678 0082
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 88133 10691
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 3339 0041
116
Resultados 551
A continuacioacuten se presentan los resultados obtenidos a partir del desarrollo de la prueba
aplicada a las vigas de concreto falladas a flexioacuten
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia)
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada(
N)
Moacutedulo de
Rotura
(MPa)
Testigos CP(A)
450 150 150 178633
176754 68 CP(B) 174875
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo)
La carga maacutexima alcanzada por el concreto con disentildeo de mezcla sin adiciones ni reemplazos
(CP) es en promedio de 1767 54 (2356 MPa) resultado que seraacute utilizado como referente
para los datos arrojados por disentildeos de mezclas con reemplazo de fibra vegetal ya planteados
117
5511 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFL-15(A)
450 150 150 157067
150205 58 CFL-15(B) 143343
10 CFL-10(A)
450 150 150 152581
1494 57 CFL-10(B) 14622
05 CFL-05(A)
450 150 150 166496
168301 65 CFL-05(B) 170107
Promedio 6
En la variable tratamiento a la fibra con aceite de linaza se obtiene como resultado cifras
inferiores a las dadas por la mezcla patroacuten perdiendo resistencia todos los porcentajes ante el
ensayo de flexioacuten de vigas De acuerdo a los datos generados se puede establecer que el
porcentaje de sustitucioacuten para este disentildeo de mezcla con mayor resistencia a la flexioacuten es del
05
1400
1500
1600
1700
1800
1900
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento aceite de linaza
Resistencia ala flexioacuten
Testigos
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo) Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo)
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
118
5512 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre
apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFH-15(A)
450 150 150 185633
177788 68 CFH-15(B) 169943
10 CFH-10(A)
450 150 150 216523
20103 78 CFH-10(B) 185536
05 CFH-05(A)
450 150 150 189638
188012 72 CFH-05(B) 186387
Promedio 72
Este disentildeo de mezcla con el previo tratamiento a la cascarilla de cafeacute con Hidroacutexido de calcio
supero en los tres porcentajes de sustitucioacuten de agregado grueso la resistencia a la flexioacuten de
las probetas testigo El mejor resultado para este disentildeo de mezcla lo obtuvo el 10 de
sustitucioacuten seguido por el 05 y la menor resistencia la obtuvo la mezcla con el 15 de
reemplazo
1700
1800
1900
2000
2100
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento hidroacutexido de calcio
Resistencia a laflexioacuten
Testigos
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica24 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
119
5513 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFC-15(A)
450 150 150 178901
180590 69 CFC-15(B) 182278
10 CFC-10(A)
450 150 150 205321
213658 81 CFC-10(B) 221996
05 CFC-05(A)
450 150 150 178884
176244 67 CFC-05(B) 173604
Promedio 72
Esta variable tratamiento a la cascarilla con cal agriacutecola obtuvo igualmente que el hidroacutexido de
calcio resultados superiores que la mezcla patroacuten
Este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso paralelamente los porcentajes 05
y 15 son notablemente inferiores
1700
1800
1900
2000
2100
2200
000 050 100 150 200
Maacute
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento cal agriacutecola
Resistenciaa la flexioacutenTestigos
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
120
5514 Promedio resistencia a la flexioacuten de vigas de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea propia)
De acuerdo a los resultados obtenidos en el ensayo de flexioacuten de vigas se determinan los
resultados promedio de los disentildeos de mezcla establecidos teniendo asiacute dos variables que
superan los resultados de las vigas testigo el tratamiento hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola
aunque en el reemplazo del 05 la mezcla patroacuten supera por unas miacutenimas unidades al
tratamiento con cal agriacutecola
El tratamiento con aceite de linaza no supera la variable mezcla patroacuten esta queda por debajo
de los resultados en todos los porcentajes de sustitucioacuten En cuanto al porcentaje de reemplazo
que arrojo mejores resultados para el ensayo de flexioacuten de vigas es 10 esto para las
variables hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola el tratamiento con aceite de linaza se ubica por
debajo de la mezcla patroacuten
58
57
65
68
78
72
69
81
67
68
68
68
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
150 100 050
MaacuteX
Fu
erza
kgf
Porcentaje de reemplazo
Promedio resistencia a la flexioacuten de la viga
Aceite de linaza
Hidroxido decalcio
Cal agricola
Testigos
121
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta
A partir de los resultados obtenidos en los ensayos realizados a los disentildeos de mezclas
planteados se establece en conjunto una relacioacuten comparativa que permite simplificar y tomar
el mejor resultado con las mejores caracteriacutesticas fiacutesicas y mecaacutenicas para lograr realizar dos
prototipos de placas y de disentildeo respectivamente uno con una mezcla resultado de las
mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas y otro con las mejores cualidades fiacutesicas a la vista
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 571
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA 15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilidad
Resistencia
M Rotura
La mezcla con mejores caracteriacutesticas en su comportamiento mecaacutenico para el desarrollo del
prototipo de formaleta es la del tratamiento con hidroacutexido de calcio a pesar de tener resultados
similares con el tratamiento de cal agriacutecola los resultados en especiacutefico son superiores por el
tratamiento con hidroacutexido y el porcentaje con las cifras en promedio maacutes altas es del 10
A partir de estos resultados se utiliza la mezcla con reemplazo al 10 y tratamiento previo a
la cascarilla con hidroacutexido de calcio
Cumple
No cumple
122
Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 572
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA
15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilid
ad
Apariencia
Pigmentacioacute
n
Formaleta
Sortividad
El tratamiento aceite de linaza es utilizado para el prototipo de formaleta porque sus
caracteriacutesticas son superiores en comparacioacuten con las otras dos variables de tratamiento El
tratamiento con cal agriacutecola cumple de forma similar con las caracteriacutesticas fiacutesicas para este
prototipo pero teniendo en cuenta factores como la apariencia particular que dejaron los
resultados de exposicioacuten a la intemperie y ensayo de sortividad el uso de aceite de linaza para
la proteccioacuten de cascarilla es superior a los demaacutes
El tratamiento con aceite de linaza y sustitucioacuten de agregado grueso por fibra vegetal al 10
es utilizado para el desarrollo de prototipo de formaleta
Cumple
No cumple
123
58 Desarrollo de prototipos
Se fabricaron dos prototipos de formaleta uno para el disentildeo de mezcla que cumple con las
caracteriacutesticas fiacutesicas y otro para el disentildeo de mezcla con las caracteriacutesticas mecaacutenicas
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia)
MEZCLAS DE CONCRETO SUSTITUCIOacuteN 10
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
FIacuteSICAS
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
MECAacuteNICAS
Formaleta con poliestireno expandido Formaleta con elementos en balso
Desmolde Desmolde
124
59 Resultados
Prototipo para propiedades fiacutesicas 591
El prototipo de formaleta para explorar las propiedades fiacutesicas se ajustoacute a los requerimientos
del disentildeo de formaleta la copia de textura modelo y pigmentacioacuten se pueden visualizar en el
concreto final haciendo uso de cemento blanco y pigmento color amarillo En este disentildeo no es
observable a simple vista como en el ejercicio experimental las partiacuteculas de cascarilla quizaacutes
esto dependa de la cantidad de cascarilla ya que en este ejercicio se utilizoacute uacutenicamente el 1
de reemplazo
Con menor cantidad de poros los existentes dados en su mayoriacutea a la porosidad de la
formaleta esta mezcla se adaptoacute a los objetivos de esta investigacioacuten el lograr homogeneidad
en la pigmentacioacuten y adherencia a los diferentes prototipos de disentildeo de formaleta
Prototipo para propiedades mecaacutenicas 592
Para este prototipo se hizo uso de cemento gris sin ninguacuten tipo de aditivo colorante De igual
manera que al anterior prototipo este se ajustoacute a los paraacutemetros exigidos al disentildeo de
formaleta con facilidad se pudo retirar del molde se le pudieron retirar los elementos en balso
y en este proceso no hubo dantildeos de filos al contrario copia con exactitud el disentildeo de la
formaleta
125
A pesar de hacer una estricta ejecucioacuten de vibrado para este prototipo teniendo presente lo
sucedido en el ejercicio experimental se obtuvo nuevamente porosidad en esta cara de la
placa en menor cantidad pero siguen presente las burbujas que dificultan en alguna medida a
obtener una superficie maacutes homogeacutenea con menor porosidad
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones
61 Conclusiones
La fibra vegetal cascarilla de cafeacute proveniente de la trilla del grano de cafeacute como reemplazo
del agregado grueso cumple con los paraacutemetros de resistencia para elementos no estructurales
como se planteoacute al inicio de investigacioacuten cumple con las condiciones de trabajabilidad de la
mezcla y acabado oacuteptimo y particular para el desarrollo como concreto arquitectoacutenico
Se tuvo en cuenta la literatura investigaciones anteriores donde las recomendaciones se
basaban en no tener altos porcentajes de sustitucioacuten dado que la resistencia tiende abajar
significativamente y de tal manera conservar la manejabilidad y propiedades mecaacutenicas de la
mezcla
A partir de los anaacutelisis realizados a las placas para evaluar la adherencia al color al estampado
y a la textura se puede concluir que por apariencia aplicar el tratamiento de aceite de linaza a
la cascarilla permite que estas partiacuteculas queden a la vista generando una caracteriacutestica
particular a la visual del concreto para las diferentes aplicaciones arquitectoacutenicas El
tratamiento con cal agriacutecola no genera el mismo efecto en las partiacuteculas de la cascarilla como
lo genera el aceite de linaza sin embargo tuvo una oacuteptima adherencia al color y a los patrones
de disentildeo de formaletas que se establecieron A diferencia del tratamiento con hidroacutexido de
calcio no hubo una homogeneidad en la pigmentacioacuten y al igual que con la cal agriacutecola las
partiacuteculas no son visibles a la cara del concreto como si lo logra el tratamiento con aceite de
linaza sin embargo se adaptoacute de forma oacuteptima a los patrones de formaleta establecidos
126
Se recomienda un buen procedimiento y ejecucioacuten para el vibrado para lograr retirar la mayor
parte de aire contenido en la mezcla y evitar porosidad en la cara principal del concreto como
acabado arquitectoacutenico
El reemplazo que sustituye al agregado grueso por agregado vegetal refleja una disminucioacuten
del peso debido a las caracteriacutesticas propias de la fibra vegetal la reduccioacuten del peso variacutea
entre el 013 y 534 en comparacioacuten con la mezcla patroacuten No hay una variacioacuten notable en
la consistencia de la mezcla por parte de la fibra vegetal y entre la mezcla patroacuten lo que
permite una mezcla manejable sin dificultad conservando los valores de asentamiento
establecidos para el disentildeo de mezcla
Los resultados obtenidos para el ensayo de resistencia a compresioacuten fueron menores con
respecto a la mezcla patroacuten entre el 4853 y 7360 obteniendo un menor desempentildeo para la
sustitucioacuten del 15 y el mejor resultado de resistencia fue el reemplazo del 05 con la
variable tratamiento hidroacutexido de calcio considerando que esta variable fue la que tuvo mejores
resultados con respecto al aceite de linaza y a la cal agriacutecola sin embargo en el porcentaje de
sustitucioacuten 1 la cal agriacutecola supero en resistencia a la compresioacuten al ensayo con hidroacutexido de
calcio del mismo porcentaje
Se puede concluir que los mejores resultados a la resistencia se encuentran entre los
porcentajes 05 y 10
Para el ensayo de sortividad inicial el porcentaje con mayor absorcioacuten con respecto a la
mezcla patroacuten incluso superando a esta es la sustitucioacuten de 05 y el porcentaje con menor
absorcioacuten de agua es la del 10 teniendo en cuenta el tipo de tratamiento que se le dio a la
cascarilla El aceite de linaza fue de entre las tres variables de tratamiento a la cascarilla la que
menos tuvo absorcioacuten de agua se podriacutea decir que debido a sus propiedades repelentes contra
el agua no se facilitoacute la succioacuten por capilaridad del agua en este ensayo El porcentaje y
tratamiento con mayor absorcioacuten de agua fue el 15 con hidroacutexido de calcio superando a
todas las demaacutes variables
Los resultados obtenidos para el ensayo de flexioacuten de vigas son muy oacuteptimos la adicioacuten de
fibra vegetal genera posesividad entre las partiacuteculas la sustitucioacuten del agregado grueso por la
fibra vegetal estaacute por encima delos valores dados por la mezcla patroacuten entre 056 y 1727
127
a excepcioacuten de la mezcla con tratamiento a la fibra con aceite de linaza esta mostroacute resultados
inferiores entre el 47 y 15 Claramente el tratamiento aplicado a la fibra vegetal influye
notoriamente en estos resultados siendo la cal agriacutecola al 10 la que tiene mayor resistencia
a la flexioacuten de vigas
En general se puede decir que realizar mezclas con adicioacuten de la fibra vegetal cascarilla de
cafeacute para el uso y aplicaciones como concreto arquitectoacutenico es posible obteniendo
paraacutemetros de resistencia durabilidad cohesioacuten entre los materiales homogeneidad entre la
pigmentacioacuten los tratamientos efectuados a la cascarilla en relacioacuten a los demaacutes materiales de
la mezcla lo cual se obtiene al igual que con el concreto de agregado convencional siempre
que se lleven a cabo los procedimientos correctamente y un exhaustivo curado
62 Recomendaciones
Se recomienda estudiar el efecto de las variables de tratamiento a la cascarilla de cafeacute a
edades de 7 14 y 56 diacuteas para observar si existe una relacioacuten entre el tiempo de curado y el
proceso de mineralizacioacuten de la fibra asiacute como estudiar el curado con bosa plaacutestica
Teniendo presente los resultados obtenidos y despueacutes de comprobar que el uso del tratamiento
con hidroacutexido de calcio tiene mejores cualidades mecaacutenicas que las otras mezclas y el
tratamiento con aceite de linaza mejores cualidades fiacutesicas se podriacutean realizar un estudio con
las dos variables en una misma mezcla cada una al 05y analizar su comportamiento
Considerando que los resultados para la prueba de sortividad inicial fue optimo uacutenicamente en
la variable de aceite de linaza se recomienda realizar maacutes pruebas de durabilidad y obtener la
sortividad secundaria para determinar si las variables de proteccioacuten a la fibra mejoran la
resistencia frente a todo tipo de agentes externos que afecten la vida de servicio como el
desgaste contaminacioacuten agua luz solar los sulfatos y los aacutecidos
Es importante estudiar el moacutedulo de elasticidad estaacutetico y dinaacutemico del material con el fin de
observar si la adicioacuten en estudio causa una variacioacuten en la influencia y la elasticidad del
concreto con el fin de ampliar las aplicaciones a esta tecnologiacutea
128
Para obtener una menor cantidad de porosidad se recomienda agregar a la mezcla un 5 maacutes
de agua o poner a prueba algunos aditivos que favorezcan su reduccioacuten
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134
8 Anexos
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO
135
82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA
httpswwwcalcocomcowp-contentuploads201809ficha-tecnica-cal-agricola-cales-oct-222pdf
136
83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO
httpwwwcaldelvallecompdfConstruccionFRpdf
137
84 Entrevista
1 DE QUE POBLACIOacuteN ES PROVENIENTE EL CAFEacute Y SU ALTITUD
Para el caso del cafeacute que ingresa a Almacafeacute Sucursal Pasto el 100 del cafeacute corresponde al departamento de Narintildeo generalmente no se separa por municipio o regioacuten sin embargo se hace separacioacuten seguacuten el tipo de cafeacute si es certificado (Rainforest 4C Regional Nespresso AAA) solo en algunos negocios puntuales se puede separar por origen especifico La mayoriacutea de cafeacute de Narintildeo se produce entre los 1600 y 1900 msnm aunque se puede encontrar cafeacute desde los 1100 metros hasta los 2300 metros El promedio de altura es de 1765 msnm En Narintildeo 41 municipios producen cafeacute
2 QUEacute TIPO DE CAFEacute ES
El cisco proviene de trilla de diferentes tipos de cafeacute principalmente cafeacute Regional 4C y Nespresso Pero no se hace separacioacuten del cisco por tipo de cafeacute
3 EN QUE MES SE HACE LA SIEMBRA Y EN QUE MES SE HACE LA COSECHA
Las etapas de cafeacute son Germinador (alrededor de 2 meses) Almacigo (6- 8 meses) y finalmente Siembra en el terreno donde estaraacute por 7 antildeos aprox tiempo al cual se renueva por zoca (cortar tallo principal a 30 cm del suelo de donde brota una nueva planta) o siembra de una nueva planta El mes de siembra del germinador en Narintildeo generalmente es febrero Es decir la plaacutentula de cafeacute se siembra en el lote definitivo entre octubre y noviembre
4 PROPIEDADES GENERALES DE LA TIERRA
ldquoEl Cafeacute de Narintildeo es 100 araacutebicohelliprdquo (es decir las variedades sembradas son de esta especie) ldquohellipsembrado a altas alturas recolectado selectivamente y procesado por la viacutea huacutemeda en las parcelas cafeteras de los productores La ubicacioacuten de Narintildeo en Colombia hace de su zona cafetera un lugar sin duda especial Estas condiciones hacen que en la Zona de Produccioacuten de Cafeacute de Narintildeo se presente una combinacioacuten de factores tales como la radiacioacuten solar de 1666 horas en promedio durante el antildeo los ciclos de lluvia de 1866 miliacutemetros al antildeo y los suelos con alto contenido de materia orgaacutenica que hacen posible el cultivo del cafeacute a grandes alturas y temperaturas en promedio de 199 degC con valores promedio maacuteximo de 259 y miacutenima de 16degC Estos diferentes factores explican que el Cafeacute de Narintildeo se produzca en alturas que alcanzan hasta los 2300 metros sobre el nivel del mar en zonas que presentan en promedio temperaturas bajas comparadas con el resto de zonas cafeteras de Colombia y de buena parte del mundo Producir cafeacute a esta altura podriacutea ser casi imposible si el calor que se acumula durante el diacutea en el fondo de los cantildeones y de los profundos valles no ascendiera en las noches para atenuar el frio de las partes maacutes altas de las montantildeasrdquo Tomado de Cafedecolombiacom En este enlace se puede encontrar toda la informacioacuten sobre los factores agroclimaacuteticos de la regioacuten httpnarinocafedecolombiacomnarino
5 CANTIDAD APROXIMADA DEL AacuteREA DE CULTIVO
138
38400 hectaacutereas sembradas en Narintildeo
6 A TODO TIPO DE CAFEacute SE LE RETIRA LA CASCARILLA Siacute Colombia produce cafeacutes suaves lavados lo que significa que el grano de cafeacute se recolecta en cereza luego en la finca es despulpado (es decir se retira la cascara o cereza) fermentado (para quitar un mucilago o baba que estaacute prendida al pergamino que es la capa siguiente) lavado y secado (hasta que la humedad del cafeacute en pergamino seco esteacute entre 10 y 12) Posterior el productor lo lleva a vender al comercio o cooperativa Luego se consolidan cantidades determinadas que son entregadas a Almacafeacute o alguacuten otro comerciante particular para posterior ser trillado es decir retirar el cisco de la almendra la cual se tuesta para obtener el cafeacute tostado y molido y finalmente la bebida Lo anterior significa que el cisco es necesariamente retirado para poder tostar el cafeacute
7 QUE CANTIDAD APROXIMADA SE RECIBE DE CISCO ANUAL El cisco no se recibe se obtiene del proceso de trilla y depende del volumen de cafeacute pergamino seco asignado para trilla en nuestra trilladora El antildeo pasado se trillaron 3 millones de kilos de cafeacute pergamino y generalmente el de cisco corresponde a un 18 - 20 es decir unos 500000 kilos de cisco en el antildeo anterior Cifras aproximadas
8 QUE REALIZAN CON LAS CASCARILLA QUE USOS TIENE La totalidad del cisco producido se entrega para uso como combustible en silos secadores de cafeacute que tienen los mismos productores (para secar el cafeacute en la finca el productor tiene dos opciones Secado al sol oacute Mecaacutenico es decir en silos que usan combustible como carboacuten coque ACPM gas o cisco) Sin embargo tambieacuten lo usan empresas ladrilleras en los hornos para elaborar ladrillo y tejas de barro Tambieacuten al ser un producto orgaacutenico puede ser incorporado a procesos de elaboracioacuten de abonos orgaacutenicos
9 CUAL ES EL MERCADO QUE MAS SE BENEFICIA DE ESTE RESIDUO Y EL QUE MAYOR DEMANDA TIENE
Los Caficultores y las cooperativas quienes lo usan como combustible Ver punto anterior
10 SE LLEGA A BOTAR ESTE RESIDUO PORQUE RAZOacuteN Anteriormente maacutes de 20 antildeos se usaban en gran medida para abono orgaacutenico pero actualmente su uso es como combustible Es decir no hay registro que se llegaraacute a botar
11 LE DAN ALGUacuteN OTRO USO EN LA EMPRESA
139
Hasta el momento no se incorpora en ninguacuten proceso En alguacuten momento hace maacutes de 20 antildeos se pensaba usar en construccioacuten de planchas para casas con colboacuten o pegamento sin embargo no se llevoacute a cabo el proyecto
12 TRABAJAN CON GRANDES CAFICULTORES O CON PEQUENtildeAS FINCAS O AMBAS
En el departamento el 99 de los caficultores son pequentildeos con un promedio de 098 hectaacutereas Pero no hay ninguacuten tipo de sectorizacioacuten si son grandes medianos o pequentildeos oacutesea se trabaja con todos
13 CUANTO PAGAN POR BULTO (SI ES POSIBLE SABER EL VALOR EXACTO O PROMEDIO)
Un bulto de cisco se vendioacute en promedio en 4600 pesos partiendo de un peso promedio de 60 kilos
14 DEL DEPARTAMENTO DE NARINtildeO QUE PORCENTAJE DE CULTIVOS LLEGAN A ALMACAFEacute
Aproximadamente un 30 a 35 del total de la produccioacuten del departamento Produccioacuten Total del Departamento = 35 millones de kilos tambieacuten aproximado
15 LA MAQUINA TRILLADORA FUNCIONA A GASOLINA O ES ELEacuteCTRICA QUE CONSUMO PROMEDIO TIENE
Eleacutectrica aunque tiene una planta a gasolina que funciona cuando no hay suministro de electricidad La maacutequina trilladora como tal se llama Apolo 4 y funciona con un motor de 100 HP tiene un consumo aproximado de 300Kvahora pero todo el sistema de trilla que incluye recibo de pergamino trilla monitor de almendra mesas densimeacutetricas electroacutenicas de color y ensaque puede tener consumir promedio 500 Kvahora
16 QUE POSICIOacuteN TIENE NUESTRO CAFEacute A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL El cafeacute colombiano y en especial el cafeacute de Narintildeo tienen una excelente calidad que lo ha posicionado como uno de los mejores del mundo Colombia ocupa el primer lugar en produccioacuten de Cafeacutes Suaves Lavados y es el tercer productor mundial de cafeacute despueacutes de Brasil y Vietnam
17 A QUE LUGARES ES EXPORTADO Los destinos principales de exportacioacuten son EEUU Europa y Japoacuten
18 A ESCUCHADO O LE HAN SOLICITADO ALGUacuteN RESIDUO DEL CAFEacute PARA ALGUacuteN TEMA RELACIONADO CON LA CONSTRUCCIOacuteN O PARA CREAR UN NUEVO MATERIAL
140
Solicitudes no pero si he visto y escuchado sobre el uso del residuo de la preparacioacuten de la bebida para elaborar artesaniacuteas e incluso ropa Hablo de la borra o Cuncho
19 CUAacuteL ES SU OPINIOacuteN ACERCA DEL DESARROLLO DE ESTA INVESTIGACIOacuteN No habiacutea escuchado antes sobre este tipo de investigacioacuten uacutenicamente la de elaborar planchas de casas en conjunto con pegamento lo cual me comentaron justo para responder esta encuesta Considero muy vaacutelida este tipo de propuestas de innovacioacuten en la medida que sea validada desde lo comercial se tendraacute que analizar el costo dado que el cisco es muy necesario para el caficultor en el secado del grano y al momento de competir con el mercado de la construccioacuten seguramente se elevaraacute el precio del mismo Manuel Fernando Pentildea Jefe de Operaciones Almacafeacute Pasto (2017)
Agradecimientos
No somos nadie sin creer creer en eso que nos guie nos cuide nos vigile quiera lo mejor para
nosotros y creo en un Dios que todo lo puede a quien agradezco mi vida
Es importante ver como el sacrificio de quienes velan por nosotros es hoy en diacutea el resultado
de este trabajo de este largo y arduo camino no siempre plasmado en letras nuacutemeros y
deberes Gracias a mis padres mi gemela mis abuelitos quienes han hecho de mi quien soy
hoy en diacutea quienes inspiran en mi vida a quienes guardo el maacutes grande respeto y
agradecimiento
Mi universidad siempre fue un suentildeo ser parte de esta alma maacuteter y agradezco por el
profesional y persona que cultivo en miacute un eterno orgullo
ldquoUno recuerda con aprecio a sus maestros brillantes pero con gratitud a los que tocaron
nuestros sentimientosrdquo Carl Gustar Jung A mi directora por su tiempo por su guiacutea por sus
inestimables aportaciones a su calidad humana a su calidez como persona a sus
conocimientos a su ejemplo a su trabajo
Gracias a cada amigo a cada persona que presente o en la distancia motivo participoacute ayudoacute
al desarrollo de este trabajo investigativo sobre todo a quienes creyeron en que esto se podiacutea
lograr
A Nicolaacutes porque con eacutel los pasos siempre son hacia adelante
Gracias
ldquoEl arquitecto del futuro se basaraacute en la
imitacioacuten de la naturaleza porque es la
forma maacutes racional duradera y econoacutemica
de todos los meacutetodosrdquo
Antonio Gaudiacute
Contenido VIII
Contenido
Resumen XI
Abstract XII
Listado de Ilustraciones XIII
Lista de Tablas XIV
Lista de Graficas XVII
1 Capiacutetulo Lineamiento 19
11 Introduccioacuten 19 12 Planteamiento del problema 22 13 Objetivos 24
14 Justificacioacuten 25
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico 28
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre 29 22 Antecedentes teoacutericos 31
23 Bases teoacutericas 43
24 Componentes del concreto 44
25 Normativas para ensayos 46 26 Fibras en el concreto 47
27 Concreto reforzado con fibras vegetales 48
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras 51
29 Concreto arquitectoacutenico 53
Objetivo general 24 131 Objetivos especiacuteficos24 132
Antecedentes internacionales 32 221 Antecedentes nacionales 37 222
Concreto43 231 Concreto fresco 44 232 Concreto endurecido 44 233
Cemento44 241 Agua 45 242 Agregados 46 243
Clasificacioacuten de fibras47 261
Fibras vegetales 49 271 Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 49 272 Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras vegetales 50 273 Normativa de concreto con agregados vegetales 51 274
Tuacuteneles 52 281 Pavimentos 52 282 Otros usos 52 283
Contenido IX
210 Disentildeo Urbano 56
3 Capiacutetulo cascarilla de cafeacute como material alternativo 61
31 Generalidades61
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute 64
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute) 66
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute 68
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo 70
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos 75
43 Disentildeo de mezcla 81
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla 84
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten 85 52 Ensayo de Asentamiento 93
53 Ensayo de compresioacuten 95
54 Ensayo de Sortividad 102 55 Ensayo moacutedulo de rotura 114
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta 121
Prefabricados 53 291
Espacio Puacuteblico 56 2101 Pisos 56 2102 Mobiliario Urbano 57 2103 Fachadas y elementos de concreto a la vista 58 2104 Estampados 58 2105
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 61 311 Proceso obtencioacuten de la cascarilla 61 312
Caracteriacutesticas fiacutesicas 64 321 Composicioacuten quiacutemica 65 322
Mineralizacioacuten con aceite de linaza (Alvarado 2002) 67 331 Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 67 332 Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 67 333
Liacutenea investigativa 70 411 Materiales 73 412 Poblacioacuten y muestras 73 413
Analisis Granulomeacutetrico 77 421
Seleccioacuten del Asentamiento 81 431 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 81 432 Estimacioacuten del contenido de aire 82 433 Requerimiento de agua de mezclado 82 434 Resistencia requerida de disentildeo 82 435 Relacioacuten agua-cemento 83 436 Definicioacuten de datos 83 437
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco93 521
Resultados 97 531
Resultados 116 551
Contenido X
58 Desarrollo de prototipos 123 59 Resultados 124
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones 125
61 Conclusiones 125 62 Recomendaciones 127
7 Bibliografiacutea 128
8 Anexos 134
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO 134 82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA 135 83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO 136 84 Entrevista 137
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 121 571 Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 122 572
Prototipo para propiedades fiacutesicas 124 591 Prototipo para propiedades mecaacutenicas 124 592
Resumen XI
Resumen
Evolucionar transformar y potencializar un material basados en los tres ejes de sostenibilidad
medio ambiente y socio-econoacutemico Se ha convertido en los uacuteltimos antildeos en un desafiacuteo para el
sector de la construccioacuten y sin duda alguna el mejor camino para entender el dantildeo generado
con el desmedido e inconsciente uso de los recursos naturales El uso de residuos orgaacutenicos
renovables es un tema que se ha ido imponiendo en la industria de la construccioacuten a nivel
global aprovechando los residuos o componentes de las materias primas que tienen mayor
productividad
En Colombia la cascarilla de cafeacute es uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran
industria cafetera Esta fibra vegetal se encuentra potencializada por su composicioacuten quiacutemica
en este caso el Silicio componente mineral que aporta la resistencia en el concreto como lo
hace el cemento
En esta investigacioacuten se presenta el disentildeo de mezcla de concreto a la cual se realizan las
respectivas pruebas para identificar las caracteriacutesticas fiacutesicas potenciales aplicables en la
arquitectura El resultado de la mezcla se implementaraacute en prototipos de encofrados y
estampados que permitan el anaacutelisis del material ante su manejabilidad y adherencia al
prototipo arquitectoacutenico al que se exponga esto con el fin de lograr trabajar al tiempo
resistencia exposicioacuten al medio exterior sostenibilidad y disentildeo A su vez se aplican pigmentos
para valorar adherencia y comportamiento con el color
Palabras clave concreto sostenibilidad fibra vegetal cafeacute pigmentos texturas
Abstract XII
Abstract
Evolve transform and strengthen a material based on the three axes of sustainability
environment and socio-economic In recent years it has become a challenge for the
construction sector and without a doubt the best way to understand the damage caused by the
excessive and unconscious use of natural resources The use of renewable organic waste is an
issue that has been imposed in the construction industry globally taking advantage of the
chalks or components of the raw materials that have higher productivity
In Colombia the coffee husk is one of the organic residues left by the large coffee industry This
vegetable fiber is potentiated by its chemical composition in this case silicon a mineral
component that provides strength in concrete as cement does
In this research the concrete mix design is presented to which the respective tests are carried
out to identify the potential physical characteristics applicable in the architecture The result of
the mixture will be implemented in prototypes of formwork and prints which allow the analysis
of the material before its manageability and adherence to the architectural prototype to which it
is exposed this in order to achieve work at the time resistance exposure to the environment
exterior sustainability and design In turn pigments are applied to assess adherence and
behavior with color
Key words concrete sustainability vegetable fiber coffee pigments textures
Listado de Ilustraciones XIII
Listado de Ilustraciones
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016) 30
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz
2017) 30
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014) 33
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 42
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras
(Carvajal 2015) 51
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado 62
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia) 63
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla 64
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005) 64
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades
de Glucosa)(Coffea 2005) 66
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia) 72
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia) 88
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia) 94
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia) 95
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia) 96
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia) 102
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia) 114
Listado de Tablas XVI
Lista de Tablas
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012) 21
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014) 33
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)34
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014) 34
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014) 34
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et
al 2014) 34
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012) 36
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus
materiales de desperdicio(Garcia amp Olaya 2011) 37
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015) 39
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd) 45
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017) 46
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007) 47
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) 49
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018) 53
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010) 54
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010) 59
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia
2010) 61
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 65
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011) 65
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)70
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013) 73
Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia) 76
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia) 76
Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)77
Contenido IX
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia) 77
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia) 78
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia) 80
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001) 82
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten
2001) 82
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la
desviacioacuten estaacutendar 82
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto
(adaptada del ACI 2111 y del ACI 2113) 83
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia) 83
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto
(autoriacutea propia) 84
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia) 84
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia) 84
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia) 86
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 86
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 89
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia) 90
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia) 91
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 92
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 93
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)96
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 96
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 97
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 97
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 98
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 99
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 100
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Contenido IX
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 104
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 105
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 106
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 107
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 108
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 109
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 110
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 111
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 115
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 115
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 115
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia) 116
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
117
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
118
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia) 119
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia) 121
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia) 122
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia) 123
Lista de graficas XVII
Lista de Graficas
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)78
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 80
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 94
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 98
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 99
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 100
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia) 101
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 105
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 106
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 107
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 108
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 109
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 110
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 111
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 112
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo) 116
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 117
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 118
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 118
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 119
Listado de graficas XVIII
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea
propia) 120
1 Capiacutetulo Lineamientos 19
19
1 Capiacutetulo Lineamientos
11 Introduccioacuten
Encontrar un punto de equilibrio entre la sostenibilidad en la arquitectura y el satisfacer
nuestras necesidades es un reto a asumir No podemos recuperar muchos de los recursos
naturales que la industria de la construccioacuten ha llevado consigo pero asiacute como la tecnologiacutea ha
evolucionado para muchos campos del consumismo tambieacuten ha evolucionado para permitirnos
encontrar soluciones con el fin de no prolongar los dantildeos ya efectuados
En la construccioacuten estamos llamados a aportar iniciativas para el desarrollo sostenible a
nuestros diacuteas ya podemos predecir con queacute recursos naturales contaraacute la siguiente generacioacuten
a corto plazo seguacuten Fernaacutendez y Rodriacuteguez (2010) como lo reafirma (Bedoya 2011) ldquosiacute los
actuales patrones no cambian la expansioacuten de la construccioacuten destruiraacute (hellip) haacutebitats naturales
y vida salvaje en maacutes de un 70 de la superficie de la tierra para 2032rdquo Teniendo a la mano y
a disponibilidad todos estos balances conocimientos predicciones cientiacuteficas y variedad de
anaacutelisis medio ambientales es casi un deber del constructor y proyectista motivar e incentivar
el desarrollo de nuevas teacutecnicas y materiales que le den prioridad a la conservacioacuten y cuidado
del planeta siendo que este campo es uno de los directamente responsables de la afectacioacuten
ambiental debemos ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo (Manzini amp Bigues 2000)
Los residuos orgaacutenicos son auacuten en muchas empresas y lugares de desarrollo un problema
ambiental y econoacutemico puesto que a pesar de que los subproductos que se generan se tratan
de aprovechar al maacuteximo es tan alta la cantidad que las empresas recurren a destinar un fondo
aparte para poder desarrollar nuevos equipos y teacutecnicas para darle un destino final a estos
residuos Entre estos estaacuten
Vertederos Incineracioacuten Compostaje y digestioacuten anaerobia
20
Tratamiento mecaacutenico bioloacutegico Pirolisis y gasificacioacuten (ldquoManejo de Desechos Agroindustrialesrdquo 2015)
Es asiacute como para las industrias es una perdida no solo econoacutemica tener que asumir costos
para el proceso final de los subproductos sino tambieacuten una perdida en los tiempos destinados
a este tratamiento
Somos un paiacutes rico en variedad de cultivos dado a su localizacioacuten geograacutefica tenemos todos
los pisos teacutermicos que nos permiten aprovechar las propiedades de la tierra generando un alto
desarrollo en la agroindustria Algunas empresas logran hacer un alto y buen uso de los
subproductos que se les generan usando estos materiales como biocombustibles abonos para
el cultivo de sus tierras alimentos para sus animales entre otros
La cascarilla de cafeacute es el residuo vegetal para la propuesta de esta investigacioacuten es el
agregado adicional que se estudioacute en el disentildeo de la mezcla con el concreto siendo que este
residuo hace parte de la industria del cafeacute la maacutes sobresaliente del paiacutes ocupando el tercer
puesto como mayor productor del mundo y el primero en cafeacute araacutebico suave lavado (Sierra
2014) y partiendo de esta alta produccioacuten la cascarilla de cafeacute o cisco es el residuo que
posee ademaacutes propiedades oacuteptimas que la convierten en un agregado liviano con un
porcentaje de silicio del 15 en su composicioacuten quiacutemica asiacute considerados para poder realizar
este planteamiento investigativo (Garcia amp Olaya 2011)
Sin ser ajenos ante esta situacioacuten se proyecta una investigacioacuten que iraacute ligada al uso de
residuos vegetales y al disentildeo del concreto arquitectoacutenico esto con el fin de enfatizar que crear
propuestas ambientales no limita las caracteriacutesticas de un material en este caso el concreto y
que al contrario potencializa sus propiedades y brinda al mercado mayores opciones de uso e
implementacioacuten
21
Algunas industrias hacen uso de estos residuos como abonos para uso en sus mismas tierras
como biocombustibles para sus fincas o maquinas procesadoras o como consumo animal si
esto pasase en la mayoriacutea de la industria y con la totalidad de la materia prima despueacutes de su
procesamiento aparte de traer beneficios ambientales tambieacuten traeriacutea beneficios econoacutemicos
En el proceso de industrializacioacuten del cafeacute solamente se aprovecha el 5 del peso del fruto
fresco en la preparacioacuten de la bebida el restante como la pulpa el cisco el tallo la borra
quedan como residuo de la materia prima representando el 95 Almacafeacute en uno de sus
informes de sostenibilidad del antildeo 2012 nos describe la cantidad de toneladas de residuos que
genera la industria del cafeacute y el Cisco que es la cascarilla del cafeacute estaacute entre los tipos de
residuos soacutelidos aprovechables catalogado asiacute por la misma industria quienes crearon un
manejo de residuos daacutendoles uso en su misma planta de produccioacuten como generadores de
energiacutea (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
Sin embargo en una tesis de investigacioacuten de la Universidad Nacional de Colombia sede
Medelliacuten sobre la combustioacuten de Peacutelet de Cisco de cafeacute el aprovechamiento de los residuos
agroindustriales implica grandes retos y altas inversiones en transporte cuando su disposicioacuten
final no es ldquoin siturdquo esto sumado a que estos materiales poseen bajos poderes caloriacuteficos en
comparacioacuten con otros combustibles de origen foacutesil y no se disponen de tecnologiacuteas que
permitan garantizar una combustioacuten apropiada lo cual conlleva a que las plantas utilicen
combustibles foacutesiles que garanticen la energiacutea requerida para sus procesos originando un
consumo de combustibles adicional y elevando los costos de produccioacuten (Manrique Waldo
2018)
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
22
Lograr disentildear una mezcla idoacutenea de concreto con la cascarilla de cafeacute en construccioacuten implica
el desarrollar planes de manejo ambiental para implementarlos en el concreto arquitectoacutenico
aprovechando la gran produccioacuten agroindustrial que se da en este Paiacutes ldquoLas cifras del
Ministerio de Vivienda dan cuenta de un crecimiento de 102 en el PIB de construccioacuten
durante el segundo trimestre del 2014 en comparacioacuten con el mismo periodo del antildeo pasado
Las obras civiles son las que maacutes han tenido que ver en el aumento de ese PIB pues crecieron
176 seguidas por el sector de edificaciones con un 14rdquo (Medina 2014)
A partir de estos elementos se considera que la propuesta del disentildeo de mezcla de concreto
con residuos vegetales cumpliraacute dos aportes muy positivos al campo de la construccioacuten uno de
ellos es ser un material que retribuya al medio ambiente generando una nueva visioacuten de
optimizacioacuten en nuestro paiacutes y segundo es considerar que este material cuenta con las
caracteriacutesticas idoacuteneas para ser trabajado como concreto arquitectoacutenico lo que permite al
disentildeador y al constructor idear proyectar y trabajar con la misma o mejor facilidad que con un
concreto convencional Se podriacutea hablar del desarrollo de un ldquoconcreto de alto desempentildeordquo
(Salcedo Barrera 2006) en donde ldquocualquier concreto que satisfaga criterios propuestos para
sobrepasar las limitaciones de un concreto convencional puede ser llamado concreto de alto
desempentildeordquo (FHWA 1994)
La mezcla obtenida del concreto con agregado de cascarilla de cafeacute se dispondraacute en el trabajo
de acabados pigmentacioacuten estampado y encofrado Lo positivo del uso de estas teacutecnicas es la
posibilidad de crear variabilidad y seguridad dotar al material de caracteriacutesticas que se puedan
determinar desde el proceso de su produccioacuten hasta el momento de su implementacioacuten en
armoniacutea con la naturaleza y aprovechando al maacuteximo los residuos vegetales en este caso los
de la agroindustria cafetera
12 Planteamiento del problema
Se sabe que la industria de la construccioacuten es uno de los mayores generadores de
contaminacioacuten y consumidor de recursos naturales no renovables tal como lo cita (Cabello
2008) tomado de (Anink Boonstra amp Mank 1996) en teacuterminos estadiacutesticos se puede decir
que el sector de la construccioacuten es responsable del 50 de los recursos naturales empleados
del 40 de la energiacutea consumida (incluyendo la energiacutea en uso) y del 50 del total de residuos
generados Si bien es cierto que el procesado de materias primas y la fabricacioacuten de los
23
materiales generan un alto coste energeacutetico y medioambiental no es menos cierto que la
experiencia ha puesto de relieve que no resulta faacutecil cambiar el actual sistema de construccioacuten
y la utilizacioacuten irracional de los recursos naturales donde las prioridades de reciclaje
reutilizacioacuten y recuperacioacuten de materiales brillan por su ausencia frente a la tendencia
tradicional de la extraccioacuten de materias naturales Por ello se hace necesario reconsiderar esta
preocupante situacioacuten de crisis ambiental buscando la utilizacioacuten racional de materiales que
cumplan sus funciones sin menoscabo del medio ambiente (Cabello 2008)
Resulta al tiempo contradictorio que el campo de la construccioacuten tenga como fin buscar el
confort humano satisfaciendo sus necesidades tanto habitables como de viacuteas de
comunicacioacuten y que no se tenga como prioridad cuidar o usar de manera maacutes racional los
recursos naturales siendo estos los que proveen la vida y los que permiten llevar a cabo esas
construcciones que ayudan a mitigar las necesidades del ser humano
La visioacuten de la generacioacuten de residuos soacutelidos derivada del consumismo actual ha sido
entendida como una problemaacutetica ambiental ademaacutes de ser un factor influyente y determinante
en la salud puacuteblica la creacioacuten ademaacutes de la adaptacioacuten de estrategias ya existentes para el
manejo de residuos soacutelidos se convierte en la alternativa de solucioacuten a dicho problema dado
que ataca todas las consecuencias devastadoras del mal manejo de los residuos soacutelidos y
ademaacutes se convierte en una posibilidad de negocio al comercializar los subproductos
derivados de estos procesos (Agudelo 2012)
Tenemos gran variedad de residuos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y muchos de estos al verse
como desecho ldquoinuacutetilrdquo son quemados vertidos en fuentes fluviales o en vertederos de basura
generando acumulaciones de agentes contaminantes No obstante ldquoampliando ya la visioacuten
ecoloacutegica del siglo XXI algunas empresas o fabricas hacen uso de estos residuos como
generadores de energiacuteardquo (Manejo de Desechos Agroindustriales2015)
Sin embargo la visioacuten ecoloacutegica en la que la construccioacuten debe estar sumergida no es del todo
implementada para ello debe innovarse en materiales que ofrezcan las mismas o mejores
caracteriacutesticas para poder hacer uso de ellos en forma confiada y masiva ya que un alto
porcentaje de la industria de la construccioacuten es ajena al concepto acutesostenibilidad ambientalacute
24
En Colombia existen empresas que estaacuten intentando implementar metodologiacuteas y teacutecnicas para
la reutilizacioacuten de residuos orgaacutenicos La adecuada disposicioacuten final de residuos
agroindustriales es apremiante debido a que se producen en gran cantidad pero la mayoriacutea son
llevados al relleno sanitario sin considerar que existen otras posibilidades de aplicacioacuten y que
pueden generar grandes valores econoacutemicos Los gastos de la disposicioacuten de los residuos y el
impacto ambiental pueden reducirse si se logra emplear teacutecnicas de valorizacioacuten esto quiere
decir que si se logran tener adecuados tratamientos las empresas podriacutean multiplicar el valor
de los subproductos (Yepes Naranjo amp Saacutenchez 2008)
Con estos puntos planteados es importante preguntarse iquestCoacutemo hacer del concreto un
material a partir de residuos orgaacutenicos vegetales que genere una progresiva visioacuten sostenible
en la construccioacuten y que sea esteacuteticamente un potencial en el disentildeo El sustituir parte de los
agregados de un material convencional a uno que aporte al medio ambiente y lograr
implementarlo en la construccioacuten como material oacuteptimo para quien lo implemente es obtener
un material innovador que aporta no solo como idea si no como parte de nuevas praacutecticas
constructivas sustentables
13 Objetivos
Objetivo general 131
Evaluar las propiedades y comportamientos fiacutesicos del concreto con agregados orgaacutenicos como
la cascarilla de cafeacute uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran industria cafetera en
Colombia y establecer las posibilidades ante el uso de textura y color
Objetivos especiacuteficos 132
- Identificar las investigaciones realizadas acerca del concreto aligerado con cascarilla de
cafeacute estableciendo sus propiedades generales
- Caracterizar el material orgaacutenico (Cascarilla de cafeacute) que va a ser sustituido por
porcentajes determinados del agregado grueso del concreto
25
- Establecer un disentildeo de mezcla con base en las investigaciones realizadas y comprobar
sus propiedades fiacutesicas
- Determinar las alternativas de textura a traveacutes de prototipos de formaletas que puedan
implementarse en ese tipo de concreto
- Realizar valoraciones acerca de las variaciones del comportamiento del concreto
expuesto al exterior con el uso de pigmentos
14 Justificacioacuten
La industria de la construccioacuten es uno de los principales actores responsables en el cambio y
aumento de niveles de contaminacioacuten ambiental es una industria que necesita para su
desarrollo hacer uso de recursos naturales no renovables dejando a su paso acumulacioacuten de
desechos escombros de obra una mezcla de agentes contaminantes que degradan de
manera progresiva el medio natural pero las industrias como la agronomiacutea son otro gran factor
de contaminacioacuten directa a este medio se hace uso de la materia prima acuteuacutetilacute y los residuos
son en un alto porcentaje quemados desechados en riacuteos o retirados a espacios como
vertederos de basuras volvieacutendolos unos participes maacutes de la contaminacioacuten Hay que
destacar que ldquoel debate sobre la sostenibilidad no se produce en el campo especiacutefico de la
edificacioacuten sino en el de la economiacutea y otras ciencias sociales Su transposicioacuten a la
edificacioacuten exige un entramado teoacuterico capaz de trasladar demandas enunciadas en campos
ajenos (hellip) hacia el campo de los conocimientos habilidades y procesos que permiten
desarrollar y enunciar un proyecto de edificacioacutenrdquo (Monterotti 2013)
La buacutesqueda de implementar normas y leyes para contrarrestar los abusos que se le hacen a
los recursos vienen desde la deacutecada de los 80 eacutepoca en la que surge la preocupacioacuten por
impacto que produce llevar a cabo la construccioacuten de un edificio y sus materiales sobre el
ambiente Desde el antildeo 2000 el nuacutemero de meacutetodos para la evaluacioacuten medioambiental se ha
multiplicado considerablemente en el mundo BREEAM (BRE Environmental Assessment
Method) fue el primer sistema (desarrollado en 1990) que ofrecioacute un meacutetodo de etiquetado de
edificios aunque LEED (Leadership in Energy and Environmental Desing) es el de mayor
implantacioacuten en el mercado de grandes edificios (Maciacuteas amp Garciacutea Navarro 2010)
26
En Colombia no existen como tal leyes enfocadas exclusivamente al control de recursos de los
que hace uso la industria de la construccioacuten existen algunas normativas y artiacuteculos que se
derivan de un encabezado no especifico en el tema y existen tambieacuten los denominados
manuales pero realmente no hay entidades que fundamenten la importancia de un control una
base de enumeradas restricciones en la fabricacioacuten de materiales y su impacto negativo al
medio ambiente
En el antildeo 2016 se hizo puacuteblico la nueva reglamentacioacuten de construccioacuten sostenible en el paiacutes
ldquoEn Latinoameacuterica Colombia es pionero en comprometerse con la transformacioacuten hacia el
desarrollo sostenible La norma que es obligatoria a partir de junio de 2016 establece
porcentajes de ahorro en agua y energiacutea que permitan reducir los costos de los usuarios en
pagos de servicios puacuteblicosrdquo (Ministro de Vivienda Luis Felipe Henao) El objetivo de esta
reglamentacioacuten es lograr ahorros de hasta el 45 en el consumo de agua y energiacutea mediante
la incorporacioacuten de paraacutemetros de sostenibilidad ambiental en el disentildeo y construccioacuten de las
nuevas edificaciones que se construyan en el paiacutes (MINVIVIENDA 2015) Se consultoacute al
Ingeniero Alejandro Vaacutesquez especialista en construccioacuten sostenible de la universidad EAFIT
acerca de esta nueva norma y sentildeala que el mayor objetivo es el ahorro de recursos hiacutedricos y
energeacuteticos al igual que reducir las emisiones de gases de efecto invernadero pero esta norma
no trae apartes especiacuteficos sobre el uso de materiales debido a que se centra en temas de
eficiencia energeacutetica e hiacutedrica pero si habla de la necesidad de usar materiales de
construccioacuten de baja energiacutea embebida (hellip)(ARGOS 2015)
En este sentido se entiende la importancia la vitalidad de propulsar e imponer el cambio desde
la fabricacioacuten de los materiales que se utilizaran en obra los elementos tenidos en cuenta para
la expedicioacuten del nuevo reglamento fue entender que teniendo un sector que construye
anualmente cerca de 30 millones de metros cuadrados en vivienda y edificaciones no
residenciales que articula a maacutes de 28 sectores productivos de la economiacutea y que emplea a
maacutes de 34 millones de personas es necesario mantener un proceder reglamentario cauteloso
para no poner en riesgo la promocioacuten de proyectos constructivos ya que son los que soportan
la economiacutea (CAMACOL 2015) asiacute que el enfoque sostenible al que se hace referencia esta
normativa estaacute en un segundo plano y la economiacutea se veriacutea directamente afectada si se
impone la idea de usar en menor medida los residuos naturales o proponer estudios para
reemplazarlos
27
Desde el aspecto ecoloacutegico tiene una gran ventaja la industria agronoacutemica por el basto grado
de residuos orgaacutenicos que genera en la produccioacuten En tal sentido se proyecta a provechar el
denominado cisco la cascarilla de cafeacute con la finalidad de aprovechar este sobrante siendo
Colombia el segundo productor mundial de este fruto y por el potencial de este residuo como
fibra vegetal al presentar propiedades que la hacen oacuteptima para ser utilizada como agregado
liviano en el concreto En Colombia ha tenido un uacutenico uso servir de combustible para
alimentar hornos (Rathinavelu amp Graziosi 2005)
Es el concreto el material de mayor uso en la construccioacuten es el material que maacutes se debe
experimentar para proporcionar alternativas ecoloacutegicas y de uso Para potencializar este
material no uacutenicamente en su composicioacuten con los residuos orgaacutenicos sino que tambieacuten se
buscara alternativas en su esteacutetica en la variabilidad de sus aplicaciones
El aspecto esteacutetico de las obras cobra cada vez mayor relevancia y los elementos de concreto
arquitectoacutenico ndashelaborados in situ o prefabricados- marcan una etapa importante en la
evolucioacuten de la arquitectura contemporaacutenea al brindar caracteriacutesticas de increiacuteble versatilidad
Ademaacutes del concreto ninguacuten material de construccioacuten moderno puede asumir con tanta
facilidad las formas colores y texturas (Pesquer 2013) Se han realizado cantidad de
investigaciones y avances tecnoloacutegicos sin embargo en esta aeacuterea la aplicacioacuten de concretos
arquitectoacutenicos es muy deficiente (dependiendo de la obra) en lo esteacutetico o lo mecaacutenico pero
no se trabaja unificando estas dos caracteriacutesticas sabiendo que el concepto de concreto
arquitectoacutenico tiene como finalidad estas aportaciones como unidad
En tal razoacuten se busca crear alternativas ideas innovadoras y el implementar un material
ecoloacutegico donde el uso de estas teacutecnicas favorezca el campo constructivo el econoacutemico
variedad en el mercado y en el disentildeo puesto que al conectar el eacutexito de las empresas con los
avances de la sociedad se abren muchas formas de atender a nuevas necesidades ganar
eficiencia crear diferenciacioacuten y expandir mercados (Porter amp Kramer 2011)
2 Marco Teoacuterico 28
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico
La evaluacioacuten del impacto ambiental que genera la fabricacioacuten de materiales de construccioacuten
es bastante escasa ante esa situacioacuten algunos paiacuteses han creado mecanismos muy baacutesicos
que permitan dar algunas pautas para el uso adecuado de estos pero encontrar
especiacuteficamente los efectos secundarios que causa su produccioacuten es muy complejo
imponiendo la idea de crear y modificar materiales con un completo estudio en el aacutembito
ecoloacutegico y constructivo Se debe ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo(Manzini amp Bigues 2000)
Los responsables de la Organizacioacuten de las Naciones Unidas para la Agricultura y la
Alimentacioacuten (FAO) ofrecen varias razones para promocionar los productos naturales como lo
son las fibras subproductos de los residuos orgaacutenicos La produccioacuten implica una fuente alta
de ingresos econoacutemicos para el campo de la agroindustria y este valor econoacutemico es maacutes
sobresaliente en paiacuteses en desarrollo donde puede alcanzar en algunos casos hasta la mitad
de las exportaciones En cuanto a las ventajas que producen para el medio ambiente y la salud
la utilizacioacuten de forma sostenible de fibras obtenidas de residuos orgaacutenicos proporcionan un
recurso natural y renovable en tiempos cortos a diferencia de lo que es hacer uso de fibras
sinteacuteticas las cuales son obtenidas de sustancias derivadas del petroacuteleo (Muerza 2009)
El uso de fibras naturales de residuos orgaacutenicos es una ventaja muy alta para el campo de la
construccioacuten es aprovechar las ventajas de la tecnologiacutea los estudios que estaacuten a nuestro
alcance y poder hacer nuevas propuestas en pro de un detenimiento del excesivo uso de
recursos naturales
29
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre
La explotacioacuten minera en Colombia para la extraccioacuten del material de arrastre grava y arena
entre otros es uno de los principales protagonistas en este flagelo del dantildeo ambiental frente a
las diferentes praacutecticas requeridas para tal fin Son innumerables y praacutecticamente irreversibles
los dantildeos a los que deben enfrentarse los recursos a falta de control y equilibrio tanto es su
explotacioacuten como en el tiempo para su recuperacioacuten
El impacto ambiental que genera la actividad minera es grande la huella que deja en el
ambiente incide en los recursos hiacutedricos geoloacutegicos bioloacutegicos atmosfeacutericos y socio ndash
econoacutemicos Algunas de esas consecuencias son reversibles pero otras irremediablemente
no pueden evitarse En el recurso hiacutedrico la mineriacutea a cielo abierto por ejemplo causa
contaminacioacuten de los cuerpos de agua por residuos soacutelidos y vertimientos domeacutesticos e
industriales relacionados con la actividad minera lo que aumenta el contenido de los
sedimentos y se ocasiona desviacioacuten de los cauces de los riacuteos que generan inundaciones
transformacioacuten del paisaje y la perdida de cultivos En el campo geoloacutegico se producen
cambios topograacuteficos y geomorfoloacutegicos debido a la remocioacuten de las capas superficiales del
terreno (Redaccioacuten El Tiempo 1995)
Minerales que se explotan en Colombia
- Carboacuten quinto mayor exportador mundial
- Metales y piedras preciosas oro plata y esmeraldas que son reconocidas en todo el mundo
por su calidad y belleza
- Minerales metaacutelicos niacutequel cobre hierro manganeso plomo zinc y titanio
- Minerales no metaacutelicos sal terrestre sal marina gravas arenas arcillas caliza azufre barita
asbesto entre otros
En el 2015 la titularidad minera inscrita en el Registro Minero Nacional es de 9291 36
correspondiacutean a materiales de construccioacuten (el mayor porcentaje de los tiacutetulos otorgados en el
30
paiacutes) 25 a los metales preciosos principalmente oro 17 al carboacuten y 23 a otros minerales
(arcillas cuarzo hierro esmeralda sal siacutelice yeso etc) Ademaacutes el 46 se encuentran en
etapa de exploracioacuten el 31 en etapa de construccioacuten y montaje y el 23 en etapa de
explotacioacuten (Ministerio de Minas 2016)
Con respecto a los minerales maacutes explotados en la pequentildea mineriacutea se destacan que son
piedras preciosas (2) carboacuten (15) oro (30) y minerales de construccioacuten (53) (Ortiz
2017)
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016)
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz 2017)
Pequentildeas minas ilegales
Tipo de material
31
22 Antecedentes teoacutericos
Durante los uacuteltimos antildeos los resultados de las investigaciones en el tema del uso de fibras
naturales en concretos en este caso el uso de cascarilla de cafeacute hacen eacutenfasis en el impacto
que genera de forma positiva el uso de fibras naturales tanto en la reduccioacuten de gasto de
recursos medioambientales como el factor econoacutemico en la construccioacuten Se pondraacuten a
continuacioacuten en manifiesto las investigaciones y sus alcances donde los grupos de trabajo e
investigadores dejan en evidencia los ensayos y pruebas que dan a conocer un nuevo punto de
vista y un resultado viable para las innovaciones en materia de construccioacuten y la sostenibilidad
ldquoLos bloques con cascarilla de cafeacute presentaron mayor resistencia que los mismos hechos con
cascarilla de cafeacute molida esto es debido a que sus partiacuteculas son maacutes pequentildeas y por lo tanto
necesitan de mayor cantidad de cemento para ser cubiertas Seguacuten los datos obtenidos en el
anaacutelisis de resistencia a la compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje
de cascarilla tienen las menores resistenciasrdquo (Mercado 2012)
ldquoLa falta de materiales de construccioacuten que sean accesibles y autosustentables provocan la
escasez de vivienda digna en Meacutexico Por otro lado en zonas cafetaleras de Meacutexico el
desecho del cafeacute (la cereza o cascarilla) alcanza a ser de una tonelada anual lo cual genera
desperdicio que podriacutea ser utilizado para la construccioacutenrdquo (Cantu et al 2014)
Lo que maacutes ha impulsado a la innovacioacuten de nuevos materiales en nuestros tiempos es
inicialmente los costos tan elevados que conlleva el campo de la construccioacuten es una idea auacuten
dominante y en segunda instancia el impacto ambiental que estaacute dejando la utilizacioacuten de
recursos naturales para el desarrollo de estos materiales con iniciativas como la utilizacioacuten de
residuos tanto orgaacutenicos como inorgaacutenicos se han generado grandes iniciativas a favor del
ambiente y la reduccioacuten de elevados costos
El Mercado Central de Buenos Aires intenta buscar formas de reciclar residuos orgaacutenicos es
asiacute como Fabiaacuten Dragone presidente de la Corporacioacuten del Mercado Central afirma ldquoEn el
futuro cada uno va a tener que hacerse cargo de sus residuosrdquo Es asiacute como impulsando el
reciclado de residuos para fabricar materiales de construccioacuten desean volver inerte el material
32
orgaacutenico para de esta manera reconvertirlo en baldosas o bloques para la construccioacuten
(INFOREGIOacuteN 2007)
Actualmente los costos de materiales de construccioacuten de vivienda son altos y cada diacutea tienden
a incrementarse Ante esta problemaacutetica se plantea como una manera de contribuir a su
solucioacuten el analizar y proponer nuevas alternativas de materias primas en la construccioacuten que
permitan obtener una reduccioacuten en los costos con el cumplimiento de las normas y
especificaciones de resistencia y seguridad (Roque amp Medrano 2012)
Antecedentes internacionales 221
- Cantu Mariza Maciel Mariana Mangino Marisuacute Planas Alejandra Romero Carolina
Saacutenchez Rociacuteo (Cantu et al 2014) Investigacioacuten realizada en la Universidad
Autoacutenoma de Meacutexico tiene como objetivo desarrollar una propuesta de un material de
construccioacuten ecoloacutegico para las comunidades cafetales de Meacutexico Los materiales
principales fueron cereza de cafeacute caneacutefora silicato de sodio y carbonato de calcio Las
pruebas a realizar fueron base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo base de
ladrillos con cascarilla de cafeacute entera absorcioacuten presioacuten maacutexima sostenida por cada
ladrillo en la prueba de compresioacuten prueba de absorcioacuten prueba de combustioacuten y
prueba de resistencia
33
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de
cafeacute
Carbonato de
calcio
65gr
10gr
625gr
75gr
60gr
5gr
577gr
25gr
Esta base fue combinada con el silicato de sodio como se muestra en la siguiente tabla
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014)
34
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
COMPOSICIOacuteN 1 2 3 4
Silicato de sodio
Base
100gr
25gr
100gr
134gr
100gr
25gr
100gr
20gr
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de cafeacute 65gr 3125gr 60gr 219gr
Carbonato de
calcio 5gr 75gr 5gr 25gr
Despueacutes de realizar este meacutetodo experimental se puede concluir que efectivamente se puede
elaborar un material de construccioacuten a partir de la cascarilla de cafeacute pues mezclada con silicato
de sodio y carbonato de calcio se logroacute tener las propiedades de un ladrillo Los ladrillos
elaborados con cascarilla molida tardan maacutes en secarse a temperatura ambiente Despueacutes de
8 semanas se encontroacute que tienen alta dureza y resistencia
De forma general se puede concluir que el ladrillo con mayor concentracioacuten de carbonato de
calcio tuvo buenos resultados en la mayoriacutea de las pruebas y es una alternativa como material
de construccioacuten que supone un beneficio econoacutemico y ecoloacutegico (Cantu et al 2014)
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Observaciones
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
La muestra mantuvo su
estructura composicioacuten y dureza
Esta muestra aumento 24 de su
peso inicial (peso final de
9607gr)
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Presioacuten alcanzada antes
de quebrarse 4KN 3KN 37KN
35
- Edwin Rimay Vaacutesquez (2017) en su tesis ldquoDisentildeo de concreto fibroreforzado de FacuteC=
250 kgcm2 con fibra vegetal en la ciudad de Jaeacutenrdquo para optar el tiacutetulo de Ingeniero civil
de la Universidad Nacional de Cajamarca del Peruacute determinoacute la influencia en las
propiedades fiacutesicas y mecaacutenicas del concreto reforzado con fibras vegetales (cascarilla
de arroz) al considerar que el uso de la cascarilla de arroz podriacutea aumentar la
resistencia en el concreto y paralelo disminuir su costo de produccioacuten estudiando el
comportamiento fiacutesico y mecaacutenico del concreto
- Concluye que la adicioacuten oacuteptima de la cascarilla de arroz para obtener una resistencia a
la compresioacuten similar al disentildeo patroacuten es de 10kgm3 ya que a mayor adicioacuten
disminuye draacutesticamente no solamente su resistencia a la compresioacuten sino tambieacuten a la
traccioacuten por lo que recomienda realizar un estudio de preservacioacuten de la fibra vegetal
antes de adicionar al concreto convencional para aumentar su durabilidad a la vez que
realizar pruebas acuacutesticas y teacutermicas es otra recomendacioacuten para asiacute conocer a fondo
este tipo de concreto y llegar a inferir sobre las aplicaciones que podriacutea llegar a tener el
nivel de productividad y estudiar la posibilidad de la validez de la adicioacuten de la cascarilla
de arroz con concreto conformado por cemento maacutes agregado finos con fines de
controlar las fisuras (ref2)
- Por su parte Jimmy Sierra Hyman Roque Jared Medrano (2012) desarrollaron una
investigacioacuten que contoacute con el apoyo teacutecnico y financiero de la fundacioacuten para el
desarrollo tecnoloacutegico Agropecuario y Forestal de Nicaragua (FUNICA) con la finalidad
de aprovechar la cascarilla de cafeacute en la elaboracioacuten de materiales de construccioacuten Se
utilizaron diferentes proporciones para la fabricacioacuten del bioconcreto La proporcioacuten
142 indica que se utilizoacute una parte de cemento cuatro partes de arena y dos partes de
material cero para la proporcioacuten 133 significa que se empleoacute una parte de cemento
tres partes de arena y tres partes de material cero La cantidad de muestras que se
realizaron fueron 18 para la dosificacioacuten de 142 para luego realizar las mediciones de
la resistencia de los bloques a los 14 y 28 diacuteas Esto se comparoacute con la otra dosificacioacuten
de 133 a la cual tambieacuten se le realizaron 18 muestras
Para cada dosificacioacuten de 6 muestras se le fue agregando cascarilla en porcentaje de
19 20 y 30 Se puede apreciar en la siguiente tabla que la cascarilla de cafeacute en su
36
estado natural o molida se comporta similar al aacuterido fino es por ello que en las
dosificaciones se utilizoacute para disminuir la arena
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012)
MATERIALES QUE PASA POR TAMIZ
38acute Ndeg4 Ndeg8 Ndeg16 Ndeg30 Ndeg50 Ndeg100 Ndeg200 MF
Arena 99 9287 7281 4543 2426 482 08 006 359
Material cero 100 9741 5288 2252 868
24 005 0 417
Cascarilla de
cafeacute 100 9666 4485 1143 255 045 008 0 444
Cascarilla cafeacute
molida 952 756 4376 1666 331 033 0 365
Se concluye que el material cero es considerado un agregado fino debido a que en la
prueba granulomeacutetrica pasoacute por todas las mallas del agregado grueso La mejor
proporcioacuten para esta investigacioacuten se considera que fue 133 cumpliendo los
estaacutendares de calidad la proporcioacuten de la cascarilla es del 10 dando como resultado
4420kgcm2 seguacuten las normas de la ASTM
Los datos de resistencias reflejaron que el curado es determinante para obtener
mayores resistencias ya que entre el curado de 14 diacuteas y el de 28 diacuteas hay diferencias
considerables Seguacuten los resultados que obtuvieron en los ensayos de resistencia al a
compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje de cascarilla tienen
las menores resistencias (Roque amp Medrano 2012) (ref3)
37
Antecedentes nacionales 222
- Garciacutea Carlos Daniel Olaya Julio Mario (2011) Estudiantes que realizaron este trabajo
que hace parte de la liacutenea de investigacioacuten sobre materiales de construccioacuten han
venido trabajando la seccioacuten de construcciones agriacutecolas del Departamento de
Ingenieriacutea Agriacutecola de la Universidad Nacional de Colombia Ahondar en un material de
comuacuten conocimiento y aplicacioacuten pero que dosificado con aacuteridos orgaacutenicos provenientes
de desechos de las agroindustrias como el caso de la cascarilla o cisco de cafeacute no
teniacutean conocimiento de su comportamiento mecaacutenico ni de sus propiedades teacutermicas
Los materiales a utilizar fueron
Cascarilla de cafeacute (Tabla 7 materiales de desperdicios obtenidos en el beneficio de un kilogramo de cafeacute cereza)
Cal agriacutecola
Cemento
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus materiales de
desperdicio(Garcia amp Olaya 2011)
PROCESO PERDIDA(GRS) MATERIALES
Despulpado
Fermentacioacuten
Trilla
Secado
Torrefaccioacuten
Preparacioacuten de la bebida
Peacuterdida total
394
216
35
171
22
104
942
Pulpa fresca
Muciacutelago
Cascarilla
Agua
Cafeiacutena y sustancias volaacutetiles
Borra
PRUEBAS
1 Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale en la trilladora en
una solucioacuten de agua cemento al 5 en peso durante 30min Agitado constante
2 Se disentildearon mezclas con diferentes combinaciones de relacioacuten agua-cemento
3 Ensayos de compresioacuten
4 Ensayos de conductividad teacutermica
38
RESULTADOS
El asentamiento contraccioacuten longitudinal y volumeacutetrica la resistencia a la compresioacuten
la conductividad teacutermica y el moacutedulo de rotura se muestran en tabla 2 y 3
correspondiendo cada una a los dos estados de manejo de la cascarilla sin tratar y
mineralizada
Con el tratamiento mineralizante de la cascarilla se aumenta el peso especiacutefico
aparente seco en un 12 debido a que se disminuye el volumen de poros de eacutesta se
disminuye el peso unitario suelto en un 23 porque se dificulta el acomodamiento de la
cascarilla como consecuencia de la rigidez que adquiere y se produce una disminucioacuten
en la absorcioacuten en un 10 causada por la disminucioacuten en el volumen de poros El
hormigoacuten ligero con cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico ya que los valores
obtenidos de conductividad teacutermica (K) para as diferentes mezclas ensayadas son
menores a los que se obtienen para el hormigoacuten con cascarilla de arroz
RECOMENDACIONES
Cuando se utiliza cascarilla mineralizada se disminuye la manejabilidad de la mezcla
(AC=05 Y cemento cascarilla =14) hasta el punto de no poder determinar su
asentamiento se disminuye el tiempo de fraguado a 24 horas de fundida la mezcla y se
produce un aumento de resistencia a la compresioacuten a los siete diacuteas del 50
Es recomendable investigar maacutes a fondo el tratamiento mineralizante de la cascarilla
teniendo en cuenta que al calentar la mezcla (cascarilla-agua-mineralizante) disminuiraacute
el tiempo de mineralizacioacuten y aumentariacutea la calidad de los resultados (Garcia amp Olaya
2011) (ref4)
- Riacuteos Juan Carlos Aguirre Mauricio Munera Daniela (2015) El objetivo de esta
investigacioacuten consistioacute en utilizar un material de construccioacuten alternativo que sea
sostenible Uno de los residuos del cafeacute es la cascarilla la cual se utilizoacute en esta
investigacioacuten para el usoacute del concreto con el fin de reducir los costos de produccioacuten del
mismo e impactar de forma positiva al medio ambiente
39
Los materiales que utilizaron fueron
CASCARILLA DE CAFEacute seleccionada del tipo de cafeacute factor 85 del municipio de
Ciudad Boliacutevar (suroeste antioquentildeo) secada en un horno a 55deg durante 25 horas
proceso propio del cafeacute para evitar que se degrade
CEMENTO PORTLAND Tipo I
CLORURO CAacuteLCICO
PRUEBAS 5 Cilindros 1 Muestra de concreto sin adicioacuten de cascarilla de cafeacute (Muestra
patroacuten) (M1) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un 15 de relacioacuten de
volumen respecto al cemento (M2) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un
15 de relacioacuten de peso respecto al cemento (M3) se caracterizaron las arenas y triturado
empleado en la elaboracioacuten de mezclas utilizando las mallas recomendadas por la norma 174
dada por Icontec (2000)
RESULTADOS
El comportamiento de la cascarilla de cafeacute para mejorar o igualar la resistencia de concreto no
se obtuvo como se esperaba debido a que es necesario hacer un proceso maacutes elaborado a la
cascarilla para que tenga un comportamiento oacuteptimo es necesario darle un tratamiento previo
para brindarle una proteccioacuten contra el medio alcalino de la pasta de cemento Se observa
como la presencia de cascarilla de cafeacute reduce la energiacutea embebida presente en las muestras
en relacioacuten al concreto aunque un caacutelculo maacutes exacto seria tener en cuenta la energiacutea
embebida de la cascarilla pero para este trabajo no fue posible contar con este dato pero por
experiencia con otras fibras seriacutea un valor menor al del concreto lo que sigue arrojando un valor
menor
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015)
CARACTERIacuteSTICA M1 M2 M3
Aacuterea (m2)
Volumen (m3)
Peso (Kg)
1767
4948
1262
1767
51247
123
1767
53014
878
40
Carga (KN)
Densidad (gcm3)
Presioacuten (Mpa)
5895
255
3336
3248
24
184
83
165
047
Se concluye que para el uso de materiales naturales como en este caso cascarilla de cafeacute es
necesario hacer un recubrimiento para brindar proteccioacuten frente al medio alcalino del cemento
lo cual se puede hacer con aceite de linaza aceite de linaza + resina natural parafina parafina
+ resina natural sellador para madera o creosota
Los materiales alternativos son maacutes econoacutemicos que los utilizados tradicionalmente La
presencia de la cascarilla de cafeacute reduce el consumo de energiacuteas para la elaboracioacuten del
concreto (RIOS et al 2015) (ref5)
- Carvajal Corredor Ivaacuten Leonardo y Terreros Rojas Luis Eduardo (2016) Realizaron un
trabajo de Investigacioacuten para el programa de ingenieriacutea civil de la Universidad Catoacutelica
de Colombia ldquoAnalisis de las propiedades mecaacutenicas de un concreto convencional
adicionando fibra de caacutentildeamordquo con el objetivo de determinar y analizar las propiedades
mecaacutenicas (compresioacuten y flexioacuten) de un concreto convencional adicionando fibra de
caacutentildeamo en condiciones normales y asiacute establecer las condiciones en que se va a
trabajar la fibra adicionaacutendola al concreto
Se elaboraron 12 especiacutemenes ciliacutendricos 6 con fibra de caacutentildeamo y 6 normales con el
fin de obtener la resistencia a la compresioacuten a los 7 diacuteas 14 diacuteas y 28 diacuteas igualmente
se elaboraron 2 viguetas adicionando fibra de caacutentildeamo para determinar la resistencia a
la flexioacuten a los 28 diacuteas todo siguiendo la norma INV E seccioacuten 400 - concreto
hidraacuteulico Como se evaluaron unos concretos con fibra y otro normales a los que se le
adiciono fibra la cual con anterioridad se tratoacute con la cal hidratada seguacuten las
investigaciones de Quintero y Gonzaacutelez (2006) se sumerge la fibra en una lechada de
cal (10g por litro de agua) durante 48 horas
Se concluyoacute que por medio de un disentildeo de mezcla elaborado a partir del meacutetodo de
peso y volumen absoluto utilizando los datos suministrados de la empresa CEMEX
Colombia SA y Concrescol SA se logroacute con precisioacuten la resistencia a la compresioacuten
esperada a los 28 diacuteas En los primeros 7 diacuteas el concreto con fibra de caacutentildeamo supero
41
la resistencia del concreto normal con un 7875 de la resistencia esperada y con una
diferencia promedio entre los dos concretos de 120 psi a los 28 diacuteas el concreto con
fibra presento una tendencia totalmente diferente pues se esperaba que este superara
la resistencia de 4000 psi donde igualo la resistencia alcanzada del concreto normal
donde el concreto normal llego con una resistencia de 10034 y el concreto con fibra
llego a un 10049 frente a la resistencia calculada en el disentildeo de mezcla (Terreros
Rojas amp Carvajal Corredor 2016) (ref6)
42
DOSIFICACIOacuteN DE
HORMIGONES
LIGEROS CON
CASCARILLA DE CAFEacute
APROVECHAMIENTO
DE LA CASCARILLA
DE CAFEacute EN LA
ELABORACIOacuteN DE
MATERIALES DE
CONSTRUCCIOacuteN
FIBRA DE CAFEacute
INVESTIGATING
EFFECTS OF COFFEE
HUSK ASH AS PARTIAL
REPLACEMENT OF
CEMENT IN CONCRETE
GRADE C25
MEacuteXICO COLOMBIA N D COLOMBIA
Como material
mineralizante es maacutes
econoacutemico el cemento que
la cal agriacutecola con mejores
resistencias a la compresioacuten
Cuando se utiliza cascarilla
mineralizada se disminuye
la manejabilidad de la
mezcla Calentar la mezcla
(cascarilla- agua-
mineralizante) aumentara la
calidad de los resultados
-Resistencia a la
compresioacuten las
dosificaciones con mayor
porcentaje de cascarilla
tienen las menores
resistencias -Los bloques no son
recomendables
emplearlos en obras
civiles que alberguen
mucha poblacioacuten
La resistencia no
resulto como se esperaba
para ello la cascarilla
necesita un proceso previo
para brindarle una
proteccioacuten contra el medio
alcalino La presencia de
la cascarilla de cafeacute reduce
el consumo de energiacuteas
para la elaboracioacuten del
concreto
-El hormigoacuten se vuelve
menos viable a medida
que aumenta el porcentaje
de CHA -Resistencia a la
compresioacuten aumenta con
el periacuteodo de curado y
disminuye con el aumento
de CHA -Soacutelo un 5 de
sustitucioacuten CHA es
adecuada para disfrutar del
maacuteximo beneficio de la
ganancia de fuerza
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo
e impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Desarrollar una propuesta
de un material de
construccioacuten ecoloacutegico
para las comunidades
cafetales de Meacutexico
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo e
impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Ahondar en un material
de comuacuten conocimiento y
aplicacioacuten pero que
dosificado con aacuteridos
orgaacutenicos provenientes de
desechos de la
agroindustria
2011
2012
2014
2015
DISENtildeO DE CONCRETO
FIBROREFORZADO DE
FrsquoC=250KGCM2CON
FIBRA VEGETAL EN LA
CIUDAD DE JAEacuteN
PERUacute
En el anaacutelisis de fisuras se
observa que el ancho de
fisuras disminuye con
respecto al concreto patroacuten
en un 6366 6476 y en
un 4837para los concretos
con 10kgm3 20kgm3 y
30kgm3de adicioacuten de
cascarilla de arroz
respectivamente se puede
concluir que la adicioacuten de
cascarilla de arroz favorece
a la disminucioacuten de las
fisuras originadas en el
concreto
Determinar la influencia
en las propiedades fiacutesicas
y mecaacutenicas del concreto
reforzado con fibras
vegetales (cascarilla de
arroz)
2017
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
43
23 Bases teoacutericas
Concreto 231
Material compuesto que consiste en un medio adherente en el que estaacuten embebidas partiacuteculas
o fragmentos de agregados Es una mezcla compuesta por los agregados de arena piedra
agua y cemento inicialmente tienen caracteriacutesticas de plasticidad y moldeabilidad y con
posterioridad su estado fiacutesico seraacute endurecer y adquirir propiedades resistentes permanentes
El concreto es el material maacutes usado en el mundo despueacutes del agua (Neville 1999) La
versatilidad es la importancia que radica en el concreto llevaacutendolo a altos desempentildeos usos y
aplicaciones
2311 Propiedades
Las siguientes son las ventajas que hacen del concreto un material imprescindible para la
construccioacuten y un material que responde aacutegilmente a los principales desafiacuteos de la
infraestructura son
- Capacidad de resistir a una gran variedad de condiciones climaacuteticas durante todo su
tiempo de vida uacutetil
- Material de alta disponibilidad puede ser fabricado en cualquier parte del mundo
optimizando los costos
- Su maleabilidad permite variaciones esteacuteticas y arquitectoacutenicas
- En aplicaciones de infraestructura el uso de concreto es insustituible
Todas estas caracteriacutesticas han permitido el desarrollo de grandes obras e infraestructuras a
nivel mundial cuyo eacutexito estaacute ligado a la implementacioacuten de avanzadas tecnologiacuteas en
materiales de construccioacuten (Ceballos Arana 2016)
44
Concreto fresco 232
Etapa en la cual el concreto se puede transportar colocar en una formaleta y realizar los
procesos de vibracioacuten Las propiedades en estado fresco deben permitir que se llene
adecuadamente las formaletas y los espacios alrededor del acero de refuerzo asiacute como
tambieacuten obtener una masa homogeacutenea sin grandes burbujas de aire atrapada Esta propiedad
se puede determinar mediante varios meacutetodos de ensayo como son la manejabilidad
segregacioacuten exudacioacuten masa unitaria contenido de aire y contenido de agua (Guzmaacuten 2001)
Concreto endurecido 233
Es la etapa en la cual el concreto adquiere sus caracteriacutesticas potenciales de resistencia
maacutexima En general las propiedades mecaacutenicas del concreto dependen en gran medida por la
resistencia de la pasta endurecida los agregados y la interface pasta ndash agregados los cuales a
su vez son modificadas por los procesos de colocacioacuten y condiciones de curado (Guzmaacuten
2001) Cuando ya ha fraguado presenta las siguientes propiedades
a) Resistencia
b) Resistencia a la compresioacuten
c) Impermeabilidad y estanquidad
d) Durabilidad
24 Componentes del concreto
Cemento 241
Un cemento se define como un material con propiedades adhesivas y cohesivas que le dan la
capacidad de unir fragmentos soacutelidos para formar un material resistente y durable Sin embargo
esta definicioacuten incluye gran cantidad de materiales cementantes y los que realmente importan
desde el punto de vista de la construccioacuten son los cementos hidraacuteulicos llamados asiacute porque
tienen la peculiaridad de desarrollar sus propiedades (fraguado y endurecimiento) cuando se
encuentran en presencia de agua en virtud a que experimentan una reaccioacuten quiacutemica con ella
45
El cemento constituye entre el 7 y 15 de volumen total de la mezcla y por tanto influye en
todas sus caracteriacutesticas ((ASOCRETO) nd)
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd)
TIPO APLICACIOacuteN
TIPO I
Tipo IA
TIPO II
Tipo IIA
TIPO III
TipoIIIAMem
gt
TIPO IV
TIPO V
Para usar cuando no se requieran las propiedades especiales especificadas
para cualquier otro tipo
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo I donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para uso general maacutes especiacuteficamente cuando se desea resistencia
moderada a los sulfatos o calor de hidratacioacuten moderado
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo II donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea alta resistencia inicial o temprana
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo III donde
se desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea bajo calor de hidratacioacuten
Para usar cuando se desea alta resistencia a los sulfatos
Agua 242
Por lo general se recomienda que el agua sea potable y que no tenga un pronunciado olor o
sabor para que pueda usarse como agua de mezclado o curado en el concreto o el mortero
sin embargo esto no es rigurosamente cierto debido a que dentro del agua potable se pueden
encontrar disueltas en altas concentraciones sales ciacutetricos azuacutecares entre otros que pueden
ser perjudiciales para el concreto o el mortero de otra parte el agua que puede ser adecuada
para el concreto o mortero no necesariamente debe ser buena para beber (Diego Saacutenchez De
Guzmaacuten 2011)
El agua de mezcla cumple dos funciones muy importantes permitir la hidratacioacuten del cemento y
hacer la mezcla manejable De toda el agua que se emplea en la preparacioacuten de un mortero o
un concreto parte hidrata el cemento el resto no presenta ninguna alteracioacuten y con el tiempo
se evapora como ocupaba un espacio dentro de la mezcla al evaporarse deja vaciacuteos los
cuales disminuyen la resistencia y al durabilidad del mortero o del hormigoacuten (Rivera L nd)
46
Agregados 243
Como agregados de las mezclas de mortero o concreto se pueden considerar todos aquellos
materiales que han tenido una resistencia propia suficiente (resistencia de la partiacutecula) no
perturben ni afecten desfavorablemente las propiedades y caracteriacutesticas de las mezclas y
garanticen una adherencia suficiente con la pasta endurecida del cemento Portland
La fraccioacuten fina de los suelos gruesos cuyas partiacuteculas tienen un tamantildeo inferior a 476 mm
(tamiz No4) y no menor de 0074mm (tamiz No 200) es lo que comuacutenmente se denomina
AGREGADO FINO y la fraccioacuten gruesa o sea aquellas partiacuteculas que tienen un tamantildeo
superior a 476mm (tamiz No 4) denominado AGREGADO GRUESO (Rivera L 2006)
25 Normativas para ensayos
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017)
ENSAYO NORMATIVA
Agregados
Muestreo de agregados
Peso especiacutefico y absorcioacuten
Contenido de humedad
Anaacutelisis granulomeacutetrico
Cantidad de material fino que pasa el Tamiz Ndeg200
Peso unitario
Concreto
Muestreo de concreto freso
Asentamiento-slump
Peso unitario rendimiento
Elaboracioacuten y curado de muestras de concreto para
ensayos de laboratorio
Resistencia a compresioacuten
Testigos ciliacutendricos
Cemento
Densidad del cemento Portland
ASTM
D-75
C-127
C-128
C-566
C-136
C117
C-29
C-172
C-143
C-138
C192
C-39
C-188
NTP
400010
400021
400022
339185
400012
339132
400017
339036
339035
339046
339183
339034
334005
47
26 Fibras en el concreto
El uso de las fibras naturales como un componente maacutes en materiales de relleno o
aglomerantes no es nuevo se remonta a varios siglos atraacutes En concreto existen referencias
tempranas de experimentacioacuten con un refuerzo discontinuo (clavos segmentos de cable
ganchos) que se remontan a 1910 Probablemente el uso maacutes extendido de las fibras como un
componente maacutes en materiales aglomerantes haya sido su uso en elementos como tejas o
prefabricados de asbesto cemento En este caso las fibras de asbesto le conferiacutean al material
el monolitismo y la resistencia a la tensioacuten buscada sin embargo por consideraciones de salud
estas fibras de asbesto han sido sustituidas por otras de diferentes materiales que no tienen
ninguacuten efecto sobre la salud humana (Imcyc 2007)
Las fibras para concreto se adicionan normalmente en bajos voluacutemenes (frecuentemente
menos del 1) y han mostrado eficiencia en el control de la fisuracioacuten por contraccioacuten del
concreto Las fibras no alteran considerablemente la contraccioacuten libre de concreto y si son
empleadas en cantidades adecuadas pueden aumentar la resistencia al agrietamiento y
disminuir la abertura de las fisuras Las fibras para concreto generalmente son de acero
plaacutestico vidrio de materiales naturales (celulosa de madera) y sistemas muacuteltiples disponibles
en una amplia variedad de formas tamantildeos y espesores (DIFICONSA nd)
Clasificacioacuten de fibras 261
Como refuerzo secundario para concreto en general pueden clasificarse seguacuten diferentes
consideraciones (ASTMC 1116 EN 14889 EN 14889-2 ver normas actuales que rigen el
empleo de las fibras paacuteg26) hoy en diacutea se emplean principalmente dos tipos de clasificacioacuten
asiacute
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007)
CLASIFICACIOacuteN DESCRIPCIOacuteN
Material
Metaacutelicas
Sinteacuteticas
Secciones discretas de metal que tienen una relacioacuten de
aspecto (relacioacuten entre la longitud y el diaacutemetro) que va
desde 20 hasta 100 Estas fibras son de acero (en
general de bajo contenido de carboacuten)
Secciones discretas que se distribuyen aleatoriamente
dentro del concreto que pueden estar compuestas por
Acriacutelico Aramid Carboacuten Polipropileno Poliestileno
Nylon Poliester etc
48
Vidrio
Naturales
Funcionalidad geometriacutea y dosificacioacuten
Microfibras
Macrofibras
Secciones discretas de fibra de vidrio resistentes al
aacutelcali
Secciones discretas de origen como coco sisal madera
cantildea de azuacutecar yute bambuacute etc Cuyos diaacutemetros
variacutean entre 05 y 02 mm con valores de absorcioacuten
superiores al 12
Estas fibras estaacuten destinadas a evitar la fisuracioacuten del
concreto en estado fresco o antes de las 24 horas Se
dosifican en el concreto para voluacutemenes entre 003 a
015 del mismo
Estas fibras estaacuten destinadas a prevenir la fisuracioacuten en
estado endurecido a reducir el ancho de la fisura si eacutesta
se presenta y a permitir el adecuado funcionamiento de
la estructura fisurada Las dosificaciones maacutes
frecuentes oscilan entre 02 a 08 del volumen del
concreto Las macrofibras maacutes usadas son las sinteacuteticas
y las metaacutelicas cuyos diaacutemetros variacutean entre 005 mm a
200mm La relacioacuten de aspecto (Ld) de las
macrofibras variacutea entre 20 a 100
2611 Uso en la construccioacuten
El ACI clasifica a las fibras de acuerdo al uso en la construccioacuten dividieacutendolos de la siguiente
manera
- Fibra de acero (FA)
- Fibra de vidrio (FV)
- Fibra sinteacutetica (FSN)
- Fibra natural (FN) (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
27 Concreto reforzado con fibras vegetales
Concretos donde su composicioacuten estaacute formada de pasta base cementante agregados fino
agregado grueso con adecuadas adiciones de fibras Seguacuten la definicioacuten del ACI (American
Concrete Institute) no es maacutes que concreto hecho a partir de cementos hidraacuteulicos
conteniendo agregados finos y gruesos y fibras discretas discontinuas
49
Fibras vegetales 271
Los oacuterganos las secciones y las fibras de las plantas son denominados fibras vegetales se
pueden definir como todos los elementos estructurales que hacen parte de los tejidos orgaacutenicos
de las plantas y constituyen su esqueleto Los factores que definen el nivel de consistencia de
cada una de las fibras dependen del oacutergano o tejido del cual sean extraiacutedos y del grado de
unioacuten entre ellos La longitud y la forma de los cordones de fibras tambieacuten variacutean dependiendo
de esos mismos factores (Artesaniacutea 2014)
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) ORIGEN DE LAS
FIBRAS TIPO
Semillas
Tallos
Fruto
De la cascara y fruto
El algodoacuten
Capoc o Kapok
Lino
Caacutentildeamo
Yute
Ramio
Albaca
Sisal
Rafia
Bambuacute
Coco
Cereales Arroz avena centeno cebada trigo
Las fibras en el concreto tienen como funcioacuten principal mejorar la resistencia a traccioacuten y evitar
el agrietamiento cuando las fibras pierden su resistencia el producto es equivalente a un
concreto no reforzado Sin embargo en ese momento el concreto habraacute alcanzado su
resistencia total y como el agrietamiento se ha evitado en las etapas iniciales podriacutea ser maacutes
resistente que un producto similar hecho sin refuerzo
Aproximadamente el contenido general de fibra vegetal es del 1 a 2 del peso no seraacute nunca
del volumen ya que las densidades de las fibras pueden variar grandemente (Stulz amp Mukerji
1993)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 272
Dentro de las caracteriacutesticas maacutes importantes del concreto estaacuten las siguientes
50
2721 Resistencia a la compresioacuten
El uso de las fibras no tolera incrementos significativos en este ensayo En sus resultados
puede haber una leve variacioacuten tanto en el incremento como en el decremento en la
resistencia
Es importante el tamantildeo de las probetas cuanto menor sea se obtendraacuten mayores
resistencias a la compresioacuten debido a que se acentuacutea un alineamiento preferente de las fibras
A medida que aumente la longitud de la fibra el efecto seraacute mucho maacutes sensible (ACI 544-1R)
(American Concrete Institute (Aci) 2009)
2721 Resistencia al impacto
Los concretos reforzados con fibras presentan caracteriacutesticas principales como su resistencia a
los impactos por absorcioacuten de energiacutea adicional a esto presentan una menor tendencia a la
desfragmentacioacuten y al desprendimiento (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
2722 Resistencia a la flexioacuten
L a resistencia a la flexo traccioacuten es evidentemente mayor que la resistencia a la compresioacuten y
traccioacuten debido al comportamiento duacutectil del concreto reforzado con fibra en la zona fisurada
por traccioacuten desarrollando resistencias residuales (Carvajal 2015)
Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras 273vegetales
La funcioacuten principal de las fibras vegetales que se agregan es de soportar las tracciones
despueacutes de la primera fisura del concreto teniendo presente que el aporte de refuerzo de las
fibras es diferente a la del armado convencional de acero
En el momento que aparece una fisura las fibras quedan expuestas siendo estas las
responsables de mantener el elemento adherido Teniendo como resultado que las fibras
actuantes tengan diferentes esfuerzos al momento de la fisura La curva caracteriacutestica Carga
Vs Deflexioacuten en concretos reforzado con fibras sometidas a ensayos de traccioacuten por flexioacuten
se puede observar en la figura 4 (Carvajal 2015)
51
Lograr una buena homogenizacioacuten de la fibra vegetal en la elaboracioacuten de la mezcla
garantizara una buena distribucioacuten organizacioacuten y adecuada orientacioacuten de la fibra aportando
asiacute en su resistencia siendo lo contrario se podriacutea suponer que su contribucioacuten al concreto sea
nula (Carvajal 2015)
Las caracteriacutesticas que se potencializan al emplear adiciones de fibra vegetal en los concretos
son la resistencia y durabilidad La fibra ayuda a cohesionar el material entre sus agregados
con esto evitando la segregacioacuten del agregado
Normativa de concreto con agregados vegetales 274
Se tiene como referencia para esta investigacioacuten la normativa del Instituto Americano del
Concreto (ACI) y la sociedad Estadounidense para pruebas y materiales (ASTM) dentro de las
cuales se otorgan una serie de paraacutemetros para el disentildeo de concretos reforzados con fibras
teniendo presente las caracteriacutesticas a las cuales se deben regir los materiales que son
utilizados en las mezclas de concretos
El documento ACI 544R-96 informe sobre hormigoacuten armado con Fibra Homologar (2009) es
una guiacutea potencial para el disentildeo de concretos con fibras naturales Dentro del informe ACI
544 se puede encontrar una descripcioacuten del tipo de fibras referenciando consigo meacutetodos
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras (Carvajal 2015)
52
proporciones practicas materiales y necesidades para el tipo de investigacioacuten incluyendo los
concretos reforzado con fibra natural (American Concrete Institute (ACI) 2009)
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras
Tuacuteneles 281
El uso de fibras de acero para el revestimiento de tuacuteneles hadado importantes resultados
tanto en su colocacioacuten como en su desempentildeo estructural logrando alcanzar una alta
resistencia en pocas horas El uso de las fibras de acero en el concreto ha dado una pauta para
obviar el uso de malla electro soldada ya que las fibras logran cubrir esta necesidad de
elementos de refuerzo en las obras de construccioacuten
Pavimentos 282
Se sabe que el concreto para el uso en pavimentos requiere de unas especificaciones
particulares para de esta manera lograr contrarrestar las fuertes exigencias estructurales entre
ellas las maacutes importantes
- Resistencia a flexo traccioacuten
- Resistencia a fatiga
- Trabajabilidad
- Miacutenima retraccioacuten
Otros usos 283
Las fibras hacen una fuerte participacioacuten en la elaboracioacuten de elementos prefabricados tal es
el caso de elaboracioacuten de placas de fachada tanques plantas industriales piscinas pisos
industriales canales muebles para parques piezas para el hogar entre otros
53
29 Concreto arquitectoacutenico
El concreto arquitectoacutenico es aquel que por siacute mismo o por medio del tratamiento superficial
que se le aplique permite ser el protagonista del aspecto acabado o si se quiere personalidad
de lo edificado sin dejar de lado su funcioacuten estructural (Cementos Argos SA 2010)
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018)
Prefabricados 291
Los prefabricados en concreto son una opcioacuten vanguardista que ademaacutes de ofrecer variedad
de usos permite ahorra tiempo y dinero Su durabilidad resistencia y versatilidad continuacutean
consolidaacutendolo como una de las mejores alternativas en la construccioacuten ((IMCYC) 2017)
La prefabricacioacuten es anterior a la industrializacioacuten considerando que el ladrillo fue el primer
elemento producido fuera de obra con sistemas que se han ido prolongando a traveacutes del
tiempo con nuevos meacutetodos procedimientos equipos materiales entre otros Es una manera
raacutepida moderna versaacutetil y energeacuteticamente eficiente forma de construir cualquier tipo de
edificacioacuten (Novas 2010)
2911 Clasificacioacuten
Estos elementos se clasificaraacuten dependiendo de variables como funcioacuten peso dimensiones
formato meacutetodo de produccioacuten materiales entre otros
ESTRUCTURALES URBANIacuteSTICOS ARQUITECTOacuteNICOS
Muros en Tilp Up
Muros de contencioacuten
Prefabricados
Columnas losas y vigas
Muros para sistema
industrializado de construccioacuten
de vivienda
Senderos peatonales y pisos
Elementos de amueblamiento
urbano
Aplicaciones en parques y espacio
puacuteblico
Elementos texturizados en
concreto
Fachadas
Decks
54
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010)
CLASIFICACIOacuteN DE PREFABRICADOS
Seguacuten el grado de prefabricacioacuten Parcial
Total
Seguacuten su funcioacuten Resistente
Cerramiento
Ornamental
Seguacuten su peso y dimensiones Livianos (˂30Kg)
Semipesados (˂500Kg)
Pesados (˃30Kg)
Seguacuten su formato Bloques
Paneles
Elementos lineales
Seguacuten su meacutetodo de ejecucioacuten Industrial a gran escala
Taller
Fabricacioacuten baja teacutecnica
Seguacuten sus materiales Hormigoacuten armado
Hormigoacuten pre ndash pos tensado
Acero
Aluminio
Madera
Plaacutestico
2912 Procesos de produccioacuten
29121 Encofrado
Elementos auxiliares destinamos al moldeo ldquoin siturdquo de concretos y morteros con el fin de
contener soportar y moldear el concreto fresco hasta su endurecimiento Estructuras
temporales su colocacioacuten tarda algunas horas y que en pocos diacuteas se desmontan para su
posterior reutilizacioacuten Para un faacutecil y adecuado desmonte sin afectar acabado yo color del
concreto se suele utilizar desmoldantes (barnices antiadherentes y preparados a base de
aceites solubles en agua) para simplificar el desencofrado y si son de madera se deben
humedecer antes para impedir que absorban agua del concreto (Piqueras 2017)
29122 Vaciado del concreto
Para efectos del vaciado del concreto se debe cumplir el Reglamento Colombiano de
Construccioacuten Sismo Resistente NSR-10 (Capitulo C5) y la norma NTC 3318 o ASTM C94 Se
debe recurrir a una serie de pasos anterior al vaciado los equipos de transporte deben estar
limpios el refuerzo libre de oacutexidos o grasas los encofrados recubiertos con desmoldante
55
ademaacutes no puede haber estancamientos de agua y en caso de tener superficies de concreto
colocado anteriormente que vayan a estar en contacto directo con el concreto nuevo deben
haber recibido el tratamiento de juntas especifico El concreto debe alcaacutezar una consistencia
que permita su colocacioacuten en todas las esquinas o aacutengulos de las formaletas alrededor del
refuerzo y de cualquier otro elemento embebido sin que haya segregacioacuten El concreto se
debe colocar tan pronto sea posible y nunca despueacutes de treinta minutos de preparada la
mezcla a menos que haya sido dosificada con alguacuten tipo de aditivo autorizado (SAOV 2018)
29123 Vibrado del concreto
Es vital este procedimiento durante la colocacioacuten del concreto este se debe colocar con la
ayuda de un equipo mecaacutenico de vibradores complementado por labores manuales esto con
el fin de eliminar la cantidad de aire que hay en la mezcla producido durante el vaciado
tambieacuten hace que se comporte como un liacutequido espeso y se consolide mejor Este
procedimiento debe complementarse golpeando exteriormente con martillo neumaacutetico o
usando varillas en las esquinas y aacutengulos de las formaletas mientras el concreto este todaviacutea
plaacutestico y manejable a fin de impedir vaciacuteos (SAOV 2018)
29124 Desencofrado
El desencofrado debe realizarse sin movimientos bruscos Se debe efectuar cuando el concreto
haya alcanzado la resistencia suficiente para soportar con seguridad su propia carga maacutes
cualquier otra que se quisiese sobreponer Teniendo en cuenta la normativa el ACI ldquoAmerican
Concrete Instituterdquo en su documento ACI 347R (Guide to form work for concret) recomienda
que se utilice el criterio de ganancia de resistencia que haya definido el ingeniero estructural
para determinar la edad del concreto para desencofrar (SAOV 2018)
2913 Ventajas ambientales
- Poco desperdicio de materiales debido a dosificaciones de mezclas maacutes precisas y
controladas
- Mayor posibilidad de reciclar desechos y aguas grises Una fraccioacuten de los agregados
puede estar constituida por concreto reciclado con el tratamiento adecuado
56
- Los componentes principales del concreto son obtenidos principalmente a nivel local lo
cual reduce los requerimientos de transporte energiacutea y emisiones asociadas a este
- En el sitio de obra se reduce el polvo escombros y otros desechos teniendo un control
y aprovechamiento total sobre ellos(Guerrero 2013)
210 Disentildeo Urbano
Espacio Puacuteblico 2101
El espacio puacuteblico moderno se define a partir de la separacioacuten formal entre la propiedad
privada urbana y la propiedad puacuteblica Tal separacioacuten normalmente supone reservar el suelo
libre de construcciones (excepto equipamientos colectivos y servicios puacuteblicos) para usos
sociales (esparcimiento actos colectivos transporte actividades culturales y a veces
comerciales etc) (Segovia y Neira 2005) Para un adecuado y apropiado disentildeo es
importante evaluar caracteriacutesticas sociales y las actividades para las cuales seraacuten disentildeadas
para asiacute corresponder a cada una de estas y asiacute satisfacer de manera oacuteptima duradera y
efectiva las necesidades que lo originaron
Pisos 2102
Dentro de las posibilidades que nos permite el concreto para moldearse esta esta teacutecnica la
cual consiste en estampar colorear y endurecer una superficie de concreto para obtener una
apariencia natural de materiales tales como ladrillo laja piedra o ceraacutemica permitiendo por su
versatilidad variedad de disentildeos y colores Es una teacutecnica de un gran valor arquitectoacutenico con
costos reducidos diversidad ideal para pisos veredas y accesos (Barbosa 2013)
21021 Usos
- Comerciales e industriales galeriacuteas supermercados complejos habitacionales plazas
aceras caminos senderos peatonales veredas estacionamientos y en general todo
tipo de piso con alto traacutensito vehicular y peatonal
57
- Residenciales pisos interiores o exteriores patios caminos interiores huellas zonas de
esparcimiento bordes de piscina escaleras garajes entre otros
21022 Ventajas
Los pisos de concreto estampado son logrados con un tratamiento que le confiere gran
resistencia a la superficie y con una terminacioacuten final con un sellador que protege los colores y
sella los poros del material Se evita la construccioacuten del contrapiso la carpeta de asiento y la
mezcla para la colocacioacuten del piso y queda libre de todo mantenimiento por muchos antildeos
(Barbosa 2013)
- Muacuteltiples opciones de colores
- Alternativas esteacuteticas
- Permite pulirse manteniendo su integridad
- Alternativa competitiva para acabados que simulen piedra natural madera baldosas
- Faacutecil y raacutepido de instalar en comparacioacuten con otras alternativas
- Menor manteamiento debido a tener un color integral
Seguacuten el color puede disminuir el efecto Isla de calor aumentar reflectividad y disminuir el consumo energeacutetico
Mobiliario Urbano 2103
El mobiliario urbano prescribe el espacio puacuteblico y se constituye en elemento esencial de la
identidad y el paisaje de las ciudades Se considera como elementos complementarios a
espacios de viacuteas parques alamedas caminos y aceras de uso puacuteblico con el fin de facilitar las
necesidades del ciudadano mejorando su calidad de vida en entornos favorables y a su vez
fomentando el uso adecuado de los espacios puacuteblicos para un bien general
21031 Clasificacioacuten seguacuten su funcioacuten
- Elementos de Iluminacioacuten columnas para laacutemparas farolas apliques balizas proyector
y focos
58
- Elementos de jardineriacutea y agua elementos que se relacionan con la vegetacioacuten y el
riego las fuentes y las evacuaciones de agua
- Elementos de comunicacioacuten estaacuten dados por los soportes para la comunicacioacuten como
sentildealizacioacuten informacioacuten o publicidad
- Elementos de servicios puacuteblicos mobiliario dirigido a satisfacer las necesidades
derivadas de los servicios puacuteblicos baacutesicos de la ciudad como son transporte la
telefoniacutea los estacionamientos para bicicletas vigilancia de playas y juegos infantiles
- Elementos Comerciales mobiliario destinado al uso comercial que tradicionalmente se
realiza en la viacutea puacuteblica kioscos de libros bares y puestos de mercado
- Elementos de limpieza indispensables en todo espacio puacuteblico para recoger la basura
maacutes diversa papeles vidrio metales plaacutesticos cartones pilas etc
- Elementos de Urbanizacioacuten y limitacioacuten Aquellos que por su extensioacuten pueden ofrecer
una visioacuten unitaria del territorio de la ciudad (rampa vehicular bordillos barandilla valla
barrera arquitectoacutenica bolardos bancos banquetas y sillas) (Rosas Chaves 2014)
Fachadas y elementos de concreto a la vista 2104
Su funcioacuten no solo es esteacutetica sino que debe garantizar un alto grado de proteccioacuten La
mezcla de concreto para estos elementos debe cumplir con determinadas caracteriacutesticas
especiales que le permitan estar expuesto a diferentes condiciones climaacuteticas El encofrado en
las estructuras de concreto arquitectoacutenico es de gran trascendencia dentro del proceso
constructivo pues ademaacutes de ser esencial para lograr una respuesta adecuada a nivel
estructural debe responder a las expectativas del disentildeador (Silva 2015)
Estampados 2105
Los acabados del concreto se clasifican en dos
59
21051 Acabados directos
Se entienden como superficies no tratadas aquellos que son dejados tal cual despueacutes del retiro
de las formaletas lo que determinan el aspecto de la superficie resultante (Cementos Argos
SA 2010)
21052 Acabados indirectos
Concretos cuyas superficies son tratadas despueacutes del desencofrado ya sea por medio
quiacutemicos o mecaacutenicos (comprende acabados cepillados allanados tratados con productos
quiacutemicos lavados con abrasivos tratados con herramientas tratamientos mixtos entre otros)
(Cementos Argos SA 2010)
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010)
ACABADOS TIPOS DE ACABADOS
Acabados directos
Acabados indirectos
Otros
Acabados lisos
Texturizados a partir de revestimientos
Patrones naturales
Incrustaciones
Madera simulada
Superficies acanaladas o estriadas
Allanado o liso
Tratamientos quiacutemicos
Lavado con abrasivos
Tratamiento con herramientas
Tratamientos mixtos
Tratado con sal
Oxidado
Tubos de PVC
Esferas de poliestireno expandido
21053 Concreto coloreado (pigmentos)
Los pigmentos son finas partiacuteculas de polvo quiacutemicamente inertes e insolubles que dotan de
color al material al que se antildeaden Deben ser insolubles tanto al agua como a los agregados
ademaacutes de inertes quiacutemicamente respecto al cemento a los agregados a los aditivos
resistentes a la intemperie estables a la luz a las temperaturas extremas y quedar firmemente
embebidos con los finos del cemento cuando endurezca (Estantildeol 2006)
60
Los pigmentos se clasifican en dos clases obtenidos de manera natural y manufacturados de
forma sinteacutetica
210531 Forma natural
Son obtenidos en yacimientos naturales minerales en su mayoriacutea son de color ocre debido a la
existencia de oacutexidos o hidroacutexidos metaacutelicos principalmente hierro La tierra natural calcinada se
tamiza hasta conseguir un tamantildeo uniforme de los granos y los fabricantes de dichos
pigmentos deben garantizar que las partiacuteculas tengan una dimensioacuten regular (Estantildeol 2006)
210532 Forma sinteacutetica
Estos pigmentos son baacutesicamente oacutexidos de hierro cromo cobalto y titanio Se deben
seleccionar oacutexidos teacutecnicamente puros sin aditivos ni constituyentes secundarios de un gran
poder colorante cualidad que depende de la naturaleza y pureza asiacute como de su finura Si
bien estos pigmentos tienen el mismo origen mineraloacutegico que los naturales al ser obtenidos
por procesos controlados y estandarizados tienen la ventaja de otorgar alta pureza elevado
brillo y gran poder de coloracioacuten estos pigmentos son estables a la intemperie es decir a la luz
UV al aacutecido carboacutenico a cambios fuertes en la humedad y la temperatura a los aacutecidos a los
aacutelcalis y a los componentes del cemento (Estantildeol 2006)
1 Capiacutetulo Cascarilla como material alternativo 61
3 Capiacutetulo Cascarilla de cafeacute como material alternativo
31 Generalidades
El pergamino de cafeacute o cascarilla es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano (fig 2) Esta cascarilla
constituye una excelente fuente de celulosa y lignina1 pentosanos siacutelice y cenizas asiacute como
otros compuestos en menor proporcioacuten En los paiacuteses productores de cafeacute los residuos y sub -
productos del cafeacute constituyen una fuente de contaminacioacuten y generadora de problemas
ambientales por ese motivo desde mediados del siglo pasado se ha tratado de buscar
meacutetodos sobre coacutemo utilizarlos como materia prima para la produccioacuten de bebidas vinagre
biogaacutes cafeiacutena pectina proteiacutena y abono (Coffea 2005)
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 311
Para esta investigacioacuten se utilizoacute la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) de una de las regiones
cafeteras del paiacutes el departamento de Narintildeo especiacuteficamente de ALMACAFEacute SA PASTO
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia 2010)
Procedencia
Aacuterea de cultivo
Temperatura promedio
Promedio Maacuteximo
Promedio Miacutenimo
Precipitacioacuten media anual
Radiacioacuten solar
Departamento de Narintildeo
Altitud 1765 msnm promedio
38400 Hectaacutereas sembradas en Narintildeo
199degC
259degC
16degC
1866 miliacutemetros anual
1666 horas promedio anual
Proceso obtencioacuten de la cascarilla 312
El cafeto es un arbusto o aacuterbol pequentildeo perennifolio de fuste recto que puede alcanzar los 10
metros en estado silvestre en los cultivos se los mantiene normalmente en tamantildeo maacutes
reducido alrededor de 3 metros Las hojas son eliacutepticas oscuras y coriaacuteceas
62
El fruto es una drupa que se desarrolla en unas 15 semanas a partir de la floracioacuten el
endospermo comienza a desarrollarse a partir de la duodeacutecima semana y acumularaacute materia
soacutelida en el curso de varios meses atrayendo casi la totalidad de la energiacutea producida por la
fotosiacutentesis
3121 Recoleccioacuten del cafeacute
En esta etapa se cosechan uacutenicamente los granos que alcanzan el estado de madurez
completa normalmente de color rojo o amarillo ya que los verdes dantildean el sabor de la taza de
un cafeacute Todo este proceso se desarrolla de forma manual
3122 Despulpado
El mismo diacutea de la recoleccioacuten los granos de cafeacute se despulpan retirando la cereza del grano
para que luego obtenga la fermentacioacuten En esta parte del proceso los granos permanecen en
reposo
3123 El lavado
En esta parte se retira con agua limpia los restos de muciacutelago que quedan en el grano y se
eliminan azucares
3124 El secado
Se exponen los granos de cafeacute al calor del sol en un secadero para que el grado de humedad
disminuya facilitando su conservacioacuten El grano seco se almacena en sacos limpios elaborados
en fique facilitando su traslado
Fuente Tomado de httpwwwmundocafetocombeneficiadoel-beneficio-humedo-del-cafe
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado
63
3125 Trillado artesanal
En En este proceso artesanal se retira la cascarilla del grano llamado pergamino Este
procedimiento tambieacuten puede desarrollarse de forma industrial (Omen 2011)
A partir del proceso de la trilla de cafeacute pergamino se retira mecaacutenicamente la cascara
(pergamino) que cubre la almendra de cafeacute (denominada cisco en la trilla) el pergamino ya
limpio entra a la maacutequina trilladora y es retirada por friccioacuten la cascarilla obtenieacutendose la
almendra El cisco que acompantildea la almendra al salir de la trilladora es succionado
mecaacutenicamente en esta operacioacuten se causa la merma por cisco El monitor de pergamino es
una maacutequina cribadora compuesta por un conjunto de tres a cuatro mallas una campana
extractora de cisco y polvo residual
La maacutequina trilladora estaacute formada por un cilindro en forma hexagonal con superficie labrada
que gira dentro de un cilindro coacutencavo estacionario y fraccionado en dos caacutemaras en la
primera caacutemara la friccioacuten elimina entre 60 y 70 de la cascarilla luego pasa a la segunda
caacutemara (caacutemara de retrilla) transportado por un elevador de cangilones donde termina de
retirarle la cascarilla y pule la superficie de la almendra eliminaacutendole la cutiacutecula (Mayorga
nd)
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia)
64
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla
Fuente Tomado de httpswwwcoopronaranjorlcomnuestro-cultivoproceso-ciclo
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute
Caracteriacutesticas fiacutesicas 321
El pergamino o cascarilla de cafeacute es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano de cafeacute en base seca
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005)
65
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
CASCARILLA DE CAFEacute
A B C
Masa unitaria suelta
284gr 300gr 310gr
MUS=298gr
Masa unitaria compacta (peso2716gr) molde 110pie3
334gr 354gr 344gr
MUC=344gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip 344grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 193grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2846 h
Composicioacuten quiacutemica 322
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011)
(Seguacuten Willboux (2))
()
Cafeacute
Araacutebica
()
Cafeacute
Robusta
()
Extracto eteacutereo
Proteiacutenas totales
Celulosa bruta
Hemicelulosa
Azuacutecares
Pentosa
Cenizas
Silicio
Aluminio (Al 203)
Hierro (Fe21198743)
Calcio
Magnesio
Sodio
Potasio
Grasas
040
150
5020
1160
2130
2600
100
1570
340
1360
1960
1220
340
1800
060
--
220
6020
760
--
--
330
--
--
--
--
--
--
--
66
Estas propiedades la hacen oacuteptima para utilizarla como agregado liviano en un hormigoacuten con
el limitante de que tiene un contenido de azuacutecares muy alto (213) que inhibe la reaccioacuten del
cemento en la mezcla y por consiguiente retarda el fraguado presentaacutendose eacuteste despueacutes de
las 72 horas de fundida la mezcla Este limitante se soluciona mineralizando la cascarilla
(Garcia amp Olaya 2011)
A su vez tiene una estructura lineal o fibrosa en la que se establecen muacuteltiples puentes de
hidroacutegeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa hacieacutendolas
muy resistentes e insolubles al agua De esta manera se originan fibras compactas que
constituyen la pared celular de las ceacutelulas vegetales daacutendoles asiacute la rigidez necesaria Las
fibras en los vegetales estaacuten unidas entre siacute por un material cementante de caraacutecter
termoplaacutestico denominado lignina localizada en la laacutemina media de las fibras
proporcionaacutendole rigidez y resistencia al tejido vegetal
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute)
Las fibras vegetales tienen dentro de su estructura componentes que son ricos en agua (lignina
y hemicelulosa) lo cual al reforzar el material compuesto puede generar deficiencias
mecaacutenicas La razoacuten principal para que la resistencia mecaacutenica disminuya es que el agua es
uno de los inhibidores naturales de la polimerizacioacuten en las resinas de polieacutester insaturado por
lo tanto la presencia de estos componentes es poco deseable dentro de la estructura de las
fibras (Gomez 2009)
Una forma de evitar o retardar la descomposicioacuten de las fibras utilizadas en el hormigoacuten es la
proteccioacuten de estas con sustancias bloqueadoras sustancias repelentes al agua y con una
mezcla de ambos tipos de sustancias (Gram 1983)
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades de
Glucosa)(Coffea 2005)
67
Mineralizacioacuten con aceite de linaza 331
Procedimiento
a) Calentar aceite a 80degC
b) Sumergir la fibra seca por 5 minutos
c) Tener otro aceite a 24degC y pasar la cascarilla por 5min
d) Repetir ciclo por 3 veces
e) Dejar enfriar a Tdeg ambiente durante 24h (Alvarado 2002)
Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 332
Procedimiento
Las partiacuteculas o fibras de bagazo fueron inmersas en Hidroacutexido de calcio al 50 durante 24
horas a una temperatura de laboratorio de 24degC (Para darle una proteccioacuten del medio alcalino
de la pasta de cemento) A partir de este procedimiento se obtiene como conclusioacuten que si se
aumenta el tiempo de inmersioacuten de cascara de arroz en la disolucioacuten baacutesica pasando de 24h a
72h se observa un gran aumento en la resistencia a compresioacuten (Saraz Aristizabal amp Mejiacutea
2007)
Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 333
Procedimiento
Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale de la trilladora en una
solucioacuten ac al 5 en peso durante media hora con agitado constante la proporcioacuten de la
cascarilla es del 10 del peso de la solucioacuten La cal limpia impurezas protege del ataque
microbioloacutegico protege del deterioro por la alta alcalinidad mejora la adherencia (Garcia amp
Olaya 2011)
68
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute
En la ciudad de Medelliacuten innovaron con la implementacioacuten de suelos a base de polietileno y
cascarilla de cafeacute molida ya que el piso de madera actual estaba empezando a sufrir deterioro
Este nuevo elemento fue el resultado de las investigaciones que el Metro adelanta con el fin de
obtener alternativas que garanticen la continuidad del servicio Ademaacutes de que esteacuten siempre
disponibles disminuyan gastos eviten las importaciones y sean amigables con el ambiente
Jaime Peacuterez jefe de Investigaciones del Metro explicoacute que los trenes vienen con un tipo de
madera especial resistente al agua y al calor pero esta no se obtiene en el paiacutes su
importacioacuten es costosa y con su obtencioacuten se hariacutea un significante dantildeo al ecosistema Es por
esta razoacuten que el Metro en colaboracioacuten con pymes y la Universidad de Antioquia ha
investigado desde los antildeos 80 con queacute otros materiales puede ser reemplazada la madera y
que tenga las mismas cualidades Fue esto lo que llevo a explorar otro tipo de materiales y a
encontrar en la cascarilla de cafeacute las particularidades necesarias para soportar el peso de los
usuarios y cumplir con la normatividad internacional ferroviaria no sufrir por humedad y no ser
vulnerable a incendios y una reduccioacuten del 30 al impacto con el medio ambiente (Mejia
2013)
El cisco la cascarilla sobrante del cafeacute es usado por un grupo de ingenieros mecaacutenicos como
materia prima para extruir perfiles de madera plaacutestica y construir viviendas de intereacutes social
El sector de la construccioacuten necesita innovarse constantemente a traveacutes de proyectos cada vez
maacutes sostenibles y amigables con los recursos y la mezcla de poliacutemeros con fibras provenientes
de productos residuales como el aserriacuten (EEUU) o la caacutescara de arroz (China) ha permitido en
el mundo una alternativa a la madera conocida como Wood Plastic Composite (WPC)
La agroindustria colombiana debiacutea encontrar un producto vegetal que le permitiera ofrecer una
alternativa al sector de la construccioacuten y es alliacute cuando el grupo uniandino Materiales y
Manufactura de Ingenieriacutea Mecaacutenica liderado por el profesor Jorge Medina encontroacute las
caracteriacutesticas aplicables al cisco de cafeacute
ldquoLos Andes nos permitioacute trabajar con el cisco de cafeacute que nos hace uacutenicos porque es el
producto que representa a Colombia en el mundo y deberiacuteamos integrarlo maacutes a nuestra
infraestructurardquo Las ventajas de haber utilizado el cisco de cafeacute fuera de darle un sello
69
colombiano al producto es que este subproducto del cafeacute anteriormente no se le daba un
manejo verde y se quemaba CO2 o botaba (Positivo 2015)
Estudiantes de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotaacute realizaron ensayos de
concreto con agregado de cascarilla de cafeacute en el Departamento de Ingenieriacutea Agriacutecola
Tomaron un material como el concreto para realizar la aplicacioacuten de residuos orgaacutenicos
provenientes de la agroindustria cafetera haciendo pruebas y ensayos para determinar las
propiedades fiacutesico-quiacutemicas de la cascarilla del cafeacute y su comportamiento junto al concreto
Llegaron a la conclusioacuten que como material mineralizante es maacutes econoacutemico el cemento que la
cal agriacutecola ademaacutes de que se obtiene mejores resistencias a la compresioacuten en el hormigoacuten
cuando se utiliza cemento en las mismas condiciones que cal tambieacuten concluyeron que la
cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico (Garciacutea amp Olaya 2011)
Auacuten no se han realizado aplicaciones como tal de los resultados obtenidos de investigaciones
donde se utiliza a la fibra vegetal cascarilla de cafeacute como reemplazo en la mezcla de concreto
4 Capiacutetulo Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten
Liacutenea investigativa 411
En este proyecto se realizaron y analizaron los siguientes ensayos
Resistencia a la compresioacuten
Moacutedulo de rotura
Sortividad
Asentamiento
Los ensayos que se practicaron en especiacutemenes de concreto normal y con adicioacuten de la
fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) para esta investigacioacuten la cascarilla seriacutea el reemplazo en
diferentes porcentajes del peso del agregado grueso de la siguiente manera
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)
VARIABLE PORCENTAJE MINERALIZACIOacuteN DENOMINACIOacuteN
Mezcla patroacuten
Cascarilla de cafeacute
(Fibra vegetal)
-
05
10
15
05
10
15
05
10
15
-
CAL AGRIacuteCOLA
LINAZA
HIDROacuteXIDO DE CALCIO
CP-0
CFC-05
CFC-10
CFC-15
CFL-05
CFL-10
CFL-15
CFH-05
CFH-10
CFH-15
71
Denominacioacuten
CP-0 = Concreto patroacuten CFC = Concreto con Fibra vegetal - mineralizacioacuten Cal Agriacutecola CFL = Concreto con Fibra Vegetal - mineralizacioacuten aceite de Linaza CFH = Concreto con fibra vegetal - mineralizacioacuten con Hidroacutexido de Calcio -05 = Porcentaje de reemplazo 05 -10 = Porcentaje de reemplazo 10 -15 = Porcentaje de reemplazo 15
Se elaboraron placas de concreto con el fin de analizar su comportamiento ante agentes
externos como lluvia sol aire vegetacioacuten y se realizaron probetas ciliacutendricas y vigas con y sin
adicioacuten de la cascarilla para ser evaluadas a los 28 diacuteas
72
PROPIEDADES
Agregado fino Agregado Grueso Cascarilla de Cafeacute
Reemplazo
05 10 15
Mineralizacioacuten
-Cal agriacutecola
-Aceite de linaza
-Hidroacutexido de Calcio
Propiedades
estado fresco Propiedades
estado endurecido
Vigas Especiacutemenes
ciliacutendricos Placas Asentamiento
Texturizados Resistencia a
la compresioacuten
Moacutedulo de
Rotura
Exposicioacuten
al exterior Sortividad
Anaacutelisis Conclusiones
Recomendaciones
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia)
73
Materiales 412
4121 Materiales
- Cemento El cemento utilizado para este disentildeo es Cemento Gris de Uso General
producido por Cementos Argos SA Cumplen con los valores de la norma colombiana
NTC 121 y 321(Argos 2013)
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013)
PARAacuteMETROS FIacuteSICOS Especificaciones
argos
NTC 321
Tipo I
ASTM
C-1157 TIPO GU
Fraguado inicial miacutenimo (minutos)
Fraguado final maacuteximo (minutos)
Expansioacuten autoclave maacuteximo ()
Expansioacuten en agua maacuteximo ()
Resistencia a 28 diacuteas miacutenimo (Mpa)
45
420
08
02
260
45
480
08
--
240
45
420
08
02
280
- Agua para el procedimiento se utilizoacute agua proveniente de la red de abastecimiento de
agua potable de la Empresa ACUEDUCTO AGUA Y ALCANTARILLADO DE BOGOTAacute
- Agregados los agregados fino y grueso son traiacutedos desde el municipio del Guamo
Tolima
- Fibra Vegetal (cascarilla de cafeacute) esta fibra proviene del grano de la planta cafeto
(Coffea) lo que se denomina como ldquocascarilla de cafeacuterdquo tambieacuten conocido como cisco
o residuo de la extraccioacuten del grano de cafeacute resultado de un proceso denominado trilla
Poblacioacuten y muestras 413
4131 Poblacioacuten placas
Placas cuadradas en concreto convencional y reforzados con Cascarilla de cafeacute en
porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento de
proteccioacuten
74
Muestra
Estuvo constituida por 20 placas de concreto placas cuadradas de aproximadamente 30x30cm
en concreto normal y reemplazo de agregado grueso por cascarilla de cafeacute En este caso se
adiciono pigmento de color amarillo
Se disentildearon 5 tipos de formaletas para aplicar diferentes texturas para prueba de adherencia
a los patrones de disentildeo arquitectoacutenico y exposicioacuten a los factores externos como lluvia sol
vegetacioacuten Las placas se repartieron de la siguiente manera
- 5 placas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
4132 Poblacioacuten especiacutemenes ciliacutendricos
Se realizaron especiacutemenes ciliacutendricos en concreto normal y reforzados con cascarilla de cafeacute
en porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento
de proteccioacuten
75
Para la prueba de compresioacuten y absorcioacuten se elaboraron un total de 58 especiacutemenes
ciliacutendricos con y sin fibra vegetal
Los cilindros se repartieron de la siguiente manera
- 4 probetas ciliacutendricas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 2 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 2 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
Para la definicioacuten de la cantidad de especiacutemenes para las muestras se tomoacute como referencia
lo estipulado en la norma ASTM C-192 ldquoPraacutectica Normalizada para preparacioacuten y curado de
especiacutemenes de concreto para ensayo en laboratoriordquo en la que se propone como cantidad de
moldeados tres o maacutes especiacutemenes para cada edad de ensayo
76
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos
En un metro cuacutebico de mezcla de concreto podemos tener un promedio de agregados fino y
grueso en un 70 Es importante la valoracioacuten de las propiedades de los agregados al
momento del disentildeo de la mezcla ya que pueden afectar las caracteriacutesticas del concreto final
para esto se tendraacute en cuenta
- Manejabilidad
- Durabilidad
- Factores econoacutemicos
Agregado grueso Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia)
AGREGADO GRUESO
Grava 38 oacute
filtro
A
B
C
Masa unitaria suelta
18565gr
19565gr
19565gr
MUS=19231gr
Masa unitaria compacta
(peso frac12 pie cubico) molde 11435gr
20565gr
20065gr
20565gr
MUC=2040gr
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia)
Peso SSS
Peso
sumergido Peso seco
Lavado tamiz
(horno05degx24h)
Humedad
natural
Peso inicial
Peso final
5000gr
4764gr
4764gr
2910gr
4764gr
4544gr
5000gr
4798gr
2000gr
1944gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7796grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8963grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 256grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 484 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 288 FORMA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Redondeada (grava de riacuteo)
77
Agregado fino Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)
AGREGADO FINO
A
B
C
Masa unitaria suelta
1580gr
1630gr
1612gr
MUS= 1610g
Masa unitaria apisonada
2024gr
2058gr
2041gr
MUA=2041gr
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia)
Peso seco Lavado tamiz
(horno105degx24h) Humedad natural
Peso inicial
Peso final
1350gr
1335gr
5000gr
4860gr
1500gr
1486gr
MASA UNITARIA SUELTAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1610grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2041grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 261grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 094
Anaacutelisis Granulomeacutetrico 421
En anaacutelisis granulomeacutetrico tanto del agregado fino como del agregado grueso se desarrolloacute en
base a la NTC 174 y se realizoacute al iniciar con cada una de las mezclas De acuerdo con la
literatura estudiada la cascarilla de cafeacute como agregado vegetal debe tener un previo
tratamiento para asiacute evitar que el medio alcalino al cual se expone en la mezcla no la deteriore
impidiendo asiacute su finalidad en el concreto para ello se emplean 3 diferentes tratamientos
aceite de linaza hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola para tratar estas fibras y asiacute aumentar su
durabilidad
78
4211 Agregado Fino
El agregado fino es arena de rio del departamento del Tolima traiacuteda por la empresa ldquoFerreteria
el Campiacutenrdquo de acuerdo al anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de finura de este agregado es de
31 y su ubica dentro y al liacutemite del rango permitido por la norma NTC 174 donde se aclara que
el modulo no puede ser mayor a 31
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia)
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 310
0
20
40
60
80
100
120
0101001000
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado fino
Lim Inferior
arena
LimSuperior
Agre
gado
fin
o
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
16
30
50
100
Fondo
Σ
0
354
408
952
1460
1215
375
966
48606
0
729
839
1959
3004
2500
771
198
10000
0
729
1568
3527
6531
9031
9802
10000
100
9271
8432
6473
3469
969
198
-
79
4212 Agregado Grueso
El agregado grueso estaacute compuesto por gravilla de riacuteo del departamento del Tolima
comercializada por la empresa ldquoFerreteriacutea el Campinrdquo
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia)
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 604
0
20
40
60
80
100
120
440
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado Grueso
Lim Inferior
gravilla
LimSuperior
Agre
ga
do
Gru
eso Tamiz
Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
1frac12rdquo
1rdquo TM
frac34rdquoTMN
frac12rdquo
38rdquo
4
Σ
-
-
56
1432
1988
1322
4798
0
000
117
2985
4123
2755
10000
0
000
117
3101
7224
9979
100
100
9883
6899
2776
021
80
4213 Fibra vegetal Cascarilla de cafeacute
La fibra vegetal producto de la industria cafetera es el agregado reciclado procedente de la
zona cafetera narintildeense del paiacutes De acuerdo con el anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de
finura es de 34 ubicaacutendose por encima del rango permitido por la norma NTC 174 que
determina como rango maacuteximo 31 para el agregado fino No obstante auacuten cuando el material
es calificado por la norma como un agregado de tamantildeo grueso esta fibra no es un agregado
convencional por lo que se toma uacutenicamente como referencia para compararlo con los demaacutes
agregados
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia)
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
-20
0
20
40
60
80
100
120
01110
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Cascarilla de Cafeacute
Cascarhellip
Casc
ari
lla d
e ca
feacute
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
10
16
20
100
Fondo
Σ
0
38
574
345
662
123
87
171
200
000
190
2870
1725
3310
615
435
855
100
000
190
3060
4785
8095
8710
9145
100
100
9810
6940
5215
1905
1290
855
000
Moacutedulo de finura 340
81
43 Disentildeo de mezcla
Para el disentildeo de mezcla se toma como referente el procedimiento planteado por Diego
Saacutenchez de Guzmaacuten en su libro ldquoTecnologiacutea del Concretordquo
Seleccioacuten del Asentamiento 431
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001)
CONSISTENCIA ASENTAMIENTO
EJEMPLO DE
TIPO DE
CONSTRUCCIOacuteN
SISTEMA DE
COLOCACIOacuteN
SISTEMA DE
COMPACTACIOacuteN
Semi-seca
Media
Huacutemeda
35-50
50-100
100-150
Pavimentos
fundaciones en
concreto simple
Pavimentos
compactados a
mano losas
muros vigas
Elementos
estructurales
esbeltos
Colocacioacuten con
maacutequinas
operadoras
manualmente
Colocacioacuten
manual
Bombeo
Secciones
simplemente
reforzadas con
vibracioacuten
Secciones
medianamente
reforzadas sin
vibracioacuten
Secciones bastante
reforzadas sin
vibracioacuten
Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 432
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeOS MAacuteXIMOS DE AGREGADOS SEGUacuteN EL TIPO DE CONSTRUCCIOacuteN
Dimensioacuten miacutenima
de la seccioacuten (cm) Tamantildeo maacuteximo en pulg (mm)
6 ndash 15
19 ndash 29
30 ndash 74
75 o maacutes
Muros reforzados y
vigas y columnas
frac12rdquo(12)- frac34rdquo19)
frac34rdquo(19)-1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Muros sin
refuerzo
frac34rdquo(19)
1frac12rdquo(38)
3rdquo(76)
6rdquo(152)
Lozas muy
reforzadas
frac34rdquo(19)-1rdquo(25)
1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Losas sin refuerzo
o poco reforzadas
frac34rdquo(19)-1frac34rdquo(25)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
3rdquo(76)
3rdquo(76)-6rdquo(152)
82
Estimacioacuten del contenido de aire 433
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeO MAacuteXIMO NOMINAL
DEL AGREGADO CONTENIDO DE AIRE EN PORCENTAJE (POR VOLUMEN)
mm Pulg Naturalmente
atrapado
Exposicioacuten
ligera
Exposicioacuten
moderada
Exposicioacuten
severa
127
190
254
381
frac12
frac34
1
1frac12
25
20
15
10
40
35
30
25
55
50
45
45
70
60
60
55
Requerimiento de agua de mezclado 434
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten 2001)
Asentamiento
Tamantildeo maacuteximo del agregado en mm (pulg)
951
frac34rdquo
127
frac12rdquo
190
frac34rdquo
254
1rdquo
381
1frac12rdquo
508
2rdquo
640
2frac12rdquo
761
3rdquo
mm pulg Agua de mezclado en kgm3 de concreto
25
50
75
100
125
150
1
2
3
4
5
6
193
197
200
203
205
208
167
172
176
179
183
188
157
163
167
169
172
176
141
147
152
155
158
162
135
140
145
148
151
155
127
131
135
137
140
144
124
128
132
134
137
141
117
122
125
128
130
134
Resistencia requerida de disentildeo 435
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la desviacioacuten estaacutendar
Resistencia especificada
fʹc (kgcm2)
Resistencia de disentildeo de la mezcla
fʹcr (kgcm2)
Menos de 210 kgcm2
De 210 kgcm2 a 350 kgcm2
Maacutes de 350 kgcm2
fʹc + 70kgcm2
fʹc + 85kgcm2
fʹc + 100kgcm2
fʹc = fʹc + 70kgcm2 fʹc = 210 + 70kgcm2 fʹc = 280kgcm2
83
Relacioacuten agua-cemento 436
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto (adaptada del ACI 2111 y
del ACI 2113)
RELACIOacuteN AC DE DISENtildeO EN PESO
Facutec (28 diacuteas) Concreto sin aire
incorporado
Concreto con aire
incorporado
150
200
250
300
350
400
450
08
07
062
055
048
043
038
071
061
053
046
04
---
---
En esta investigacioacuten la relacioacuten agua-cemento corresponde a 050 teniendo en cuenta que la
resistencia de disentildeo es de 280kgcm2
Caacutelculo del contenido de cemento
Una vez que el contenido de agua de mezclado y la relacioacuten agua-cemento han sido
determinados el contenido de cemento por metro cubico de concreto establecido al dividir el
contenido de agua de mezclado entre la relacioacuten agua-cemento
AC = Relacioacuten agua-cemento por peso C = 148kg3 = 368kgm3 050
Definicioacuten de datos 437
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia)
ENSAYO AGREGADO
GRUESO
AGREGADO
FINO
Masa unitaria compacta MUC (km3)Compact Unit massCMU
Masa unitaria suelta MUS (km3)looseUnite Mass (km3)
Densidad aparente seca
Absorcioacuten ()Absorption ()
Humedad NaturalNatural Moinsture
Moacutedulo de finuraFineness Modulus
FormaForm
6523
5194
256
284
288
redondeada
1926
1492
161
2987
094
311
84
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto (autoriacutea propia)
INGREDIENTE PESO SECO
KGM3
PESO ESPECIacuteFICO
KM3
VOLUMEN
ABSOLUTO LM3
Cemento
Agua
Contenido de aire
Agregado grueso
Agregado fino
368
184
885
861
3100
1000
2560
2610
0118
0184
002
034
033
Total 2298 0992
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia)
MATERIALES Cantidad UN
Cemento de uso general 368 Kgmsup3
Agregado fino 861 Kgmsup3
Agregado grueso 885 Kgmsup3
Agua 184 Kgmsup3
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla
De acuerdo al disentildeo de mezcla ya establecido se sustituye la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute)
por el agregado grueso en proporciones de 05 10 y 15 porcentajes que son sometidos a
un tratamiento previo (aceite de linaza hidroacutexido de calcio cal agriacutecola) Para cada tratamiento
se efectuaron los tres porcentajes de reemplazo con el fin de proteger la fibra del medio
alcalino
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia)
MEZCLA 1 (CFV-05) 995Agregado peacutetreo + 05
agregado vegetal
MEZCLA 2 (CFV-10) 99Agregado peacutetreo +
10 agregado vegetal
MEZCLA 3 (CFV-15) 985Agregado peacutetreo + 15
agregado vegetal
000173 1930 = 3339 000346 1930 = 6678 000518 1930 = 9997
(1930 Densidad cascarilla)
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten
De acuerdo a las variables determinadas con respecto a los pesos especiacuteficos de cada
agregado y al tratamiento que se hace a la cascarilla de cafeacute previo a la ejecucioacuten de la
mezcla se realizaron 9 variables
Se disentildearon y elaboraron 16 formaletas en madera contrachapada de 9mm (ficha teacutecnica
ANEXO 1) para la experimentacioacuten ante acabados y pigmentacioacuten de una de las variables de
mezcla Para conocer la adaptabilidad en el encofrado se determinoacute escoger la mezcla con
mayor porcentaje de reemplazo de cascarilla de cafeacute con el fin de analizar su comportamiento
ante los disentildeos propuestos de formaleta De igual manera para evaluar la asimilacioacuten del
pigmento y su reaccioacuten ante las 3 variables de mineralizacioacuten de la cascarilla de cafeacute (el
cemento seleccionado es blanco)
Dimensiones de las formaletas 027 027 0035 = 000315 110 (desperdicio) = 00035
Los acabados fueron los siguientes
- Acabado liso
- Esferas de poliestireno expandido +PVC
- Acabado con hojas naturales
- Estampado
86
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia)
MINERALIZACIOacuteN CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Aceite de linaza
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVL-15
Hidroacutexido de
Calcio
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVH-15
Cal
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVC-15
Mezcla patroacuten
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVP
Las proporciones para la mezcla se resumen en la tabla 40 con el fin de preparar las
cantidades necesarias para una formaleta de 027 027 0035 las cuales son utilizadas para
probar comportamiento reaccioacuten y posibles variables ante condiciones climaacuteticas externas
como luz directa del sol lluvia agentes contaminantes y vegetacioacuten
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
placas
Cemento 368 1288
Agua 184 0644
Grava 8725 3053
Arena 861 3013
Reemplazo fibra 9997 0035
Previamente a la ejecucioacuten de la mezcla se mineralizo la cascarilla de cafeacute se pesaron los
agregados y se marcaron las formaletas con su nomenclatura correspondiente para su
identificacioacuten Se verificoacute el debido cerramiento de las formaletas los elementos necesarios
para los acabados a realizar y se aplicoacute desmoldante (aceite vegetal)
87
Il 12a Mineralizacioacuten aceite de linaza Il 12b Secado 24h mineralizacioacuten linaza
5min 80degC ndash 5min 24deg (Proceso 3 veces)
Il 12c Mineralizacioacuten Hidroacutexido de calcio Il 12d Mineralizacioacuten Cal agriacutecola
sumergido 24h agitacioacuten constante 30min
Posterior a la elaboracioacuten de la mezcla se procedioacute al llenado de formaletas previamente
aceitadas y marcadas y se desencofraron a las 24 horas de mezclado
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia)
88
Siendo este un ensayo para establecer cuaacuteles seriacutean las reacciones fiacutesicas y no mecaacutenicas de
estas placas a traveacutes de caracteriacutesticas como pigmentacioacuten y acabados continuo al
desencofrado se ubicaron en una superficie plana en el patio del edifico SINDU rodeada de
hierba donde estuvieron expuestas a las diferentes condiciones ambientales durante un periodo
de 3 meses
Il 14 a Placas con luz directa diacutea ndash sol (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia)
89
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA PATROacuteN CP
Desmolde 24 horas
Acabado liso
Esferas de
poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
90
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA ACEITE DE LINAZA 15 CFL-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de las
formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire contenido
en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo por cada
formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
El patron de acabado con hojas naturales se considero desde un principio que quizas no se tendria
el mejor resultado pero se obtuvo una muy buena adaptabilidad y aspecto
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Esta mezcla permite que las particulas se resalten y puedan ser vistas con facilidad dandole un
aspecto particular Se puede considerar que el aceite repela los demas materiales dejandose esta a la
vista y le deun efecto especial visualmente
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteristica
91
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA HIDROacuteXIDO DE CALCIO 15 CFH-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
A diferencia de las placas con tratamiento a la fibra con aceite de linaza en este tratamiento con
hidroacutexido de calcio no se logra ver con facilidad las partiacuteculas estas quedan confundidas en la
mezcla
Con respecto al color puede considerarse que al hacer el uso de esta mineralizacion a la cascarilla
de cafeacute no sea homogeneo el color dejandose a la vista zonas con mayor concentracion y otras con
menor concentracioacuten
92
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA CAL 15 CFC-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde a excepcion del disentildeo con
tuvos de pvc por inadecuada manipulacioacuten al desmolde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Al igual que con el tratamiento de hidroacutexido de calcio este tratamiento con cal agriacutecola evita que
las partiacuteculas queden a la vista con facilidad y por el contrario sean recubiertas y mimetizadas en
la mezcla perdiendo el efecto visual interesante que si logra el tratamiento con aceite de linaza
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteriacutestica
93
52 Ensayo de Asentamiento
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco 521
Seguacuten la literatura la fibra vegetal es un material no convencional con algunos usos tanto
nacionales como internacionales A partir de estos antecedentes se inicia el proceso de
experimentacioacuten del disentildeo de mezcla con esta fibra que previamente fue mineralizada con
tres componentes diferentes (aceite de linaza cal agriacutecola hidroacutexido de calcio) a la cual se
tomoacute el asentamiento en sus tres diferentes tratamientos para asiacute identificar caracteriacutesticas
como trabajabilidad consistencia homogeneidad y segregacioacuten
La ejecucioacuten de la mezcla se realizoacute bajo los paraacutemetros de la norma NTC 5171 y expuesta a
cielo abierto en el patio del edificio SINDU de la Universidad Nacional
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
ENSAYO DE ASENTAMIENTO
Tratamiento fibra Muestra Reemplazo Asentamiento
obtenido
Aceite de Linaza
CFL-15 15 47mm
CFL-10 10 42mm
CFL-05 05 45mm
Hidroacutexido de
Calcio
CFH-15 15 40mm
CFH-10 10 78mm
CFH-05 05 56mm
Cal Agriacutecola
CFC-15 15 53mm
CFC-10 10 51mm
CFC-05 05 47mm
Mezcla Patroacuten
(Testigo) CP -- 53mm
94
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
5211 Trabajabilidad
Durante la ejecucioacuten de las mezclas se aprecioacute una muy leve dificultad para la manipulacioacuten de
estas considerando que se llevariacutea con mayor rigurosidad los pasos de la norma para poder
hacer la medicioacuten de la prueba de Abrams y continua fundicioacuten de probetas Con respecto a los
tratamientos previos efectuados en la cascarilla de cafeacute no incidieron notablemente en la
manipulacioacuten de la mezcla ni en el porcentaje de reemplazo por agregado grueso
5212 Consistencia
Se hace uso del cono de Abrams o ensayo de ldquoslumprdquo para determinar el comportamiento del
concreto fresco y asiacute determinar trabajabilidad y consistencia de acuerdo a la NTC 396
Il 3a Divisioacuten dela mezcla en Il 3b Llenado del cono Il 3c Medicioacuten del
3 partes asentamiento
0
20
40
60
80
150 100 050 Pmd CP
Ase
nta
mie
nto
(m
m)
Reemplazo
Asentamiento
aceite de linaza
hidroxido de calcio
cal agricola
Testigo
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia)
95
Se determina que la consistencia de mezcla es media (plaacutestica) lo que se habiacutea determinado
para el disentildeo a excepcioacuten de la mezcla que lleva la fibra con tratamiento aceite de linaza el
asentamiento se presenta de manera levemente menor Puede considerarse una mezcla
ldquonormalrdquo el concreto no sufre grandes deformaciones ni hay separacioacuten de elementos
5213 Homogeneidad
Se procedioacute inicialmente a la incorporacioacuten de los materiales fino grueso y cemento despueacutes
de integrar los materiales entre siacute el siguiente paso fue el vaciado de agua por partes para ir
teniendo una mezcla homogeacutenea Terminado la unificacioacuten de todos los materiales se adiciono
la fibra previamente tratada las partiacuteculas de la cascarilla de cafeacute se incorporaron sin ninguna
muestra aparente de dificultad por lo tanto no hubo segregacioacuten de los componentes de la
mezcla
Il 16a Incorporacioacuten de la fibra a la mezcla Il 16b Homogeneidad de la mezcla
53 Ensayo de compresioacuten
Para la comprobacioacuten de resistencia a compresioacuten las pruebas se llevaron a cabo en
especiacutemenes ciliacutendricos de 10cm de diaacutemetro x 30cm de longitud Todos los especiacutemenes se
desencofraron a las 24 horas de mezclado se marcaron y fueron curados por un periodo de 28
diacuteas por el meacutetodo de inmersioacuten en agua potable con el fin de no perder contenido de agua
cuando inicien sus reacciones quiacutemicas endurecimiento y resistencia
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia)
96
Para cada disentildeo de mezcla de acuerdo al tratamiento previo de la fibra y sus respectivos
porcentajes de reemplazo de cascarilla de cafeacute se realizaron 3 especiacutemenes para efectos de la
prueba Para el ensayo de compresioacuten se realizaron en total 29 especiacutemenes con los testigos
CP)
Il 17a Cilindros en formaleta (24h) Il 17b Curado Cilindros en piscina (28diacuteas)
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8725 1535
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 9997 001759
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8769 1543
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 6678 001175
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia)
97
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 88133 1551
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 3339 000596
Se determinoacute un registro de apariencia de los especiacutemenes ciliacutendricos y se observoacute que en la
construccioacuten de cada uno teniendo auacuten asiacute la misma composicioacuten y el mismo procedimiento
existiacutean variaciones en la apariencia con presencia de hormigueo y medianos poros sobre todo
se tuvo presente que esto sucediacutea en los cilindros que se fundiacutean de uacuteltimo pudiendo asiacute
concluir que se presentaba una ligera peacuterdida de agua en el proceso de fundir del primero al
uacuteltimo
Resultados 531
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
Para este ensayo resistencia a la compresioacuten de cilindros de 10x15cm el promedio de la
resistencia Real Mpa es de 2254 resultado que seraacute comparativo con los disentildeos de mezcla
dados a partir de las variables de tratamiento a la cascarilla y porcentaje de reemplazo por fibra
vegetal
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Peso(gr) Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
Testigo CP (A) 3746 17690 2252
2254 CP (B) 3548 17720 2256
98
5311 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFL-15(A) 1536 0018 3413 9150 1165
1094 CFL-15(B) 1536 0018 3478 8320 1059
CFL-15(C) 1536 0018 3465 8250 1050
10
CFL-10(A) 1543 0012 3634 10680 1360
1386 CFL-10(B) 1543 0012 3627 11220 1429
CFL-10(C) 1543 0012 3654 10760 1370
05
CFL-05(A) 1551 0006 3480 10760 1370
1295 CFL-05(B) 1551 0006 3522 9610 1224
CFL-05(C) 1551 0006 3478 10140 1291
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Para el disentildeo de mezcla con tratamiento previo a la cascarilla con aceite de linaza se infiere
que los resultados se reducen en comparacioacuten a los valores de resistencia para los testigos
mezcla patroacuten
Entre las tres variables de porcentajes utilizados para este disentildeo de mezcla se tiene que la
mayor resistencia se presenta en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra
vegetal es del 10 concluyendo que para este disentildeo superar este porcentaje reduciraacute
notablemente la resistencia a la compresioacuten
1094
1386 1295
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Resistencia
R
eal
MP
a
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Aceite de Linaza
Aceite de Linaza
Testigo
99
5312 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFH-15(A) 1536 0018 3516 10840 1380
1376 CFH-15(B) 1536 0018 3504 10650 1356
CFH-15(C) 1536 0018 3508 10950 1394
10
CFH-10(A) 1543 0012 3708 9000 1146
115 CFH-10(B) 1543 0012 3519 9210 1173
CFH-10(C) 1543 0012 3521 8880 1131
05
CFH-05(A) 1551 0006 3642 13390 1705
1654 CFH-05(B) 1551 0006 3614 11650 1483
CFH-05(C) 1551 0006 3671 13940 1775
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Este tratamiento arroja resultados de forma inferior a los establecidos por las probetas testigos
mezcla patroacuten sin ninguacuten tipo de adicioacuten ni reemplazo Para este caso en el que se obtuvo una
mejor resistencia es en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra vegetal es del
05 el menor valor de reemplazo seguido de este el reemplazo 15 tuvo una mayor
resistencia en comparacioacuten del 10
1376
115
1654
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra Hidroacutexido de Calcio
Resistencia
Testigo
100
5313 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con cal agriacutecola
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFC-15(A) 1536 0018 3439 8120 1034
1176 CFC-15(B) 1536 0018 3568 9460 1204
CFC-15(C) 1536 0018 3475 10150 1292
10
CFC-10(A) 1543 0012 3575 11880 1513
1575 CFC-10(B) 1543 0012 3559 12350 1572
CFC-10(C) 1543 0012 3562 12880 1640
05
CFC-05(A) 1551 0006 3494 12240 1558
1449 CFC-05(B) 1551 0006 3515 10770 1371
CFC-05(C) 1551 0006 3493 11140 1418
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Simultaacuteneamente al tratamiento con aceite de linaza e hidroacutexido de calcio la proteccioacuten a la
fibra con cal agriacutecola mantiene sus valores debajo de los comparados con la mezcla patroacuten
Con este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla se obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso determinando que el aumento de
porcentaje por el reemplazo de la cascarilla reduciraacute notablemente la resistencia
1176
1575 1449
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Cal Agricola
Testigo
101
5314 Promedio resistencias de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia)
Realizando una comparacioacuten de los resultados obtenidos a partir de los promedios en los
disentildeos de mezcla planteados es claro que los porcentajes arrojan resultados con peacuterdida de
resistencia en comparacioacuten con los valores dados por los cilindros testigos (CP) en los que la
mezcla no posee ninguacuten tipo de agregado ni reemplazo
Para cada uno de los porcentajes cada tratamiento sobresale uno maacutes que el otro Se puede
apreciar que el mejor resultado lo arroja el tratamiento con hidroacutexido de calcio con un
porcentaje del 05 y el tratamiento con cal agriacutecola al 10 asiacute como el hidroacutexido de calcio al
15
El uso de aceite de linaza como tratamiento genera una mayor resistencia en la sustitucioacuten de
fibra vegetal en el 10 estando por encima del tratamiento de hidroacutexido de calcio pero es el
menor de las otras dos variables en los otros porcentajes de reemplazo
0
5
10
15
20
25
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de Reemplazo
Promedio Resistencias Real MPa
Aceite de Linaza
Hidroxido de calcio
Cal
Testigo
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
102
54 Ensayo de Sortividad
Se desarrolla este ensayo tomando como referente la norma ASTM C1585 ndash 04 que determina
poner en contacto con el agua una de las superficies del espeacutecimen (en este caso fue la cara
expuesta durante la fundida) y de esta manera lograr determinar la capacidad de absorcioacuten del
agua a diferentes intervalos de tiempo Para la ejecucioacuten se utilizaron especiacutemenes ciliacutendricos
de 10cm de diaacutemetro x 20cm de altura previamente al desarrollo de la prueba se colocaron los
especiacutemenes a secar al horno a una temperatura de 80degC con el fin de garantizar que el mismo
grado de saturacioacuten para todas las muestras
La norma bajo la cual se desarrolla esta prueba establece que los especiacutemenes sean sellados
por su periacutemetro con un material impermeable y con dimensiones especiacuteficas de 5cm de altura
y 10cm de diaacutemetro sin embargo dado que se trata de un ejercicio donde se busca comprobar
las 3 variables de mezclas seguacuten el curado y sus respectivos porcentajes de reemplazo de
agregado grueso por fibra vegetal se optoacute por hacer uso de los cilindros completos sin hacer
uso de alguacuten impermeabilizante perimetral garantizando la laacutemina de agua de 2plusmn1mm
establecida por la norma
Il 18a Secado de cilindros a 80degC (24h) Il 18b Ensayo de sortividad intervalos de tiempo
El ensayo se desarrolloacute en las instalaciones del laboratorio de tecnologiacutea del concreto del
edificio IEI el procedimiento se efectuoacute siguiendo lo dictado por la norma
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia)
103
Se Se tomaron pesos a los especiacutemenes en diferentes intervalos de tiempo con el fin de tomar
la sortividad inicial se parte por tomar el peso de los cilindros en estado seco tomado como
tiempo cero a partir del cual se podraacute medir el cambio en el peso de los especiacutemenes de
acuerdo a los tiempos establecidos Tambieacuten se toman cuatro (4) medidas a los diaacutemetros de
los cilindros de las caras que estaraacuten en contacto con el agua para que realizado el caacutelculo de
diferencia de peso de cada intervalo de tiempo este sea dividido entre el aacuterea obtenida con el
promedio de los diaacutemetros y se define la absorcioacuten en mm3mm2 para graficar la relacioacuten entre
la raiacutez cuadrada del tiempo en segundos y la absorcioacuten obtenida
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) MUESTRA 1 Reemplazo 05 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 1037 Aacuterea expuesta 8446m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3289 00000 00000
60 8 32915 00010 00010
300 17 3293 00006 00017
600 24 3294 00004 00021
1200 35 329525 00004 00025
1800 42 32958 00003 00028
3600 60 329715 00005 00033
7200 85 329965 00010 00044
10800 104 33014 00007 00051
14400 120 330195 00003 00054
18000 134 330285 00004 00057
21600 147 330405 00005 00062
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00 500 1000 1500 2000
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-05
Sortividad
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia)
104
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 2 Reemplazo 10 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10036 Aacuterea expuesta 7910m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3402333 00000 00000
60 8 34046 00014 00014
300 17 34051 00002 00016
600 24 3405533 00004 00020
1200 35 34065 00005 00025
1800 42 3406667 00001 00026
3600 60 3407033 00003 00029
7200 85 3408333 00008 00037
10800 104 34091 00006 00043
14400 120 3409167 00001 00044
18000 134 3410 00004 00048
21600 147 3410067 00005 00053
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 3 Reemplazo 15 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10106 Aacuterea expuesta 8021m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3300 00000 00000
60 8 3302 00012 00012
300 17 33025 00003 00016
600 24 33036 00007 00022
1200 35 330435 00005 00027
1800 42 330485 00003 00030
3600 60 330585 00006 00036
7200 85 330755 00011 00047
10800 104 330905 00009 00056
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-10
Sortividad I
105
14400 120 33097 00004 00060
18000 134 330985 00002 00062
21600 147 331095 00006 00068
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 4 Reemplazo 05 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10213 Aacuterea expuesta 8190m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33965 00000 00000
60 8 3400 00022 00022
300 17 3402 00012 00034
600 24 340345 00009 00043
1200 35 340605 00016 00059
1800 42 340675 00004 00064
3600 60 341035 00022 00086
7200 85 341335 00019 00105
10800 104 341595 00016 00121
14400 120 341675 00005 00126
18000 134 34178 00007 00133
21600 147 34193 00009 00142
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00080
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-15
Sortividad I
106
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 10 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00026 00026
300 17 3512 00009 00034
600 24 35145 00016 00050
1200 35 35163 00011 00061
1800 42 351745 00007 00068
3600 60 35203 00018 00086
7200 85 3523 00017 00103
10800 104 35251 00013 00116
14400 120 35263 00007 00123
18000 134 35278 00009 00133
21600 147 352865 00005 00138
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-05
Sortividad I
107
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 15 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00021 00021
300 17 3512 00016 00036
600 24 35145 00025 00061
1200 35 35163 00014 00075
1800 42 351745 00012 00087
3600 60 35203 00025 00112
7200 85 3523 00023 00134
10800 104 35251 00016 00150
14400 120 35263 00011 00161
18000 134 35278 00011 00172
21600 147 352865 00005 00176
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-10
Sortividad I
108
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 7 Reemplazo 05 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10129 Aacuterea expuesta 8056m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33505 00000 00000
60 8 3354 00022 00022
300 17 335665 00016 00038
600 24 33598 00020 00058
1200 35 33641 00027 00085
1800 42 336475 00004 00089
3600 60 336565 00006 00094
7200 85 336985 00026 00120
10800 104 3372 00013 00134
14400 120 337325 00008 00142
18000 134 33751 00012 00153
21600 147 33756 00003 00156
00000
00050
00100
00150
00200
00 200 400 600 8001000120014001600
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-15
Sortividad I
109
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 8 Reemplazo 10 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10146 Aacuterea expuesta 8085m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3346 00000 00000
60 8 335115 00032 00032
300 17 335395 00017 00049
600 24 335725 00021 00070
1200 35 336175 00028 00098
1800 42 33623 00003 00101
3600 60 336315 00005 00107
7200 85 3367 00024 00131
10800 104 33689 00012 00142
14400 120 337005 00007 00150
18000 134 33718 00011 00161
21600 147 33725 00004 00165
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-05
Sortividad I
110
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 9 Reemplazo 15 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9991 Aacuterea expuesta 7838m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3376 00000 00000
60 8 337965 00023 00023
300 17 33812 00010 00032
600 24 338365 00015 00048
1200 35 338735 00023 00071
1800 42 338785 00003 00074
3600 60 338865 00005 00079
7200 85 33927 00025 00104
10800 104 33946 00012 00116
14400 120 339565 00007 00122
18000 134 33974 00011 00133
21600 147 33979 00003 00136
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-10
Sortividad I
111
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
MUESTRA 10 Testigos Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9945 Aacuterea expuesta 7766m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 36705 00000 00000
60 8 36751 00029 00029
300 17 36764 00008 00037
600 24 36783 00012 00049
1200 35 368045 00013 00062
1800 42 36807 00002 00063
3600 60 36811 00002 00066
7200 85 368315 00013 00079
10800 104 36838 -00307 -00228
14400 120 36842 00314 00085
18000 134 368545 00008 00093
21600 147 368565 00001 00094
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-15
Sortividad I
112
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
Se calculan todos los valores dados por cada una de las variables tanto tratamiento como
porcentaje de reemplazo en los intervalos de tiempo establecidos para medir la capacidad de
absorcioacuten por capilaridad Estos resultados fueron obtenidos de especiacutemenes curados durante
28 diacuteas
-00250
-00200
-00150
-00100
-00050
00000
00050
00100
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CP
Sortividad I
113
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia)
Se presentan notables variaciones con respecto a los porcentajes de reemplazo y los
tratamientos Para el tratamiento con aceite de linaza el grado de absorcioacuten es el menor en
relacioacuten a los otros tratamientos siendo el porcentaje 10 el mejor resultado para esta
variable Los tratamientos hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola determinan en relacioacuten a la mezcla
patroacuten y aceite de linaza una alta capacidad de absorcioacuten
0
0002
0004
0006
0008
001
050 1 150
Pro
me
dio
so
rtiv
idad
Porcentaje de reemplazo
Sortividad Inicial
Aceite de linaza
Cal agriacutecola
Hidroacutexido de C
Aceite Linaza Cal Agriacutecola H de Calcio Testigo
Sortividad I Pmd 00038 0009 00085 00036
0
0001
0002
0003
0004
0005
0006
0007
0008
0009
001
SOR
TIV
IDA
D
Sortividad I Pmd
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia)
114
55 Ensayo moacutedulo de rotura
Este ensayo suministra el valor de la resistencia a la traccioacuten del concreto en forma indirecta
Medida que se toma a una viga de concreto no reforzado Para ello se mide mediante la
aplicacioacuten de cargas a vigas de concreto de 6rdquo 6rdquo (150150mm) de seccioacuten transversal y con
luz de tres veces el espesor o sea 18rdquo (450mm) La resistencia a la traccioacuten se expresa como
el moacutedulo de rotura (MR) y se determina mediante el meacutetodo de ensayo en este caso ASTM
C78 la carga se aplica en los tercios de la luz libre
Il 19a Momento de aplicacioacuten Il 19b Viga fallada Il 19c Cara de la fractura
de fuerza a la viga
Para este ensayo se fundieron vigas de 50cm de longitud con seccioacuten prismaacutetica cuadrada de
15cm x 15cm pasados 28 diacuteas de su elaboracioacuten Se realizaron 20 vigas correspondiendo a
las 3 variables de tratamiento previo a la fibra vegetal a los porcentajes de reemplazo (05 -
10 - 15) y las vigas testigo sin ninguacuten tipo de reemplazo ni adicioacuten
Los pesos de los materiales fueron multiplicados por 00123 (00112 volumen de la formaleta
de la viga x 110 desperdicio)
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia)
115
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
vigas
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8725 10609
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 9997 0123
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8769 10650
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 6678 0082
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 88133 10691
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 3339 0041
116
Resultados 551
A continuacioacuten se presentan los resultados obtenidos a partir del desarrollo de la prueba
aplicada a las vigas de concreto falladas a flexioacuten
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia)
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada(
N)
Moacutedulo de
Rotura
(MPa)
Testigos CP(A)
450 150 150 178633
176754 68 CP(B) 174875
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo)
La carga maacutexima alcanzada por el concreto con disentildeo de mezcla sin adiciones ni reemplazos
(CP) es en promedio de 1767 54 (2356 MPa) resultado que seraacute utilizado como referente
para los datos arrojados por disentildeos de mezclas con reemplazo de fibra vegetal ya planteados
117
5511 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFL-15(A)
450 150 150 157067
150205 58 CFL-15(B) 143343
10 CFL-10(A)
450 150 150 152581
1494 57 CFL-10(B) 14622
05 CFL-05(A)
450 150 150 166496
168301 65 CFL-05(B) 170107
Promedio 6
En la variable tratamiento a la fibra con aceite de linaza se obtiene como resultado cifras
inferiores a las dadas por la mezcla patroacuten perdiendo resistencia todos los porcentajes ante el
ensayo de flexioacuten de vigas De acuerdo a los datos generados se puede establecer que el
porcentaje de sustitucioacuten para este disentildeo de mezcla con mayor resistencia a la flexioacuten es del
05
1400
1500
1600
1700
1800
1900
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento aceite de linaza
Resistencia ala flexioacuten
Testigos
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo) Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo)
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
118
5512 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre
apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFH-15(A)
450 150 150 185633
177788 68 CFH-15(B) 169943
10 CFH-10(A)
450 150 150 216523
20103 78 CFH-10(B) 185536
05 CFH-05(A)
450 150 150 189638
188012 72 CFH-05(B) 186387
Promedio 72
Este disentildeo de mezcla con el previo tratamiento a la cascarilla de cafeacute con Hidroacutexido de calcio
supero en los tres porcentajes de sustitucioacuten de agregado grueso la resistencia a la flexioacuten de
las probetas testigo El mejor resultado para este disentildeo de mezcla lo obtuvo el 10 de
sustitucioacuten seguido por el 05 y la menor resistencia la obtuvo la mezcla con el 15 de
reemplazo
1700
1800
1900
2000
2100
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento hidroacutexido de calcio
Resistencia a laflexioacuten
Testigos
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica24 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
119
5513 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFC-15(A)
450 150 150 178901
180590 69 CFC-15(B) 182278
10 CFC-10(A)
450 150 150 205321
213658 81 CFC-10(B) 221996
05 CFC-05(A)
450 150 150 178884
176244 67 CFC-05(B) 173604
Promedio 72
Esta variable tratamiento a la cascarilla con cal agriacutecola obtuvo igualmente que el hidroacutexido de
calcio resultados superiores que la mezcla patroacuten
Este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso paralelamente los porcentajes 05
y 15 son notablemente inferiores
1700
1800
1900
2000
2100
2200
000 050 100 150 200
Maacute
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento cal agriacutecola
Resistenciaa la flexioacutenTestigos
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
120
5514 Promedio resistencia a la flexioacuten de vigas de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea propia)
De acuerdo a los resultados obtenidos en el ensayo de flexioacuten de vigas se determinan los
resultados promedio de los disentildeos de mezcla establecidos teniendo asiacute dos variables que
superan los resultados de las vigas testigo el tratamiento hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola
aunque en el reemplazo del 05 la mezcla patroacuten supera por unas miacutenimas unidades al
tratamiento con cal agriacutecola
El tratamiento con aceite de linaza no supera la variable mezcla patroacuten esta queda por debajo
de los resultados en todos los porcentajes de sustitucioacuten En cuanto al porcentaje de reemplazo
que arrojo mejores resultados para el ensayo de flexioacuten de vigas es 10 esto para las
variables hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola el tratamiento con aceite de linaza se ubica por
debajo de la mezcla patroacuten
58
57
65
68
78
72
69
81
67
68
68
68
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
150 100 050
MaacuteX
Fu
erza
kgf
Porcentaje de reemplazo
Promedio resistencia a la flexioacuten de la viga
Aceite de linaza
Hidroxido decalcio
Cal agricola
Testigos
121
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta
A partir de los resultados obtenidos en los ensayos realizados a los disentildeos de mezclas
planteados se establece en conjunto una relacioacuten comparativa que permite simplificar y tomar
el mejor resultado con las mejores caracteriacutesticas fiacutesicas y mecaacutenicas para lograr realizar dos
prototipos de placas y de disentildeo respectivamente uno con una mezcla resultado de las
mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas y otro con las mejores cualidades fiacutesicas a la vista
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 571
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA 15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilidad
Resistencia
M Rotura
La mezcla con mejores caracteriacutesticas en su comportamiento mecaacutenico para el desarrollo del
prototipo de formaleta es la del tratamiento con hidroacutexido de calcio a pesar de tener resultados
similares con el tratamiento de cal agriacutecola los resultados en especiacutefico son superiores por el
tratamiento con hidroacutexido y el porcentaje con las cifras en promedio maacutes altas es del 10
A partir de estos resultados se utiliza la mezcla con reemplazo al 10 y tratamiento previo a
la cascarilla con hidroacutexido de calcio
Cumple
No cumple
122
Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 572
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA
15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilid
ad
Apariencia
Pigmentacioacute
n
Formaleta
Sortividad
El tratamiento aceite de linaza es utilizado para el prototipo de formaleta porque sus
caracteriacutesticas son superiores en comparacioacuten con las otras dos variables de tratamiento El
tratamiento con cal agriacutecola cumple de forma similar con las caracteriacutesticas fiacutesicas para este
prototipo pero teniendo en cuenta factores como la apariencia particular que dejaron los
resultados de exposicioacuten a la intemperie y ensayo de sortividad el uso de aceite de linaza para
la proteccioacuten de cascarilla es superior a los demaacutes
El tratamiento con aceite de linaza y sustitucioacuten de agregado grueso por fibra vegetal al 10
es utilizado para el desarrollo de prototipo de formaleta
Cumple
No cumple
123
58 Desarrollo de prototipos
Se fabricaron dos prototipos de formaleta uno para el disentildeo de mezcla que cumple con las
caracteriacutesticas fiacutesicas y otro para el disentildeo de mezcla con las caracteriacutesticas mecaacutenicas
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia)
MEZCLAS DE CONCRETO SUSTITUCIOacuteN 10
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
FIacuteSICAS
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
MECAacuteNICAS
Formaleta con poliestireno expandido Formaleta con elementos en balso
Desmolde Desmolde
124
59 Resultados
Prototipo para propiedades fiacutesicas 591
El prototipo de formaleta para explorar las propiedades fiacutesicas se ajustoacute a los requerimientos
del disentildeo de formaleta la copia de textura modelo y pigmentacioacuten se pueden visualizar en el
concreto final haciendo uso de cemento blanco y pigmento color amarillo En este disentildeo no es
observable a simple vista como en el ejercicio experimental las partiacuteculas de cascarilla quizaacutes
esto dependa de la cantidad de cascarilla ya que en este ejercicio se utilizoacute uacutenicamente el 1
de reemplazo
Con menor cantidad de poros los existentes dados en su mayoriacutea a la porosidad de la
formaleta esta mezcla se adaptoacute a los objetivos de esta investigacioacuten el lograr homogeneidad
en la pigmentacioacuten y adherencia a los diferentes prototipos de disentildeo de formaleta
Prototipo para propiedades mecaacutenicas 592
Para este prototipo se hizo uso de cemento gris sin ninguacuten tipo de aditivo colorante De igual
manera que al anterior prototipo este se ajustoacute a los paraacutemetros exigidos al disentildeo de
formaleta con facilidad se pudo retirar del molde se le pudieron retirar los elementos en balso
y en este proceso no hubo dantildeos de filos al contrario copia con exactitud el disentildeo de la
formaleta
125
A pesar de hacer una estricta ejecucioacuten de vibrado para este prototipo teniendo presente lo
sucedido en el ejercicio experimental se obtuvo nuevamente porosidad en esta cara de la
placa en menor cantidad pero siguen presente las burbujas que dificultan en alguna medida a
obtener una superficie maacutes homogeacutenea con menor porosidad
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones
61 Conclusiones
La fibra vegetal cascarilla de cafeacute proveniente de la trilla del grano de cafeacute como reemplazo
del agregado grueso cumple con los paraacutemetros de resistencia para elementos no estructurales
como se planteoacute al inicio de investigacioacuten cumple con las condiciones de trabajabilidad de la
mezcla y acabado oacuteptimo y particular para el desarrollo como concreto arquitectoacutenico
Se tuvo en cuenta la literatura investigaciones anteriores donde las recomendaciones se
basaban en no tener altos porcentajes de sustitucioacuten dado que la resistencia tiende abajar
significativamente y de tal manera conservar la manejabilidad y propiedades mecaacutenicas de la
mezcla
A partir de los anaacutelisis realizados a las placas para evaluar la adherencia al color al estampado
y a la textura se puede concluir que por apariencia aplicar el tratamiento de aceite de linaza a
la cascarilla permite que estas partiacuteculas queden a la vista generando una caracteriacutestica
particular a la visual del concreto para las diferentes aplicaciones arquitectoacutenicas El
tratamiento con cal agriacutecola no genera el mismo efecto en las partiacuteculas de la cascarilla como
lo genera el aceite de linaza sin embargo tuvo una oacuteptima adherencia al color y a los patrones
de disentildeo de formaletas que se establecieron A diferencia del tratamiento con hidroacutexido de
calcio no hubo una homogeneidad en la pigmentacioacuten y al igual que con la cal agriacutecola las
partiacuteculas no son visibles a la cara del concreto como si lo logra el tratamiento con aceite de
linaza sin embargo se adaptoacute de forma oacuteptima a los patrones de formaleta establecidos
126
Se recomienda un buen procedimiento y ejecucioacuten para el vibrado para lograr retirar la mayor
parte de aire contenido en la mezcla y evitar porosidad en la cara principal del concreto como
acabado arquitectoacutenico
El reemplazo que sustituye al agregado grueso por agregado vegetal refleja una disminucioacuten
del peso debido a las caracteriacutesticas propias de la fibra vegetal la reduccioacuten del peso variacutea
entre el 013 y 534 en comparacioacuten con la mezcla patroacuten No hay una variacioacuten notable en
la consistencia de la mezcla por parte de la fibra vegetal y entre la mezcla patroacuten lo que
permite una mezcla manejable sin dificultad conservando los valores de asentamiento
establecidos para el disentildeo de mezcla
Los resultados obtenidos para el ensayo de resistencia a compresioacuten fueron menores con
respecto a la mezcla patroacuten entre el 4853 y 7360 obteniendo un menor desempentildeo para la
sustitucioacuten del 15 y el mejor resultado de resistencia fue el reemplazo del 05 con la
variable tratamiento hidroacutexido de calcio considerando que esta variable fue la que tuvo mejores
resultados con respecto al aceite de linaza y a la cal agriacutecola sin embargo en el porcentaje de
sustitucioacuten 1 la cal agriacutecola supero en resistencia a la compresioacuten al ensayo con hidroacutexido de
calcio del mismo porcentaje
Se puede concluir que los mejores resultados a la resistencia se encuentran entre los
porcentajes 05 y 10
Para el ensayo de sortividad inicial el porcentaje con mayor absorcioacuten con respecto a la
mezcla patroacuten incluso superando a esta es la sustitucioacuten de 05 y el porcentaje con menor
absorcioacuten de agua es la del 10 teniendo en cuenta el tipo de tratamiento que se le dio a la
cascarilla El aceite de linaza fue de entre las tres variables de tratamiento a la cascarilla la que
menos tuvo absorcioacuten de agua se podriacutea decir que debido a sus propiedades repelentes contra
el agua no se facilitoacute la succioacuten por capilaridad del agua en este ensayo El porcentaje y
tratamiento con mayor absorcioacuten de agua fue el 15 con hidroacutexido de calcio superando a
todas las demaacutes variables
Los resultados obtenidos para el ensayo de flexioacuten de vigas son muy oacuteptimos la adicioacuten de
fibra vegetal genera posesividad entre las partiacuteculas la sustitucioacuten del agregado grueso por la
fibra vegetal estaacute por encima delos valores dados por la mezcla patroacuten entre 056 y 1727
127
a excepcioacuten de la mezcla con tratamiento a la fibra con aceite de linaza esta mostroacute resultados
inferiores entre el 47 y 15 Claramente el tratamiento aplicado a la fibra vegetal influye
notoriamente en estos resultados siendo la cal agriacutecola al 10 la que tiene mayor resistencia
a la flexioacuten de vigas
En general se puede decir que realizar mezclas con adicioacuten de la fibra vegetal cascarilla de
cafeacute para el uso y aplicaciones como concreto arquitectoacutenico es posible obteniendo
paraacutemetros de resistencia durabilidad cohesioacuten entre los materiales homogeneidad entre la
pigmentacioacuten los tratamientos efectuados a la cascarilla en relacioacuten a los demaacutes materiales de
la mezcla lo cual se obtiene al igual que con el concreto de agregado convencional siempre
que se lleven a cabo los procedimientos correctamente y un exhaustivo curado
62 Recomendaciones
Se recomienda estudiar el efecto de las variables de tratamiento a la cascarilla de cafeacute a
edades de 7 14 y 56 diacuteas para observar si existe una relacioacuten entre el tiempo de curado y el
proceso de mineralizacioacuten de la fibra asiacute como estudiar el curado con bosa plaacutestica
Teniendo presente los resultados obtenidos y despueacutes de comprobar que el uso del tratamiento
con hidroacutexido de calcio tiene mejores cualidades mecaacutenicas que las otras mezclas y el
tratamiento con aceite de linaza mejores cualidades fiacutesicas se podriacutean realizar un estudio con
las dos variables en una misma mezcla cada una al 05y analizar su comportamiento
Considerando que los resultados para la prueba de sortividad inicial fue optimo uacutenicamente en
la variable de aceite de linaza se recomienda realizar maacutes pruebas de durabilidad y obtener la
sortividad secundaria para determinar si las variables de proteccioacuten a la fibra mejoran la
resistencia frente a todo tipo de agentes externos que afecten la vida de servicio como el
desgaste contaminacioacuten agua luz solar los sulfatos y los aacutecidos
Es importante estudiar el moacutedulo de elasticidad estaacutetico y dinaacutemico del material con el fin de
observar si la adicioacuten en estudio causa una variacioacuten en la influencia y la elasticidad del
concreto con el fin de ampliar las aplicaciones a esta tecnologiacutea
128
Para obtener una menor cantidad de porosidad se recomienda agregar a la mezcla un 5 maacutes
de agua o poner a prueba algunos aditivos que favorezcan su reduccioacuten
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134
8 Anexos
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO
135
82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA
httpswwwcalcocomcowp-contentuploads201809ficha-tecnica-cal-agricola-cales-oct-222pdf
136
83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO
httpwwwcaldelvallecompdfConstruccionFRpdf
137
84 Entrevista
1 DE QUE POBLACIOacuteN ES PROVENIENTE EL CAFEacute Y SU ALTITUD
Para el caso del cafeacute que ingresa a Almacafeacute Sucursal Pasto el 100 del cafeacute corresponde al departamento de Narintildeo generalmente no se separa por municipio o regioacuten sin embargo se hace separacioacuten seguacuten el tipo de cafeacute si es certificado (Rainforest 4C Regional Nespresso AAA) solo en algunos negocios puntuales se puede separar por origen especifico La mayoriacutea de cafeacute de Narintildeo se produce entre los 1600 y 1900 msnm aunque se puede encontrar cafeacute desde los 1100 metros hasta los 2300 metros El promedio de altura es de 1765 msnm En Narintildeo 41 municipios producen cafeacute
2 QUEacute TIPO DE CAFEacute ES
El cisco proviene de trilla de diferentes tipos de cafeacute principalmente cafeacute Regional 4C y Nespresso Pero no se hace separacioacuten del cisco por tipo de cafeacute
3 EN QUE MES SE HACE LA SIEMBRA Y EN QUE MES SE HACE LA COSECHA
Las etapas de cafeacute son Germinador (alrededor de 2 meses) Almacigo (6- 8 meses) y finalmente Siembra en el terreno donde estaraacute por 7 antildeos aprox tiempo al cual se renueva por zoca (cortar tallo principal a 30 cm del suelo de donde brota una nueva planta) o siembra de una nueva planta El mes de siembra del germinador en Narintildeo generalmente es febrero Es decir la plaacutentula de cafeacute se siembra en el lote definitivo entre octubre y noviembre
4 PROPIEDADES GENERALES DE LA TIERRA
ldquoEl Cafeacute de Narintildeo es 100 araacutebicohelliprdquo (es decir las variedades sembradas son de esta especie) ldquohellipsembrado a altas alturas recolectado selectivamente y procesado por la viacutea huacutemeda en las parcelas cafeteras de los productores La ubicacioacuten de Narintildeo en Colombia hace de su zona cafetera un lugar sin duda especial Estas condiciones hacen que en la Zona de Produccioacuten de Cafeacute de Narintildeo se presente una combinacioacuten de factores tales como la radiacioacuten solar de 1666 horas en promedio durante el antildeo los ciclos de lluvia de 1866 miliacutemetros al antildeo y los suelos con alto contenido de materia orgaacutenica que hacen posible el cultivo del cafeacute a grandes alturas y temperaturas en promedio de 199 degC con valores promedio maacuteximo de 259 y miacutenima de 16degC Estos diferentes factores explican que el Cafeacute de Narintildeo se produzca en alturas que alcanzan hasta los 2300 metros sobre el nivel del mar en zonas que presentan en promedio temperaturas bajas comparadas con el resto de zonas cafeteras de Colombia y de buena parte del mundo Producir cafeacute a esta altura podriacutea ser casi imposible si el calor que se acumula durante el diacutea en el fondo de los cantildeones y de los profundos valles no ascendiera en las noches para atenuar el frio de las partes maacutes altas de las montantildeasrdquo Tomado de Cafedecolombiacom En este enlace se puede encontrar toda la informacioacuten sobre los factores agroclimaacuteticos de la regioacuten httpnarinocafedecolombiacomnarino
5 CANTIDAD APROXIMADA DEL AacuteREA DE CULTIVO
138
38400 hectaacutereas sembradas en Narintildeo
6 A TODO TIPO DE CAFEacute SE LE RETIRA LA CASCARILLA Siacute Colombia produce cafeacutes suaves lavados lo que significa que el grano de cafeacute se recolecta en cereza luego en la finca es despulpado (es decir se retira la cascara o cereza) fermentado (para quitar un mucilago o baba que estaacute prendida al pergamino que es la capa siguiente) lavado y secado (hasta que la humedad del cafeacute en pergamino seco esteacute entre 10 y 12) Posterior el productor lo lleva a vender al comercio o cooperativa Luego se consolidan cantidades determinadas que son entregadas a Almacafeacute o alguacuten otro comerciante particular para posterior ser trillado es decir retirar el cisco de la almendra la cual se tuesta para obtener el cafeacute tostado y molido y finalmente la bebida Lo anterior significa que el cisco es necesariamente retirado para poder tostar el cafeacute
7 QUE CANTIDAD APROXIMADA SE RECIBE DE CISCO ANUAL El cisco no se recibe se obtiene del proceso de trilla y depende del volumen de cafeacute pergamino seco asignado para trilla en nuestra trilladora El antildeo pasado se trillaron 3 millones de kilos de cafeacute pergamino y generalmente el de cisco corresponde a un 18 - 20 es decir unos 500000 kilos de cisco en el antildeo anterior Cifras aproximadas
8 QUE REALIZAN CON LAS CASCARILLA QUE USOS TIENE La totalidad del cisco producido se entrega para uso como combustible en silos secadores de cafeacute que tienen los mismos productores (para secar el cafeacute en la finca el productor tiene dos opciones Secado al sol oacute Mecaacutenico es decir en silos que usan combustible como carboacuten coque ACPM gas o cisco) Sin embargo tambieacuten lo usan empresas ladrilleras en los hornos para elaborar ladrillo y tejas de barro Tambieacuten al ser un producto orgaacutenico puede ser incorporado a procesos de elaboracioacuten de abonos orgaacutenicos
9 CUAL ES EL MERCADO QUE MAS SE BENEFICIA DE ESTE RESIDUO Y EL QUE MAYOR DEMANDA TIENE
Los Caficultores y las cooperativas quienes lo usan como combustible Ver punto anterior
10 SE LLEGA A BOTAR ESTE RESIDUO PORQUE RAZOacuteN Anteriormente maacutes de 20 antildeos se usaban en gran medida para abono orgaacutenico pero actualmente su uso es como combustible Es decir no hay registro que se llegaraacute a botar
11 LE DAN ALGUacuteN OTRO USO EN LA EMPRESA
139
Hasta el momento no se incorpora en ninguacuten proceso En alguacuten momento hace maacutes de 20 antildeos se pensaba usar en construccioacuten de planchas para casas con colboacuten o pegamento sin embargo no se llevoacute a cabo el proyecto
12 TRABAJAN CON GRANDES CAFICULTORES O CON PEQUENtildeAS FINCAS O AMBAS
En el departamento el 99 de los caficultores son pequentildeos con un promedio de 098 hectaacutereas Pero no hay ninguacuten tipo de sectorizacioacuten si son grandes medianos o pequentildeos oacutesea se trabaja con todos
13 CUANTO PAGAN POR BULTO (SI ES POSIBLE SABER EL VALOR EXACTO O PROMEDIO)
Un bulto de cisco se vendioacute en promedio en 4600 pesos partiendo de un peso promedio de 60 kilos
14 DEL DEPARTAMENTO DE NARINtildeO QUE PORCENTAJE DE CULTIVOS LLEGAN A ALMACAFEacute
Aproximadamente un 30 a 35 del total de la produccioacuten del departamento Produccioacuten Total del Departamento = 35 millones de kilos tambieacuten aproximado
15 LA MAQUINA TRILLADORA FUNCIONA A GASOLINA O ES ELEacuteCTRICA QUE CONSUMO PROMEDIO TIENE
Eleacutectrica aunque tiene una planta a gasolina que funciona cuando no hay suministro de electricidad La maacutequina trilladora como tal se llama Apolo 4 y funciona con un motor de 100 HP tiene un consumo aproximado de 300Kvahora pero todo el sistema de trilla que incluye recibo de pergamino trilla monitor de almendra mesas densimeacutetricas electroacutenicas de color y ensaque puede tener consumir promedio 500 Kvahora
16 QUE POSICIOacuteN TIENE NUESTRO CAFEacute A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL El cafeacute colombiano y en especial el cafeacute de Narintildeo tienen una excelente calidad que lo ha posicionado como uno de los mejores del mundo Colombia ocupa el primer lugar en produccioacuten de Cafeacutes Suaves Lavados y es el tercer productor mundial de cafeacute despueacutes de Brasil y Vietnam
17 A QUE LUGARES ES EXPORTADO Los destinos principales de exportacioacuten son EEUU Europa y Japoacuten
18 A ESCUCHADO O LE HAN SOLICITADO ALGUacuteN RESIDUO DEL CAFEacute PARA ALGUacuteN TEMA RELACIONADO CON LA CONSTRUCCIOacuteN O PARA CREAR UN NUEVO MATERIAL
140
Solicitudes no pero si he visto y escuchado sobre el uso del residuo de la preparacioacuten de la bebida para elaborar artesaniacuteas e incluso ropa Hablo de la borra o Cuncho
19 CUAacuteL ES SU OPINIOacuteN ACERCA DEL DESARROLLO DE ESTA INVESTIGACIOacuteN No habiacutea escuchado antes sobre este tipo de investigacioacuten uacutenicamente la de elaborar planchas de casas en conjunto con pegamento lo cual me comentaron justo para responder esta encuesta Considero muy vaacutelida este tipo de propuestas de innovacioacuten en la medida que sea validada desde lo comercial se tendraacute que analizar el costo dado que el cisco es muy necesario para el caficultor en el secado del grano y al momento de competir con el mercado de la construccioacuten seguramente se elevaraacute el precio del mismo Manuel Fernando Pentildea Jefe de Operaciones Almacafeacute Pasto (2017)
ldquoEl arquitecto del futuro se basaraacute en la
imitacioacuten de la naturaleza porque es la
forma maacutes racional duradera y econoacutemica
de todos los meacutetodosrdquo
Antonio Gaudiacute
Contenido VIII
Contenido
Resumen XI
Abstract XII
Listado de Ilustraciones XIII
Lista de Tablas XIV
Lista de Graficas XVII
1 Capiacutetulo Lineamiento 19
11 Introduccioacuten 19 12 Planteamiento del problema 22 13 Objetivos 24
14 Justificacioacuten 25
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico 28
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre 29 22 Antecedentes teoacutericos 31
23 Bases teoacutericas 43
24 Componentes del concreto 44
25 Normativas para ensayos 46 26 Fibras en el concreto 47
27 Concreto reforzado con fibras vegetales 48
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras 51
29 Concreto arquitectoacutenico 53
Objetivo general 24 131 Objetivos especiacuteficos24 132
Antecedentes internacionales 32 221 Antecedentes nacionales 37 222
Concreto43 231 Concreto fresco 44 232 Concreto endurecido 44 233
Cemento44 241 Agua 45 242 Agregados 46 243
Clasificacioacuten de fibras47 261
Fibras vegetales 49 271 Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 49 272 Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras vegetales 50 273 Normativa de concreto con agregados vegetales 51 274
Tuacuteneles 52 281 Pavimentos 52 282 Otros usos 52 283
Contenido IX
210 Disentildeo Urbano 56
3 Capiacutetulo cascarilla de cafeacute como material alternativo 61
31 Generalidades61
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute 64
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute) 66
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute 68
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo 70
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos 75
43 Disentildeo de mezcla 81
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla 84
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten 85 52 Ensayo de Asentamiento 93
53 Ensayo de compresioacuten 95
54 Ensayo de Sortividad 102 55 Ensayo moacutedulo de rotura 114
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta 121
Prefabricados 53 291
Espacio Puacuteblico 56 2101 Pisos 56 2102 Mobiliario Urbano 57 2103 Fachadas y elementos de concreto a la vista 58 2104 Estampados 58 2105
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 61 311 Proceso obtencioacuten de la cascarilla 61 312
Caracteriacutesticas fiacutesicas 64 321 Composicioacuten quiacutemica 65 322
Mineralizacioacuten con aceite de linaza (Alvarado 2002) 67 331 Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 67 332 Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 67 333
Liacutenea investigativa 70 411 Materiales 73 412 Poblacioacuten y muestras 73 413
Analisis Granulomeacutetrico 77 421
Seleccioacuten del Asentamiento 81 431 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 81 432 Estimacioacuten del contenido de aire 82 433 Requerimiento de agua de mezclado 82 434 Resistencia requerida de disentildeo 82 435 Relacioacuten agua-cemento 83 436 Definicioacuten de datos 83 437
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco93 521
Resultados 97 531
Resultados 116 551
Contenido X
58 Desarrollo de prototipos 123 59 Resultados 124
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones 125
61 Conclusiones 125 62 Recomendaciones 127
7 Bibliografiacutea 128
8 Anexos 134
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO 134 82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA 135 83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO 136 84 Entrevista 137
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 121 571 Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 122 572
Prototipo para propiedades fiacutesicas 124 591 Prototipo para propiedades mecaacutenicas 124 592
Resumen XI
Resumen
Evolucionar transformar y potencializar un material basados en los tres ejes de sostenibilidad
medio ambiente y socio-econoacutemico Se ha convertido en los uacuteltimos antildeos en un desafiacuteo para el
sector de la construccioacuten y sin duda alguna el mejor camino para entender el dantildeo generado
con el desmedido e inconsciente uso de los recursos naturales El uso de residuos orgaacutenicos
renovables es un tema que se ha ido imponiendo en la industria de la construccioacuten a nivel
global aprovechando los residuos o componentes de las materias primas que tienen mayor
productividad
En Colombia la cascarilla de cafeacute es uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran
industria cafetera Esta fibra vegetal se encuentra potencializada por su composicioacuten quiacutemica
en este caso el Silicio componente mineral que aporta la resistencia en el concreto como lo
hace el cemento
En esta investigacioacuten se presenta el disentildeo de mezcla de concreto a la cual se realizan las
respectivas pruebas para identificar las caracteriacutesticas fiacutesicas potenciales aplicables en la
arquitectura El resultado de la mezcla se implementaraacute en prototipos de encofrados y
estampados que permitan el anaacutelisis del material ante su manejabilidad y adherencia al
prototipo arquitectoacutenico al que se exponga esto con el fin de lograr trabajar al tiempo
resistencia exposicioacuten al medio exterior sostenibilidad y disentildeo A su vez se aplican pigmentos
para valorar adherencia y comportamiento con el color
Palabras clave concreto sostenibilidad fibra vegetal cafeacute pigmentos texturas
Abstract XII
Abstract
Evolve transform and strengthen a material based on the three axes of sustainability
environment and socio-economic In recent years it has become a challenge for the
construction sector and without a doubt the best way to understand the damage caused by the
excessive and unconscious use of natural resources The use of renewable organic waste is an
issue that has been imposed in the construction industry globally taking advantage of the
chalks or components of the raw materials that have higher productivity
In Colombia the coffee husk is one of the organic residues left by the large coffee industry This
vegetable fiber is potentiated by its chemical composition in this case silicon a mineral
component that provides strength in concrete as cement does
In this research the concrete mix design is presented to which the respective tests are carried
out to identify the potential physical characteristics applicable in the architecture The result of
the mixture will be implemented in prototypes of formwork and prints which allow the analysis
of the material before its manageability and adherence to the architectural prototype to which it
is exposed this in order to achieve work at the time resistance exposure to the environment
exterior sustainability and design In turn pigments are applied to assess adherence and
behavior with color
Key words concrete sustainability vegetable fiber coffee pigments textures
Listado de Ilustraciones XIII
Listado de Ilustraciones
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016) 30
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz
2017) 30
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014) 33
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 42
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras
(Carvajal 2015) 51
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado 62
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia) 63
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla 64
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005) 64
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades
de Glucosa)(Coffea 2005) 66
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia) 72
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia) 88
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia) 94
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia) 95
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia) 96
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia) 102
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia) 114
Listado de Tablas XVI
Lista de Tablas
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012) 21
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014) 33
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)34
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014) 34
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014) 34
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et
al 2014) 34
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012) 36
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus
materiales de desperdicio(Garcia amp Olaya 2011) 37
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015) 39
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd) 45
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017) 46
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007) 47
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) 49
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018) 53
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010) 54
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010) 59
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia
2010) 61
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 65
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011) 65
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)70
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013) 73
Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia) 76
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia) 76
Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)77
Contenido IX
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia) 77
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia) 78
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia) 80
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001) 82
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten
2001) 82
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la
desviacioacuten estaacutendar 82
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto
(adaptada del ACI 2111 y del ACI 2113) 83
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia) 83
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto
(autoriacutea propia) 84
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia) 84
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia) 84
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia) 86
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 86
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 89
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia) 90
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia) 91
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 92
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 93
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)96
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 96
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 97
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 97
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 98
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 99
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 100
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Contenido IX
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 104
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 105
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 106
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 107
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 108
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 109
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 110
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 111
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 115
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 115
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 115
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia) 116
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
117
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
118
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia) 119
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia) 121
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia) 122
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia) 123
Lista de graficas XVII
Lista de Graficas
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)78
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 80
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 94
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 98
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 99
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 100
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia) 101
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 105
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 106
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 107
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 108
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 109
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 110
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 111
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 112
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo) 116
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 117
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 118
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 118
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 119
Listado de graficas XVIII
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea
propia) 120
1 Capiacutetulo Lineamientos 19
19
1 Capiacutetulo Lineamientos
11 Introduccioacuten
Encontrar un punto de equilibrio entre la sostenibilidad en la arquitectura y el satisfacer
nuestras necesidades es un reto a asumir No podemos recuperar muchos de los recursos
naturales que la industria de la construccioacuten ha llevado consigo pero asiacute como la tecnologiacutea ha
evolucionado para muchos campos del consumismo tambieacuten ha evolucionado para permitirnos
encontrar soluciones con el fin de no prolongar los dantildeos ya efectuados
En la construccioacuten estamos llamados a aportar iniciativas para el desarrollo sostenible a
nuestros diacuteas ya podemos predecir con queacute recursos naturales contaraacute la siguiente generacioacuten
a corto plazo seguacuten Fernaacutendez y Rodriacuteguez (2010) como lo reafirma (Bedoya 2011) ldquosiacute los
actuales patrones no cambian la expansioacuten de la construccioacuten destruiraacute (hellip) haacutebitats naturales
y vida salvaje en maacutes de un 70 de la superficie de la tierra para 2032rdquo Teniendo a la mano y
a disponibilidad todos estos balances conocimientos predicciones cientiacuteficas y variedad de
anaacutelisis medio ambientales es casi un deber del constructor y proyectista motivar e incentivar
el desarrollo de nuevas teacutecnicas y materiales que le den prioridad a la conservacioacuten y cuidado
del planeta siendo que este campo es uno de los directamente responsables de la afectacioacuten
ambiental debemos ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo (Manzini amp Bigues 2000)
Los residuos orgaacutenicos son auacuten en muchas empresas y lugares de desarrollo un problema
ambiental y econoacutemico puesto que a pesar de que los subproductos que se generan se tratan
de aprovechar al maacuteximo es tan alta la cantidad que las empresas recurren a destinar un fondo
aparte para poder desarrollar nuevos equipos y teacutecnicas para darle un destino final a estos
residuos Entre estos estaacuten
Vertederos Incineracioacuten Compostaje y digestioacuten anaerobia
20
Tratamiento mecaacutenico bioloacutegico Pirolisis y gasificacioacuten (ldquoManejo de Desechos Agroindustrialesrdquo 2015)
Es asiacute como para las industrias es una perdida no solo econoacutemica tener que asumir costos
para el proceso final de los subproductos sino tambieacuten una perdida en los tiempos destinados
a este tratamiento
Somos un paiacutes rico en variedad de cultivos dado a su localizacioacuten geograacutefica tenemos todos
los pisos teacutermicos que nos permiten aprovechar las propiedades de la tierra generando un alto
desarrollo en la agroindustria Algunas empresas logran hacer un alto y buen uso de los
subproductos que se les generan usando estos materiales como biocombustibles abonos para
el cultivo de sus tierras alimentos para sus animales entre otros
La cascarilla de cafeacute es el residuo vegetal para la propuesta de esta investigacioacuten es el
agregado adicional que se estudioacute en el disentildeo de la mezcla con el concreto siendo que este
residuo hace parte de la industria del cafeacute la maacutes sobresaliente del paiacutes ocupando el tercer
puesto como mayor productor del mundo y el primero en cafeacute araacutebico suave lavado (Sierra
2014) y partiendo de esta alta produccioacuten la cascarilla de cafeacute o cisco es el residuo que
posee ademaacutes propiedades oacuteptimas que la convierten en un agregado liviano con un
porcentaje de silicio del 15 en su composicioacuten quiacutemica asiacute considerados para poder realizar
este planteamiento investigativo (Garcia amp Olaya 2011)
Sin ser ajenos ante esta situacioacuten se proyecta una investigacioacuten que iraacute ligada al uso de
residuos vegetales y al disentildeo del concreto arquitectoacutenico esto con el fin de enfatizar que crear
propuestas ambientales no limita las caracteriacutesticas de un material en este caso el concreto y
que al contrario potencializa sus propiedades y brinda al mercado mayores opciones de uso e
implementacioacuten
21
Algunas industrias hacen uso de estos residuos como abonos para uso en sus mismas tierras
como biocombustibles para sus fincas o maquinas procesadoras o como consumo animal si
esto pasase en la mayoriacutea de la industria y con la totalidad de la materia prima despueacutes de su
procesamiento aparte de traer beneficios ambientales tambieacuten traeriacutea beneficios econoacutemicos
En el proceso de industrializacioacuten del cafeacute solamente se aprovecha el 5 del peso del fruto
fresco en la preparacioacuten de la bebida el restante como la pulpa el cisco el tallo la borra
quedan como residuo de la materia prima representando el 95 Almacafeacute en uno de sus
informes de sostenibilidad del antildeo 2012 nos describe la cantidad de toneladas de residuos que
genera la industria del cafeacute y el Cisco que es la cascarilla del cafeacute estaacute entre los tipos de
residuos soacutelidos aprovechables catalogado asiacute por la misma industria quienes crearon un
manejo de residuos daacutendoles uso en su misma planta de produccioacuten como generadores de
energiacutea (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
Sin embargo en una tesis de investigacioacuten de la Universidad Nacional de Colombia sede
Medelliacuten sobre la combustioacuten de Peacutelet de Cisco de cafeacute el aprovechamiento de los residuos
agroindustriales implica grandes retos y altas inversiones en transporte cuando su disposicioacuten
final no es ldquoin siturdquo esto sumado a que estos materiales poseen bajos poderes caloriacuteficos en
comparacioacuten con otros combustibles de origen foacutesil y no se disponen de tecnologiacuteas que
permitan garantizar una combustioacuten apropiada lo cual conlleva a que las plantas utilicen
combustibles foacutesiles que garanticen la energiacutea requerida para sus procesos originando un
consumo de combustibles adicional y elevando los costos de produccioacuten (Manrique Waldo
2018)
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
22
Lograr disentildear una mezcla idoacutenea de concreto con la cascarilla de cafeacute en construccioacuten implica
el desarrollar planes de manejo ambiental para implementarlos en el concreto arquitectoacutenico
aprovechando la gran produccioacuten agroindustrial que se da en este Paiacutes ldquoLas cifras del
Ministerio de Vivienda dan cuenta de un crecimiento de 102 en el PIB de construccioacuten
durante el segundo trimestre del 2014 en comparacioacuten con el mismo periodo del antildeo pasado
Las obras civiles son las que maacutes han tenido que ver en el aumento de ese PIB pues crecieron
176 seguidas por el sector de edificaciones con un 14rdquo (Medina 2014)
A partir de estos elementos se considera que la propuesta del disentildeo de mezcla de concreto
con residuos vegetales cumpliraacute dos aportes muy positivos al campo de la construccioacuten uno de
ellos es ser un material que retribuya al medio ambiente generando una nueva visioacuten de
optimizacioacuten en nuestro paiacutes y segundo es considerar que este material cuenta con las
caracteriacutesticas idoacuteneas para ser trabajado como concreto arquitectoacutenico lo que permite al
disentildeador y al constructor idear proyectar y trabajar con la misma o mejor facilidad que con un
concreto convencional Se podriacutea hablar del desarrollo de un ldquoconcreto de alto desempentildeordquo
(Salcedo Barrera 2006) en donde ldquocualquier concreto que satisfaga criterios propuestos para
sobrepasar las limitaciones de un concreto convencional puede ser llamado concreto de alto
desempentildeordquo (FHWA 1994)
La mezcla obtenida del concreto con agregado de cascarilla de cafeacute se dispondraacute en el trabajo
de acabados pigmentacioacuten estampado y encofrado Lo positivo del uso de estas teacutecnicas es la
posibilidad de crear variabilidad y seguridad dotar al material de caracteriacutesticas que se puedan
determinar desde el proceso de su produccioacuten hasta el momento de su implementacioacuten en
armoniacutea con la naturaleza y aprovechando al maacuteximo los residuos vegetales en este caso los
de la agroindustria cafetera
12 Planteamiento del problema
Se sabe que la industria de la construccioacuten es uno de los mayores generadores de
contaminacioacuten y consumidor de recursos naturales no renovables tal como lo cita (Cabello
2008) tomado de (Anink Boonstra amp Mank 1996) en teacuterminos estadiacutesticos se puede decir
que el sector de la construccioacuten es responsable del 50 de los recursos naturales empleados
del 40 de la energiacutea consumida (incluyendo la energiacutea en uso) y del 50 del total de residuos
generados Si bien es cierto que el procesado de materias primas y la fabricacioacuten de los
23
materiales generan un alto coste energeacutetico y medioambiental no es menos cierto que la
experiencia ha puesto de relieve que no resulta faacutecil cambiar el actual sistema de construccioacuten
y la utilizacioacuten irracional de los recursos naturales donde las prioridades de reciclaje
reutilizacioacuten y recuperacioacuten de materiales brillan por su ausencia frente a la tendencia
tradicional de la extraccioacuten de materias naturales Por ello se hace necesario reconsiderar esta
preocupante situacioacuten de crisis ambiental buscando la utilizacioacuten racional de materiales que
cumplan sus funciones sin menoscabo del medio ambiente (Cabello 2008)
Resulta al tiempo contradictorio que el campo de la construccioacuten tenga como fin buscar el
confort humano satisfaciendo sus necesidades tanto habitables como de viacuteas de
comunicacioacuten y que no se tenga como prioridad cuidar o usar de manera maacutes racional los
recursos naturales siendo estos los que proveen la vida y los que permiten llevar a cabo esas
construcciones que ayudan a mitigar las necesidades del ser humano
La visioacuten de la generacioacuten de residuos soacutelidos derivada del consumismo actual ha sido
entendida como una problemaacutetica ambiental ademaacutes de ser un factor influyente y determinante
en la salud puacuteblica la creacioacuten ademaacutes de la adaptacioacuten de estrategias ya existentes para el
manejo de residuos soacutelidos se convierte en la alternativa de solucioacuten a dicho problema dado
que ataca todas las consecuencias devastadoras del mal manejo de los residuos soacutelidos y
ademaacutes se convierte en una posibilidad de negocio al comercializar los subproductos
derivados de estos procesos (Agudelo 2012)
Tenemos gran variedad de residuos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y muchos de estos al verse
como desecho ldquoinuacutetilrdquo son quemados vertidos en fuentes fluviales o en vertederos de basura
generando acumulaciones de agentes contaminantes No obstante ldquoampliando ya la visioacuten
ecoloacutegica del siglo XXI algunas empresas o fabricas hacen uso de estos residuos como
generadores de energiacuteardquo (Manejo de Desechos Agroindustriales2015)
Sin embargo la visioacuten ecoloacutegica en la que la construccioacuten debe estar sumergida no es del todo
implementada para ello debe innovarse en materiales que ofrezcan las mismas o mejores
caracteriacutesticas para poder hacer uso de ellos en forma confiada y masiva ya que un alto
porcentaje de la industria de la construccioacuten es ajena al concepto acutesostenibilidad ambientalacute
24
En Colombia existen empresas que estaacuten intentando implementar metodologiacuteas y teacutecnicas para
la reutilizacioacuten de residuos orgaacutenicos La adecuada disposicioacuten final de residuos
agroindustriales es apremiante debido a que se producen en gran cantidad pero la mayoriacutea son
llevados al relleno sanitario sin considerar que existen otras posibilidades de aplicacioacuten y que
pueden generar grandes valores econoacutemicos Los gastos de la disposicioacuten de los residuos y el
impacto ambiental pueden reducirse si se logra emplear teacutecnicas de valorizacioacuten esto quiere
decir que si se logran tener adecuados tratamientos las empresas podriacutean multiplicar el valor
de los subproductos (Yepes Naranjo amp Saacutenchez 2008)
Con estos puntos planteados es importante preguntarse iquestCoacutemo hacer del concreto un
material a partir de residuos orgaacutenicos vegetales que genere una progresiva visioacuten sostenible
en la construccioacuten y que sea esteacuteticamente un potencial en el disentildeo El sustituir parte de los
agregados de un material convencional a uno que aporte al medio ambiente y lograr
implementarlo en la construccioacuten como material oacuteptimo para quien lo implemente es obtener
un material innovador que aporta no solo como idea si no como parte de nuevas praacutecticas
constructivas sustentables
13 Objetivos
Objetivo general 131
Evaluar las propiedades y comportamientos fiacutesicos del concreto con agregados orgaacutenicos como
la cascarilla de cafeacute uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran industria cafetera en
Colombia y establecer las posibilidades ante el uso de textura y color
Objetivos especiacuteficos 132
- Identificar las investigaciones realizadas acerca del concreto aligerado con cascarilla de
cafeacute estableciendo sus propiedades generales
- Caracterizar el material orgaacutenico (Cascarilla de cafeacute) que va a ser sustituido por
porcentajes determinados del agregado grueso del concreto
25
- Establecer un disentildeo de mezcla con base en las investigaciones realizadas y comprobar
sus propiedades fiacutesicas
- Determinar las alternativas de textura a traveacutes de prototipos de formaletas que puedan
implementarse en ese tipo de concreto
- Realizar valoraciones acerca de las variaciones del comportamiento del concreto
expuesto al exterior con el uso de pigmentos
14 Justificacioacuten
La industria de la construccioacuten es uno de los principales actores responsables en el cambio y
aumento de niveles de contaminacioacuten ambiental es una industria que necesita para su
desarrollo hacer uso de recursos naturales no renovables dejando a su paso acumulacioacuten de
desechos escombros de obra una mezcla de agentes contaminantes que degradan de
manera progresiva el medio natural pero las industrias como la agronomiacutea son otro gran factor
de contaminacioacuten directa a este medio se hace uso de la materia prima acuteuacutetilacute y los residuos
son en un alto porcentaje quemados desechados en riacuteos o retirados a espacios como
vertederos de basuras volvieacutendolos unos participes maacutes de la contaminacioacuten Hay que
destacar que ldquoel debate sobre la sostenibilidad no se produce en el campo especiacutefico de la
edificacioacuten sino en el de la economiacutea y otras ciencias sociales Su transposicioacuten a la
edificacioacuten exige un entramado teoacuterico capaz de trasladar demandas enunciadas en campos
ajenos (hellip) hacia el campo de los conocimientos habilidades y procesos que permiten
desarrollar y enunciar un proyecto de edificacioacutenrdquo (Monterotti 2013)
La buacutesqueda de implementar normas y leyes para contrarrestar los abusos que se le hacen a
los recursos vienen desde la deacutecada de los 80 eacutepoca en la que surge la preocupacioacuten por
impacto que produce llevar a cabo la construccioacuten de un edificio y sus materiales sobre el
ambiente Desde el antildeo 2000 el nuacutemero de meacutetodos para la evaluacioacuten medioambiental se ha
multiplicado considerablemente en el mundo BREEAM (BRE Environmental Assessment
Method) fue el primer sistema (desarrollado en 1990) que ofrecioacute un meacutetodo de etiquetado de
edificios aunque LEED (Leadership in Energy and Environmental Desing) es el de mayor
implantacioacuten en el mercado de grandes edificios (Maciacuteas amp Garciacutea Navarro 2010)
26
En Colombia no existen como tal leyes enfocadas exclusivamente al control de recursos de los
que hace uso la industria de la construccioacuten existen algunas normativas y artiacuteculos que se
derivan de un encabezado no especifico en el tema y existen tambieacuten los denominados
manuales pero realmente no hay entidades que fundamenten la importancia de un control una
base de enumeradas restricciones en la fabricacioacuten de materiales y su impacto negativo al
medio ambiente
En el antildeo 2016 se hizo puacuteblico la nueva reglamentacioacuten de construccioacuten sostenible en el paiacutes
ldquoEn Latinoameacuterica Colombia es pionero en comprometerse con la transformacioacuten hacia el
desarrollo sostenible La norma que es obligatoria a partir de junio de 2016 establece
porcentajes de ahorro en agua y energiacutea que permitan reducir los costos de los usuarios en
pagos de servicios puacuteblicosrdquo (Ministro de Vivienda Luis Felipe Henao) El objetivo de esta
reglamentacioacuten es lograr ahorros de hasta el 45 en el consumo de agua y energiacutea mediante
la incorporacioacuten de paraacutemetros de sostenibilidad ambiental en el disentildeo y construccioacuten de las
nuevas edificaciones que se construyan en el paiacutes (MINVIVIENDA 2015) Se consultoacute al
Ingeniero Alejandro Vaacutesquez especialista en construccioacuten sostenible de la universidad EAFIT
acerca de esta nueva norma y sentildeala que el mayor objetivo es el ahorro de recursos hiacutedricos y
energeacuteticos al igual que reducir las emisiones de gases de efecto invernadero pero esta norma
no trae apartes especiacuteficos sobre el uso de materiales debido a que se centra en temas de
eficiencia energeacutetica e hiacutedrica pero si habla de la necesidad de usar materiales de
construccioacuten de baja energiacutea embebida (hellip)(ARGOS 2015)
En este sentido se entiende la importancia la vitalidad de propulsar e imponer el cambio desde
la fabricacioacuten de los materiales que se utilizaran en obra los elementos tenidos en cuenta para
la expedicioacuten del nuevo reglamento fue entender que teniendo un sector que construye
anualmente cerca de 30 millones de metros cuadrados en vivienda y edificaciones no
residenciales que articula a maacutes de 28 sectores productivos de la economiacutea y que emplea a
maacutes de 34 millones de personas es necesario mantener un proceder reglamentario cauteloso
para no poner en riesgo la promocioacuten de proyectos constructivos ya que son los que soportan
la economiacutea (CAMACOL 2015) asiacute que el enfoque sostenible al que se hace referencia esta
normativa estaacute en un segundo plano y la economiacutea se veriacutea directamente afectada si se
impone la idea de usar en menor medida los residuos naturales o proponer estudios para
reemplazarlos
27
Desde el aspecto ecoloacutegico tiene una gran ventaja la industria agronoacutemica por el basto grado
de residuos orgaacutenicos que genera en la produccioacuten En tal sentido se proyecta a provechar el
denominado cisco la cascarilla de cafeacute con la finalidad de aprovechar este sobrante siendo
Colombia el segundo productor mundial de este fruto y por el potencial de este residuo como
fibra vegetal al presentar propiedades que la hacen oacuteptima para ser utilizada como agregado
liviano en el concreto En Colombia ha tenido un uacutenico uso servir de combustible para
alimentar hornos (Rathinavelu amp Graziosi 2005)
Es el concreto el material de mayor uso en la construccioacuten es el material que maacutes se debe
experimentar para proporcionar alternativas ecoloacutegicas y de uso Para potencializar este
material no uacutenicamente en su composicioacuten con los residuos orgaacutenicos sino que tambieacuten se
buscara alternativas en su esteacutetica en la variabilidad de sus aplicaciones
El aspecto esteacutetico de las obras cobra cada vez mayor relevancia y los elementos de concreto
arquitectoacutenico ndashelaborados in situ o prefabricados- marcan una etapa importante en la
evolucioacuten de la arquitectura contemporaacutenea al brindar caracteriacutesticas de increiacuteble versatilidad
Ademaacutes del concreto ninguacuten material de construccioacuten moderno puede asumir con tanta
facilidad las formas colores y texturas (Pesquer 2013) Se han realizado cantidad de
investigaciones y avances tecnoloacutegicos sin embargo en esta aeacuterea la aplicacioacuten de concretos
arquitectoacutenicos es muy deficiente (dependiendo de la obra) en lo esteacutetico o lo mecaacutenico pero
no se trabaja unificando estas dos caracteriacutesticas sabiendo que el concepto de concreto
arquitectoacutenico tiene como finalidad estas aportaciones como unidad
En tal razoacuten se busca crear alternativas ideas innovadoras y el implementar un material
ecoloacutegico donde el uso de estas teacutecnicas favorezca el campo constructivo el econoacutemico
variedad en el mercado y en el disentildeo puesto que al conectar el eacutexito de las empresas con los
avances de la sociedad se abren muchas formas de atender a nuevas necesidades ganar
eficiencia crear diferenciacioacuten y expandir mercados (Porter amp Kramer 2011)
2 Marco Teoacuterico 28
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico
La evaluacioacuten del impacto ambiental que genera la fabricacioacuten de materiales de construccioacuten
es bastante escasa ante esa situacioacuten algunos paiacuteses han creado mecanismos muy baacutesicos
que permitan dar algunas pautas para el uso adecuado de estos pero encontrar
especiacuteficamente los efectos secundarios que causa su produccioacuten es muy complejo
imponiendo la idea de crear y modificar materiales con un completo estudio en el aacutembito
ecoloacutegico y constructivo Se debe ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo(Manzini amp Bigues 2000)
Los responsables de la Organizacioacuten de las Naciones Unidas para la Agricultura y la
Alimentacioacuten (FAO) ofrecen varias razones para promocionar los productos naturales como lo
son las fibras subproductos de los residuos orgaacutenicos La produccioacuten implica una fuente alta
de ingresos econoacutemicos para el campo de la agroindustria y este valor econoacutemico es maacutes
sobresaliente en paiacuteses en desarrollo donde puede alcanzar en algunos casos hasta la mitad
de las exportaciones En cuanto a las ventajas que producen para el medio ambiente y la salud
la utilizacioacuten de forma sostenible de fibras obtenidas de residuos orgaacutenicos proporcionan un
recurso natural y renovable en tiempos cortos a diferencia de lo que es hacer uso de fibras
sinteacuteticas las cuales son obtenidas de sustancias derivadas del petroacuteleo (Muerza 2009)
El uso de fibras naturales de residuos orgaacutenicos es una ventaja muy alta para el campo de la
construccioacuten es aprovechar las ventajas de la tecnologiacutea los estudios que estaacuten a nuestro
alcance y poder hacer nuevas propuestas en pro de un detenimiento del excesivo uso de
recursos naturales
29
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre
La explotacioacuten minera en Colombia para la extraccioacuten del material de arrastre grava y arena
entre otros es uno de los principales protagonistas en este flagelo del dantildeo ambiental frente a
las diferentes praacutecticas requeridas para tal fin Son innumerables y praacutecticamente irreversibles
los dantildeos a los que deben enfrentarse los recursos a falta de control y equilibrio tanto es su
explotacioacuten como en el tiempo para su recuperacioacuten
El impacto ambiental que genera la actividad minera es grande la huella que deja en el
ambiente incide en los recursos hiacutedricos geoloacutegicos bioloacutegicos atmosfeacutericos y socio ndash
econoacutemicos Algunas de esas consecuencias son reversibles pero otras irremediablemente
no pueden evitarse En el recurso hiacutedrico la mineriacutea a cielo abierto por ejemplo causa
contaminacioacuten de los cuerpos de agua por residuos soacutelidos y vertimientos domeacutesticos e
industriales relacionados con la actividad minera lo que aumenta el contenido de los
sedimentos y se ocasiona desviacioacuten de los cauces de los riacuteos que generan inundaciones
transformacioacuten del paisaje y la perdida de cultivos En el campo geoloacutegico se producen
cambios topograacuteficos y geomorfoloacutegicos debido a la remocioacuten de las capas superficiales del
terreno (Redaccioacuten El Tiempo 1995)
Minerales que se explotan en Colombia
- Carboacuten quinto mayor exportador mundial
- Metales y piedras preciosas oro plata y esmeraldas que son reconocidas en todo el mundo
por su calidad y belleza
- Minerales metaacutelicos niacutequel cobre hierro manganeso plomo zinc y titanio
- Minerales no metaacutelicos sal terrestre sal marina gravas arenas arcillas caliza azufre barita
asbesto entre otros
En el 2015 la titularidad minera inscrita en el Registro Minero Nacional es de 9291 36
correspondiacutean a materiales de construccioacuten (el mayor porcentaje de los tiacutetulos otorgados en el
30
paiacutes) 25 a los metales preciosos principalmente oro 17 al carboacuten y 23 a otros minerales
(arcillas cuarzo hierro esmeralda sal siacutelice yeso etc) Ademaacutes el 46 se encuentran en
etapa de exploracioacuten el 31 en etapa de construccioacuten y montaje y el 23 en etapa de
explotacioacuten (Ministerio de Minas 2016)
Con respecto a los minerales maacutes explotados en la pequentildea mineriacutea se destacan que son
piedras preciosas (2) carboacuten (15) oro (30) y minerales de construccioacuten (53) (Ortiz
2017)
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016)
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz 2017)
Pequentildeas minas ilegales
Tipo de material
31
22 Antecedentes teoacutericos
Durante los uacuteltimos antildeos los resultados de las investigaciones en el tema del uso de fibras
naturales en concretos en este caso el uso de cascarilla de cafeacute hacen eacutenfasis en el impacto
que genera de forma positiva el uso de fibras naturales tanto en la reduccioacuten de gasto de
recursos medioambientales como el factor econoacutemico en la construccioacuten Se pondraacuten a
continuacioacuten en manifiesto las investigaciones y sus alcances donde los grupos de trabajo e
investigadores dejan en evidencia los ensayos y pruebas que dan a conocer un nuevo punto de
vista y un resultado viable para las innovaciones en materia de construccioacuten y la sostenibilidad
ldquoLos bloques con cascarilla de cafeacute presentaron mayor resistencia que los mismos hechos con
cascarilla de cafeacute molida esto es debido a que sus partiacuteculas son maacutes pequentildeas y por lo tanto
necesitan de mayor cantidad de cemento para ser cubiertas Seguacuten los datos obtenidos en el
anaacutelisis de resistencia a la compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje
de cascarilla tienen las menores resistenciasrdquo (Mercado 2012)
ldquoLa falta de materiales de construccioacuten que sean accesibles y autosustentables provocan la
escasez de vivienda digna en Meacutexico Por otro lado en zonas cafetaleras de Meacutexico el
desecho del cafeacute (la cereza o cascarilla) alcanza a ser de una tonelada anual lo cual genera
desperdicio que podriacutea ser utilizado para la construccioacutenrdquo (Cantu et al 2014)
Lo que maacutes ha impulsado a la innovacioacuten de nuevos materiales en nuestros tiempos es
inicialmente los costos tan elevados que conlleva el campo de la construccioacuten es una idea auacuten
dominante y en segunda instancia el impacto ambiental que estaacute dejando la utilizacioacuten de
recursos naturales para el desarrollo de estos materiales con iniciativas como la utilizacioacuten de
residuos tanto orgaacutenicos como inorgaacutenicos se han generado grandes iniciativas a favor del
ambiente y la reduccioacuten de elevados costos
El Mercado Central de Buenos Aires intenta buscar formas de reciclar residuos orgaacutenicos es
asiacute como Fabiaacuten Dragone presidente de la Corporacioacuten del Mercado Central afirma ldquoEn el
futuro cada uno va a tener que hacerse cargo de sus residuosrdquo Es asiacute como impulsando el
reciclado de residuos para fabricar materiales de construccioacuten desean volver inerte el material
32
orgaacutenico para de esta manera reconvertirlo en baldosas o bloques para la construccioacuten
(INFOREGIOacuteN 2007)
Actualmente los costos de materiales de construccioacuten de vivienda son altos y cada diacutea tienden
a incrementarse Ante esta problemaacutetica se plantea como una manera de contribuir a su
solucioacuten el analizar y proponer nuevas alternativas de materias primas en la construccioacuten que
permitan obtener una reduccioacuten en los costos con el cumplimiento de las normas y
especificaciones de resistencia y seguridad (Roque amp Medrano 2012)
Antecedentes internacionales 221
- Cantu Mariza Maciel Mariana Mangino Marisuacute Planas Alejandra Romero Carolina
Saacutenchez Rociacuteo (Cantu et al 2014) Investigacioacuten realizada en la Universidad
Autoacutenoma de Meacutexico tiene como objetivo desarrollar una propuesta de un material de
construccioacuten ecoloacutegico para las comunidades cafetales de Meacutexico Los materiales
principales fueron cereza de cafeacute caneacutefora silicato de sodio y carbonato de calcio Las
pruebas a realizar fueron base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo base de
ladrillos con cascarilla de cafeacute entera absorcioacuten presioacuten maacutexima sostenida por cada
ladrillo en la prueba de compresioacuten prueba de absorcioacuten prueba de combustioacuten y
prueba de resistencia
33
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de
cafeacute
Carbonato de
calcio
65gr
10gr
625gr
75gr
60gr
5gr
577gr
25gr
Esta base fue combinada con el silicato de sodio como se muestra en la siguiente tabla
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014)
34
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
COMPOSICIOacuteN 1 2 3 4
Silicato de sodio
Base
100gr
25gr
100gr
134gr
100gr
25gr
100gr
20gr
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de cafeacute 65gr 3125gr 60gr 219gr
Carbonato de
calcio 5gr 75gr 5gr 25gr
Despueacutes de realizar este meacutetodo experimental se puede concluir que efectivamente se puede
elaborar un material de construccioacuten a partir de la cascarilla de cafeacute pues mezclada con silicato
de sodio y carbonato de calcio se logroacute tener las propiedades de un ladrillo Los ladrillos
elaborados con cascarilla molida tardan maacutes en secarse a temperatura ambiente Despueacutes de
8 semanas se encontroacute que tienen alta dureza y resistencia
De forma general se puede concluir que el ladrillo con mayor concentracioacuten de carbonato de
calcio tuvo buenos resultados en la mayoriacutea de las pruebas y es una alternativa como material
de construccioacuten que supone un beneficio econoacutemico y ecoloacutegico (Cantu et al 2014)
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Observaciones
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
La muestra mantuvo su
estructura composicioacuten y dureza
Esta muestra aumento 24 de su
peso inicial (peso final de
9607gr)
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Presioacuten alcanzada antes
de quebrarse 4KN 3KN 37KN
35
- Edwin Rimay Vaacutesquez (2017) en su tesis ldquoDisentildeo de concreto fibroreforzado de FacuteC=
250 kgcm2 con fibra vegetal en la ciudad de Jaeacutenrdquo para optar el tiacutetulo de Ingeniero civil
de la Universidad Nacional de Cajamarca del Peruacute determinoacute la influencia en las
propiedades fiacutesicas y mecaacutenicas del concreto reforzado con fibras vegetales (cascarilla
de arroz) al considerar que el uso de la cascarilla de arroz podriacutea aumentar la
resistencia en el concreto y paralelo disminuir su costo de produccioacuten estudiando el
comportamiento fiacutesico y mecaacutenico del concreto
- Concluye que la adicioacuten oacuteptima de la cascarilla de arroz para obtener una resistencia a
la compresioacuten similar al disentildeo patroacuten es de 10kgm3 ya que a mayor adicioacuten
disminuye draacutesticamente no solamente su resistencia a la compresioacuten sino tambieacuten a la
traccioacuten por lo que recomienda realizar un estudio de preservacioacuten de la fibra vegetal
antes de adicionar al concreto convencional para aumentar su durabilidad a la vez que
realizar pruebas acuacutesticas y teacutermicas es otra recomendacioacuten para asiacute conocer a fondo
este tipo de concreto y llegar a inferir sobre las aplicaciones que podriacutea llegar a tener el
nivel de productividad y estudiar la posibilidad de la validez de la adicioacuten de la cascarilla
de arroz con concreto conformado por cemento maacutes agregado finos con fines de
controlar las fisuras (ref2)
- Por su parte Jimmy Sierra Hyman Roque Jared Medrano (2012) desarrollaron una
investigacioacuten que contoacute con el apoyo teacutecnico y financiero de la fundacioacuten para el
desarrollo tecnoloacutegico Agropecuario y Forestal de Nicaragua (FUNICA) con la finalidad
de aprovechar la cascarilla de cafeacute en la elaboracioacuten de materiales de construccioacuten Se
utilizaron diferentes proporciones para la fabricacioacuten del bioconcreto La proporcioacuten
142 indica que se utilizoacute una parte de cemento cuatro partes de arena y dos partes de
material cero para la proporcioacuten 133 significa que se empleoacute una parte de cemento
tres partes de arena y tres partes de material cero La cantidad de muestras que se
realizaron fueron 18 para la dosificacioacuten de 142 para luego realizar las mediciones de
la resistencia de los bloques a los 14 y 28 diacuteas Esto se comparoacute con la otra dosificacioacuten
de 133 a la cual tambieacuten se le realizaron 18 muestras
Para cada dosificacioacuten de 6 muestras se le fue agregando cascarilla en porcentaje de
19 20 y 30 Se puede apreciar en la siguiente tabla que la cascarilla de cafeacute en su
36
estado natural o molida se comporta similar al aacuterido fino es por ello que en las
dosificaciones se utilizoacute para disminuir la arena
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012)
MATERIALES QUE PASA POR TAMIZ
38acute Ndeg4 Ndeg8 Ndeg16 Ndeg30 Ndeg50 Ndeg100 Ndeg200 MF
Arena 99 9287 7281 4543 2426 482 08 006 359
Material cero 100 9741 5288 2252 868
24 005 0 417
Cascarilla de
cafeacute 100 9666 4485 1143 255 045 008 0 444
Cascarilla cafeacute
molida 952 756 4376 1666 331 033 0 365
Se concluye que el material cero es considerado un agregado fino debido a que en la
prueba granulomeacutetrica pasoacute por todas las mallas del agregado grueso La mejor
proporcioacuten para esta investigacioacuten se considera que fue 133 cumpliendo los
estaacutendares de calidad la proporcioacuten de la cascarilla es del 10 dando como resultado
4420kgcm2 seguacuten las normas de la ASTM
Los datos de resistencias reflejaron que el curado es determinante para obtener
mayores resistencias ya que entre el curado de 14 diacuteas y el de 28 diacuteas hay diferencias
considerables Seguacuten los resultados que obtuvieron en los ensayos de resistencia al a
compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje de cascarilla tienen
las menores resistencias (Roque amp Medrano 2012) (ref3)
37
Antecedentes nacionales 222
- Garciacutea Carlos Daniel Olaya Julio Mario (2011) Estudiantes que realizaron este trabajo
que hace parte de la liacutenea de investigacioacuten sobre materiales de construccioacuten han
venido trabajando la seccioacuten de construcciones agriacutecolas del Departamento de
Ingenieriacutea Agriacutecola de la Universidad Nacional de Colombia Ahondar en un material de
comuacuten conocimiento y aplicacioacuten pero que dosificado con aacuteridos orgaacutenicos provenientes
de desechos de las agroindustrias como el caso de la cascarilla o cisco de cafeacute no
teniacutean conocimiento de su comportamiento mecaacutenico ni de sus propiedades teacutermicas
Los materiales a utilizar fueron
Cascarilla de cafeacute (Tabla 7 materiales de desperdicios obtenidos en el beneficio de un kilogramo de cafeacute cereza)
Cal agriacutecola
Cemento
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus materiales de
desperdicio(Garcia amp Olaya 2011)
PROCESO PERDIDA(GRS) MATERIALES
Despulpado
Fermentacioacuten
Trilla
Secado
Torrefaccioacuten
Preparacioacuten de la bebida
Peacuterdida total
394
216
35
171
22
104
942
Pulpa fresca
Muciacutelago
Cascarilla
Agua
Cafeiacutena y sustancias volaacutetiles
Borra
PRUEBAS
1 Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale en la trilladora en
una solucioacuten de agua cemento al 5 en peso durante 30min Agitado constante
2 Se disentildearon mezclas con diferentes combinaciones de relacioacuten agua-cemento
3 Ensayos de compresioacuten
4 Ensayos de conductividad teacutermica
38
RESULTADOS
El asentamiento contraccioacuten longitudinal y volumeacutetrica la resistencia a la compresioacuten
la conductividad teacutermica y el moacutedulo de rotura se muestran en tabla 2 y 3
correspondiendo cada una a los dos estados de manejo de la cascarilla sin tratar y
mineralizada
Con el tratamiento mineralizante de la cascarilla se aumenta el peso especiacutefico
aparente seco en un 12 debido a que se disminuye el volumen de poros de eacutesta se
disminuye el peso unitario suelto en un 23 porque se dificulta el acomodamiento de la
cascarilla como consecuencia de la rigidez que adquiere y se produce una disminucioacuten
en la absorcioacuten en un 10 causada por la disminucioacuten en el volumen de poros El
hormigoacuten ligero con cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico ya que los valores
obtenidos de conductividad teacutermica (K) para as diferentes mezclas ensayadas son
menores a los que se obtienen para el hormigoacuten con cascarilla de arroz
RECOMENDACIONES
Cuando se utiliza cascarilla mineralizada se disminuye la manejabilidad de la mezcla
(AC=05 Y cemento cascarilla =14) hasta el punto de no poder determinar su
asentamiento se disminuye el tiempo de fraguado a 24 horas de fundida la mezcla y se
produce un aumento de resistencia a la compresioacuten a los siete diacuteas del 50
Es recomendable investigar maacutes a fondo el tratamiento mineralizante de la cascarilla
teniendo en cuenta que al calentar la mezcla (cascarilla-agua-mineralizante) disminuiraacute
el tiempo de mineralizacioacuten y aumentariacutea la calidad de los resultados (Garcia amp Olaya
2011) (ref4)
- Riacuteos Juan Carlos Aguirre Mauricio Munera Daniela (2015) El objetivo de esta
investigacioacuten consistioacute en utilizar un material de construccioacuten alternativo que sea
sostenible Uno de los residuos del cafeacute es la cascarilla la cual se utilizoacute en esta
investigacioacuten para el usoacute del concreto con el fin de reducir los costos de produccioacuten del
mismo e impactar de forma positiva al medio ambiente
39
Los materiales que utilizaron fueron
CASCARILLA DE CAFEacute seleccionada del tipo de cafeacute factor 85 del municipio de
Ciudad Boliacutevar (suroeste antioquentildeo) secada en un horno a 55deg durante 25 horas
proceso propio del cafeacute para evitar que se degrade
CEMENTO PORTLAND Tipo I
CLORURO CAacuteLCICO
PRUEBAS 5 Cilindros 1 Muestra de concreto sin adicioacuten de cascarilla de cafeacute (Muestra
patroacuten) (M1) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un 15 de relacioacuten de
volumen respecto al cemento (M2) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un
15 de relacioacuten de peso respecto al cemento (M3) se caracterizaron las arenas y triturado
empleado en la elaboracioacuten de mezclas utilizando las mallas recomendadas por la norma 174
dada por Icontec (2000)
RESULTADOS
El comportamiento de la cascarilla de cafeacute para mejorar o igualar la resistencia de concreto no
se obtuvo como se esperaba debido a que es necesario hacer un proceso maacutes elaborado a la
cascarilla para que tenga un comportamiento oacuteptimo es necesario darle un tratamiento previo
para brindarle una proteccioacuten contra el medio alcalino de la pasta de cemento Se observa
como la presencia de cascarilla de cafeacute reduce la energiacutea embebida presente en las muestras
en relacioacuten al concreto aunque un caacutelculo maacutes exacto seria tener en cuenta la energiacutea
embebida de la cascarilla pero para este trabajo no fue posible contar con este dato pero por
experiencia con otras fibras seriacutea un valor menor al del concreto lo que sigue arrojando un valor
menor
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015)
CARACTERIacuteSTICA M1 M2 M3
Aacuterea (m2)
Volumen (m3)
Peso (Kg)
1767
4948
1262
1767
51247
123
1767
53014
878
40
Carga (KN)
Densidad (gcm3)
Presioacuten (Mpa)
5895
255
3336
3248
24
184
83
165
047
Se concluye que para el uso de materiales naturales como en este caso cascarilla de cafeacute es
necesario hacer un recubrimiento para brindar proteccioacuten frente al medio alcalino del cemento
lo cual se puede hacer con aceite de linaza aceite de linaza + resina natural parafina parafina
+ resina natural sellador para madera o creosota
Los materiales alternativos son maacutes econoacutemicos que los utilizados tradicionalmente La
presencia de la cascarilla de cafeacute reduce el consumo de energiacuteas para la elaboracioacuten del
concreto (RIOS et al 2015) (ref5)
- Carvajal Corredor Ivaacuten Leonardo y Terreros Rojas Luis Eduardo (2016) Realizaron un
trabajo de Investigacioacuten para el programa de ingenieriacutea civil de la Universidad Catoacutelica
de Colombia ldquoAnalisis de las propiedades mecaacutenicas de un concreto convencional
adicionando fibra de caacutentildeamordquo con el objetivo de determinar y analizar las propiedades
mecaacutenicas (compresioacuten y flexioacuten) de un concreto convencional adicionando fibra de
caacutentildeamo en condiciones normales y asiacute establecer las condiciones en que se va a
trabajar la fibra adicionaacutendola al concreto
Se elaboraron 12 especiacutemenes ciliacutendricos 6 con fibra de caacutentildeamo y 6 normales con el
fin de obtener la resistencia a la compresioacuten a los 7 diacuteas 14 diacuteas y 28 diacuteas igualmente
se elaboraron 2 viguetas adicionando fibra de caacutentildeamo para determinar la resistencia a
la flexioacuten a los 28 diacuteas todo siguiendo la norma INV E seccioacuten 400 - concreto
hidraacuteulico Como se evaluaron unos concretos con fibra y otro normales a los que se le
adiciono fibra la cual con anterioridad se tratoacute con la cal hidratada seguacuten las
investigaciones de Quintero y Gonzaacutelez (2006) se sumerge la fibra en una lechada de
cal (10g por litro de agua) durante 48 horas
Se concluyoacute que por medio de un disentildeo de mezcla elaborado a partir del meacutetodo de
peso y volumen absoluto utilizando los datos suministrados de la empresa CEMEX
Colombia SA y Concrescol SA se logroacute con precisioacuten la resistencia a la compresioacuten
esperada a los 28 diacuteas En los primeros 7 diacuteas el concreto con fibra de caacutentildeamo supero
41
la resistencia del concreto normal con un 7875 de la resistencia esperada y con una
diferencia promedio entre los dos concretos de 120 psi a los 28 diacuteas el concreto con
fibra presento una tendencia totalmente diferente pues se esperaba que este superara
la resistencia de 4000 psi donde igualo la resistencia alcanzada del concreto normal
donde el concreto normal llego con una resistencia de 10034 y el concreto con fibra
llego a un 10049 frente a la resistencia calculada en el disentildeo de mezcla (Terreros
Rojas amp Carvajal Corredor 2016) (ref6)
42
DOSIFICACIOacuteN DE
HORMIGONES
LIGEROS CON
CASCARILLA DE CAFEacute
APROVECHAMIENTO
DE LA CASCARILLA
DE CAFEacute EN LA
ELABORACIOacuteN DE
MATERIALES DE
CONSTRUCCIOacuteN
FIBRA DE CAFEacute
INVESTIGATING
EFFECTS OF COFFEE
HUSK ASH AS PARTIAL
REPLACEMENT OF
CEMENT IN CONCRETE
GRADE C25
MEacuteXICO COLOMBIA N D COLOMBIA
Como material
mineralizante es maacutes
econoacutemico el cemento que
la cal agriacutecola con mejores
resistencias a la compresioacuten
Cuando se utiliza cascarilla
mineralizada se disminuye
la manejabilidad de la
mezcla Calentar la mezcla
(cascarilla- agua-
mineralizante) aumentara la
calidad de los resultados
-Resistencia a la
compresioacuten las
dosificaciones con mayor
porcentaje de cascarilla
tienen las menores
resistencias -Los bloques no son
recomendables
emplearlos en obras
civiles que alberguen
mucha poblacioacuten
La resistencia no
resulto como se esperaba
para ello la cascarilla
necesita un proceso previo
para brindarle una
proteccioacuten contra el medio
alcalino La presencia de
la cascarilla de cafeacute reduce
el consumo de energiacuteas
para la elaboracioacuten del
concreto
-El hormigoacuten se vuelve
menos viable a medida
que aumenta el porcentaje
de CHA -Resistencia a la
compresioacuten aumenta con
el periacuteodo de curado y
disminuye con el aumento
de CHA -Soacutelo un 5 de
sustitucioacuten CHA es
adecuada para disfrutar del
maacuteximo beneficio de la
ganancia de fuerza
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo
e impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Desarrollar una propuesta
de un material de
construccioacuten ecoloacutegico
para las comunidades
cafetales de Meacutexico
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo e
impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Ahondar en un material
de comuacuten conocimiento y
aplicacioacuten pero que
dosificado con aacuteridos
orgaacutenicos provenientes de
desechos de la
agroindustria
2011
2012
2014
2015
DISENtildeO DE CONCRETO
FIBROREFORZADO DE
FrsquoC=250KGCM2CON
FIBRA VEGETAL EN LA
CIUDAD DE JAEacuteN
PERUacute
En el anaacutelisis de fisuras se
observa que el ancho de
fisuras disminuye con
respecto al concreto patroacuten
en un 6366 6476 y en
un 4837para los concretos
con 10kgm3 20kgm3 y
30kgm3de adicioacuten de
cascarilla de arroz
respectivamente se puede
concluir que la adicioacuten de
cascarilla de arroz favorece
a la disminucioacuten de las
fisuras originadas en el
concreto
Determinar la influencia
en las propiedades fiacutesicas
y mecaacutenicas del concreto
reforzado con fibras
vegetales (cascarilla de
arroz)
2017
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
43
23 Bases teoacutericas
Concreto 231
Material compuesto que consiste en un medio adherente en el que estaacuten embebidas partiacuteculas
o fragmentos de agregados Es una mezcla compuesta por los agregados de arena piedra
agua y cemento inicialmente tienen caracteriacutesticas de plasticidad y moldeabilidad y con
posterioridad su estado fiacutesico seraacute endurecer y adquirir propiedades resistentes permanentes
El concreto es el material maacutes usado en el mundo despueacutes del agua (Neville 1999) La
versatilidad es la importancia que radica en el concreto llevaacutendolo a altos desempentildeos usos y
aplicaciones
2311 Propiedades
Las siguientes son las ventajas que hacen del concreto un material imprescindible para la
construccioacuten y un material que responde aacutegilmente a los principales desafiacuteos de la
infraestructura son
- Capacidad de resistir a una gran variedad de condiciones climaacuteticas durante todo su
tiempo de vida uacutetil
- Material de alta disponibilidad puede ser fabricado en cualquier parte del mundo
optimizando los costos
- Su maleabilidad permite variaciones esteacuteticas y arquitectoacutenicas
- En aplicaciones de infraestructura el uso de concreto es insustituible
Todas estas caracteriacutesticas han permitido el desarrollo de grandes obras e infraestructuras a
nivel mundial cuyo eacutexito estaacute ligado a la implementacioacuten de avanzadas tecnologiacuteas en
materiales de construccioacuten (Ceballos Arana 2016)
44
Concreto fresco 232
Etapa en la cual el concreto se puede transportar colocar en una formaleta y realizar los
procesos de vibracioacuten Las propiedades en estado fresco deben permitir que se llene
adecuadamente las formaletas y los espacios alrededor del acero de refuerzo asiacute como
tambieacuten obtener una masa homogeacutenea sin grandes burbujas de aire atrapada Esta propiedad
se puede determinar mediante varios meacutetodos de ensayo como son la manejabilidad
segregacioacuten exudacioacuten masa unitaria contenido de aire y contenido de agua (Guzmaacuten 2001)
Concreto endurecido 233
Es la etapa en la cual el concreto adquiere sus caracteriacutesticas potenciales de resistencia
maacutexima En general las propiedades mecaacutenicas del concreto dependen en gran medida por la
resistencia de la pasta endurecida los agregados y la interface pasta ndash agregados los cuales a
su vez son modificadas por los procesos de colocacioacuten y condiciones de curado (Guzmaacuten
2001) Cuando ya ha fraguado presenta las siguientes propiedades
a) Resistencia
b) Resistencia a la compresioacuten
c) Impermeabilidad y estanquidad
d) Durabilidad
24 Componentes del concreto
Cemento 241
Un cemento se define como un material con propiedades adhesivas y cohesivas que le dan la
capacidad de unir fragmentos soacutelidos para formar un material resistente y durable Sin embargo
esta definicioacuten incluye gran cantidad de materiales cementantes y los que realmente importan
desde el punto de vista de la construccioacuten son los cementos hidraacuteulicos llamados asiacute porque
tienen la peculiaridad de desarrollar sus propiedades (fraguado y endurecimiento) cuando se
encuentran en presencia de agua en virtud a que experimentan una reaccioacuten quiacutemica con ella
45
El cemento constituye entre el 7 y 15 de volumen total de la mezcla y por tanto influye en
todas sus caracteriacutesticas ((ASOCRETO) nd)
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd)
TIPO APLICACIOacuteN
TIPO I
Tipo IA
TIPO II
Tipo IIA
TIPO III
TipoIIIAMem
gt
TIPO IV
TIPO V
Para usar cuando no se requieran las propiedades especiales especificadas
para cualquier otro tipo
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo I donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para uso general maacutes especiacuteficamente cuando se desea resistencia
moderada a los sulfatos o calor de hidratacioacuten moderado
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo II donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea alta resistencia inicial o temprana
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo III donde
se desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea bajo calor de hidratacioacuten
Para usar cuando se desea alta resistencia a los sulfatos
Agua 242
Por lo general se recomienda que el agua sea potable y que no tenga un pronunciado olor o
sabor para que pueda usarse como agua de mezclado o curado en el concreto o el mortero
sin embargo esto no es rigurosamente cierto debido a que dentro del agua potable se pueden
encontrar disueltas en altas concentraciones sales ciacutetricos azuacutecares entre otros que pueden
ser perjudiciales para el concreto o el mortero de otra parte el agua que puede ser adecuada
para el concreto o mortero no necesariamente debe ser buena para beber (Diego Saacutenchez De
Guzmaacuten 2011)
El agua de mezcla cumple dos funciones muy importantes permitir la hidratacioacuten del cemento y
hacer la mezcla manejable De toda el agua que se emplea en la preparacioacuten de un mortero o
un concreto parte hidrata el cemento el resto no presenta ninguna alteracioacuten y con el tiempo
se evapora como ocupaba un espacio dentro de la mezcla al evaporarse deja vaciacuteos los
cuales disminuyen la resistencia y al durabilidad del mortero o del hormigoacuten (Rivera L nd)
46
Agregados 243
Como agregados de las mezclas de mortero o concreto se pueden considerar todos aquellos
materiales que han tenido una resistencia propia suficiente (resistencia de la partiacutecula) no
perturben ni afecten desfavorablemente las propiedades y caracteriacutesticas de las mezclas y
garanticen una adherencia suficiente con la pasta endurecida del cemento Portland
La fraccioacuten fina de los suelos gruesos cuyas partiacuteculas tienen un tamantildeo inferior a 476 mm
(tamiz No4) y no menor de 0074mm (tamiz No 200) es lo que comuacutenmente se denomina
AGREGADO FINO y la fraccioacuten gruesa o sea aquellas partiacuteculas que tienen un tamantildeo
superior a 476mm (tamiz No 4) denominado AGREGADO GRUESO (Rivera L 2006)
25 Normativas para ensayos
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017)
ENSAYO NORMATIVA
Agregados
Muestreo de agregados
Peso especiacutefico y absorcioacuten
Contenido de humedad
Anaacutelisis granulomeacutetrico
Cantidad de material fino que pasa el Tamiz Ndeg200
Peso unitario
Concreto
Muestreo de concreto freso
Asentamiento-slump
Peso unitario rendimiento
Elaboracioacuten y curado de muestras de concreto para
ensayos de laboratorio
Resistencia a compresioacuten
Testigos ciliacutendricos
Cemento
Densidad del cemento Portland
ASTM
D-75
C-127
C-128
C-566
C-136
C117
C-29
C-172
C-143
C-138
C192
C-39
C-188
NTP
400010
400021
400022
339185
400012
339132
400017
339036
339035
339046
339183
339034
334005
47
26 Fibras en el concreto
El uso de las fibras naturales como un componente maacutes en materiales de relleno o
aglomerantes no es nuevo se remonta a varios siglos atraacutes En concreto existen referencias
tempranas de experimentacioacuten con un refuerzo discontinuo (clavos segmentos de cable
ganchos) que se remontan a 1910 Probablemente el uso maacutes extendido de las fibras como un
componente maacutes en materiales aglomerantes haya sido su uso en elementos como tejas o
prefabricados de asbesto cemento En este caso las fibras de asbesto le conferiacutean al material
el monolitismo y la resistencia a la tensioacuten buscada sin embargo por consideraciones de salud
estas fibras de asbesto han sido sustituidas por otras de diferentes materiales que no tienen
ninguacuten efecto sobre la salud humana (Imcyc 2007)
Las fibras para concreto se adicionan normalmente en bajos voluacutemenes (frecuentemente
menos del 1) y han mostrado eficiencia en el control de la fisuracioacuten por contraccioacuten del
concreto Las fibras no alteran considerablemente la contraccioacuten libre de concreto y si son
empleadas en cantidades adecuadas pueden aumentar la resistencia al agrietamiento y
disminuir la abertura de las fisuras Las fibras para concreto generalmente son de acero
plaacutestico vidrio de materiales naturales (celulosa de madera) y sistemas muacuteltiples disponibles
en una amplia variedad de formas tamantildeos y espesores (DIFICONSA nd)
Clasificacioacuten de fibras 261
Como refuerzo secundario para concreto en general pueden clasificarse seguacuten diferentes
consideraciones (ASTMC 1116 EN 14889 EN 14889-2 ver normas actuales que rigen el
empleo de las fibras paacuteg26) hoy en diacutea se emplean principalmente dos tipos de clasificacioacuten
asiacute
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007)
CLASIFICACIOacuteN DESCRIPCIOacuteN
Material
Metaacutelicas
Sinteacuteticas
Secciones discretas de metal que tienen una relacioacuten de
aspecto (relacioacuten entre la longitud y el diaacutemetro) que va
desde 20 hasta 100 Estas fibras son de acero (en
general de bajo contenido de carboacuten)
Secciones discretas que se distribuyen aleatoriamente
dentro del concreto que pueden estar compuestas por
Acriacutelico Aramid Carboacuten Polipropileno Poliestileno
Nylon Poliester etc
48
Vidrio
Naturales
Funcionalidad geometriacutea y dosificacioacuten
Microfibras
Macrofibras
Secciones discretas de fibra de vidrio resistentes al
aacutelcali
Secciones discretas de origen como coco sisal madera
cantildea de azuacutecar yute bambuacute etc Cuyos diaacutemetros
variacutean entre 05 y 02 mm con valores de absorcioacuten
superiores al 12
Estas fibras estaacuten destinadas a evitar la fisuracioacuten del
concreto en estado fresco o antes de las 24 horas Se
dosifican en el concreto para voluacutemenes entre 003 a
015 del mismo
Estas fibras estaacuten destinadas a prevenir la fisuracioacuten en
estado endurecido a reducir el ancho de la fisura si eacutesta
se presenta y a permitir el adecuado funcionamiento de
la estructura fisurada Las dosificaciones maacutes
frecuentes oscilan entre 02 a 08 del volumen del
concreto Las macrofibras maacutes usadas son las sinteacuteticas
y las metaacutelicas cuyos diaacutemetros variacutean entre 005 mm a
200mm La relacioacuten de aspecto (Ld) de las
macrofibras variacutea entre 20 a 100
2611 Uso en la construccioacuten
El ACI clasifica a las fibras de acuerdo al uso en la construccioacuten dividieacutendolos de la siguiente
manera
- Fibra de acero (FA)
- Fibra de vidrio (FV)
- Fibra sinteacutetica (FSN)
- Fibra natural (FN) (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
27 Concreto reforzado con fibras vegetales
Concretos donde su composicioacuten estaacute formada de pasta base cementante agregados fino
agregado grueso con adecuadas adiciones de fibras Seguacuten la definicioacuten del ACI (American
Concrete Institute) no es maacutes que concreto hecho a partir de cementos hidraacuteulicos
conteniendo agregados finos y gruesos y fibras discretas discontinuas
49
Fibras vegetales 271
Los oacuterganos las secciones y las fibras de las plantas son denominados fibras vegetales se
pueden definir como todos los elementos estructurales que hacen parte de los tejidos orgaacutenicos
de las plantas y constituyen su esqueleto Los factores que definen el nivel de consistencia de
cada una de las fibras dependen del oacutergano o tejido del cual sean extraiacutedos y del grado de
unioacuten entre ellos La longitud y la forma de los cordones de fibras tambieacuten variacutean dependiendo
de esos mismos factores (Artesaniacutea 2014)
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) ORIGEN DE LAS
FIBRAS TIPO
Semillas
Tallos
Fruto
De la cascara y fruto
El algodoacuten
Capoc o Kapok
Lino
Caacutentildeamo
Yute
Ramio
Albaca
Sisal
Rafia
Bambuacute
Coco
Cereales Arroz avena centeno cebada trigo
Las fibras en el concreto tienen como funcioacuten principal mejorar la resistencia a traccioacuten y evitar
el agrietamiento cuando las fibras pierden su resistencia el producto es equivalente a un
concreto no reforzado Sin embargo en ese momento el concreto habraacute alcanzado su
resistencia total y como el agrietamiento se ha evitado en las etapas iniciales podriacutea ser maacutes
resistente que un producto similar hecho sin refuerzo
Aproximadamente el contenido general de fibra vegetal es del 1 a 2 del peso no seraacute nunca
del volumen ya que las densidades de las fibras pueden variar grandemente (Stulz amp Mukerji
1993)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 272
Dentro de las caracteriacutesticas maacutes importantes del concreto estaacuten las siguientes
50
2721 Resistencia a la compresioacuten
El uso de las fibras no tolera incrementos significativos en este ensayo En sus resultados
puede haber una leve variacioacuten tanto en el incremento como en el decremento en la
resistencia
Es importante el tamantildeo de las probetas cuanto menor sea se obtendraacuten mayores
resistencias a la compresioacuten debido a que se acentuacutea un alineamiento preferente de las fibras
A medida que aumente la longitud de la fibra el efecto seraacute mucho maacutes sensible (ACI 544-1R)
(American Concrete Institute (Aci) 2009)
2721 Resistencia al impacto
Los concretos reforzados con fibras presentan caracteriacutesticas principales como su resistencia a
los impactos por absorcioacuten de energiacutea adicional a esto presentan una menor tendencia a la
desfragmentacioacuten y al desprendimiento (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
2722 Resistencia a la flexioacuten
L a resistencia a la flexo traccioacuten es evidentemente mayor que la resistencia a la compresioacuten y
traccioacuten debido al comportamiento duacutectil del concreto reforzado con fibra en la zona fisurada
por traccioacuten desarrollando resistencias residuales (Carvajal 2015)
Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras 273vegetales
La funcioacuten principal de las fibras vegetales que se agregan es de soportar las tracciones
despueacutes de la primera fisura del concreto teniendo presente que el aporte de refuerzo de las
fibras es diferente a la del armado convencional de acero
En el momento que aparece una fisura las fibras quedan expuestas siendo estas las
responsables de mantener el elemento adherido Teniendo como resultado que las fibras
actuantes tengan diferentes esfuerzos al momento de la fisura La curva caracteriacutestica Carga
Vs Deflexioacuten en concretos reforzado con fibras sometidas a ensayos de traccioacuten por flexioacuten
se puede observar en la figura 4 (Carvajal 2015)
51
Lograr una buena homogenizacioacuten de la fibra vegetal en la elaboracioacuten de la mezcla
garantizara una buena distribucioacuten organizacioacuten y adecuada orientacioacuten de la fibra aportando
asiacute en su resistencia siendo lo contrario se podriacutea suponer que su contribucioacuten al concreto sea
nula (Carvajal 2015)
Las caracteriacutesticas que se potencializan al emplear adiciones de fibra vegetal en los concretos
son la resistencia y durabilidad La fibra ayuda a cohesionar el material entre sus agregados
con esto evitando la segregacioacuten del agregado
Normativa de concreto con agregados vegetales 274
Se tiene como referencia para esta investigacioacuten la normativa del Instituto Americano del
Concreto (ACI) y la sociedad Estadounidense para pruebas y materiales (ASTM) dentro de las
cuales se otorgan una serie de paraacutemetros para el disentildeo de concretos reforzados con fibras
teniendo presente las caracteriacutesticas a las cuales se deben regir los materiales que son
utilizados en las mezclas de concretos
El documento ACI 544R-96 informe sobre hormigoacuten armado con Fibra Homologar (2009) es
una guiacutea potencial para el disentildeo de concretos con fibras naturales Dentro del informe ACI
544 se puede encontrar una descripcioacuten del tipo de fibras referenciando consigo meacutetodos
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras (Carvajal 2015)
52
proporciones practicas materiales y necesidades para el tipo de investigacioacuten incluyendo los
concretos reforzado con fibra natural (American Concrete Institute (ACI) 2009)
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras
Tuacuteneles 281
El uso de fibras de acero para el revestimiento de tuacuteneles hadado importantes resultados
tanto en su colocacioacuten como en su desempentildeo estructural logrando alcanzar una alta
resistencia en pocas horas El uso de las fibras de acero en el concreto ha dado una pauta para
obviar el uso de malla electro soldada ya que las fibras logran cubrir esta necesidad de
elementos de refuerzo en las obras de construccioacuten
Pavimentos 282
Se sabe que el concreto para el uso en pavimentos requiere de unas especificaciones
particulares para de esta manera lograr contrarrestar las fuertes exigencias estructurales entre
ellas las maacutes importantes
- Resistencia a flexo traccioacuten
- Resistencia a fatiga
- Trabajabilidad
- Miacutenima retraccioacuten
Otros usos 283
Las fibras hacen una fuerte participacioacuten en la elaboracioacuten de elementos prefabricados tal es
el caso de elaboracioacuten de placas de fachada tanques plantas industriales piscinas pisos
industriales canales muebles para parques piezas para el hogar entre otros
53
29 Concreto arquitectoacutenico
El concreto arquitectoacutenico es aquel que por siacute mismo o por medio del tratamiento superficial
que se le aplique permite ser el protagonista del aspecto acabado o si se quiere personalidad
de lo edificado sin dejar de lado su funcioacuten estructural (Cementos Argos SA 2010)
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018)
Prefabricados 291
Los prefabricados en concreto son una opcioacuten vanguardista que ademaacutes de ofrecer variedad
de usos permite ahorra tiempo y dinero Su durabilidad resistencia y versatilidad continuacutean
consolidaacutendolo como una de las mejores alternativas en la construccioacuten ((IMCYC) 2017)
La prefabricacioacuten es anterior a la industrializacioacuten considerando que el ladrillo fue el primer
elemento producido fuera de obra con sistemas que se han ido prolongando a traveacutes del
tiempo con nuevos meacutetodos procedimientos equipos materiales entre otros Es una manera
raacutepida moderna versaacutetil y energeacuteticamente eficiente forma de construir cualquier tipo de
edificacioacuten (Novas 2010)
2911 Clasificacioacuten
Estos elementos se clasificaraacuten dependiendo de variables como funcioacuten peso dimensiones
formato meacutetodo de produccioacuten materiales entre otros
ESTRUCTURALES URBANIacuteSTICOS ARQUITECTOacuteNICOS
Muros en Tilp Up
Muros de contencioacuten
Prefabricados
Columnas losas y vigas
Muros para sistema
industrializado de construccioacuten
de vivienda
Senderos peatonales y pisos
Elementos de amueblamiento
urbano
Aplicaciones en parques y espacio
puacuteblico
Elementos texturizados en
concreto
Fachadas
Decks
54
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010)
CLASIFICACIOacuteN DE PREFABRICADOS
Seguacuten el grado de prefabricacioacuten Parcial
Total
Seguacuten su funcioacuten Resistente
Cerramiento
Ornamental
Seguacuten su peso y dimensiones Livianos (˂30Kg)
Semipesados (˂500Kg)
Pesados (˃30Kg)
Seguacuten su formato Bloques
Paneles
Elementos lineales
Seguacuten su meacutetodo de ejecucioacuten Industrial a gran escala
Taller
Fabricacioacuten baja teacutecnica
Seguacuten sus materiales Hormigoacuten armado
Hormigoacuten pre ndash pos tensado
Acero
Aluminio
Madera
Plaacutestico
2912 Procesos de produccioacuten
29121 Encofrado
Elementos auxiliares destinamos al moldeo ldquoin siturdquo de concretos y morteros con el fin de
contener soportar y moldear el concreto fresco hasta su endurecimiento Estructuras
temporales su colocacioacuten tarda algunas horas y que en pocos diacuteas se desmontan para su
posterior reutilizacioacuten Para un faacutecil y adecuado desmonte sin afectar acabado yo color del
concreto se suele utilizar desmoldantes (barnices antiadherentes y preparados a base de
aceites solubles en agua) para simplificar el desencofrado y si son de madera se deben
humedecer antes para impedir que absorban agua del concreto (Piqueras 2017)
29122 Vaciado del concreto
Para efectos del vaciado del concreto se debe cumplir el Reglamento Colombiano de
Construccioacuten Sismo Resistente NSR-10 (Capitulo C5) y la norma NTC 3318 o ASTM C94 Se
debe recurrir a una serie de pasos anterior al vaciado los equipos de transporte deben estar
limpios el refuerzo libre de oacutexidos o grasas los encofrados recubiertos con desmoldante
55
ademaacutes no puede haber estancamientos de agua y en caso de tener superficies de concreto
colocado anteriormente que vayan a estar en contacto directo con el concreto nuevo deben
haber recibido el tratamiento de juntas especifico El concreto debe alcaacutezar una consistencia
que permita su colocacioacuten en todas las esquinas o aacutengulos de las formaletas alrededor del
refuerzo y de cualquier otro elemento embebido sin que haya segregacioacuten El concreto se
debe colocar tan pronto sea posible y nunca despueacutes de treinta minutos de preparada la
mezcla a menos que haya sido dosificada con alguacuten tipo de aditivo autorizado (SAOV 2018)
29123 Vibrado del concreto
Es vital este procedimiento durante la colocacioacuten del concreto este se debe colocar con la
ayuda de un equipo mecaacutenico de vibradores complementado por labores manuales esto con
el fin de eliminar la cantidad de aire que hay en la mezcla producido durante el vaciado
tambieacuten hace que se comporte como un liacutequido espeso y se consolide mejor Este
procedimiento debe complementarse golpeando exteriormente con martillo neumaacutetico o
usando varillas en las esquinas y aacutengulos de las formaletas mientras el concreto este todaviacutea
plaacutestico y manejable a fin de impedir vaciacuteos (SAOV 2018)
29124 Desencofrado
El desencofrado debe realizarse sin movimientos bruscos Se debe efectuar cuando el concreto
haya alcanzado la resistencia suficiente para soportar con seguridad su propia carga maacutes
cualquier otra que se quisiese sobreponer Teniendo en cuenta la normativa el ACI ldquoAmerican
Concrete Instituterdquo en su documento ACI 347R (Guide to form work for concret) recomienda
que se utilice el criterio de ganancia de resistencia que haya definido el ingeniero estructural
para determinar la edad del concreto para desencofrar (SAOV 2018)
2913 Ventajas ambientales
- Poco desperdicio de materiales debido a dosificaciones de mezclas maacutes precisas y
controladas
- Mayor posibilidad de reciclar desechos y aguas grises Una fraccioacuten de los agregados
puede estar constituida por concreto reciclado con el tratamiento adecuado
56
- Los componentes principales del concreto son obtenidos principalmente a nivel local lo
cual reduce los requerimientos de transporte energiacutea y emisiones asociadas a este
- En el sitio de obra se reduce el polvo escombros y otros desechos teniendo un control
y aprovechamiento total sobre ellos(Guerrero 2013)
210 Disentildeo Urbano
Espacio Puacuteblico 2101
El espacio puacuteblico moderno se define a partir de la separacioacuten formal entre la propiedad
privada urbana y la propiedad puacuteblica Tal separacioacuten normalmente supone reservar el suelo
libre de construcciones (excepto equipamientos colectivos y servicios puacuteblicos) para usos
sociales (esparcimiento actos colectivos transporte actividades culturales y a veces
comerciales etc) (Segovia y Neira 2005) Para un adecuado y apropiado disentildeo es
importante evaluar caracteriacutesticas sociales y las actividades para las cuales seraacuten disentildeadas
para asiacute corresponder a cada una de estas y asiacute satisfacer de manera oacuteptima duradera y
efectiva las necesidades que lo originaron
Pisos 2102
Dentro de las posibilidades que nos permite el concreto para moldearse esta esta teacutecnica la
cual consiste en estampar colorear y endurecer una superficie de concreto para obtener una
apariencia natural de materiales tales como ladrillo laja piedra o ceraacutemica permitiendo por su
versatilidad variedad de disentildeos y colores Es una teacutecnica de un gran valor arquitectoacutenico con
costos reducidos diversidad ideal para pisos veredas y accesos (Barbosa 2013)
21021 Usos
- Comerciales e industriales galeriacuteas supermercados complejos habitacionales plazas
aceras caminos senderos peatonales veredas estacionamientos y en general todo
tipo de piso con alto traacutensito vehicular y peatonal
57
- Residenciales pisos interiores o exteriores patios caminos interiores huellas zonas de
esparcimiento bordes de piscina escaleras garajes entre otros
21022 Ventajas
Los pisos de concreto estampado son logrados con un tratamiento que le confiere gran
resistencia a la superficie y con una terminacioacuten final con un sellador que protege los colores y
sella los poros del material Se evita la construccioacuten del contrapiso la carpeta de asiento y la
mezcla para la colocacioacuten del piso y queda libre de todo mantenimiento por muchos antildeos
(Barbosa 2013)
- Muacuteltiples opciones de colores
- Alternativas esteacuteticas
- Permite pulirse manteniendo su integridad
- Alternativa competitiva para acabados que simulen piedra natural madera baldosas
- Faacutecil y raacutepido de instalar en comparacioacuten con otras alternativas
- Menor manteamiento debido a tener un color integral
Seguacuten el color puede disminuir el efecto Isla de calor aumentar reflectividad y disminuir el consumo energeacutetico
Mobiliario Urbano 2103
El mobiliario urbano prescribe el espacio puacuteblico y se constituye en elemento esencial de la
identidad y el paisaje de las ciudades Se considera como elementos complementarios a
espacios de viacuteas parques alamedas caminos y aceras de uso puacuteblico con el fin de facilitar las
necesidades del ciudadano mejorando su calidad de vida en entornos favorables y a su vez
fomentando el uso adecuado de los espacios puacuteblicos para un bien general
21031 Clasificacioacuten seguacuten su funcioacuten
- Elementos de Iluminacioacuten columnas para laacutemparas farolas apliques balizas proyector
y focos
58
- Elementos de jardineriacutea y agua elementos que se relacionan con la vegetacioacuten y el
riego las fuentes y las evacuaciones de agua
- Elementos de comunicacioacuten estaacuten dados por los soportes para la comunicacioacuten como
sentildealizacioacuten informacioacuten o publicidad
- Elementos de servicios puacuteblicos mobiliario dirigido a satisfacer las necesidades
derivadas de los servicios puacuteblicos baacutesicos de la ciudad como son transporte la
telefoniacutea los estacionamientos para bicicletas vigilancia de playas y juegos infantiles
- Elementos Comerciales mobiliario destinado al uso comercial que tradicionalmente se
realiza en la viacutea puacuteblica kioscos de libros bares y puestos de mercado
- Elementos de limpieza indispensables en todo espacio puacuteblico para recoger la basura
maacutes diversa papeles vidrio metales plaacutesticos cartones pilas etc
- Elementos de Urbanizacioacuten y limitacioacuten Aquellos que por su extensioacuten pueden ofrecer
una visioacuten unitaria del territorio de la ciudad (rampa vehicular bordillos barandilla valla
barrera arquitectoacutenica bolardos bancos banquetas y sillas) (Rosas Chaves 2014)
Fachadas y elementos de concreto a la vista 2104
Su funcioacuten no solo es esteacutetica sino que debe garantizar un alto grado de proteccioacuten La
mezcla de concreto para estos elementos debe cumplir con determinadas caracteriacutesticas
especiales que le permitan estar expuesto a diferentes condiciones climaacuteticas El encofrado en
las estructuras de concreto arquitectoacutenico es de gran trascendencia dentro del proceso
constructivo pues ademaacutes de ser esencial para lograr una respuesta adecuada a nivel
estructural debe responder a las expectativas del disentildeador (Silva 2015)
Estampados 2105
Los acabados del concreto se clasifican en dos
59
21051 Acabados directos
Se entienden como superficies no tratadas aquellos que son dejados tal cual despueacutes del retiro
de las formaletas lo que determinan el aspecto de la superficie resultante (Cementos Argos
SA 2010)
21052 Acabados indirectos
Concretos cuyas superficies son tratadas despueacutes del desencofrado ya sea por medio
quiacutemicos o mecaacutenicos (comprende acabados cepillados allanados tratados con productos
quiacutemicos lavados con abrasivos tratados con herramientas tratamientos mixtos entre otros)
(Cementos Argos SA 2010)
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010)
ACABADOS TIPOS DE ACABADOS
Acabados directos
Acabados indirectos
Otros
Acabados lisos
Texturizados a partir de revestimientos
Patrones naturales
Incrustaciones
Madera simulada
Superficies acanaladas o estriadas
Allanado o liso
Tratamientos quiacutemicos
Lavado con abrasivos
Tratamiento con herramientas
Tratamientos mixtos
Tratado con sal
Oxidado
Tubos de PVC
Esferas de poliestireno expandido
21053 Concreto coloreado (pigmentos)
Los pigmentos son finas partiacuteculas de polvo quiacutemicamente inertes e insolubles que dotan de
color al material al que se antildeaden Deben ser insolubles tanto al agua como a los agregados
ademaacutes de inertes quiacutemicamente respecto al cemento a los agregados a los aditivos
resistentes a la intemperie estables a la luz a las temperaturas extremas y quedar firmemente
embebidos con los finos del cemento cuando endurezca (Estantildeol 2006)
60
Los pigmentos se clasifican en dos clases obtenidos de manera natural y manufacturados de
forma sinteacutetica
210531 Forma natural
Son obtenidos en yacimientos naturales minerales en su mayoriacutea son de color ocre debido a la
existencia de oacutexidos o hidroacutexidos metaacutelicos principalmente hierro La tierra natural calcinada se
tamiza hasta conseguir un tamantildeo uniforme de los granos y los fabricantes de dichos
pigmentos deben garantizar que las partiacuteculas tengan una dimensioacuten regular (Estantildeol 2006)
210532 Forma sinteacutetica
Estos pigmentos son baacutesicamente oacutexidos de hierro cromo cobalto y titanio Se deben
seleccionar oacutexidos teacutecnicamente puros sin aditivos ni constituyentes secundarios de un gran
poder colorante cualidad que depende de la naturaleza y pureza asiacute como de su finura Si
bien estos pigmentos tienen el mismo origen mineraloacutegico que los naturales al ser obtenidos
por procesos controlados y estandarizados tienen la ventaja de otorgar alta pureza elevado
brillo y gran poder de coloracioacuten estos pigmentos son estables a la intemperie es decir a la luz
UV al aacutecido carboacutenico a cambios fuertes en la humedad y la temperatura a los aacutecidos a los
aacutelcalis y a los componentes del cemento (Estantildeol 2006)
1 Capiacutetulo Cascarilla como material alternativo 61
3 Capiacutetulo Cascarilla de cafeacute como material alternativo
31 Generalidades
El pergamino de cafeacute o cascarilla es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano (fig 2) Esta cascarilla
constituye una excelente fuente de celulosa y lignina1 pentosanos siacutelice y cenizas asiacute como
otros compuestos en menor proporcioacuten En los paiacuteses productores de cafeacute los residuos y sub -
productos del cafeacute constituyen una fuente de contaminacioacuten y generadora de problemas
ambientales por ese motivo desde mediados del siglo pasado se ha tratado de buscar
meacutetodos sobre coacutemo utilizarlos como materia prima para la produccioacuten de bebidas vinagre
biogaacutes cafeiacutena pectina proteiacutena y abono (Coffea 2005)
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 311
Para esta investigacioacuten se utilizoacute la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) de una de las regiones
cafeteras del paiacutes el departamento de Narintildeo especiacuteficamente de ALMACAFEacute SA PASTO
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia 2010)
Procedencia
Aacuterea de cultivo
Temperatura promedio
Promedio Maacuteximo
Promedio Miacutenimo
Precipitacioacuten media anual
Radiacioacuten solar
Departamento de Narintildeo
Altitud 1765 msnm promedio
38400 Hectaacutereas sembradas en Narintildeo
199degC
259degC
16degC
1866 miliacutemetros anual
1666 horas promedio anual
Proceso obtencioacuten de la cascarilla 312
El cafeto es un arbusto o aacuterbol pequentildeo perennifolio de fuste recto que puede alcanzar los 10
metros en estado silvestre en los cultivos se los mantiene normalmente en tamantildeo maacutes
reducido alrededor de 3 metros Las hojas son eliacutepticas oscuras y coriaacuteceas
62
El fruto es una drupa que se desarrolla en unas 15 semanas a partir de la floracioacuten el
endospermo comienza a desarrollarse a partir de la duodeacutecima semana y acumularaacute materia
soacutelida en el curso de varios meses atrayendo casi la totalidad de la energiacutea producida por la
fotosiacutentesis
3121 Recoleccioacuten del cafeacute
En esta etapa se cosechan uacutenicamente los granos que alcanzan el estado de madurez
completa normalmente de color rojo o amarillo ya que los verdes dantildean el sabor de la taza de
un cafeacute Todo este proceso se desarrolla de forma manual
3122 Despulpado
El mismo diacutea de la recoleccioacuten los granos de cafeacute se despulpan retirando la cereza del grano
para que luego obtenga la fermentacioacuten En esta parte del proceso los granos permanecen en
reposo
3123 El lavado
En esta parte se retira con agua limpia los restos de muciacutelago que quedan en el grano y se
eliminan azucares
3124 El secado
Se exponen los granos de cafeacute al calor del sol en un secadero para que el grado de humedad
disminuya facilitando su conservacioacuten El grano seco se almacena en sacos limpios elaborados
en fique facilitando su traslado
Fuente Tomado de httpwwwmundocafetocombeneficiadoel-beneficio-humedo-del-cafe
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado
63
3125 Trillado artesanal
En En este proceso artesanal se retira la cascarilla del grano llamado pergamino Este
procedimiento tambieacuten puede desarrollarse de forma industrial (Omen 2011)
A partir del proceso de la trilla de cafeacute pergamino se retira mecaacutenicamente la cascara
(pergamino) que cubre la almendra de cafeacute (denominada cisco en la trilla) el pergamino ya
limpio entra a la maacutequina trilladora y es retirada por friccioacuten la cascarilla obtenieacutendose la
almendra El cisco que acompantildea la almendra al salir de la trilladora es succionado
mecaacutenicamente en esta operacioacuten se causa la merma por cisco El monitor de pergamino es
una maacutequina cribadora compuesta por un conjunto de tres a cuatro mallas una campana
extractora de cisco y polvo residual
La maacutequina trilladora estaacute formada por un cilindro en forma hexagonal con superficie labrada
que gira dentro de un cilindro coacutencavo estacionario y fraccionado en dos caacutemaras en la
primera caacutemara la friccioacuten elimina entre 60 y 70 de la cascarilla luego pasa a la segunda
caacutemara (caacutemara de retrilla) transportado por un elevador de cangilones donde termina de
retirarle la cascarilla y pule la superficie de la almendra eliminaacutendole la cutiacutecula (Mayorga
nd)
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia)
64
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla
Fuente Tomado de httpswwwcoopronaranjorlcomnuestro-cultivoproceso-ciclo
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute
Caracteriacutesticas fiacutesicas 321
El pergamino o cascarilla de cafeacute es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano de cafeacute en base seca
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005)
65
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
CASCARILLA DE CAFEacute
A B C
Masa unitaria suelta
284gr 300gr 310gr
MUS=298gr
Masa unitaria compacta (peso2716gr) molde 110pie3
334gr 354gr 344gr
MUC=344gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip 344grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 193grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2846 h
Composicioacuten quiacutemica 322
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011)
(Seguacuten Willboux (2))
()
Cafeacute
Araacutebica
()
Cafeacute
Robusta
()
Extracto eteacutereo
Proteiacutenas totales
Celulosa bruta
Hemicelulosa
Azuacutecares
Pentosa
Cenizas
Silicio
Aluminio (Al 203)
Hierro (Fe21198743)
Calcio
Magnesio
Sodio
Potasio
Grasas
040
150
5020
1160
2130
2600
100
1570
340
1360
1960
1220
340
1800
060
--
220
6020
760
--
--
330
--
--
--
--
--
--
--
66
Estas propiedades la hacen oacuteptima para utilizarla como agregado liviano en un hormigoacuten con
el limitante de que tiene un contenido de azuacutecares muy alto (213) que inhibe la reaccioacuten del
cemento en la mezcla y por consiguiente retarda el fraguado presentaacutendose eacuteste despueacutes de
las 72 horas de fundida la mezcla Este limitante se soluciona mineralizando la cascarilla
(Garcia amp Olaya 2011)
A su vez tiene una estructura lineal o fibrosa en la que se establecen muacuteltiples puentes de
hidroacutegeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa hacieacutendolas
muy resistentes e insolubles al agua De esta manera se originan fibras compactas que
constituyen la pared celular de las ceacutelulas vegetales daacutendoles asiacute la rigidez necesaria Las
fibras en los vegetales estaacuten unidas entre siacute por un material cementante de caraacutecter
termoplaacutestico denominado lignina localizada en la laacutemina media de las fibras
proporcionaacutendole rigidez y resistencia al tejido vegetal
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute)
Las fibras vegetales tienen dentro de su estructura componentes que son ricos en agua (lignina
y hemicelulosa) lo cual al reforzar el material compuesto puede generar deficiencias
mecaacutenicas La razoacuten principal para que la resistencia mecaacutenica disminuya es que el agua es
uno de los inhibidores naturales de la polimerizacioacuten en las resinas de polieacutester insaturado por
lo tanto la presencia de estos componentes es poco deseable dentro de la estructura de las
fibras (Gomez 2009)
Una forma de evitar o retardar la descomposicioacuten de las fibras utilizadas en el hormigoacuten es la
proteccioacuten de estas con sustancias bloqueadoras sustancias repelentes al agua y con una
mezcla de ambos tipos de sustancias (Gram 1983)
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades de
Glucosa)(Coffea 2005)
67
Mineralizacioacuten con aceite de linaza 331
Procedimiento
a) Calentar aceite a 80degC
b) Sumergir la fibra seca por 5 minutos
c) Tener otro aceite a 24degC y pasar la cascarilla por 5min
d) Repetir ciclo por 3 veces
e) Dejar enfriar a Tdeg ambiente durante 24h (Alvarado 2002)
Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 332
Procedimiento
Las partiacuteculas o fibras de bagazo fueron inmersas en Hidroacutexido de calcio al 50 durante 24
horas a una temperatura de laboratorio de 24degC (Para darle una proteccioacuten del medio alcalino
de la pasta de cemento) A partir de este procedimiento se obtiene como conclusioacuten que si se
aumenta el tiempo de inmersioacuten de cascara de arroz en la disolucioacuten baacutesica pasando de 24h a
72h se observa un gran aumento en la resistencia a compresioacuten (Saraz Aristizabal amp Mejiacutea
2007)
Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 333
Procedimiento
Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale de la trilladora en una
solucioacuten ac al 5 en peso durante media hora con agitado constante la proporcioacuten de la
cascarilla es del 10 del peso de la solucioacuten La cal limpia impurezas protege del ataque
microbioloacutegico protege del deterioro por la alta alcalinidad mejora la adherencia (Garcia amp
Olaya 2011)
68
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute
En la ciudad de Medelliacuten innovaron con la implementacioacuten de suelos a base de polietileno y
cascarilla de cafeacute molida ya que el piso de madera actual estaba empezando a sufrir deterioro
Este nuevo elemento fue el resultado de las investigaciones que el Metro adelanta con el fin de
obtener alternativas que garanticen la continuidad del servicio Ademaacutes de que esteacuten siempre
disponibles disminuyan gastos eviten las importaciones y sean amigables con el ambiente
Jaime Peacuterez jefe de Investigaciones del Metro explicoacute que los trenes vienen con un tipo de
madera especial resistente al agua y al calor pero esta no se obtiene en el paiacutes su
importacioacuten es costosa y con su obtencioacuten se hariacutea un significante dantildeo al ecosistema Es por
esta razoacuten que el Metro en colaboracioacuten con pymes y la Universidad de Antioquia ha
investigado desde los antildeos 80 con queacute otros materiales puede ser reemplazada la madera y
que tenga las mismas cualidades Fue esto lo que llevo a explorar otro tipo de materiales y a
encontrar en la cascarilla de cafeacute las particularidades necesarias para soportar el peso de los
usuarios y cumplir con la normatividad internacional ferroviaria no sufrir por humedad y no ser
vulnerable a incendios y una reduccioacuten del 30 al impacto con el medio ambiente (Mejia
2013)
El cisco la cascarilla sobrante del cafeacute es usado por un grupo de ingenieros mecaacutenicos como
materia prima para extruir perfiles de madera plaacutestica y construir viviendas de intereacutes social
El sector de la construccioacuten necesita innovarse constantemente a traveacutes de proyectos cada vez
maacutes sostenibles y amigables con los recursos y la mezcla de poliacutemeros con fibras provenientes
de productos residuales como el aserriacuten (EEUU) o la caacutescara de arroz (China) ha permitido en
el mundo una alternativa a la madera conocida como Wood Plastic Composite (WPC)
La agroindustria colombiana debiacutea encontrar un producto vegetal que le permitiera ofrecer una
alternativa al sector de la construccioacuten y es alliacute cuando el grupo uniandino Materiales y
Manufactura de Ingenieriacutea Mecaacutenica liderado por el profesor Jorge Medina encontroacute las
caracteriacutesticas aplicables al cisco de cafeacute
ldquoLos Andes nos permitioacute trabajar con el cisco de cafeacute que nos hace uacutenicos porque es el
producto que representa a Colombia en el mundo y deberiacuteamos integrarlo maacutes a nuestra
infraestructurardquo Las ventajas de haber utilizado el cisco de cafeacute fuera de darle un sello
69
colombiano al producto es que este subproducto del cafeacute anteriormente no se le daba un
manejo verde y se quemaba CO2 o botaba (Positivo 2015)
Estudiantes de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotaacute realizaron ensayos de
concreto con agregado de cascarilla de cafeacute en el Departamento de Ingenieriacutea Agriacutecola
Tomaron un material como el concreto para realizar la aplicacioacuten de residuos orgaacutenicos
provenientes de la agroindustria cafetera haciendo pruebas y ensayos para determinar las
propiedades fiacutesico-quiacutemicas de la cascarilla del cafeacute y su comportamiento junto al concreto
Llegaron a la conclusioacuten que como material mineralizante es maacutes econoacutemico el cemento que la
cal agriacutecola ademaacutes de que se obtiene mejores resistencias a la compresioacuten en el hormigoacuten
cuando se utiliza cemento en las mismas condiciones que cal tambieacuten concluyeron que la
cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico (Garciacutea amp Olaya 2011)
Auacuten no se han realizado aplicaciones como tal de los resultados obtenidos de investigaciones
donde se utiliza a la fibra vegetal cascarilla de cafeacute como reemplazo en la mezcla de concreto
4 Capiacutetulo Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten
Liacutenea investigativa 411
En este proyecto se realizaron y analizaron los siguientes ensayos
Resistencia a la compresioacuten
Moacutedulo de rotura
Sortividad
Asentamiento
Los ensayos que se practicaron en especiacutemenes de concreto normal y con adicioacuten de la
fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) para esta investigacioacuten la cascarilla seriacutea el reemplazo en
diferentes porcentajes del peso del agregado grueso de la siguiente manera
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)
VARIABLE PORCENTAJE MINERALIZACIOacuteN DENOMINACIOacuteN
Mezcla patroacuten
Cascarilla de cafeacute
(Fibra vegetal)
-
05
10
15
05
10
15
05
10
15
-
CAL AGRIacuteCOLA
LINAZA
HIDROacuteXIDO DE CALCIO
CP-0
CFC-05
CFC-10
CFC-15
CFL-05
CFL-10
CFL-15
CFH-05
CFH-10
CFH-15
71
Denominacioacuten
CP-0 = Concreto patroacuten CFC = Concreto con Fibra vegetal - mineralizacioacuten Cal Agriacutecola CFL = Concreto con Fibra Vegetal - mineralizacioacuten aceite de Linaza CFH = Concreto con fibra vegetal - mineralizacioacuten con Hidroacutexido de Calcio -05 = Porcentaje de reemplazo 05 -10 = Porcentaje de reemplazo 10 -15 = Porcentaje de reemplazo 15
Se elaboraron placas de concreto con el fin de analizar su comportamiento ante agentes
externos como lluvia sol aire vegetacioacuten y se realizaron probetas ciliacutendricas y vigas con y sin
adicioacuten de la cascarilla para ser evaluadas a los 28 diacuteas
72
PROPIEDADES
Agregado fino Agregado Grueso Cascarilla de Cafeacute
Reemplazo
05 10 15
Mineralizacioacuten
-Cal agriacutecola
-Aceite de linaza
-Hidroacutexido de Calcio
Propiedades
estado fresco Propiedades
estado endurecido
Vigas Especiacutemenes
ciliacutendricos Placas Asentamiento
Texturizados Resistencia a
la compresioacuten
Moacutedulo de
Rotura
Exposicioacuten
al exterior Sortividad
Anaacutelisis Conclusiones
Recomendaciones
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia)
73
Materiales 412
4121 Materiales
- Cemento El cemento utilizado para este disentildeo es Cemento Gris de Uso General
producido por Cementos Argos SA Cumplen con los valores de la norma colombiana
NTC 121 y 321(Argos 2013)
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013)
PARAacuteMETROS FIacuteSICOS Especificaciones
argos
NTC 321
Tipo I
ASTM
C-1157 TIPO GU
Fraguado inicial miacutenimo (minutos)
Fraguado final maacuteximo (minutos)
Expansioacuten autoclave maacuteximo ()
Expansioacuten en agua maacuteximo ()
Resistencia a 28 diacuteas miacutenimo (Mpa)
45
420
08
02
260
45
480
08
--
240
45
420
08
02
280
- Agua para el procedimiento se utilizoacute agua proveniente de la red de abastecimiento de
agua potable de la Empresa ACUEDUCTO AGUA Y ALCANTARILLADO DE BOGOTAacute
- Agregados los agregados fino y grueso son traiacutedos desde el municipio del Guamo
Tolima
- Fibra Vegetal (cascarilla de cafeacute) esta fibra proviene del grano de la planta cafeto
(Coffea) lo que se denomina como ldquocascarilla de cafeacuterdquo tambieacuten conocido como cisco
o residuo de la extraccioacuten del grano de cafeacute resultado de un proceso denominado trilla
Poblacioacuten y muestras 413
4131 Poblacioacuten placas
Placas cuadradas en concreto convencional y reforzados con Cascarilla de cafeacute en
porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento de
proteccioacuten
74
Muestra
Estuvo constituida por 20 placas de concreto placas cuadradas de aproximadamente 30x30cm
en concreto normal y reemplazo de agregado grueso por cascarilla de cafeacute En este caso se
adiciono pigmento de color amarillo
Se disentildearon 5 tipos de formaletas para aplicar diferentes texturas para prueba de adherencia
a los patrones de disentildeo arquitectoacutenico y exposicioacuten a los factores externos como lluvia sol
vegetacioacuten Las placas se repartieron de la siguiente manera
- 5 placas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
4132 Poblacioacuten especiacutemenes ciliacutendricos
Se realizaron especiacutemenes ciliacutendricos en concreto normal y reforzados con cascarilla de cafeacute
en porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento
de proteccioacuten
75
Para la prueba de compresioacuten y absorcioacuten se elaboraron un total de 58 especiacutemenes
ciliacutendricos con y sin fibra vegetal
Los cilindros se repartieron de la siguiente manera
- 4 probetas ciliacutendricas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 2 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 2 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
Para la definicioacuten de la cantidad de especiacutemenes para las muestras se tomoacute como referencia
lo estipulado en la norma ASTM C-192 ldquoPraacutectica Normalizada para preparacioacuten y curado de
especiacutemenes de concreto para ensayo en laboratoriordquo en la que se propone como cantidad de
moldeados tres o maacutes especiacutemenes para cada edad de ensayo
76
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos
En un metro cuacutebico de mezcla de concreto podemos tener un promedio de agregados fino y
grueso en un 70 Es importante la valoracioacuten de las propiedades de los agregados al
momento del disentildeo de la mezcla ya que pueden afectar las caracteriacutesticas del concreto final
para esto se tendraacute en cuenta
- Manejabilidad
- Durabilidad
- Factores econoacutemicos
Agregado grueso Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia)
AGREGADO GRUESO
Grava 38 oacute
filtro
A
B
C
Masa unitaria suelta
18565gr
19565gr
19565gr
MUS=19231gr
Masa unitaria compacta
(peso frac12 pie cubico) molde 11435gr
20565gr
20065gr
20565gr
MUC=2040gr
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia)
Peso SSS
Peso
sumergido Peso seco
Lavado tamiz
(horno05degx24h)
Humedad
natural
Peso inicial
Peso final
5000gr
4764gr
4764gr
2910gr
4764gr
4544gr
5000gr
4798gr
2000gr
1944gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7796grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8963grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 256grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 484 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 288 FORMA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Redondeada (grava de riacuteo)
77
Agregado fino Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)
AGREGADO FINO
A
B
C
Masa unitaria suelta
1580gr
1630gr
1612gr
MUS= 1610g
Masa unitaria apisonada
2024gr
2058gr
2041gr
MUA=2041gr
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia)
Peso seco Lavado tamiz
(horno105degx24h) Humedad natural
Peso inicial
Peso final
1350gr
1335gr
5000gr
4860gr
1500gr
1486gr
MASA UNITARIA SUELTAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1610grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2041grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 261grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 094
Anaacutelisis Granulomeacutetrico 421
En anaacutelisis granulomeacutetrico tanto del agregado fino como del agregado grueso se desarrolloacute en
base a la NTC 174 y se realizoacute al iniciar con cada una de las mezclas De acuerdo con la
literatura estudiada la cascarilla de cafeacute como agregado vegetal debe tener un previo
tratamiento para asiacute evitar que el medio alcalino al cual se expone en la mezcla no la deteriore
impidiendo asiacute su finalidad en el concreto para ello se emplean 3 diferentes tratamientos
aceite de linaza hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola para tratar estas fibras y asiacute aumentar su
durabilidad
78
4211 Agregado Fino
El agregado fino es arena de rio del departamento del Tolima traiacuteda por la empresa ldquoFerreteria
el Campiacutenrdquo de acuerdo al anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de finura de este agregado es de
31 y su ubica dentro y al liacutemite del rango permitido por la norma NTC 174 donde se aclara que
el modulo no puede ser mayor a 31
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia)
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 310
0
20
40
60
80
100
120
0101001000
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado fino
Lim Inferior
arena
LimSuperior
Agre
gado
fin
o
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
16
30
50
100
Fondo
Σ
0
354
408
952
1460
1215
375
966
48606
0
729
839
1959
3004
2500
771
198
10000
0
729
1568
3527
6531
9031
9802
10000
100
9271
8432
6473
3469
969
198
-
79
4212 Agregado Grueso
El agregado grueso estaacute compuesto por gravilla de riacuteo del departamento del Tolima
comercializada por la empresa ldquoFerreteriacutea el Campinrdquo
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia)
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 604
0
20
40
60
80
100
120
440
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado Grueso
Lim Inferior
gravilla
LimSuperior
Agre
ga
do
Gru
eso Tamiz
Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
1frac12rdquo
1rdquo TM
frac34rdquoTMN
frac12rdquo
38rdquo
4
Σ
-
-
56
1432
1988
1322
4798
0
000
117
2985
4123
2755
10000
0
000
117
3101
7224
9979
100
100
9883
6899
2776
021
80
4213 Fibra vegetal Cascarilla de cafeacute
La fibra vegetal producto de la industria cafetera es el agregado reciclado procedente de la
zona cafetera narintildeense del paiacutes De acuerdo con el anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de
finura es de 34 ubicaacutendose por encima del rango permitido por la norma NTC 174 que
determina como rango maacuteximo 31 para el agregado fino No obstante auacuten cuando el material
es calificado por la norma como un agregado de tamantildeo grueso esta fibra no es un agregado
convencional por lo que se toma uacutenicamente como referencia para compararlo con los demaacutes
agregados
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia)
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
-20
0
20
40
60
80
100
120
01110
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Cascarilla de Cafeacute
Cascarhellip
Casc
ari
lla d
e ca
feacute
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
10
16
20
100
Fondo
Σ
0
38
574
345
662
123
87
171
200
000
190
2870
1725
3310
615
435
855
100
000
190
3060
4785
8095
8710
9145
100
100
9810
6940
5215
1905
1290
855
000
Moacutedulo de finura 340
81
43 Disentildeo de mezcla
Para el disentildeo de mezcla se toma como referente el procedimiento planteado por Diego
Saacutenchez de Guzmaacuten en su libro ldquoTecnologiacutea del Concretordquo
Seleccioacuten del Asentamiento 431
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001)
CONSISTENCIA ASENTAMIENTO
EJEMPLO DE
TIPO DE
CONSTRUCCIOacuteN
SISTEMA DE
COLOCACIOacuteN
SISTEMA DE
COMPACTACIOacuteN
Semi-seca
Media
Huacutemeda
35-50
50-100
100-150
Pavimentos
fundaciones en
concreto simple
Pavimentos
compactados a
mano losas
muros vigas
Elementos
estructurales
esbeltos
Colocacioacuten con
maacutequinas
operadoras
manualmente
Colocacioacuten
manual
Bombeo
Secciones
simplemente
reforzadas con
vibracioacuten
Secciones
medianamente
reforzadas sin
vibracioacuten
Secciones bastante
reforzadas sin
vibracioacuten
Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 432
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeOS MAacuteXIMOS DE AGREGADOS SEGUacuteN EL TIPO DE CONSTRUCCIOacuteN
Dimensioacuten miacutenima
de la seccioacuten (cm) Tamantildeo maacuteximo en pulg (mm)
6 ndash 15
19 ndash 29
30 ndash 74
75 o maacutes
Muros reforzados y
vigas y columnas
frac12rdquo(12)- frac34rdquo19)
frac34rdquo(19)-1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Muros sin
refuerzo
frac34rdquo(19)
1frac12rdquo(38)
3rdquo(76)
6rdquo(152)
Lozas muy
reforzadas
frac34rdquo(19)-1rdquo(25)
1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Losas sin refuerzo
o poco reforzadas
frac34rdquo(19)-1frac34rdquo(25)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
3rdquo(76)
3rdquo(76)-6rdquo(152)
82
Estimacioacuten del contenido de aire 433
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeO MAacuteXIMO NOMINAL
DEL AGREGADO CONTENIDO DE AIRE EN PORCENTAJE (POR VOLUMEN)
mm Pulg Naturalmente
atrapado
Exposicioacuten
ligera
Exposicioacuten
moderada
Exposicioacuten
severa
127
190
254
381
frac12
frac34
1
1frac12
25
20
15
10
40
35
30
25
55
50
45
45
70
60
60
55
Requerimiento de agua de mezclado 434
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten 2001)
Asentamiento
Tamantildeo maacuteximo del agregado en mm (pulg)
951
frac34rdquo
127
frac12rdquo
190
frac34rdquo
254
1rdquo
381
1frac12rdquo
508
2rdquo
640
2frac12rdquo
761
3rdquo
mm pulg Agua de mezclado en kgm3 de concreto
25
50
75
100
125
150
1
2
3
4
5
6
193
197
200
203
205
208
167
172
176
179
183
188
157
163
167
169
172
176
141
147
152
155
158
162
135
140
145
148
151
155
127
131
135
137
140
144
124
128
132
134
137
141
117
122
125
128
130
134
Resistencia requerida de disentildeo 435
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la desviacioacuten estaacutendar
Resistencia especificada
fʹc (kgcm2)
Resistencia de disentildeo de la mezcla
fʹcr (kgcm2)
Menos de 210 kgcm2
De 210 kgcm2 a 350 kgcm2
Maacutes de 350 kgcm2
fʹc + 70kgcm2
fʹc + 85kgcm2
fʹc + 100kgcm2
fʹc = fʹc + 70kgcm2 fʹc = 210 + 70kgcm2 fʹc = 280kgcm2
83
Relacioacuten agua-cemento 436
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto (adaptada del ACI 2111 y
del ACI 2113)
RELACIOacuteN AC DE DISENtildeO EN PESO
Facutec (28 diacuteas) Concreto sin aire
incorporado
Concreto con aire
incorporado
150
200
250
300
350
400
450
08
07
062
055
048
043
038
071
061
053
046
04
---
---
En esta investigacioacuten la relacioacuten agua-cemento corresponde a 050 teniendo en cuenta que la
resistencia de disentildeo es de 280kgcm2
Caacutelculo del contenido de cemento
Una vez que el contenido de agua de mezclado y la relacioacuten agua-cemento han sido
determinados el contenido de cemento por metro cubico de concreto establecido al dividir el
contenido de agua de mezclado entre la relacioacuten agua-cemento
AC = Relacioacuten agua-cemento por peso C = 148kg3 = 368kgm3 050
Definicioacuten de datos 437
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia)
ENSAYO AGREGADO
GRUESO
AGREGADO
FINO
Masa unitaria compacta MUC (km3)Compact Unit massCMU
Masa unitaria suelta MUS (km3)looseUnite Mass (km3)
Densidad aparente seca
Absorcioacuten ()Absorption ()
Humedad NaturalNatural Moinsture
Moacutedulo de finuraFineness Modulus
FormaForm
6523
5194
256
284
288
redondeada
1926
1492
161
2987
094
311
84
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto (autoriacutea propia)
INGREDIENTE PESO SECO
KGM3
PESO ESPECIacuteFICO
KM3
VOLUMEN
ABSOLUTO LM3
Cemento
Agua
Contenido de aire
Agregado grueso
Agregado fino
368
184
885
861
3100
1000
2560
2610
0118
0184
002
034
033
Total 2298 0992
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia)
MATERIALES Cantidad UN
Cemento de uso general 368 Kgmsup3
Agregado fino 861 Kgmsup3
Agregado grueso 885 Kgmsup3
Agua 184 Kgmsup3
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla
De acuerdo al disentildeo de mezcla ya establecido se sustituye la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute)
por el agregado grueso en proporciones de 05 10 y 15 porcentajes que son sometidos a
un tratamiento previo (aceite de linaza hidroacutexido de calcio cal agriacutecola) Para cada tratamiento
se efectuaron los tres porcentajes de reemplazo con el fin de proteger la fibra del medio
alcalino
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia)
MEZCLA 1 (CFV-05) 995Agregado peacutetreo + 05
agregado vegetal
MEZCLA 2 (CFV-10) 99Agregado peacutetreo +
10 agregado vegetal
MEZCLA 3 (CFV-15) 985Agregado peacutetreo + 15
agregado vegetal
000173 1930 = 3339 000346 1930 = 6678 000518 1930 = 9997
(1930 Densidad cascarilla)
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten
De acuerdo a las variables determinadas con respecto a los pesos especiacuteficos de cada
agregado y al tratamiento que se hace a la cascarilla de cafeacute previo a la ejecucioacuten de la
mezcla se realizaron 9 variables
Se disentildearon y elaboraron 16 formaletas en madera contrachapada de 9mm (ficha teacutecnica
ANEXO 1) para la experimentacioacuten ante acabados y pigmentacioacuten de una de las variables de
mezcla Para conocer la adaptabilidad en el encofrado se determinoacute escoger la mezcla con
mayor porcentaje de reemplazo de cascarilla de cafeacute con el fin de analizar su comportamiento
ante los disentildeos propuestos de formaleta De igual manera para evaluar la asimilacioacuten del
pigmento y su reaccioacuten ante las 3 variables de mineralizacioacuten de la cascarilla de cafeacute (el
cemento seleccionado es blanco)
Dimensiones de las formaletas 027 027 0035 = 000315 110 (desperdicio) = 00035
Los acabados fueron los siguientes
- Acabado liso
- Esferas de poliestireno expandido +PVC
- Acabado con hojas naturales
- Estampado
86
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia)
MINERALIZACIOacuteN CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Aceite de linaza
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVL-15
Hidroacutexido de
Calcio
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVH-15
Cal
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVC-15
Mezcla patroacuten
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVP
Las proporciones para la mezcla se resumen en la tabla 40 con el fin de preparar las
cantidades necesarias para una formaleta de 027 027 0035 las cuales son utilizadas para
probar comportamiento reaccioacuten y posibles variables ante condiciones climaacuteticas externas
como luz directa del sol lluvia agentes contaminantes y vegetacioacuten
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
placas
Cemento 368 1288
Agua 184 0644
Grava 8725 3053
Arena 861 3013
Reemplazo fibra 9997 0035
Previamente a la ejecucioacuten de la mezcla se mineralizo la cascarilla de cafeacute se pesaron los
agregados y se marcaron las formaletas con su nomenclatura correspondiente para su
identificacioacuten Se verificoacute el debido cerramiento de las formaletas los elementos necesarios
para los acabados a realizar y se aplicoacute desmoldante (aceite vegetal)
87
Il 12a Mineralizacioacuten aceite de linaza Il 12b Secado 24h mineralizacioacuten linaza
5min 80degC ndash 5min 24deg (Proceso 3 veces)
Il 12c Mineralizacioacuten Hidroacutexido de calcio Il 12d Mineralizacioacuten Cal agriacutecola
sumergido 24h agitacioacuten constante 30min
Posterior a la elaboracioacuten de la mezcla se procedioacute al llenado de formaletas previamente
aceitadas y marcadas y se desencofraron a las 24 horas de mezclado
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia)
88
Siendo este un ensayo para establecer cuaacuteles seriacutean las reacciones fiacutesicas y no mecaacutenicas de
estas placas a traveacutes de caracteriacutesticas como pigmentacioacuten y acabados continuo al
desencofrado se ubicaron en una superficie plana en el patio del edifico SINDU rodeada de
hierba donde estuvieron expuestas a las diferentes condiciones ambientales durante un periodo
de 3 meses
Il 14 a Placas con luz directa diacutea ndash sol (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia)
89
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA PATROacuteN CP
Desmolde 24 horas
Acabado liso
Esferas de
poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
90
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA ACEITE DE LINAZA 15 CFL-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de las
formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire contenido
en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo por cada
formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
El patron de acabado con hojas naturales se considero desde un principio que quizas no se tendria
el mejor resultado pero se obtuvo una muy buena adaptabilidad y aspecto
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Esta mezcla permite que las particulas se resalten y puedan ser vistas con facilidad dandole un
aspecto particular Se puede considerar que el aceite repela los demas materiales dejandose esta a la
vista y le deun efecto especial visualmente
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteristica
91
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA HIDROacuteXIDO DE CALCIO 15 CFH-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
A diferencia de las placas con tratamiento a la fibra con aceite de linaza en este tratamiento con
hidroacutexido de calcio no se logra ver con facilidad las partiacuteculas estas quedan confundidas en la
mezcla
Con respecto al color puede considerarse que al hacer el uso de esta mineralizacion a la cascarilla
de cafeacute no sea homogeneo el color dejandose a la vista zonas con mayor concentracion y otras con
menor concentracioacuten
92
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA CAL 15 CFC-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde a excepcion del disentildeo con
tuvos de pvc por inadecuada manipulacioacuten al desmolde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Al igual que con el tratamiento de hidroacutexido de calcio este tratamiento con cal agriacutecola evita que
las partiacuteculas queden a la vista con facilidad y por el contrario sean recubiertas y mimetizadas en
la mezcla perdiendo el efecto visual interesante que si logra el tratamiento con aceite de linaza
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteriacutestica
93
52 Ensayo de Asentamiento
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco 521
Seguacuten la literatura la fibra vegetal es un material no convencional con algunos usos tanto
nacionales como internacionales A partir de estos antecedentes se inicia el proceso de
experimentacioacuten del disentildeo de mezcla con esta fibra que previamente fue mineralizada con
tres componentes diferentes (aceite de linaza cal agriacutecola hidroacutexido de calcio) a la cual se
tomoacute el asentamiento en sus tres diferentes tratamientos para asiacute identificar caracteriacutesticas
como trabajabilidad consistencia homogeneidad y segregacioacuten
La ejecucioacuten de la mezcla se realizoacute bajo los paraacutemetros de la norma NTC 5171 y expuesta a
cielo abierto en el patio del edificio SINDU de la Universidad Nacional
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
ENSAYO DE ASENTAMIENTO
Tratamiento fibra Muestra Reemplazo Asentamiento
obtenido
Aceite de Linaza
CFL-15 15 47mm
CFL-10 10 42mm
CFL-05 05 45mm
Hidroacutexido de
Calcio
CFH-15 15 40mm
CFH-10 10 78mm
CFH-05 05 56mm
Cal Agriacutecola
CFC-15 15 53mm
CFC-10 10 51mm
CFC-05 05 47mm
Mezcla Patroacuten
(Testigo) CP -- 53mm
94
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
5211 Trabajabilidad
Durante la ejecucioacuten de las mezclas se aprecioacute una muy leve dificultad para la manipulacioacuten de
estas considerando que se llevariacutea con mayor rigurosidad los pasos de la norma para poder
hacer la medicioacuten de la prueba de Abrams y continua fundicioacuten de probetas Con respecto a los
tratamientos previos efectuados en la cascarilla de cafeacute no incidieron notablemente en la
manipulacioacuten de la mezcla ni en el porcentaje de reemplazo por agregado grueso
5212 Consistencia
Se hace uso del cono de Abrams o ensayo de ldquoslumprdquo para determinar el comportamiento del
concreto fresco y asiacute determinar trabajabilidad y consistencia de acuerdo a la NTC 396
Il 3a Divisioacuten dela mezcla en Il 3b Llenado del cono Il 3c Medicioacuten del
3 partes asentamiento
0
20
40
60
80
150 100 050 Pmd CP
Ase
nta
mie
nto
(m
m)
Reemplazo
Asentamiento
aceite de linaza
hidroxido de calcio
cal agricola
Testigo
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia)
95
Se determina que la consistencia de mezcla es media (plaacutestica) lo que se habiacutea determinado
para el disentildeo a excepcioacuten de la mezcla que lleva la fibra con tratamiento aceite de linaza el
asentamiento se presenta de manera levemente menor Puede considerarse una mezcla
ldquonormalrdquo el concreto no sufre grandes deformaciones ni hay separacioacuten de elementos
5213 Homogeneidad
Se procedioacute inicialmente a la incorporacioacuten de los materiales fino grueso y cemento despueacutes
de integrar los materiales entre siacute el siguiente paso fue el vaciado de agua por partes para ir
teniendo una mezcla homogeacutenea Terminado la unificacioacuten de todos los materiales se adiciono
la fibra previamente tratada las partiacuteculas de la cascarilla de cafeacute se incorporaron sin ninguna
muestra aparente de dificultad por lo tanto no hubo segregacioacuten de los componentes de la
mezcla
Il 16a Incorporacioacuten de la fibra a la mezcla Il 16b Homogeneidad de la mezcla
53 Ensayo de compresioacuten
Para la comprobacioacuten de resistencia a compresioacuten las pruebas se llevaron a cabo en
especiacutemenes ciliacutendricos de 10cm de diaacutemetro x 30cm de longitud Todos los especiacutemenes se
desencofraron a las 24 horas de mezclado se marcaron y fueron curados por un periodo de 28
diacuteas por el meacutetodo de inmersioacuten en agua potable con el fin de no perder contenido de agua
cuando inicien sus reacciones quiacutemicas endurecimiento y resistencia
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia)
96
Para cada disentildeo de mezcla de acuerdo al tratamiento previo de la fibra y sus respectivos
porcentajes de reemplazo de cascarilla de cafeacute se realizaron 3 especiacutemenes para efectos de la
prueba Para el ensayo de compresioacuten se realizaron en total 29 especiacutemenes con los testigos
CP)
Il 17a Cilindros en formaleta (24h) Il 17b Curado Cilindros en piscina (28diacuteas)
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8725 1535
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 9997 001759
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8769 1543
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 6678 001175
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia)
97
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 88133 1551
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 3339 000596
Se determinoacute un registro de apariencia de los especiacutemenes ciliacutendricos y se observoacute que en la
construccioacuten de cada uno teniendo auacuten asiacute la misma composicioacuten y el mismo procedimiento
existiacutean variaciones en la apariencia con presencia de hormigueo y medianos poros sobre todo
se tuvo presente que esto sucediacutea en los cilindros que se fundiacutean de uacuteltimo pudiendo asiacute
concluir que se presentaba una ligera peacuterdida de agua en el proceso de fundir del primero al
uacuteltimo
Resultados 531
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
Para este ensayo resistencia a la compresioacuten de cilindros de 10x15cm el promedio de la
resistencia Real Mpa es de 2254 resultado que seraacute comparativo con los disentildeos de mezcla
dados a partir de las variables de tratamiento a la cascarilla y porcentaje de reemplazo por fibra
vegetal
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Peso(gr) Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
Testigo CP (A) 3746 17690 2252
2254 CP (B) 3548 17720 2256
98
5311 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFL-15(A) 1536 0018 3413 9150 1165
1094 CFL-15(B) 1536 0018 3478 8320 1059
CFL-15(C) 1536 0018 3465 8250 1050
10
CFL-10(A) 1543 0012 3634 10680 1360
1386 CFL-10(B) 1543 0012 3627 11220 1429
CFL-10(C) 1543 0012 3654 10760 1370
05
CFL-05(A) 1551 0006 3480 10760 1370
1295 CFL-05(B) 1551 0006 3522 9610 1224
CFL-05(C) 1551 0006 3478 10140 1291
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Para el disentildeo de mezcla con tratamiento previo a la cascarilla con aceite de linaza se infiere
que los resultados se reducen en comparacioacuten a los valores de resistencia para los testigos
mezcla patroacuten
Entre las tres variables de porcentajes utilizados para este disentildeo de mezcla se tiene que la
mayor resistencia se presenta en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra
vegetal es del 10 concluyendo que para este disentildeo superar este porcentaje reduciraacute
notablemente la resistencia a la compresioacuten
1094
1386 1295
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Resistencia
R
eal
MP
a
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Aceite de Linaza
Aceite de Linaza
Testigo
99
5312 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFH-15(A) 1536 0018 3516 10840 1380
1376 CFH-15(B) 1536 0018 3504 10650 1356
CFH-15(C) 1536 0018 3508 10950 1394
10
CFH-10(A) 1543 0012 3708 9000 1146
115 CFH-10(B) 1543 0012 3519 9210 1173
CFH-10(C) 1543 0012 3521 8880 1131
05
CFH-05(A) 1551 0006 3642 13390 1705
1654 CFH-05(B) 1551 0006 3614 11650 1483
CFH-05(C) 1551 0006 3671 13940 1775
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Este tratamiento arroja resultados de forma inferior a los establecidos por las probetas testigos
mezcla patroacuten sin ninguacuten tipo de adicioacuten ni reemplazo Para este caso en el que se obtuvo una
mejor resistencia es en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra vegetal es del
05 el menor valor de reemplazo seguido de este el reemplazo 15 tuvo una mayor
resistencia en comparacioacuten del 10
1376
115
1654
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra Hidroacutexido de Calcio
Resistencia
Testigo
100
5313 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con cal agriacutecola
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFC-15(A) 1536 0018 3439 8120 1034
1176 CFC-15(B) 1536 0018 3568 9460 1204
CFC-15(C) 1536 0018 3475 10150 1292
10
CFC-10(A) 1543 0012 3575 11880 1513
1575 CFC-10(B) 1543 0012 3559 12350 1572
CFC-10(C) 1543 0012 3562 12880 1640
05
CFC-05(A) 1551 0006 3494 12240 1558
1449 CFC-05(B) 1551 0006 3515 10770 1371
CFC-05(C) 1551 0006 3493 11140 1418
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Simultaacuteneamente al tratamiento con aceite de linaza e hidroacutexido de calcio la proteccioacuten a la
fibra con cal agriacutecola mantiene sus valores debajo de los comparados con la mezcla patroacuten
Con este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla se obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso determinando que el aumento de
porcentaje por el reemplazo de la cascarilla reduciraacute notablemente la resistencia
1176
1575 1449
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Cal Agricola
Testigo
101
5314 Promedio resistencias de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia)
Realizando una comparacioacuten de los resultados obtenidos a partir de los promedios en los
disentildeos de mezcla planteados es claro que los porcentajes arrojan resultados con peacuterdida de
resistencia en comparacioacuten con los valores dados por los cilindros testigos (CP) en los que la
mezcla no posee ninguacuten tipo de agregado ni reemplazo
Para cada uno de los porcentajes cada tratamiento sobresale uno maacutes que el otro Se puede
apreciar que el mejor resultado lo arroja el tratamiento con hidroacutexido de calcio con un
porcentaje del 05 y el tratamiento con cal agriacutecola al 10 asiacute como el hidroacutexido de calcio al
15
El uso de aceite de linaza como tratamiento genera una mayor resistencia en la sustitucioacuten de
fibra vegetal en el 10 estando por encima del tratamiento de hidroacutexido de calcio pero es el
menor de las otras dos variables en los otros porcentajes de reemplazo
0
5
10
15
20
25
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de Reemplazo
Promedio Resistencias Real MPa
Aceite de Linaza
Hidroxido de calcio
Cal
Testigo
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
102
54 Ensayo de Sortividad
Se desarrolla este ensayo tomando como referente la norma ASTM C1585 ndash 04 que determina
poner en contacto con el agua una de las superficies del espeacutecimen (en este caso fue la cara
expuesta durante la fundida) y de esta manera lograr determinar la capacidad de absorcioacuten del
agua a diferentes intervalos de tiempo Para la ejecucioacuten se utilizaron especiacutemenes ciliacutendricos
de 10cm de diaacutemetro x 20cm de altura previamente al desarrollo de la prueba se colocaron los
especiacutemenes a secar al horno a una temperatura de 80degC con el fin de garantizar que el mismo
grado de saturacioacuten para todas las muestras
La norma bajo la cual se desarrolla esta prueba establece que los especiacutemenes sean sellados
por su periacutemetro con un material impermeable y con dimensiones especiacuteficas de 5cm de altura
y 10cm de diaacutemetro sin embargo dado que se trata de un ejercicio donde se busca comprobar
las 3 variables de mezclas seguacuten el curado y sus respectivos porcentajes de reemplazo de
agregado grueso por fibra vegetal se optoacute por hacer uso de los cilindros completos sin hacer
uso de alguacuten impermeabilizante perimetral garantizando la laacutemina de agua de 2plusmn1mm
establecida por la norma
Il 18a Secado de cilindros a 80degC (24h) Il 18b Ensayo de sortividad intervalos de tiempo
El ensayo se desarrolloacute en las instalaciones del laboratorio de tecnologiacutea del concreto del
edificio IEI el procedimiento se efectuoacute siguiendo lo dictado por la norma
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia)
103
Se Se tomaron pesos a los especiacutemenes en diferentes intervalos de tiempo con el fin de tomar
la sortividad inicial se parte por tomar el peso de los cilindros en estado seco tomado como
tiempo cero a partir del cual se podraacute medir el cambio en el peso de los especiacutemenes de
acuerdo a los tiempos establecidos Tambieacuten se toman cuatro (4) medidas a los diaacutemetros de
los cilindros de las caras que estaraacuten en contacto con el agua para que realizado el caacutelculo de
diferencia de peso de cada intervalo de tiempo este sea dividido entre el aacuterea obtenida con el
promedio de los diaacutemetros y se define la absorcioacuten en mm3mm2 para graficar la relacioacuten entre
la raiacutez cuadrada del tiempo en segundos y la absorcioacuten obtenida
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) MUESTRA 1 Reemplazo 05 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 1037 Aacuterea expuesta 8446m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3289 00000 00000
60 8 32915 00010 00010
300 17 3293 00006 00017
600 24 3294 00004 00021
1200 35 329525 00004 00025
1800 42 32958 00003 00028
3600 60 329715 00005 00033
7200 85 329965 00010 00044
10800 104 33014 00007 00051
14400 120 330195 00003 00054
18000 134 330285 00004 00057
21600 147 330405 00005 00062
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00 500 1000 1500 2000
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-05
Sortividad
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia)
104
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 2 Reemplazo 10 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10036 Aacuterea expuesta 7910m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3402333 00000 00000
60 8 34046 00014 00014
300 17 34051 00002 00016
600 24 3405533 00004 00020
1200 35 34065 00005 00025
1800 42 3406667 00001 00026
3600 60 3407033 00003 00029
7200 85 3408333 00008 00037
10800 104 34091 00006 00043
14400 120 3409167 00001 00044
18000 134 3410 00004 00048
21600 147 3410067 00005 00053
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 3 Reemplazo 15 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10106 Aacuterea expuesta 8021m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3300 00000 00000
60 8 3302 00012 00012
300 17 33025 00003 00016
600 24 33036 00007 00022
1200 35 330435 00005 00027
1800 42 330485 00003 00030
3600 60 330585 00006 00036
7200 85 330755 00011 00047
10800 104 330905 00009 00056
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-10
Sortividad I
105
14400 120 33097 00004 00060
18000 134 330985 00002 00062
21600 147 331095 00006 00068
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 4 Reemplazo 05 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10213 Aacuterea expuesta 8190m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33965 00000 00000
60 8 3400 00022 00022
300 17 3402 00012 00034
600 24 340345 00009 00043
1200 35 340605 00016 00059
1800 42 340675 00004 00064
3600 60 341035 00022 00086
7200 85 341335 00019 00105
10800 104 341595 00016 00121
14400 120 341675 00005 00126
18000 134 34178 00007 00133
21600 147 34193 00009 00142
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00080
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-15
Sortividad I
106
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 10 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00026 00026
300 17 3512 00009 00034
600 24 35145 00016 00050
1200 35 35163 00011 00061
1800 42 351745 00007 00068
3600 60 35203 00018 00086
7200 85 3523 00017 00103
10800 104 35251 00013 00116
14400 120 35263 00007 00123
18000 134 35278 00009 00133
21600 147 352865 00005 00138
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-05
Sortividad I
107
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 15 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00021 00021
300 17 3512 00016 00036
600 24 35145 00025 00061
1200 35 35163 00014 00075
1800 42 351745 00012 00087
3600 60 35203 00025 00112
7200 85 3523 00023 00134
10800 104 35251 00016 00150
14400 120 35263 00011 00161
18000 134 35278 00011 00172
21600 147 352865 00005 00176
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-10
Sortividad I
108
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 7 Reemplazo 05 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10129 Aacuterea expuesta 8056m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33505 00000 00000
60 8 3354 00022 00022
300 17 335665 00016 00038
600 24 33598 00020 00058
1200 35 33641 00027 00085
1800 42 336475 00004 00089
3600 60 336565 00006 00094
7200 85 336985 00026 00120
10800 104 3372 00013 00134
14400 120 337325 00008 00142
18000 134 33751 00012 00153
21600 147 33756 00003 00156
00000
00050
00100
00150
00200
00 200 400 600 8001000120014001600
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-15
Sortividad I
109
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 8 Reemplazo 10 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10146 Aacuterea expuesta 8085m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3346 00000 00000
60 8 335115 00032 00032
300 17 335395 00017 00049
600 24 335725 00021 00070
1200 35 336175 00028 00098
1800 42 33623 00003 00101
3600 60 336315 00005 00107
7200 85 3367 00024 00131
10800 104 33689 00012 00142
14400 120 337005 00007 00150
18000 134 33718 00011 00161
21600 147 33725 00004 00165
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-05
Sortividad I
110
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 9 Reemplazo 15 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9991 Aacuterea expuesta 7838m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3376 00000 00000
60 8 337965 00023 00023
300 17 33812 00010 00032
600 24 338365 00015 00048
1200 35 338735 00023 00071
1800 42 338785 00003 00074
3600 60 338865 00005 00079
7200 85 33927 00025 00104
10800 104 33946 00012 00116
14400 120 339565 00007 00122
18000 134 33974 00011 00133
21600 147 33979 00003 00136
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-10
Sortividad I
111
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
MUESTRA 10 Testigos Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9945 Aacuterea expuesta 7766m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 36705 00000 00000
60 8 36751 00029 00029
300 17 36764 00008 00037
600 24 36783 00012 00049
1200 35 368045 00013 00062
1800 42 36807 00002 00063
3600 60 36811 00002 00066
7200 85 368315 00013 00079
10800 104 36838 -00307 -00228
14400 120 36842 00314 00085
18000 134 368545 00008 00093
21600 147 368565 00001 00094
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-15
Sortividad I
112
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
Se calculan todos los valores dados por cada una de las variables tanto tratamiento como
porcentaje de reemplazo en los intervalos de tiempo establecidos para medir la capacidad de
absorcioacuten por capilaridad Estos resultados fueron obtenidos de especiacutemenes curados durante
28 diacuteas
-00250
-00200
-00150
-00100
-00050
00000
00050
00100
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CP
Sortividad I
113
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia)
Se presentan notables variaciones con respecto a los porcentajes de reemplazo y los
tratamientos Para el tratamiento con aceite de linaza el grado de absorcioacuten es el menor en
relacioacuten a los otros tratamientos siendo el porcentaje 10 el mejor resultado para esta
variable Los tratamientos hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola determinan en relacioacuten a la mezcla
patroacuten y aceite de linaza una alta capacidad de absorcioacuten
0
0002
0004
0006
0008
001
050 1 150
Pro
me
dio
so
rtiv
idad
Porcentaje de reemplazo
Sortividad Inicial
Aceite de linaza
Cal agriacutecola
Hidroacutexido de C
Aceite Linaza Cal Agriacutecola H de Calcio Testigo
Sortividad I Pmd 00038 0009 00085 00036
0
0001
0002
0003
0004
0005
0006
0007
0008
0009
001
SOR
TIV
IDA
D
Sortividad I Pmd
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia)
114
55 Ensayo moacutedulo de rotura
Este ensayo suministra el valor de la resistencia a la traccioacuten del concreto en forma indirecta
Medida que se toma a una viga de concreto no reforzado Para ello se mide mediante la
aplicacioacuten de cargas a vigas de concreto de 6rdquo 6rdquo (150150mm) de seccioacuten transversal y con
luz de tres veces el espesor o sea 18rdquo (450mm) La resistencia a la traccioacuten se expresa como
el moacutedulo de rotura (MR) y se determina mediante el meacutetodo de ensayo en este caso ASTM
C78 la carga se aplica en los tercios de la luz libre
Il 19a Momento de aplicacioacuten Il 19b Viga fallada Il 19c Cara de la fractura
de fuerza a la viga
Para este ensayo se fundieron vigas de 50cm de longitud con seccioacuten prismaacutetica cuadrada de
15cm x 15cm pasados 28 diacuteas de su elaboracioacuten Se realizaron 20 vigas correspondiendo a
las 3 variables de tratamiento previo a la fibra vegetal a los porcentajes de reemplazo (05 -
10 - 15) y las vigas testigo sin ninguacuten tipo de reemplazo ni adicioacuten
Los pesos de los materiales fueron multiplicados por 00123 (00112 volumen de la formaleta
de la viga x 110 desperdicio)
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia)
115
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
vigas
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8725 10609
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 9997 0123
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8769 10650
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 6678 0082
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 88133 10691
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 3339 0041
116
Resultados 551
A continuacioacuten se presentan los resultados obtenidos a partir del desarrollo de la prueba
aplicada a las vigas de concreto falladas a flexioacuten
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia)
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada(
N)
Moacutedulo de
Rotura
(MPa)
Testigos CP(A)
450 150 150 178633
176754 68 CP(B) 174875
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo)
La carga maacutexima alcanzada por el concreto con disentildeo de mezcla sin adiciones ni reemplazos
(CP) es en promedio de 1767 54 (2356 MPa) resultado que seraacute utilizado como referente
para los datos arrojados por disentildeos de mezclas con reemplazo de fibra vegetal ya planteados
117
5511 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFL-15(A)
450 150 150 157067
150205 58 CFL-15(B) 143343
10 CFL-10(A)
450 150 150 152581
1494 57 CFL-10(B) 14622
05 CFL-05(A)
450 150 150 166496
168301 65 CFL-05(B) 170107
Promedio 6
En la variable tratamiento a la fibra con aceite de linaza se obtiene como resultado cifras
inferiores a las dadas por la mezcla patroacuten perdiendo resistencia todos los porcentajes ante el
ensayo de flexioacuten de vigas De acuerdo a los datos generados se puede establecer que el
porcentaje de sustitucioacuten para este disentildeo de mezcla con mayor resistencia a la flexioacuten es del
05
1400
1500
1600
1700
1800
1900
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento aceite de linaza
Resistencia ala flexioacuten
Testigos
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo) Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo)
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
118
5512 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre
apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFH-15(A)
450 150 150 185633
177788 68 CFH-15(B) 169943
10 CFH-10(A)
450 150 150 216523
20103 78 CFH-10(B) 185536
05 CFH-05(A)
450 150 150 189638
188012 72 CFH-05(B) 186387
Promedio 72
Este disentildeo de mezcla con el previo tratamiento a la cascarilla de cafeacute con Hidroacutexido de calcio
supero en los tres porcentajes de sustitucioacuten de agregado grueso la resistencia a la flexioacuten de
las probetas testigo El mejor resultado para este disentildeo de mezcla lo obtuvo el 10 de
sustitucioacuten seguido por el 05 y la menor resistencia la obtuvo la mezcla con el 15 de
reemplazo
1700
1800
1900
2000
2100
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento hidroacutexido de calcio
Resistencia a laflexioacuten
Testigos
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica24 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
119
5513 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFC-15(A)
450 150 150 178901
180590 69 CFC-15(B) 182278
10 CFC-10(A)
450 150 150 205321
213658 81 CFC-10(B) 221996
05 CFC-05(A)
450 150 150 178884
176244 67 CFC-05(B) 173604
Promedio 72
Esta variable tratamiento a la cascarilla con cal agriacutecola obtuvo igualmente que el hidroacutexido de
calcio resultados superiores que la mezcla patroacuten
Este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso paralelamente los porcentajes 05
y 15 son notablemente inferiores
1700
1800
1900
2000
2100
2200
000 050 100 150 200
Maacute
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento cal agriacutecola
Resistenciaa la flexioacutenTestigos
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
120
5514 Promedio resistencia a la flexioacuten de vigas de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea propia)
De acuerdo a los resultados obtenidos en el ensayo de flexioacuten de vigas se determinan los
resultados promedio de los disentildeos de mezcla establecidos teniendo asiacute dos variables que
superan los resultados de las vigas testigo el tratamiento hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola
aunque en el reemplazo del 05 la mezcla patroacuten supera por unas miacutenimas unidades al
tratamiento con cal agriacutecola
El tratamiento con aceite de linaza no supera la variable mezcla patroacuten esta queda por debajo
de los resultados en todos los porcentajes de sustitucioacuten En cuanto al porcentaje de reemplazo
que arrojo mejores resultados para el ensayo de flexioacuten de vigas es 10 esto para las
variables hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola el tratamiento con aceite de linaza se ubica por
debajo de la mezcla patroacuten
58
57
65
68
78
72
69
81
67
68
68
68
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
150 100 050
MaacuteX
Fu
erza
kgf
Porcentaje de reemplazo
Promedio resistencia a la flexioacuten de la viga
Aceite de linaza
Hidroxido decalcio
Cal agricola
Testigos
121
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta
A partir de los resultados obtenidos en los ensayos realizados a los disentildeos de mezclas
planteados se establece en conjunto una relacioacuten comparativa que permite simplificar y tomar
el mejor resultado con las mejores caracteriacutesticas fiacutesicas y mecaacutenicas para lograr realizar dos
prototipos de placas y de disentildeo respectivamente uno con una mezcla resultado de las
mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas y otro con las mejores cualidades fiacutesicas a la vista
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 571
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA 15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilidad
Resistencia
M Rotura
La mezcla con mejores caracteriacutesticas en su comportamiento mecaacutenico para el desarrollo del
prototipo de formaleta es la del tratamiento con hidroacutexido de calcio a pesar de tener resultados
similares con el tratamiento de cal agriacutecola los resultados en especiacutefico son superiores por el
tratamiento con hidroacutexido y el porcentaje con las cifras en promedio maacutes altas es del 10
A partir de estos resultados se utiliza la mezcla con reemplazo al 10 y tratamiento previo a
la cascarilla con hidroacutexido de calcio
Cumple
No cumple
122
Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 572
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA
15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilid
ad
Apariencia
Pigmentacioacute
n
Formaleta
Sortividad
El tratamiento aceite de linaza es utilizado para el prototipo de formaleta porque sus
caracteriacutesticas son superiores en comparacioacuten con las otras dos variables de tratamiento El
tratamiento con cal agriacutecola cumple de forma similar con las caracteriacutesticas fiacutesicas para este
prototipo pero teniendo en cuenta factores como la apariencia particular que dejaron los
resultados de exposicioacuten a la intemperie y ensayo de sortividad el uso de aceite de linaza para
la proteccioacuten de cascarilla es superior a los demaacutes
El tratamiento con aceite de linaza y sustitucioacuten de agregado grueso por fibra vegetal al 10
es utilizado para el desarrollo de prototipo de formaleta
Cumple
No cumple
123
58 Desarrollo de prototipos
Se fabricaron dos prototipos de formaleta uno para el disentildeo de mezcla que cumple con las
caracteriacutesticas fiacutesicas y otro para el disentildeo de mezcla con las caracteriacutesticas mecaacutenicas
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia)
MEZCLAS DE CONCRETO SUSTITUCIOacuteN 10
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
FIacuteSICAS
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
MECAacuteNICAS
Formaleta con poliestireno expandido Formaleta con elementos en balso
Desmolde Desmolde
124
59 Resultados
Prototipo para propiedades fiacutesicas 591
El prototipo de formaleta para explorar las propiedades fiacutesicas se ajustoacute a los requerimientos
del disentildeo de formaleta la copia de textura modelo y pigmentacioacuten se pueden visualizar en el
concreto final haciendo uso de cemento blanco y pigmento color amarillo En este disentildeo no es
observable a simple vista como en el ejercicio experimental las partiacuteculas de cascarilla quizaacutes
esto dependa de la cantidad de cascarilla ya que en este ejercicio se utilizoacute uacutenicamente el 1
de reemplazo
Con menor cantidad de poros los existentes dados en su mayoriacutea a la porosidad de la
formaleta esta mezcla se adaptoacute a los objetivos de esta investigacioacuten el lograr homogeneidad
en la pigmentacioacuten y adherencia a los diferentes prototipos de disentildeo de formaleta
Prototipo para propiedades mecaacutenicas 592
Para este prototipo se hizo uso de cemento gris sin ninguacuten tipo de aditivo colorante De igual
manera que al anterior prototipo este se ajustoacute a los paraacutemetros exigidos al disentildeo de
formaleta con facilidad se pudo retirar del molde se le pudieron retirar los elementos en balso
y en este proceso no hubo dantildeos de filos al contrario copia con exactitud el disentildeo de la
formaleta
125
A pesar de hacer una estricta ejecucioacuten de vibrado para este prototipo teniendo presente lo
sucedido en el ejercicio experimental se obtuvo nuevamente porosidad en esta cara de la
placa en menor cantidad pero siguen presente las burbujas que dificultan en alguna medida a
obtener una superficie maacutes homogeacutenea con menor porosidad
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones
61 Conclusiones
La fibra vegetal cascarilla de cafeacute proveniente de la trilla del grano de cafeacute como reemplazo
del agregado grueso cumple con los paraacutemetros de resistencia para elementos no estructurales
como se planteoacute al inicio de investigacioacuten cumple con las condiciones de trabajabilidad de la
mezcla y acabado oacuteptimo y particular para el desarrollo como concreto arquitectoacutenico
Se tuvo en cuenta la literatura investigaciones anteriores donde las recomendaciones se
basaban en no tener altos porcentajes de sustitucioacuten dado que la resistencia tiende abajar
significativamente y de tal manera conservar la manejabilidad y propiedades mecaacutenicas de la
mezcla
A partir de los anaacutelisis realizados a las placas para evaluar la adherencia al color al estampado
y a la textura se puede concluir que por apariencia aplicar el tratamiento de aceite de linaza a
la cascarilla permite que estas partiacuteculas queden a la vista generando una caracteriacutestica
particular a la visual del concreto para las diferentes aplicaciones arquitectoacutenicas El
tratamiento con cal agriacutecola no genera el mismo efecto en las partiacuteculas de la cascarilla como
lo genera el aceite de linaza sin embargo tuvo una oacuteptima adherencia al color y a los patrones
de disentildeo de formaletas que se establecieron A diferencia del tratamiento con hidroacutexido de
calcio no hubo una homogeneidad en la pigmentacioacuten y al igual que con la cal agriacutecola las
partiacuteculas no son visibles a la cara del concreto como si lo logra el tratamiento con aceite de
linaza sin embargo se adaptoacute de forma oacuteptima a los patrones de formaleta establecidos
126
Se recomienda un buen procedimiento y ejecucioacuten para el vibrado para lograr retirar la mayor
parte de aire contenido en la mezcla y evitar porosidad en la cara principal del concreto como
acabado arquitectoacutenico
El reemplazo que sustituye al agregado grueso por agregado vegetal refleja una disminucioacuten
del peso debido a las caracteriacutesticas propias de la fibra vegetal la reduccioacuten del peso variacutea
entre el 013 y 534 en comparacioacuten con la mezcla patroacuten No hay una variacioacuten notable en
la consistencia de la mezcla por parte de la fibra vegetal y entre la mezcla patroacuten lo que
permite una mezcla manejable sin dificultad conservando los valores de asentamiento
establecidos para el disentildeo de mezcla
Los resultados obtenidos para el ensayo de resistencia a compresioacuten fueron menores con
respecto a la mezcla patroacuten entre el 4853 y 7360 obteniendo un menor desempentildeo para la
sustitucioacuten del 15 y el mejor resultado de resistencia fue el reemplazo del 05 con la
variable tratamiento hidroacutexido de calcio considerando que esta variable fue la que tuvo mejores
resultados con respecto al aceite de linaza y a la cal agriacutecola sin embargo en el porcentaje de
sustitucioacuten 1 la cal agriacutecola supero en resistencia a la compresioacuten al ensayo con hidroacutexido de
calcio del mismo porcentaje
Se puede concluir que los mejores resultados a la resistencia se encuentran entre los
porcentajes 05 y 10
Para el ensayo de sortividad inicial el porcentaje con mayor absorcioacuten con respecto a la
mezcla patroacuten incluso superando a esta es la sustitucioacuten de 05 y el porcentaje con menor
absorcioacuten de agua es la del 10 teniendo en cuenta el tipo de tratamiento que se le dio a la
cascarilla El aceite de linaza fue de entre las tres variables de tratamiento a la cascarilla la que
menos tuvo absorcioacuten de agua se podriacutea decir que debido a sus propiedades repelentes contra
el agua no se facilitoacute la succioacuten por capilaridad del agua en este ensayo El porcentaje y
tratamiento con mayor absorcioacuten de agua fue el 15 con hidroacutexido de calcio superando a
todas las demaacutes variables
Los resultados obtenidos para el ensayo de flexioacuten de vigas son muy oacuteptimos la adicioacuten de
fibra vegetal genera posesividad entre las partiacuteculas la sustitucioacuten del agregado grueso por la
fibra vegetal estaacute por encima delos valores dados por la mezcla patroacuten entre 056 y 1727
127
a excepcioacuten de la mezcla con tratamiento a la fibra con aceite de linaza esta mostroacute resultados
inferiores entre el 47 y 15 Claramente el tratamiento aplicado a la fibra vegetal influye
notoriamente en estos resultados siendo la cal agriacutecola al 10 la que tiene mayor resistencia
a la flexioacuten de vigas
En general se puede decir que realizar mezclas con adicioacuten de la fibra vegetal cascarilla de
cafeacute para el uso y aplicaciones como concreto arquitectoacutenico es posible obteniendo
paraacutemetros de resistencia durabilidad cohesioacuten entre los materiales homogeneidad entre la
pigmentacioacuten los tratamientos efectuados a la cascarilla en relacioacuten a los demaacutes materiales de
la mezcla lo cual se obtiene al igual que con el concreto de agregado convencional siempre
que se lleven a cabo los procedimientos correctamente y un exhaustivo curado
62 Recomendaciones
Se recomienda estudiar el efecto de las variables de tratamiento a la cascarilla de cafeacute a
edades de 7 14 y 56 diacuteas para observar si existe una relacioacuten entre el tiempo de curado y el
proceso de mineralizacioacuten de la fibra asiacute como estudiar el curado con bosa plaacutestica
Teniendo presente los resultados obtenidos y despueacutes de comprobar que el uso del tratamiento
con hidroacutexido de calcio tiene mejores cualidades mecaacutenicas que las otras mezclas y el
tratamiento con aceite de linaza mejores cualidades fiacutesicas se podriacutean realizar un estudio con
las dos variables en una misma mezcla cada una al 05y analizar su comportamiento
Considerando que los resultados para la prueba de sortividad inicial fue optimo uacutenicamente en
la variable de aceite de linaza se recomienda realizar maacutes pruebas de durabilidad y obtener la
sortividad secundaria para determinar si las variables de proteccioacuten a la fibra mejoran la
resistencia frente a todo tipo de agentes externos que afecten la vida de servicio como el
desgaste contaminacioacuten agua luz solar los sulfatos y los aacutecidos
Es importante estudiar el moacutedulo de elasticidad estaacutetico y dinaacutemico del material con el fin de
observar si la adicioacuten en estudio causa una variacioacuten en la influencia y la elasticidad del
concreto con el fin de ampliar las aplicaciones a esta tecnologiacutea
128
Para obtener una menor cantidad de porosidad se recomienda agregar a la mezcla un 5 maacutes
de agua o poner a prueba algunos aditivos que favorezcan su reduccioacuten
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134
8 Anexos
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO
135
82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA
httpswwwcalcocomcowp-contentuploads201809ficha-tecnica-cal-agricola-cales-oct-222pdf
136
83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO
httpwwwcaldelvallecompdfConstruccionFRpdf
137
84 Entrevista
1 DE QUE POBLACIOacuteN ES PROVENIENTE EL CAFEacute Y SU ALTITUD
Para el caso del cafeacute que ingresa a Almacafeacute Sucursal Pasto el 100 del cafeacute corresponde al departamento de Narintildeo generalmente no se separa por municipio o regioacuten sin embargo se hace separacioacuten seguacuten el tipo de cafeacute si es certificado (Rainforest 4C Regional Nespresso AAA) solo en algunos negocios puntuales se puede separar por origen especifico La mayoriacutea de cafeacute de Narintildeo se produce entre los 1600 y 1900 msnm aunque se puede encontrar cafeacute desde los 1100 metros hasta los 2300 metros El promedio de altura es de 1765 msnm En Narintildeo 41 municipios producen cafeacute
2 QUEacute TIPO DE CAFEacute ES
El cisco proviene de trilla de diferentes tipos de cafeacute principalmente cafeacute Regional 4C y Nespresso Pero no se hace separacioacuten del cisco por tipo de cafeacute
3 EN QUE MES SE HACE LA SIEMBRA Y EN QUE MES SE HACE LA COSECHA
Las etapas de cafeacute son Germinador (alrededor de 2 meses) Almacigo (6- 8 meses) y finalmente Siembra en el terreno donde estaraacute por 7 antildeos aprox tiempo al cual se renueva por zoca (cortar tallo principal a 30 cm del suelo de donde brota una nueva planta) o siembra de una nueva planta El mes de siembra del germinador en Narintildeo generalmente es febrero Es decir la plaacutentula de cafeacute se siembra en el lote definitivo entre octubre y noviembre
4 PROPIEDADES GENERALES DE LA TIERRA
ldquoEl Cafeacute de Narintildeo es 100 araacutebicohelliprdquo (es decir las variedades sembradas son de esta especie) ldquohellipsembrado a altas alturas recolectado selectivamente y procesado por la viacutea huacutemeda en las parcelas cafeteras de los productores La ubicacioacuten de Narintildeo en Colombia hace de su zona cafetera un lugar sin duda especial Estas condiciones hacen que en la Zona de Produccioacuten de Cafeacute de Narintildeo se presente una combinacioacuten de factores tales como la radiacioacuten solar de 1666 horas en promedio durante el antildeo los ciclos de lluvia de 1866 miliacutemetros al antildeo y los suelos con alto contenido de materia orgaacutenica que hacen posible el cultivo del cafeacute a grandes alturas y temperaturas en promedio de 199 degC con valores promedio maacuteximo de 259 y miacutenima de 16degC Estos diferentes factores explican que el Cafeacute de Narintildeo se produzca en alturas que alcanzan hasta los 2300 metros sobre el nivel del mar en zonas que presentan en promedio temperaturas bajas comparadas con el resto de zonas cafeteras de Colombia y de buena parte del mundo Producir cafeacute a esta altura podriacutea ser casi imposible si el calor que se acumula durante el diacutea en el fondo de los cantildeones y de los profundos valles no ascendiera en las noches para atenuar el frio de las partes maacutes altas de las montantildeasrdquo Tomado de Cafedecolombiacom En este enlace se puede encontrar toda la informacioacuten sobre los factores agroclimaacuteticos de la regioacuten httpnarinocafedecolombiacomnarino
5 CANTIDAD APROXIMADA DEL AacuteREA DE CULTIVO
138
38400 hectaacutereas sembradas en Narintildeo
6 A TODO TIPO DE CAFEacute SE LE RETIRA LA CASCARILLA Siacute Colombia produce cafeacutes suaves lavados lo que significa que el grano de cafeacute se recolecta en cereza luego en la finca es despulpado (es decir se retira la cascara o cereza) fermentado (para quitar un mucilago o baba que estaacute prendida al pergamino que es la capa siguiente) lavado y secado (hasta que la humedad del cafeacute en pergamino seco esteacute entre 10 y 12) Posterior el productor lo lleva a vender al comercio o cooperativa Luego se consolidan cantidades determinadas que son entregadas a Almacafeacute o alguacuten otro comerciante particular para posterior ser trillado es decir retirar el cisco de la almendra la cual se tuesta para obtener el cafeacute tostado y molido y finalmente la bebida Lo anterior significa que el cisco es necesariamente retirado para poder tostar el cafeacute
7 QUE CANTIDAD APROXIMADA SE RECIBE DE CISCO ANUAL El cisco no se recibe se obtiene del proceso de trilla y depende del volumen de cafeacute pergamino seco asignado para trilla en nuestra trilladora El antildeo pasado se trillaron 3 millones de kilos de cafeacute pergamino y generalmente el de cisco corresponde a un 18 - 20 es decir unos 500000 kilos de cisco en el antildeo anterior Cifras aproximadas
8 QUE REALIZAN CON LAS CASCARILLA QUE USOS TIENE La totalidad del cisco producido se entrega para uso como combustible en silos secadores de cafeacute que tienen los mismos productores (para secar el cafeacute en la finca el productor tiene dos opciones Secado al sol oacute Mecaacutenico es decir en silos que usan combustible como carboacuten coque ACPM gas o cisco) Sin embargo tambieacuten lo usan empresas ladrilleras en los hornos para elaborar ladrillo y tejas de barro Tambieacuten al ser un producto orgaacutenico puede ser incorporado a procesos de elaboracioacuten de abonos orgaacutenicos
9 CUAL ES EL MERCADO QUE MAS SE BENEFICIA DE ESTE RESIDUO Y EL QUE MAYOR DEMANDA TIENE
Los Caficultores y las cooperativas quienes lo usan como combustible Ver punto anterior
10 SE LLEGA A BOTAR ESTE RESIDUO PORQUE RAZOacuteN Anteriormente maacutes de 20 antildeos se usaban en gran medida para abono orgaacutenico pero actualmente su uso es como combustible Es decir no hay registro que se llegaraacute a botar
11 LE DAN ALGUacuteN OTRO USO EN LA EMPRESA
139
Hasta el momento no se incorpora en ninguacuten proceso En alguacuten momento hace maacutes de 20 antildeos se pensaba usar en construccioacuten de planchas para casas con colboacuten o pegamento sin embargo no se llevoacute a cabo el proyecto
12 TRABAJAN CON GRANDES CAFICULTORES O CON PEQUENtildeAS FINCAS O AMBAS
En el departamento el 99 de los caficultores son pequentildeos con un promedio de 098 hectaacutereas Pero no hay ninguacuten tipo de sectorizacioacuten si son grandes medianos o pequentildeos oacutesea se trabaja con todos
13 CUANTO PAGAN POR BULTO (SI ES POSIBLE SABER EL VALOR EXACTO O PROMEDIO)
Un bulto de cisco se vendioacute en promedio en 4600 pesos partiendo de un peso promedio de 60 kilos
14 DEL DEPARTAMENTO DE NARINtildeO QUE PORCENTAJE DE CULTIVOS LLEGAN A ALMACAFEacute
Aproximadamente un 30 a 35 del total de la produccioacuten del departamento Produccioacuten Total del Departamento = 35 millones de kilos tambieacuten aproximado
15 LA MAQUINA TRILLADORA FUNCIONA A GASOLINA O ES ELEacuteCTRICA QUE CONSUMO PROMEDIO TIENE
Eleacutectrica aunque tiene una planta a gasolina que funciona cuando no hay suministro de electricidad La maacutequina trilladora como tal se llama Apolo 4 y funciona con un motor de 100 HP tiene un consumo aproximado de 300Kvahora pero todo el sistema de trilla que incluye recibo de pergamino trilla monitor de almendra mesas densimeacutetricas electroacutenicas de color y ensaque puede tener consumir promedio 500 Kvahora
16 QUE POSICIOacuteN TIENE NUESTRO CAFEacute A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL El cafeacute colombiano y en especial el cafeacute de Narintildeo tienen una excelente calidad que lo ha posicionado como uno de los mejores del mundo Colombia ocupa el primer lugar en produccioacuten de Cafeacutes Suaves Lavados y es el tercer productor mundial de cafeacute despueacutes de Brasil y Vietnam
17 A QUE LUGARES ES EXPORTADO Los destinos principales de exportacioacuten son EEUU Europa y Japoacuten
18 A ESCUCHADO O LE HAN SOLICITADO ALGUacuteN RESIDUO DEL CAFEacute PARA ALGUacuteN TEMA RELACIONADO CON LA CONSTRUCCIOacuteN O PARA CREAR UN NUEVO MATERIAL
140
Solicitudes no pero si he visto y escuchado sobre el uso del residuo de la preparacioacuten de la bebida para elaborar artesaniacuteas e incluso ropa Hablo de la borra o Cuncho
19 CUAacuteL ES SU OPINIOacuteN ACERCA DEL DESARROLLO DE ESTA INVESTIGACIOacuteN No habiacutea escuchado antes sobre este tipo de investigacioacuten uacutenicamente la de elaborar planchas de casas en conjunto con pegamento lo cual me comentaron justo para responder esta encuesta Considero muy vaacutelida este tipo de propuestas de innovacioacuten en la medida que sea validada desde lo comercial se tendraacute que analizar el costo dado que el cisco es muy necesario para el caficultor en el secado del grano y al momento de competir con el mercado de la construccioacuten seguramente se elevaraacute el precio del mismo Manuel Fernando Pentildea Jefe de Operaciones Almacafeacute Pasto (2017)
Contenido VIII
Contenido
Resumen XI
Abstract XII
Listado de Ilustraciones XIII
Lista de Tablas XIV
Lista de Graficas XVII
1 Capiacutetulo Lineamiento 19
11 Introduccioacuten 19 12 Planteamiento del problema 22 13 Objetivos 24
14 Justificacioacuten 25
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico 28
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre 29 22 Antecedentes teoacutericos 31
23 Bases teoacutericas 43
24 Componentes del concreto 44
25 Normativas para ensayos 46 26 Fibras en el concreto 47
27 Concreto reforzado con fibras vegetales 48
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras 51
29 Concreto arquitectoacutenico 53
Objetivo general 24 131 Objetivos especiacuteficos24 132
Antecedentes internacionales 32 221 Antecedentes nacionales 37 222
Concreto43 231 Concreto fresco 44 232 Concreto endurecido 44 233
Cemento44 241 Agua 45 242 Agregados 46 243
Clasificacioacuten de fibras47 261
Fibras vegetales 49 271 Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 49 272 Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras vegetales 50 273 Normativa de concreto con agregados vegetales 51 274
Tuacuteneles 52 281 Pavimentos 52 282 Otros usos 52 283
Contenido IX
210 Disentildeo Urbano 56
3 Capiacutetulo cascarilla de cafeacute como material alternativo 61
31 Generalidades61
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute 64
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute) 66
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute 68
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo 70
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos 75
43 Disentildeo de mezcla 81
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla 84
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten 85 52 Ensayo de Asentamiento 93
53 Ensayo de compresioacuten 95
54 Ensayo de Sortividad 102 55 Ensayo moacutedulo de rotura 114
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta 121
Prefabricados 53 291
Espacio Puacuteblico 56 2101 Pisos 56 2102 Mobiliario Urbano 57 2103 Fachadas y elementos de concreto a la vista 58 2104 Estampados 58 2105
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 61 311 Proceso obtencioacuten de la cascarilla 61 312
Caracteriacutesticas fiacutesicas 64 321 Composicioacuten quiacutemica 65 322
Mineralizacioacuten con aceite de linaza (Alvarado 2002) 67 331 Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 67 332 Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 67 333
Liacutenea investigativa 70 411 Materiales 73 412 Poblacioacuten y muestras 73 413
Analisis Granulomeacutetrico 77 421
Seleccioacuten del Asentamiento 81 431 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 81 432 Estimacioacuten del contenido de aire 82 433 Requerimiento de agua de mezclado 82 434 Resistencia requerida de disentildeo 82 435 Relacioacuten agua-cemento 83 436 Definicioacuten de datos 83 437
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco93 521
Resultados 97 531
Resultados 116 551
Contenido X
58 Desarrollo de prototipos 123 59 Resultados 124
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones 125
61 Conclusiones 125 62 Recomendaciones 127
7 Bibliografiacutea 128
8 Anexos 134
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO 134 82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA 135 83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO 136 84 Entrevista 137
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 121 571 Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 122 572
Prototipo para propiedades fiacutesicas 124 591 Prototipo para propiedades mecaacutenicas 124 592
Resumen XI
Resumen
Evolucionar transformar y potencializar un material basados en los tres ejes de sostenibilidad
medio ambiente y socio-econoacutemico Se ha convertido en los uacuteltimos antildeos en un desafiacuteo para el
sector de la construccioacuten y sin duda alguna el mejor camino para entender el dantildeo generado
con el desmedido e inconsciente uso de los recursos naturales El uso de residuos orgaacutenicos
renovables es un tema que se ha ido imponiendo en la industria de la construccioacuten a nivel
global aprovechando los residuos o componentes de las materias primas que tienen mayor
productividad
En Colombia la cascarilla de cafeacute es uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran
industria cafetera Esta fibra vegetal se encuentra potencializada por su composicioacuten quiacutemica
en este caso el Silicio componente mineral que aporta la resistencia en el concreto como lo
hace el cemento
En esta investigacioacuten se presenta el disentildeo de mezcla de concreto a la cual se realizan las
respectivas pruebas para identificar las caracteriacutesticas fiacutesicas potenciales aplicables en la
arquitectura El resultado de la mezcla se implementaraacute en prototipos de encofrados y
estampados que permitan el anaacutelisis del material ante su manejabilidad y adherencia al
prototipo arquitectoacutenico al que se exponga esto con el fin de lograr trabajar al tiempo
resistencia exposicioacuten al medio exterior sostenibilidad y disentildeo A su vez se aplican pigmentos
para valorar adherencia y comportamiento con el color
Palabras clave concreto sostenibilidad fibra vegetal cafeacute pigmentos texturas
Abstract XII
Abstract
Evolve transform and strengthen a material based on the three axes of sustainability
environment and socio-economic In recent years it has become a challenge for the
construction sector and without a doubt the best way to understand the damage caused by the
excessive and unconscious use of natural resources The use of renewable organic waste is an
issue that has been imposed in the construction industry globally taking advantage of the
chalks or components of the raw materials that have higher productivity
In Colombia the coffee husk is one of the organic residues left by the large coffee industry This
vegetable fiber is potentiated by its chemical composition in this case silicon a mineral
component that provides strength in concrete as cement does
In this research the concrete mix design is presented to which the respective tests are carried
out to identify the potential physical characteristics applicable in the architecture The result of
the mixture will be implemented in prototypes of formwork and prints which allow the analysis
of the material before its manageability and adherence to the architectural prototype to which it
is exposed this in order to achieve work at the time resistance exposure to the environment
exterior sustainability and design In turn pigments are applied to assess adherence and
behavior with color
Key words concrete sustainability vegetable fiber coffee pigments textures
Listado de Ilustraciones XIII
Listado de Ilustraciones
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016) 30
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz
2017) 30
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014) 33
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 42
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras
(Carvajal 2015) 51
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado 62
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia) 63
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla 64
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005) 64
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades
de Glucosa)(Coffea 2005) 66
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia) 72
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia) 88
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia) 94
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia) 95
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia) 96
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia) 102
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia) 114
Listado de Tablas XVI
Lista de Tablas
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012) 21
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014) 33
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)34
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014) 34
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014) 34
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et
al 2014) 34
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012) 36
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus
materiales de desperdicio(Garcia amp Olaya 2011) 37
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015) 39
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd) 45
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017) 46
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007) 47
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) 49
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018) 53
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010) 54
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010) 59
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia
2010) 61
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 65
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011) 65
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)70
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013) 73
Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia) 76
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia) 76
Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)77
Contenido IX
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia) 77
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia) 78
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia) 80
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001) 82
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten
2001) 82
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la
desviacioacuten estaacutendar 82
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto
(adaptada del ACI 2111 y del ACI 2113) 83
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia) 83
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto
(autoriacutea propia) 84
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia) 84
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia) 84
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia) 86
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 86
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 89
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia) 90
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia) 91
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 92
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 93
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)96
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 96
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 97
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 97
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 98
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 99
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 100
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Contenido IX
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 104
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 105
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 106
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 107
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 108
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 109
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 110
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 111
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 115
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 115
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 115
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia) 116
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
117
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
118
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia) 119
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia) 121
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia) 122
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia) 123
Lista de graficas XVII
Lista de Graficas
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)78
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 80
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 94
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 98
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 99
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 100
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia) 101
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 105
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 106
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 107
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 108
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 109
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 110
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 111
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 112
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo) 116
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 117
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 118
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 118
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 119
Listado de graficas XVIII
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea
propia) 120
1 Capiacutetulo Lineamientos 19
19
1 Capiacutetulo Lineamientos
11 Introduccioacuten
Encontrar un punto de equilibrio entre la sostenibilidad en la arquitectura y el satisfacer
nuestras necesidades es un reto a asumir No podemos recuperar muchos de los recursos
naturales que la industria de la construccioacuten ha llevado consigo pero asiacute como la tecnologiacutea ha
evolucionado para muchos campos del consumismo tambieacuten ha evolucionado para permitirnos
encontrar soluciones con el fin de no prolongar los dantildeos ya efectuados
En la construccioacuten estamos llamados a aportar iniciativas para el desarrollo sostenible a
nuestros diacuteas ya podemos predecir con queacute recursos naturales contaraacute la siguiente generacioacuten
a corto plazo seguacuten Fernaacutendez y Rodriacuteguez (2010) como lo reafirma (Bedoya 2011) ldquosiacute los
actuales patrones no cambian la expansioacuten de la construccioacuten destruiraacute (hellip) haacutebitats naturales
y vida salvaje en maacutes de un 70 de la superficie de la tierra para 2032rdquo Teniendo a la mano y
a disponibilidad todos estos balances conocimientos predicciones cientiacuteficas y variedad de
anaacutelisis medio ambientales es casi un deber del constructor y proyectista motivar e incentivar
el desarrollo de nuevas teacutecnicas y materiales que le den prioridad a la conservacioacuten y cuidado
del planeta siendo que este campo es uno de los directamente responsables de la afectacioacuten
ambiental debemos ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo (Manzini amp Bigues 2000)
Los residuos orgaacutenicos son auacuten en muchas empresas y lugares de desarrollo un problema
ambiental y econoacutemico puesto que a pesar de que los subproductos que se generan se tratan
de aprovechar al maacuteximo es tan alta la cantidad que las empresas recurren a destinar un fondo
aparte para poder desarrollar nuevos equipos y teacutecnicas para darle un destino final a estos
residuos Entre estos estaacuten
Vertederos Incineracioacuten Compostaje y digestioacuten anaerobia
20
Tratamiento mecaacutenico bioloacutegico Pirolisis y gasificacioacuten (ldquoManejo de Desechos Agroindustrialesrdquo 2015)
Es asiacute como para las industrias es una perdida no solo econoacutemica tener que asumir costos
para el proceso final de los subproductos sino tambieacuten una perdida en los tiempos destinados
a este tratamiento
Somos un paiacutes rico en variedad de cultivos dado a su localizacioacuten geograacutefica tenemos todos
los pisos teacutermicos que nos permiten aprovechar las propiedades de la tierra generando un alto
desarrollo en la agroindustria Algunas empresas logran hacer un alto y buen uso de los
subproductos que se les generan usando estos materiales como biocombustibles abonos para
el cultivo de sus tierras alimentos para sus animales entre otros
La cascarilla de cafeacute es el residuo vegetal para la propuesta de esta investigacioacuten es el
agregado adicional que se estudioacute en el disentildeo de la mezcla con el concreto siendo que este
residuo hace parte de la industria del cafeacute la maacutes sobresaliente del paiacutes ocupando el tercer
puesto como mayor productor del mundo y el primero en cafeacute araacutebico suave lavado (Sierra
2014) y partiendo de esta alta produccioacuten la cascarilla de cafeacute o cisco es el residuo que
posee ademaacutes propiedades oacuteptimas que la convierten en un agregado liviano con un
porcentaje de silicio del 15 en su composicioacuten quiacutemica asiacute considerados para poder realizar
este planteamiento investigativo (Garcia amp Olaya 2011)
Sin ser ajenos ante esta situacioacuten se proyecta una investigacioacuten que iraacute ligada al uso de
residuos vegetales y al disentildeo del concreto arquitectoacutenico esto con el fin de enfatizar que crear
propuestas ambientales no limita las caracteriacutesticas de un material en este caso el concreto y
que al contrario potencializa sus propiedades y brinda al mercado mayores opciones de uso e
implementacioacuten
21
Algunas industrias hacen uso de estos residuos como abonos para uso en sus mismas tierras
como biocombustibles para sus fincas o maquinas procesadoras o como consumo animal si
esto pasase en la mayoriacutea de la industria y con la totalidad de la materia prima despueacutes de su
procesamiento aparte de traer beneficios ambientales tambieacuten traeriacutea beneficios econoacutemicos
En el proceso de industrializacioacuten del cafeacute solamente se aprovecha el 5 del peso del fruto
fresco en la preparacioacuten de la bebida el restante como la pulpa el cisco el tallo la borra
quedan como residuo de la materia prima representando el 95 Almacafeacute en uno de sus
informes de sostenibilidad del antildeo 2012 nos describe la cantidad de toneladas de residuos que
genera la industria del cafeacute y el Cisco que es la cascarilla del cafeacute estaacute entre los tipos de
residuos soacutelidos aprovechables catalogado asiacute por la misma industria quienes crearon un
manejo de residuos daacutendoles uso en su misma planta de produccioacuten como generadores de
energiacutea (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
Sin embargo en una tesis de investigacioacuten de la Universidad Nacional de Colombia sede
Medelliacuten sobre la combustioacuten de Peacutelet de Cisco de cafeacute el aprovechamiento de los residuos
agroindustriales implica grandes retos y altas inversiones en transporte cuando su disposicioacuten
final no es ldquoin siturdquo esto sumado a que estos materiales poseen bajos poderes caloriacuteficos en
comparacioacuten con otros combustibles de origen foacutesil y no se disponen de tecnologiacuteas que
permitan garantizar una combustioacuten apropiada lo cual conlleva a que las plantas utilicen
combustibles foacutesiles que garanticen la energiacutea requerida para sus procesos originando un
consumo de combustibles adicional y elevando los costos de produccioacuten (Manrique Waldo
2018)
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
22
Lograr disentildear una mezcla idoacutenea de concreto con la cascarilla de cafeacute en construccioacuten implica
el desarrollar planes de manejo ambiental para implementarlos en el concreto arquitectoacutenico
aprovechando la gran produccioacuten agroindustrial que se da en este Paiacutes ldquoLas cifras del
Ministerio de Vivienda dan cuenta de un crecimiento de 102 en el PIB de construccioacuten
durante el segundo trimestre del 2014 en comparacioacuten con el mismo periodo del antildeo pasado
Las obras civiles son las que maacutes han tenido que ver en el aumento de ese PIB pues crecieron
176 seguidas por el sector de edificaciones con un 14rdquo (Medina 2014)
A partir de estos elementos se considera que la propuesta del disentildeo de mezcla de concreto
con residuos vegetales cumpliraacute dos aportes muy positivos al campo de la construccioacuten uno de
ellos es ser un material que retribuya al medio ambiente generando una nueva visioacuten de
optimizacioacuten en nuestro paiacutes y segundo es considerar que este material cuenta con las
caracteriacutesticas idoacuteneas para ser trabajado como concreto arquitectoacutenico lo que permite al
disentildeador y al constructor idear proyectar y trabajar con la misma o mejor facilidad que con un
concreto convencional Se podriacutea hablar del desarrollo de un ldquoconcreto de alto desempentildeordquo
(Salcedo Barrera 2006) en donde ldquocualquier concreto que satisfaga criterios propuestos para
sobrepasar las limitaciones de un concreto convencional puede ser llamado concreto de alto
desempentildeordquo (FHWA 1994)
La mezcla obtenida del concreto con agregado de cascarilla de cafeacute se dispondraacute en el trabajo
de acabados pigmentacioacuten estampado y encofrado Lo positivo del uso de estas teacutecnicas es la
posibilidad de crear variabilidad y seguridad dotar al material de caracteriacutesticas que se puedan
determinar desde el proceso de su produccioacuten hasta el momento de su implementacioacuten en
armoniacutea con la naturaleza y aprovechando al maacuteximo los residuos vegetales en este caso los
de la agroindustria cafetera
12 Planteamiento del problema
Se sabe que la industria de la construccioacuten es uno de los mayores generadores de
contaminacioacuten y consumidor de recursos naturales no renovables tal como lo cita (Cabello
2008) tomado de (Anink Boonstra amp Mank 1996) en teacuterminos estadiacutesticos se puede decir
que el sector de la construccioacuten es responsable del 50 de los recursos naturales empleados
del 40 de la energiacutea consumida (incluyendo la energiacutea en uso) y del 50 del total de residuos
generados Si bien es cierto que el procesado de materias primas y la fabricacioacuten de los
23
materiales generan un alto coste energeacutetico y medioambiental no es menos cierto que la
experiencia ha puesto de relieve que no resulta faacutecil cambiar el actual sistema de construccioacuten
y la utilizacioacuten irracional de los recursos naturales donde las prioridades de reciclaje
reutilizacioacuten y recuperacioacuten de materiales brillan por su ausencia frente a la tendencia
tradicional de la extraccioacuten de materias naturales Por ello se hace necesario reconsiderar esta
preocupante situacioacuten de crisis ambiental buscando la utilizacioacuten racional de materiales que
cumplan sus funciones sin menoscabo del medio ambiente (Cabello 2008)
Resulta al tiempo contradictorio que el campo de la construccioacuten tenga como fin buscar el
confort humano satisfaciendo sus necesidades tanto habitables como de viacuteas de
comunicacioacuten y que no se tenga como prioridad cuidar o usar de manera maacutes racional los
recursos naturales siendo estos los que proveen la vida y los que permiten llevar a cabo esas
construcciones que ayudan a mitigar las necesidades del ser humano
La visioacuten de la generacioacuten de residuos soacutelidos derivada del consumismo actual ha sido
entendida como una problemaacutetica ambiental ademaacutes de ser un factor influyente y determinante
en la salud puacuteblica la creacioacuten ademaacutes de la adaptacioacuten de estrategias ya existentes para el
manejo de residuos soacutelidos se convierte en la alternativa de solucioacuten a dicho problema dado
que ataca todas las consecuencias devastadoras del mal manejo de los residuos soacutelidos y
ademaacutes se convierte en una posibilidad de negocio al comercializar los subproductos
derivados de estos procesos (Agudelo 2012)
Tenemos gran variedad de residuos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y muchos de estos al verse
como desecho ldquoinuacutetilrdquo son quemados vertidos en fuentes fluviales o en vertederos de basura
generando acumulaciones de agentes contaminantes No obstante ldquoampliando ya la visioacuten
ecoloacutegica del siglo XXI algunas empresas o fabricas hacen uso de estos residuos como
generadores de energiacuteardquo (Manejo de Desechos Agroindustriales2015)
Sin embargo la visioacuten ecoloacutegica en la que la construccioacuten debe estar sumergida no es del todo
implementada para ello debe innovarse en materiales que ofrezcan las mismas o mejores
caracteriacutesticas para poder hacer uso de ellos en forma confiada y masiva ya que un alto
porcentaje de la industria de la construccioacuten es ajena al concepto acutesostenibilidad ambientalacute
24
En Colombia existen empresas que estaacuten intentando implementar metodologiacuteas y teacutecnicas para
la reutilizacioacuten de residuos orgaacutenicos La adecuada disposicioacuten final de residuos
agroindustriales es apremiante debido a que se producen en gran cantidad pero la mayoriacutea son
llevados al relleno sanitario sin considerar que existen otras posibilidades de aplicacioacuten y que
pueden generar grandes valores econoacutemicos Los gastos de la disposicioacuten de los residuos y el
impacto ambiental pueden reducirse si se logra emplear teacutecnicas de valorizacioacuten esto quiere
decir que si se logran tener adecuados tratamientos las empresas podriacutean multiplicar el valor
de los subproductos (Yepes Naranjo amp Saacutenchez 2008)
Con estos puntos planteados es importante preguntarse iquestCoacutemo hacer del concreto un
material a partir de residuos orgaacutenicos vegetales que genere una progresiva visioacuten sostenible
en la construccioacuten y que sea esteacuteticamente un potencial en el disentildeo El sustituir parte de los
agregados de un material convencional a uno que aporte al medio ambiente y lograr
implementarlo en la construccioacuten como material oacuteptimo para quien lo implemente es obtener
un material innovador que aporta no solo como idea si no como parte de nuevas praacutecticas
constructivas sustentables
13 Objetivos
Objetivo general 131
Evaluar las propiedades y comportamientos fiacutesicos del concreto con agregados orgaacutenicos como
la cascarilla de cafeacute uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran industria cafetera en
Colombia y establecer las posibilidades ante el uso de textura y color
Objetivos especiacuteficos 132
- Identificar las investigaciones realizadas acerca del concreto aligerado con cascarilla de
cafeacute estableciendo sus propiedades generales
- Caracterizar el material orgaacutenico (Cascarilla de cafeacute) que va a ser sustituido por
porcentajes determinados del agregado grueso del concreto
25
- Establecer un disentildeo de mezcla con base en las investigaciones realizadas y comprobar
sus propiedades fiacutesicas
- Determinar las alternativas de textura a traveacutes de prototipos de formaletas que puedan
implementarse en ese tipo de concreto
- Realizar valoraciones acerca de las variaciones del comportamiento del concreto
expuesto al exterior con el uso de pigmentos
14 Justificacioacuten
La industria de la construccioacuten es uno de los principales actores responsables en el cambio y
aumento de niveles de contaminacioacuten ambiental es una industria que necesita para su
desarrollo hacer uso de recursos naturales no renovables dejando a su paso acumulacioacuten de
desechos escombros de obra una mezcla de agentes contaminantes que degradan de
manera progresiva el medio natural pero las industrias como la agronomiacutea son otro gran factor
de contaminacioacuten directa a este medio se hace uso de la materia prima acuteuacutetilacute y los residuos
son en un alto porcentaje quemados desechados en riacuteos o retirados a espacios como
vertederos de basuras volvieacutendolos unos participes maacutes de la contaminacioacuten Hay que
destacar que ldquoel debate sobre la sostenibilidad no se produce en el campo especiacutefico de la
edificacioacuten sino en el de la economiacutea y otras ciencias sociales Su transposicioacuten a la
edificacioacuten exige un entramado teoacuterico capaz de trasladar demandas enunciadas en campos
ajenos (hellip) hacia el campo de los conocimientos habilidades y procesos que permiten
desarrollar y enunciar un proyecto de edificacioacutenrdquo (Monterotti 2013)
La buacutesqueda de implementar normas y leyes para contrarrestar los abusos que se le hacen a
los recursos vienen desde la deacutecada de los 80 eacutepoca en la que surge la preocupacioacuten por
impacto que produce llevar a cabo la construccioacuten de un edificio y sus materiales sobre el
ambiente Desde el antildeo 2000 el nuacutemero de meacutetodos para la evaluacioacuten medioambiental se ha
multiplicado considerablemente en el mundo BREEAM (BRE Environmental Assessment
Method) fue el primer sistema (desarrollado en 1990) que ofrecioacute un meacutetodo de etiquetado de
edificios aunque LEED (Leadership in Energy and Environmental Desing) es el de mayor
implantacioacuten en el mercado de grandes edificios (Maciacuteas amp Garciacutea Navarro 2010)
26
En Colombia no existen como tal leyes enfocadas exclusivamente al control de recursos de los
que hace uso la industria de la construccioacuten existen algunas normativas y artiacuteculos que se
derivan de un encabezado no especifico en el tema y existen tambieacuten los denominados
manuales pero realmente no hay entidades que fundamenten la importancia de un control una
base de enumeradas restricciones en la fabricacioacuten de materiales y su impacto negativo al
medio ambiente
En el antildeo 2016 se hizo puacuteblico la nueva reglamentacioacuten de construccioacuten sostenible en el paiacutes
ldquoEn Latinoameacuterica Colombia es pionero en comprometerse con la transformacioacuten hacia el
desarrollo sostenible La norma que es obligatoria a partir de junio de 2016 establece
porcentajes de ahorro en agua y energiacutea que permitan reducir los costos de los usuarios en
pagos de servicios puacuteblicosrdquo (Ministro de Vivienda Luis Felipe Henao) El objetivo de esta
reglamentacioacuten es lograr ahorros de hasta el 45 en el consumo de agua y energiacutea mediante
la incorporacioacuten de paraacutemetros de sostenibilidad ambiental en el disentildeo y construccioacuten de las
nuevas edificaciones que se construyan en el paiacutes (MINVIVIENDA 2015) Se consultoacute al
Ingeniero Alejandro Vaacutesquez especialista en construccioacuten sostenible de la universidad EAFIT
acerca de esta nueva norma y sentildeala que el mayor objetivo es el ahorro de recursos hiacutedricos y
energeacuteticos al igual que reducir las emisiones de gases de efecto invernadero pero esta norma
no trae apartes especiacuteficos sobre el uso de materiales debido a que se centra en temas de
eficiencia energeacutetica e hiacutedrica pero si habla de la necesidad de usar materiales de
construccioacuten de baja energiacutea embebida (hellip)(ARGOS 2015)
En este sentido se entiende la importancia la vitalidad de propulsar e imponer el cambio desde
la fabricacioacuten de los materiales que se utilizaran en obra los elementos tenidos en cuenta para
la expedicioacuten del nuevo reglamento fue entender que teniendo un sector que construye
anualmente cerca de 30 millones de metros cuadrados en vivienda y edificaciones no
residenciales que articula a maacutes de 28 sectores productivos de la economiacutea y que emplea a
maacutes de 34 millones de personas es necesario mantener un proceder reglamentario cauteloso
para no poner en riesgo la promocioacuten de proyectos constructivos ya que son los que soportan
la economiacutea (CAMACOL 2015) asiacute que el enfoque sostenible al que se hace referencia esta
normativa estaacute en un segundo plano y la economiacutea se veriacutea directamente afectada si se
impone la idea de usar en menor medida los residuos naturales o proponer estudios para
reemplazarlos
27
Desde el aspecto ecoloacutegico tiene una gran ventaja la industria agronoacutemica por el basto grado
de residuos orgaacutenicos que genera en la produccioacuten En tal sentido se proyecta a provechar el
denominado cisco la cascarilla de cafeacute con la finalidad de aprovechar este sobrante siendo
Colombia el segundo productor mundial de este fruto y por el potencial de este residuo como
fibra vegetal al presentar propiedades que la hacen oacuteptima para ser utilizada como agregado
liviano en el concreto En Colombia ha tenido un uacutenico uso servir de combustible para
alimentar hornos (Rathinavelu amp Graziosi 2005)
Es el concreto el material de mayor uso en la construccioacuten es el material que maacutes se debe
experimentar para proporcionar alternativas ecoloacutegicas y de uso Para potencializar este
material no uacutenicamente en su composicioacuten con los residuos orgaacutenicos sino que tambieacuten se
buscara alternativas en su esteacutetica en la variabilidad de sus aplicaciones
El aspecto esteacutetico de las obras cobra cada vez mayor relevancia y los elementos de concreto
arquitectoacutenico ndashelaborados in situ o prefabricados- marcan una etapa importante en la
evolucioacuten de la arquitectura contemporaacutenea al brindar caracteriacutesticas de increiacuteble versatilidad
Ademaacutes del concreto ninguacuten material de construccioacuten moderno puede asumir con tanta
facilidad las formas colores y texturas (Pesquer 2013) Se han realizado cantidad de
investigaciones y avances tecnoloacutegicos sin embargo en esta aeacuterea la aplicacioacuten de concretos
arquitectoacutenicos es muy deficiente (dependiendo de la obra) en lo esteacutetico o lo mecaacutenico pero
no se trabaja unificando estas dos caracteriacutesticas sabiendo que el concepto de concreto
arquitectoacutenico tiene como finalidad estas aportaciones como unidad
En tal razoacuten se busca crear alternativas ideas innovadoras y el implementar un material
ecoloacutegico donde el uso de estas teacutecnicas favorezca el campo constructivo el econoacutemico
variedad en el mercado y en el disentildeo puesto que al conectar el eacutexito de las empresas con los
avances de la sociedad se abren muchas formas de atender a nuevas necesidades ganar
eficiencia crear diferenciacioacuten y expandir mercados (Porter amp Kramer 2011)
2 Marco Teoacuterico 28
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico
La evaluacioacuten del impacto ambiental que genera la fabricacioacuten de materiales de construccioacuten
es bastante escasa ante esa situacioacuten algunos paiacuteses han creado mecanismos muy baacutesicos
que permitan dar algunas pautas para el uso adecuado de estos pero encontrar
especiacuteficamente los efectos secundarios que causa su produccioacuten es muy complejo
imponiendo la idea de crear y modificar materiales con un completo estudio en el aacutembito
ecoloacutegico y constructivo Se debe ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo(Manzini amp Bigues 2000)
Los responsables de la Organizacioacuten de las Naciones Unidas para la Agricultura y la
Alimentacioacuten (FAO) ofrecen varias razones para promocionar los productos naturales como lo
son las fibras subproductos de los residuos orgaacutenicos La produccioacuten implica una fuente alta
de ingresos econoacutemicos para el campo de la agroindustria y este valor econoacutemico es maacutes
sobresaliente en paiacuteses en desarrollo donde puede alcanzar en algunos casos hasta la mitad
de las exportaciones En cuanto a las ventajas que producen para el medio ambiente y la salud
la utilizacioacuten de forma sostenible de fibras obtenidas de residuos orgaacutenicos proporcionan un
recurso natural y renovable en tiempos cortos a diferencia de lo que es hacer uso de fibras
sinteacuteticas las cuales son obtenidas de sustancias derivadas del petroacuteleo (Muerza 2009)
El uso de fibras naturales de residuos orgaacutenicos es una ventaja muy alta para el campo de la
construccioacuten es aprovechar las ventajas de la tecnologiacutea los estudios que estaacuten a nuestro
alcance y poder hacer nuevas propuestas en pro de un detenimiento del excesivo uso de
recursos naturales
29
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre
La explotacioacuten minera en Colombia para la extraccioacuten del material de arrastre grava y arena
entre otros es uno de los principales protagonistas en este flagelo del dantildeo ambiental frente a
las diferentes praacutecticas requeridas para tal fin Son innumerables y praacutecticamente irreversibles
los dantildeos a los que deben enfrentarse los recursos a falta de control y equilibrio tanto es su
explotacioacuten como en el tiempo para su recuperacioacuten
El impacto ambiental que genera la actividad minera es grande la huella que deja en el
ambiente incide en los recursos hiacutedricos geoloacutegicos bioloacutegicos atmosfeacutericos y socio ndash
econoacutemicos Algunas de esas consecuencias son reversibles pero otras irremediablemente
no pueden evitarse En el recurso hiacutedrico la mineriacutea a cielo abierto por ejemplo causa
contaminacioacuten de los cuerpos de agua por residuos soacutelidos y vertimientos domeacutesticos e
industriales relacionados con la actividad minera lo que aumenta el contenido de los
sedimentos y se ocasiona desviacioacuten de los cauces de los riacuteos que generan inundaciones
transformacioacuten del paisaje y la perdida de cultivos En el campo geoloacutegico se producen
cambios topograacuteficos y geomorfoloacutegicos debido a la remocioacuten de las capas superficiales del
terreno (Redaccioacuten El Tiempo 1995)
Minerales que se explotan en Colombia
- Carboacuten quinto mayor exportador mundial
- Metales y piedras preciosas oro plata y esmeraldas que son reconocidas en todo el mundo
por su calidad y belleza
- Minerales metaacutelicos niacutequel cobre hierro manganeso plomo zinc y titanio
- Minerales no metaacutelicos sal terrestre sal marina gravas arenas arcillas caliza azufre barita
asbesto entre otros
En el 2015 la titularidad minera inscrita en el Registro Minero Nacional es de 9291 36
correspondiacutean a materiales de construccioacuten (el mayor porcentaje de los tiacutetulos otorgados en el
30
paiacutes) 25 a los metales preciosos principalmente oro 17 al carboacuten y 23 a otros minerales
(arcillas cuarzo hierro esmeralda sal siacutelice yeso etc) Ademaacutes el 46 se encuentran en
etapa de exploracioacuten el 31 en etapa de construccioacuten y montaje y el 23 en etapa de
explotacioacuten (Ministerio de Minas 2016)
Con respecto a los minerales maacutes explotados en la pequentildea mineriacutea se destacan que son
piedras preciosas (2) carboacuten (15) oro (30) y minerales de construccioacuten (53) (Ortiz
2017)
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016)
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz 2017)
Pequentildeas minas ilegales
Tipo de material
31
22 Antecedentes teoacutericos
Durante los uacuteltimos antildeos los resultados de las investigaciones en el tema del uso de fibras
naturales en concretos en este caso el uso de cascarilla de cafeacute hacen eacutenfasis en el impacto
que genera de forma positiva el uso de fibras naturales tanto en la reduccioacuten de gasto de
recursos medioambientales como el factor econoacutemico en la construccioacuten Se pondraacuten a
continuacioacuten en manifiesto las investigaciones y sus alcances donde los grupos de trabajo e
investigadores dejan en evidencia los ensayos y pruebas que dan a conocer un nuevo punto de
vista y un resultado viable para las innovaciones en materia de construccioacuten y la sostenibilidad
ldquoLos bloques con cascarilla de cafeacute presentaron mayor resistencia que los mismos hechos con
cascarilla de cafeacute molida esto es debido a que sus partiacuteculas son maacutes pequentildeas y por lo tanto
necesitan de mayor cantidad de cemento para ser cubiertas Seguacuten los datos obtenidos en el
anaacutelisis de resistencia a la compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje
de cascarilla tienen las menores resistenciasrdquo (Mercado 2012)
ldquoLa falta de materiales de construccioacuten que sean accesibles y autosustentables provocan la
escasez de vivienda digna en Meacutexico Por otro lado en zonas cafetaleras de Meacutexico el
desecho del cafeacute (la cereza o cascarilla) alcanza a ser de una tonelada anual lo cual genera
desperdicio que podriacutea ser utilizado para la construccioacutenrdquo (Cantu et al 2014)
Lo que maacutes ha impulsado a la innovacioacuten de nuevos materiales en nuestros tiempos es
inicialmente los costos tan elevados que conlleva el campo de la construccioacuten es una idea auacuten
dominante y en segunda instancia el impacto ambiental que estaacute dejando la utilizacioacuten de
recursos naturales para el desarrollo de estos materiales con iniciativas como la utilizacioacuten de
residuos tanto orgaacutenicos como inorgaacutenicos se han generado grandes iniciativas a favor del
ambiente y la reduccioacuten de elevados costos
El Mercado Central de Buenos Aires intenta buscar formas de reciclar residuos orgaacutenicos es
asiacute como Fabiaacuten Dragone presidente de la Corporacioacuten del Mercado Central afirma ldquoEn el
futuro cada uno va a tener que hacerse cargo de sus residuosrdquo Es asiacute como impulsando el
reciclado de residuos para fabricar materiales de construccioacuten desean volver inerte el material
32
orgaacutenico para de esta manera reconvertirlo en baldosas o bloques para la construccioacuten
(INFOREGIOacuteN 2007)
Actualmente los costos de materiales de construccioacuten de vivienda son altos y cada diacutea tienden
a incrementarse Ante esta problemaacutetica se plantea como una manera de contribuir a su
solucioacuten el analizar y proponer nuevas alternativas de materias primas en la construccioacuten que
permitan obtener una reduccioacuten en los costos con el cumplimiento de las normas y
especificaciones de resistencia y seguridad (Roque amp Medrano 2012)
Antecedentes internacionales 221
- Cantu Mariza Maciel Mariana Mangino Marisuacute Planas Alejandra Romero Carolina
Saacutenchez Rociacuteo (Cantu et al 2014) Investigacioacuten realizada en la Universidad
Autoacutenoma de Meacutexico tiene como objetivo desarrollar una propuesta de un material de
construccioacuten ecoloacutegico para las comunidades cafetales de Meacutexico Los materiales
principales fueron cereza de cafeacute caneacutefora silicato de sodio y carbonato de calcio Las
pruebas a realizar fueron base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo base de
ladrillos con cascarilla de cafeacute entera absorcioacuten presioacuten maacutexima sostenida por cada
ladrillo en la prueba de compresioacuten prueba de absorcioacuten prueba de combustioacuten y
prueba de resistencia
33
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de
cafeacute
Carbonato de
calcio
65gr
10gr
625gr
75gr
60gr
5gr
577gr
25gr
Esta base fue combinada con el silicato de sodio como se muestra en la siguiente tabla
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014)
34
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
COMPOSICIOacuteN 1 2 3 4
Silicato de sodio
Base
100gr
25gr
100gr
134gr
100gr
25gr
100gr
20gr
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de cafeacute 65gr 3125gr 60gr 219gr
Carbonato de
calcio 5gr 75gr 5gr 25gr
Despueacutes de realizar este meacutetodo experimental se puede concluir que efectivamente se puede
elaborar un material de construccioacuten a partir de la cascarilla de cafeacute pues mezclada con silicato
de sodio y carbonato de calcio se logroacute tener las propiedades de un ladrillo Los ladrillos
elaborados con cascarilla molida tardan maacutes en secarse a temperatura ambiente Despueacutes de
8 semanas se encontroacute que tienen alta dureza y resistencia
De forma general se puede concluir que el ladrillo con mayor concentracioacuten de carbonato de
calcio tuvo buenos resultados en la mayoriacutea de las pruebas y es una alternativa como material
de construccioacuten que supone un beneficio econoacutemico y ecoloacutegico (Cantu et al 2014)
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Observaciones
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
La muestra mantuvo su
estructura composicioacuten y dureza
Esta muestra aumento 24 de su
peso inicial (peso final de
9607gr)
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Presioacuten alcanzada antes
de quebrarse 4KN 3KN 37KN
35
- Edwin Rimay Vaacutesquez (2017) en su tesis ldquoDisentildeo de concreto fibroreforzado de FacuteC=
250 kgcm2 con fibra vegetal en la ciudad de Jaeacutenrdquo para optar el tiacutetulo de Ingeniero civil
de la Universidad Nacional de Cajamarca del Peruacute determinoacute la influencia en las
propiedades fiacutesicas y mecaacutenicas del concreto reforzado con fibras vegetales (cascarilla
de arroz) al considerar que el uso de la cascarilla de arroz podriacutea aumentar la
resistencia en el concreto y paralelo disminuir su costo de produccioacuten estudiando el
comportamiento fiacutesico y mecaacutenico del concreto
- Concluye que la adicioacuten oacuteptima de la cascarilla de arroz para obtener una resistencia a
la compresioacuten similar al disentildeo patroacuten es de 10kgm3 ya que a mayor adicioacuten
disminuye draacutesticamente no solamente su resistencia a la compresioacuten sino tambieacuten a la
traccioacuten por lo que recomienda realizar un estudio de preservacioacuten de la fibra vegetal
antes de adicionar al concreto convencional para aumentar su durabilidad a la vez que
realizar pruebas acuacutesticas y teacutermicas es otra recomendacioacuten para asiacute conocer a fondo
este tipo de concreto y llegar a inferir sobre las aplicaciones que podriacutea llegar a tener el
nivel de productividad y estudiar la posibilidad de la validez de la adicioacuten de la cascarilla
de arroz con concreto conformado por cemento maacutes agregado finos con fines de
controlar las fisuras (ref2)
- Por su parte Jimmy Sierra Hyman Roque Jared Medrano (2012) desarrollaron una
investigacioacuten que contoacute con el apoyo teacutecnico y financiero de la fundacioacuten para el
desarrollo tecnoloacutegico Agropecuario y Forestal de Nicaragua (FUNICA) con la finalidad
de aprovechar la cascarilla de cafeacute en la elaboracioacuten de materiales de construccioacuten Se
utilizaron diferentes proporciones para la fabricacioacuten del bioconcreto La proporcioacuten
142 indica que se utilizoacute una parte de cemento cuatro partes de arena y dos partes de
material cero para la proporcioacuten 133 significa que se empleoacute una parte de cemento
tres partes de arena y tres partes de material cero La cantidad de muestras que se
realizaron fueron 18 para la dosificacioacuten de 142 para luego realizar las mediciones de
la resistencia de los bloques a los 14 y 28 diacuteas Esto se comparoacute con la otra dosificacioacuten
de 133 a la cual tambieacuten se le realizaron 18 muestras
Para cada dosificacioacuten de 6 muestras se le fue agregando cascarilla en porcentaje de
19 20 y 30 Se puede apreciar en la siguiente tabla que la cascarilla de cafeacute en su
36
estado natural o molida se comporta similar al aacuterido fino es por ello que en las
dosificaciones se utilizoacute para disminuir la arena
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012)
MATERIALES QUE PASA POR TAMIZ
38acute Ndeg4 Ndeg8 Ndeg16 Ndeg30 Ndeg50 Ndeg100 Ndeg200 MF
Arena 99 9287 7281 4543 2426 482 08 006 359
Material cero 100 9741 5288 2252 868
24 005 0 417
Cascarilla de
cafeacute 100 9666 4485 1143 255 045 008 0 444
Cascarilla cafeacute
molida 952 756 4376 1666 331 033 0 365
Se concluye que el material cero es considerado un agregado fino debido a que en la
prueba granulomeacutetrica pasoacute por todas las mallas del agregado grueso La mejor
proporcioacuten para esta investigacioacuten se considera que fue 133 cumpliendo los
estaacutendares de calidad la proporcioacuten de la cascarilla es del 10 dando como resultado
4420kgcm2 seguacuten las normas de la ASTM
Los datos de resistencias reflejaron que el curado es determinante para obtener
mayores resistencias ya que entre el curado de 14 diacuteas y el de 28 diacuteas hay diferencias
considerables Seguacuten los resultados que obtuvieron en los ensayos de resistencia al a
compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje de cascarilla tienen
las menores resistencias (Roque amp Medrano 2012) (ref3)
37
Antecedentes nacionales 222
- Garciacutea Carlos Daniel Olaya Julio Mario (2011) Estudiantes que realizaron este trabajo
que hace parte de la liacutenea de investigacioacuten sobre materiales de construccioacuten han
venido trabajando la seccioacuten de construcciones agriacutecolas del Departamento de
Ingenieriacutea Agriacutecola de la Universidad Nacional de Colombia Ahondar en un material de
comuacuten conocimiento y aplicacioacuten pero que dosificado con aacuteridos orgaacutenicos provenientes
de desechos de las agroindustrias como el caso de la cascarilla o cisco de cafeacute no
teniacutean conocimiento de su comportamiento mecaacutenico ni de sus propiedades teacutermicas
Los materiales a utilizar fueron
Cascarilla de cafeacute (Tabla 7 materiales de desperdicios obtenidos en el beneficio de un kilogramo de cafeacute cereza)
Cal agriacutecola
Cemento
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus materiales de
desperdicio(Garcia amp Olaya 2011)
PROCESO PERDIDA(GRS) MATERIALES
Despulpado
Fermentacioacuten
Trilla
Secado
Torrefaccioacuten
Preparacioacuten de la bebida
Peacuterdida total
394
216
35
171
22
104
942
Pulpa fresca
Muciacutelago
Cascarilla
Agua
Cafeiacutena y sustancias volaacutetiles
Borra
PRUEBAS
1 Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale en la trilladora en
una solucioacuten de agua cemento al 5 en peso durante 30min Agitado constante
2 Se disentildearon mezclas con diferentes combinaciones de relacioacuten agua-cemento
3 Ensayos de compresioacuten
4 Ensayos de conductividad teacutermica
38
RESULTADOS
El asentamiento contraccioacuten longitudinal y volumeacutetrica la resistencia a la compresioacuten
la conductividad teacutermica y el moacutedulo de rotura se muestran en tabla 2 y 3
correspondiendo cada una a los dos estados de manejo de la cascarilla sin tratar y
mineralizada
Con el tratamiento mineralizante de la cascarilla se aumenta el peso especiacutefico
aparente seco en un 12 debido a que se disminuye el volumen de poros de eacutesta se
disminuye el peso unitario suelto en un 23 porque se dificulta el acomodamiento de la
cascarilla como consecuencia de la rigidez que adquiere y se produce una disminucioacuten
en la absorcioacuten en un 10 causada por la disminucioacuten en el volumen de poros El
hormigoacuten ligero con cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico ya que los valores
obtenidos de conductividad teacutermica (K) para as diferentes mezclas ensayadas son
menores a los que se obtienen para el hormigoacuten con cascarilla de arroz
RECOMENDACIONES
Cuando se utiliza cascarilla mineralizada se disminuye la manejabilidad de la mezcla
(AC=05 Y cemento cascarilla =14) hasta el punto de no poder determinar su
asentamiento se disminuye el tiempo de fraguado a 24 horas de fundida la mezcla y se
produce un aumento de resistencia a la compresioacuten a los siete diacuteas del 50
Es recomendable investigar maacutes a fondo el tratamiento mineralizante de la cascarilla
teniendo en cuenta que al calentar la mezcla (cascarilla-agua-mineralizante) disminuiraacute
el tiempo de mineralizacioacuten y aumentariacutea la calidad de los resultados (Garcia amp Olaya
2011) (ref4)
- Riacuteos Juan Carlos Aguirre Mauricio Munera Daniela (2015) El objetivo de esta
investigacioacuten consistioacute en utilizar un material de construccioacuten alternativo que sea
sostenible Uno de los residuos del cafeacute es la cascarilla la cual se utilizoacute en esta
investigacioacuten para el usoacute del concreto con el fin de reducir los costos de produccioacuten del
mismo e impactar de forma positiva al medio ambiente
39
Los materiales que utilizaron fueron
CASCARILLA DE CAFEacute seleccionada del tipo de cafeacute factor 85 del municipio de
Ciudad Boliacutevar (suroeste antioquentildeo) secada en un horno a 55deg durante 25 horas
proceso propio del cafeacute para evitar que se degrade
CEMENTO PORTLAND Tipo I
CLORURO CAacuteLCICO
PRUEBAS 5 Cilindros 1 Muestra de concreto sin adicioacuten de cascarilla de cafeacute (Muestra
patroacuten) (M1) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un 15 de relacioacuten de
volumen respecto al cemento (M2) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un
15 de relacioacuten de peso respecto al cemento (M3) se caracterizaron las arenas y triturado
empleado en la elaboracioacuten de mezclas utilizando las mallas recomendadas por la norma 174
dada por Icontec (2000)
RESULTADOS
El comportamiento de la cascarilla de cafeacute para mejorar o igualar la resistencia de concreto no
se obtuvo como se esperaba debido a que es necesario hacer un proceso maacutes elaborado a la
cascarilla para que tenga un comportamiento oacuteptimo es necesario darle un tratamiento previo
para brindarle una proteccioacuten contra el medio alcalino de la pasta de cemento Se observa
como la presencia de cascarilla de cafeacute reduce la energiacutea embebida presente en las muestras
en relacioacuten al concreto aunque un caacutelculo maacutes exacto seria tener en cuenta la energiacutea
embebida de la cascarilla pero para este trabajo no fue posible contar con este dato pero por
experiencia con otras fibras seriacutea un valor menor al del concreto lo que sigue arrojando un valor
menor
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015)
CARACTERIacuteSTICA M1 M2 M3
Aacuterea (m2)
Volumen (m3)
Peso (Kg)
1767
4948
1262
1767
51247
123
1767
53014
878
40
Carga (KN)
Densidad (gcm3)
Presioacuten (Mpa)
5895
255
3336
3248
24
184
83
165
047
Se concluye que para el uso de materiales naturales como en este caso cascarilla de cafeacute es
necesario hacer un recubrimiento para brindar proteccioacuten frente al medio alcalino del cemento
lo cual se puede hacer con aceite de linaza aceite de linaza + resina natural parafina parafina
+ resina natural sellador para madera o creosota
Los materiales alternativos son maacutes econoacutemicos que los utilizados tradicionalmente La
presencia de la cascarilla de cafeacute reduce el consumo de energiacuteas para la elaboracioacuten del
concreto (RIOS et al 2015) (ref5)
- Carvajal Corredor Ivaacuten Leonardo y Terreros Rojas Luis Eduardo (2016) Realizaron un
trabajo de Investigacioacuten para el programa de ingenieriacutea civil de la Universidad Catoacutelica
de Colombia ldquoAnalisis de las propiedades mecaacutenicas de un concreto convencional
adicionando fibra de caacutentildeamordquo con el objetivo de determinar y analizar las propiedades
mecaacutenicas (compresioacuten y flexioacuten) de un concreto convencional adicionando fibra de
caacutentildeamo en condiciones normales y asiacute establecer las condiciones en que se va a
trabajar la fibra adicionaacutendola al concreto
Se elaboraron 12 especiacutemenes ciliacutendricos 6 con fibra de caacutentildeamo y 6 normales con el
fin de obtener la resistencia a la compresioacuten a los 7 diacuteas 14 diacuteas y 28 diacuteas igualmente
se elaboraron 2 viguetas adicionando fibra de caacutentildeamo para determinar la resistencia a
la flexioacuten a los 28 diacuteas todo siguiendo la norma INV E seccioacuten 400 - concreto
hidraacuteulico Como se evaluaron unos concretos con fibra y otro normales a los que se le
adiciono fibra la cual con anterioridad se tratoacute con la cal hidratada seguacuten las
investigaciones de Quintero y Gonzaacutelez (2006) se sumerge la fibra en una lechada de
cal (10g por litro de agua) durante 48 horas
Se concluyoacute que por medio de un disentildeo de mezcla elaborado a partir del meacutetodo de
peso y volumen absoluto utilizando los datos suministrados de la empresa CEMEX
Colombia SA y Concrescol SA se logroacute con precisioacuten la resistencia a la compresioacuten
esperada a los 28 diacuteas En los primeros 7 diacuteas el concreto con fibra de caacutentildeamo supero
41
la resistencia del concreto normal con un 7875 de la resistencia esperada y con una
diferencia promedio entre los dos concretos de 120 psi a los 28 diacuteas el concreto con
fibra presento una tendencia totalmente diferente pues se esperaba que este superara
la resistencia de 4000 psi donde igualo la resistencia alcanzada del concreto normal
donde el concreto normal llego con una resistencia de 10034 y el concreto con fibra
llego a un 10049 frente a la resistencia calculada en el disentildeo de mezcla (Terreros
Rojas amp Carvajal Corredor 2016) (ref6)
42
DOSIFICACIOacuteN DE
HORMIGONES
LIGEROS CON
CASCARILLA DE CAFEacute
APROVECHAMIENTO
DE LA CASCARILLA
DE CAFEacute EN LA
ELABORACIOacuteN DE
MATERIALES DE
CONSTRUCCIOacuteN
FIBRA DE CAFEacute
INVESTIGATING
EFFECTS OF COFFEE
HUSK ASH AS PARTIAL
REPLACEMENT OF
CEMENT IN CONCRETE
GRADE C25
MEacuteXICO COLOMBIA N D COLOMBIA
Como material
mineralizante es maacutes
econoacutemico el cemento que
la cal agriacutecola con mejores
resistencias a la compresioacuten
Cuando se utiliza cascarilla
mineralizada se disminuye
la manejabilidad de la
mezcla Calentar la mezcla
(cascarilla- agua-
mineralizante) aumentara la
calidad de los resultados
-Resistencia a la
compresioacuten las
dosificaciones con mayor
porcentaje de cascarilla
tienen las menores
resistencias -Los bloques no son
recomendables
emplearlos en obras
civiles que alberguen
mucha poblacioacuten
La resistencia no
resulto como se esperaba
para ello la cascarilla
necesita un proceso previo
para brindarle una
proteccioacuten contra el medio
alcalino La presencia de
la cascarilla de cafeacute reduce
el consumo de energiacuteas
para la elaboracioacuten del
concreto
-El hormigoacuten se vuelve
menos viable a medida
que aumenta el porcentaje
de CHA -Resistencia a la
compresioacuten aumenta con
el periacuteodo de curado y
disminuye con el aumento
de CHA -Soacutelo un 5 de
sustitucioacuten CHA es
adecuada para disfrutar del
maacuteximo beneficio de la
ganancia de fuerza
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo
e impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Desarrollar una propuesta
de un material de
construccioacuten ecoloacutegico
para las comunidades
cafetales de Meacutexico
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo e
impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Ahondar en un material
de comuacuten conocimiento y
aplicacioacuten pero que
dosificado con aacuteridos
orgaacutenicos provenientes de
desechos de la
agroindustria
2011
2012
2014
2015
DISENtildeO DE CONCRETO
FIBROREFORZADO DE
FrsquoC=250KGCM2CON
FIBRA VEGETAL EN LA
CIUDAD DE JAEacuteN
PERUacute
En el anaacutelisis de fisuras se
observa que el ancho de
fisuras disminuye con
respecto al concreto patroacuten
en un 6366 6476 y en
un 4837para los concretos
con 10kgm3 20kgm3 y
30kgm3de adicioacuten de
cascarilla de arroz
respectivamente se puede
concluir que la adicioacuten de
cascarilla de arroz favorece
a la disminucioacuten de las
fisuras originadas en el
concreto
Determinar la influencia
en las propiedades fiacutesicas
y mecaacutenicas del concreto
reforzado con fibras
vegetales (cascarilla de
arroz)
2017
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
43
23 Bases teoacutericas
Concreto 231
Material compuesto que consiste en un medio adherente en el que estaacuten embebidas partiacuteculas
o fragmentos de agregados Es una mezcla compuesta por los agregados de arena piedra
agua y cemento inicialmente tienen caracteriacutesticas de plasticidad y moldeabilidad y con
posterioridad su estado fiacutesico seraacute endurecer y adquirir propiedades resistentes permanentes
El concreto es el material maacutes usado en el mundo despueacutes del agua (Neville 1999) La
versatilidad es la importancia que radica en el concreto llevaacutendolo a altos desempentildeos usos y
aplicaciones
2311 Propiedades
Las siguientes son las ventajas que hacen del concreto un material imprescindible para la
construccioacuten y un material que responde aacutegilmente a los principales desafiacuteos de la
infraestructura son
- Capacidad de resistir a una gran variedad de condiciones climaacuteticas durante todo su
tiempo de vida uacutetil
- Material de alta disponibilidad puede ser fabricado en cualquier parte del mundo
optimizando los costos
- Su maleabilidad permite variaciones esteacuteticas y arquitectoacutenicas
- En aplicaciones de infraestructura el uso de concreto es insustituible
Todas estas caracteriacutesticas han permitido el desarrollo de grandes obras e infraestructuras a
nivel mundial cuyo eacutexito estaacute ligado a la implementacioacuten de avanzadas tecnologiacuteas en
materiales de construccioacuten (Ceballos Arana 2016)
44
Concreto fresco 232
Etapa en la cual el concreto se puede transportar colocar en una formaleta y realizar los
procesos de vibracioacuten Las propiedades en estado fresco deben permitir que se llene
adecuadamente las formaletas y los espacios alrededor del acero de refuerzo asiacute como
tambieacuten obtener una masa homogeacutenea sin grandes burbujas de aire atrapada Esta propiedad
se puede determinar mediante varios meacutetodos de ensayo como son la manejabilidad
segregacioacuten exudacioacuten masa unitaria contenido de aire y contenido de agua (Guzmaacuten 2001)
Concreto endurecido 233
Es la etapa en la cual el concreto adquiere sus caracteriacutesticas potenciales de resistencia
maacutexima En general las propiedades mecaacutenicas del concreto dependen en gran medida por la
resistencia de la pasta endurecida los agregados y la interface pasta ndash agregados los cuales a
su vez son modificadas por los procesos de colocacioacuten y condiciones de curado (Guzmaacuten
2001) Cuando ya ha fraguado presenta las siguientes propiedades
a) Resistencia
b) Resistencia a la compresioacuten
c) Impermeabilidad y estanquidad
d) Durabilidad
24 Componentes del concreto
Cemento 241
Un cemento se define como un material con propiedades adhesivas y cohesivas que le dan la
capacidad de unir fragmentos soacutelidos para formar un material resistente y durable Sin embargo
esta definicioacuten incluye gran cantidad de materiales cementantes y los que realmente importan
desde el punto de vista de la construccioacuten son los cementos hidraacuteulicos llamados asiacute porque
tienen la peculiaridad de desarrollar sus propiedades (fraguado y endurecimiento) cuando se
encuentran en presencia de agua en virtud a que experimentan una reaccioacuten quiacutemica con ella
45
El cemento constituye entre el 7 y 15 de volumen total de la mezcla y por tanto influye en
todas sus caracteriacutesticas ((ASOCRETO) nd)
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd)
TIPO APLICACIOacuteN
TIPO I
Tipo IA
TIPO II
Tipo IIA
TIPO III
TipoIIIAMem
gt
TIPO IV
TIPO V
Para usar cuando no se requieran las propiedades especiales especificadas
para cualquier otro tipo
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo I donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para uso general maacutes especiacuteficamente cuando se desea resistencia
moderada a los sulfatos o calor de hidratacioacuten moderado
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo II donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea alta resistencia inicial o temprana
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo III donde
se desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea bajo calor de hidratacioacuten
Para usar cuando se desea alta resistencia a los sulfatos
Agua 242
Por lo general se recomienda que el agua sea potable y que no tenga un pronunciado olor o
sabor para que pueda usarse como agua de mezclado o curado en el concreto o el mortero
sin embargo esto no es rigurosamente cierto debido a que dentro del agua potable se pueden
encontrar disueltas en altas concentraciones sales ciacutetricos azuacutecares entre otros que pueden
ser perjudiciales para el concreto o el mortero de otra parte el agua que puede ser adecuada
para el concreto o mortero no necesariamente debe ser buena para beber (Diego Saacutenchez De
Guzmaacuten 2011)
El agua de mezcla cumple dos funciones muy importantes permitir la hidratacioacuten del cemento y
hacer la mezcla manejable De toda el agua que se emplea en la preparacioacuten de un mortero o
un concreto parte hidrata el cemento el resto no presenta ninguna alteracioacuten y con el tiempo
se evapora como ocupaba un espacio dentro de la mezcla al evaporarse deja vaciacuteos los
cuales disminuyen la resistencia y al durabilidad del mortero o del hormigoacuten (Rivera L nd)
46
Agregados 243
Como agregados de las mezclas de mortero o concreto se pueden considerar todos aquellos
materiales que han tenido una resistencia propia suficiente (resistencia de la partiacutecula) no
perturben ni afecten desfavorablemente las propiedades y caracteriacutesticas de las mezclas y
garanticen una adherencia suficiente con la pasta endurecida del cemento Portland
La fraccioacuten fina de los suelos gruesos cuyas partiacuteculas tienen un tamantildeo inferior a 476 mm
(tamiz No4) y no menor de 0074mm (tamiz No 200) es lo que comuacutenmente se denomina
AGREGADO FINO y la fraccioacuten gruesa o sea aquellas partiacuteculas que tienen un tamantildeo
superior a 476mm (tamiz No 4) denominado AGREGADO GRUESO (Rivera L 2006)
25 Normativas para ensayos
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017)
ENSAYO NORMATIVA
Agregados
Muestreo de agregados
Peso especiacutefico y absorcioacuten
Contenido de humedad
Anaacutelisis granulomeacutetrico
Cantidad de material fino que pasa el Tamiz Ndeg200
Peso unitario
Concreto
Muestreo de concreto freso
Asentamiento-slump
Peso unitario rendimiento
Elaboracioacuten y curado de muestras de concreto para
ensayos de laboratorio
Resistencia a compresioacuten
Testigos ciliacutendricos
Cemento
Densidad del cemento Portland
ASTM
D-75
C-127
C-128
C-566
C-136
C117
C-29
C-172
C-143
C-138
C192
C-39
C-188
NTP
400010
400021
400022
339185
400012
339132
400017
339036
339035
339046
339183
339034
334005
47
26 Fibras en el concreto
El uso de las fibras naturales como un componente maacutes en materiales de relleno o
aglomerantes no es nuevo se remonta a varios siglos atraacutes En concreto existen referencias
tempranas de experimentacioacuten con un refuerzo discontinuo (clavos segmentos de cable
ganchos) que se remontan a 1910 Probablemente el uso maacutes extendido de las fibras como un
componente maacutes en materiales aglomerantes haya sido su uso en elementos como tejas o
prefabricados de asbesto cemento En este caso las fibras de asbesto le conferiacutean al material
el monolitismo y la resistencia a la tensioacuten buscada sin embargo por consideraciones de salud
estas fibras de asbesto han sido sustituidas por otras de diferentes materiales que no tienen
ninguacuten efecto sobre la salud humana (Imcyc 2007)
Las fibras para concreto se adicionan normalmente en bajos voluacutemenes (frecuentemente
menos del 1) y han mostrado eficiencia en el control de la fisuracioacuten por contraccioacuten del
concreto Las fibras no alteran considerablemente la contraccioacuten libre de concreto y si son
empleadas en cantidades adecuadas pueden aumentar la resistencia al agrietamiento y
disminuir la abertura de las fisuras Las fibras para concreto generalmente son de acero
plaacutestico vidrio de materiales naturales (celulosa de madera) y sistemas muacuteltiples disponibles
en una amplia variedad de formas tamantildeos y espesores (DIFICONSA nd)
Clasificacioacuten de fibras 261
Como refuerzo secundario para concreto en general pueden clasificarse seguacuten diferentes
consideraciones (ASTMC 1116 EN 14889 EN 14889-2 ver normas actuales que rigen el
empleo de las fibras paacuteg26) hoy en diacutea se emplean principalmente dos tipos de clasificacioacuten
asiacute
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007)
CLASIFICACIOacuteN DESCRIPCIOacuteN
Material
Metaacutelicas
Sinteacuteticas
Secciones discretas de metal que tienen una relacioacuten de
aspecto (relacioacuten entre la longitud y el diaacutemetro) que va
desde 20 hasta 100 Estas fibras son de acero (en
general de bajo contenido de carboacuten)
Secciones discretas que se distribuyen aleatoriamente
dentro del concreto que pueden estar compuestas por
Acriacutelico Aramid Carboacuten Polipropileno Poliestileno
Nylon Poliester etc
48
Vidrio
Naturales
Funcionalidad geometriacutea y dosificacioacuten
Microfibras
Macrofibras
Secciones discretas de fibra de vidrio resistentes al
aacutelcali
Secciones discretas de origen como coco sisal madera
cantildea de azuacutecar yute bambuacute etc Cuyos diaacutemetros
variacutean entre 05 y 02 mm con valores de absorcioacuten
superiores al 12
Estas fibras estaacuten destinadas a evitar la fisuracioacuten del
concreto en estado fresco o antes de las 24 horas Se
dosifican en el concreto para voluacutemenes entre 003 a
015 del mismo
Estas fibras estaacuten destinadas a prevenir la fisuracioacuten en
estado endurecido a reducir el ancho de la fisura si eacutesta
se presenta y a permitir el adecuado funcionamiento de
la estructura fisurada Las dosificaciones maacutes
frecuentes oscilan entre 02 a 08 del volumen del
concreto Las macrofibras maacutes usadas son las sinteacuteticas
y las metaacutelicas cuyos diaacutemetros variacutean entre 005 mm a
200mm La relacioacuten de aspecto (Ld) de las
macrofibras variacutea entre 20 a 100
2611 Uso en la construccioacuten
El ACI clasifica a las fibras de acuerdo al uso en la construccioacuten dividieacutendolos de la siguiente
manera
- Fibra de acero (FA)
- Fibra de vidrio (FV)
- Fibra sinteacutetica (FSN)
- Fibra natural (FN) (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
27 Concreto reforzado con fibras vegetales
Concretos donde su composicioacuten estaacute formada de pasta base cementante agregados fino
agregado grueso con adecuadas adiciones de fibras Seguacuten la definicioacuten del ACI (American
Concrete Institute) no es maacutes que concreto hecho a partir de cementos hidraacuteulicos
conteniendo agregados finos y gruesos y fibras discretas discontinuas
49
Fibras vegetales 271
Los oacuterganos las secciones y las fibras de las plantas son denominados fibras vegetales se
pueden definir como todos los elementos estructurales que hacen parte de los tejidos orgaacutenicos
de las plantas y constituyen su esqueleto Los factores que definen el nivel de consistencia de
cada una de las fibras dependen del oacutergano o tejido del cual sean extraiacutedos y del grado de
unioacuten entre ellos La longitud y la forma de los cordones de fibras tambieacuten variacutean dependiendo
de esos mismos factores (Artesaniacutea 2014)
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) ORIGEN DE LAS
FIBRAS TIPO
Semillas
Tallos
Fruto
De la cascara y fruto
El algodoacuten
Capoc o Kapok
Lino
Caacutentildeamo
Yute
Ramio
Albaca
Sisal
Rafia
Bambuacute
Coco
Cereales Arroz avena centeno cebada trigo
Las fibras en el concreto tienen como funcioacuten principal mejorar la resistencia a traccioacuten y evitar
el agrietamiento cuando las fibras pierden su resistencia el producto es equivalente a un
concreto no reforzado Sin embargo en ese momento el concreto habraacute alcanzado su
resistencia total y como el agrietamiento se ha evitado en las etapas iniciales podriacutea ser maacutes
resistente que un producto similar hecho sin refuerzo
Aproximadamente el contenido general de fibra vegetal es del 1 a 2 del peso no seraacute nunca
del volumen ya que las densidades de las fibras pueden variar grandemente (Stulz amp Mukerji
1993)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 272
Dentro de las caracteriacutesticas maacutes importantes del concreto estaacuten las siguientes
50
2721 Resistencia a la compresioacuten
El uso de las fibras no tolera incrementos significativos en este ensayo En sus resultados
puede haber una leve variacioacuten tanto en el incremento como en el decremento en la
resistencia
Es importante el tamantildeo de las probetas cuanto menor sea se obtendraacuten mayores
resistencias a la compresioacuten debido a que se acentuacutea un alineamiento preferente de las fibras
A medida que aumente la longitud de la fibra el efecto seraacute mucho maacutes sensible (ACI 544-1R)
(American Concrete Institute (Aci) 2009)
2721 Resistencia al impacto
Los concretos reforzados con fibras presentan caracteriacutesticas principales como su resistencia a
los impactos por absorcioacuten de energiacutea adicional a esto presentan una menor tendencia a la
desfragmentacioacuten y al desprendimiento (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
2722 Resistencia a la flexioacuten
L a resistencia a la flexo traccioacuten es evidentemente mayor que la resistencia a la compresioacuten y
traccioacuten debido al comportamiento duacutectil del concreto reforzado con fibra en la zona fisurada
por traccioacuten desarrollando resistencias residuales (Carvajal 2015)
Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras 273vegetales
La funcioacuten principal de las fibras vegetales que se agregan es de soportar las tracciones
despueacutes de la primera fisura del concreto teniendo presente que el aporte de refuerzo de las
fibras es diferente a la del armado convencional de acero
En el momento que aparece una fisura las fibras quedan expuestas siendo estas las
responsables de mantener el elemento adherido Teniendo como resultado que las fibras
actuantes tengan diferentes esfuerzos al momento de la fisura La curva caracteriacutestica Carga
Vs Deflexioacuten en concretos reforzado con fibras sometidas a ensayos de traccioacuten por flexioacuten
se puede observar en la figura 4 (Carvajal 2015)
51
Lograr una buena homogenizacioacuten de la fibra vegetal en la elaboracioacuten de la mezcla
garantizara una buena distribucioacuten organizacioacuten y adecuada orientacioacuten de la fibra aportando
asiacute en su resistencia siendo lo contrario se podriacutea suponer que su contribucioacuten al concreto sea
nula (Carvajal 2015)
Las caracteriacutesticas que se potencializan al emplear adiciones de fibra vegetal en los concretos
son la resistencia y durabilidad La fibra ayuda a cohesionar el material entre sus agregados
con esto evitando la segregacioacuten del agregado
Normativa de concreto con agregados vegetales 274
Se tiene como referencia para esta investigacioacuten la normativa del Instituto Americano del
Concreto (ACI) y la sociedad Estadounidense para pruebas y materiales (ASTM) dentro de las
cuales se otorgan una serie de paraacutemetros para el disentildeo de concretos reforzados con fibras
teniendo presente las caracteriacutesticas a las cuales se deben regir los materiales que son
utilizados en las mezclas de concretos
El documento ACI 544R-96 informe sobre hormigoacuten armado con Fibra Homologar (2009) es
una guiacutea potencial para el disentildeo de concretos con fibras naturales Dentro del informe ACI
544 se puede encontrar una descripcioacuten del tipo de fibras referenciando consigo meacutetodos
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras (Carvajal 2015)
52
proporciones practicas materiales y necesidades para el tipo de investigacioacuten incluyendo los
concretos reforzado con fibra natural (American Concrete Institute (ACI) 2009)
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras
Tuacuteneles 281
El uso de fibras de acero para el revestimiento de tuacuteneles hadado importantes resultados
tanto en su colocacioacuten como en su desempentildeo estructural logrando alcanzar una alta
resistencia en pocas horas El uso de las fibras de acero en el concreto ha dado una pauta para
obviar el uso de malla electro soldada ya que las fibras logran cubrir esta necesidad de
elementos de refuerzo en las obras de construccioacuten
Pavimentos 282
Se sabe que el concreto para el uso en pavimentos requiere de unas especificaciones
particulares para de esta manera lograr contrarrestar las fuertes exigencias estructurales entre
ellas las maacutes importantes
- Resistencia a flexo traccioacuten
- Resistencia a fatiga
- Trabajabilidad
- Miacutenima retraccioacuten
Otros usos 283
Las fibras hacen una fuerte participacioacuten en la elaboracioacuten de elementos prefabricados tal es
el caso de elaboracioacuten de placas de fachada tanques plantas industriales piscinas pisos
industriales canales muebles para parques piezas para el hogar entre otros
53
29 Concreto arquitectoacutenico
El concreto arquitectoacutenico es aquel que por siacute mismo o por medio del tratamiento superficial
que se le aplique permite ser el protagonista del aspecto acabado o si se quiere personalidad
de lo edificado sin dejar de lado su funcioacuten estructural (Cementos Argos SA 2010)
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018)
Prefabricados 291
Los prefabricados en concreto son una opcioacuten vanguardista que ademaacutes de ofrecer variedad
de usos permite ahorra tiempo y dinero Su durabilidad resistencia y versatilidad continuacutean
consolidaacutendolo como una de las mejores alternativas en la construccioacuten ((IMCYC) 2017)
La prefabricacioacuten es anterior a la industrializacioacuten considerando que el ladrillo fue el primer
elemento producido fuera de obra con sistemas que se han ido prolongando a traveacutes del
tiempo con nuevos meacutetodos procedimientos equipos materiales entre otros Es una manera
raacutepida moderna versaacutetil y energeacuteticamente eficiente forma de construir cualquier tipo de
edificacioacuten (Novas 2010)
2911 Clasificacioacuten
Estos elementos se clasificaraacuten dependiendo de variables como funcioacuten peso dimensiones
formato meacutetodo de produccioacuten materiales entre otros
ESTRUCTURALES URBANIacuteSTICOS ARQUITECTOacuteNICOS
Muros en Tilp Up
Muros de contencioacuten
Prefabricados
Columnas losas y vigas
Muros para sistema
industrializado de construccioacuten
de vivienda
Senderos peatonales y pisos
Elementos de amueblamiento
urbano
Aplicaciones en parques y espacio
puacuteblico
Elementos texturizados en
concreto
Fachadas
Decks
54
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010)
CLASIFICACIOacuteN DE PREFABRICADOS
Seguacuten el grado de prefabricacioacuten Parcial
Total
Seguacuten su funcioacuten Resistente
Cerramiento
Ornamental
Seguacuten su peso y dimensiones Livianos (˂30Kg)
Semipesados (˂500Kg)
Pesados (˃30Kg)
Seguacuten su formato Bloques
Paneles
Elementos lineales
Seguacuten su meacutetodo de ejecucioacuten Industrial a gran escala
Taller
Fabricacioacuten baja teacutecnica
Seguacuten sus materiales Hormigoacuten armado
Hormigoacuten pre ndash pos tensado
Acero
Aluminio
Madera
Plaacutestico
2912 Procesos de produccioacuten
29121 Encofrado
Elementos auxiliares destinamos al moldeo ldquoin siturdquo de concretos y morteros con el fin de
contener soportar y moldear el concreto fresco hasta su endurecimiento Estructuras
temporales su colocacioacuten tarda algunas horas y que en pocos diacuteas se desmontan para su
posterior reutilizacioacuten Para un faacutecil y adecuado desmonte sin afectar acabado yo color del
concreto se suele utilizar desmoldantes (barnices antiadherentes y preparados a base de
aceites solubles en agua) para simplificar el desencofrado y si son de madera se deben
humedecer antes para impedir que absorban agua del concreto (Piqueras 2017)
29122 Vaciado del concreto
Para efectos del vaciado del concreto se debe cumplir el Reglamento Colombiano de
Construccioacuten Sismo Resistente NSR-10 (Capitulo C5) y la norma NTC 3318 o ASTM C94 Se
debe recurrir a una serie de pasos anterior al vaciado los equipos de transporte deben estar
limpios el refuerzo libre de oacutexidos o grasas los encofrados recubiertos con desmoldante
55
ademaacutes no puede haber estancamientos de agua y en caso de tener superficies de concreto
colocado anteriormente que vayan a estar en contacto directo con el concreto nuevo deben
haber recibido el tratamiento de juntas especifico El concreto debe alcaacutezar una consistencia
que permita su colocacioacuten en todas las esquinas o aacutengulos de las formaletas alrededor del
refuerzo y de cualquier otro elemento embebido sin que haya segregacioacuten El concreto se
debe colocar tan pronto sea posible y nunca despueacutes de treinta minutos de preparada la
mezcla a menos que haya sido dosificada con alguacuten tipo de aditivo autorizado (SAOV 2018)
29123 Vibrado del concreto
Es vital este procedimiento durante la colocacioacuten del concreto este se debe colocar con la
ayuda de un equipo mecaacutenico de vibradores complementado por labores manuales esto con
el fin de eliminar la cantidad de aire que hay en la mezcla producido durante el vaciado
tambieacuten hace que se comporte como un liacutequido espeso y se consolide mejor Este
procedimiento debe complementarse golpeando exteriormente con martillo neumaacutetico o
usando varillas en las esquinas y aacutengulos de las formaletas mientras el concreto este todaviacutea
plaacutestico y manejable a fin de impedir vaciacuteos (SAOV 2018)
29124 Desencofrado
El desencofrado debe realizarse sin movimientos bruscos Se debe efectuar cuando el concreto
haya alcanzado la resistencia suficiente para soportar con seguridad su propia carga maacutes
cualquier otra que se quisiese sobreponer Teniendo en cuenta la normativa el ACI ldquoAmerican
Concrete Instituterdquo en su documento ACI 347R (Guide to form work for concret) recomienda
que se utilice el criterio de ganancia de resistencia que haya definido el ingeniero estructural
para determinar la edad del concreto para desencofrar (SAOV 2018)
2913 Ventajas ambientales
- Poco desperdicio de materiales debido a dosificaciones de mezclas maacutes precisas y
controladas
- Mayor posibilidad de reciclar desechos y aguas grises Una fraccioacuten de los agregados
puede estar constituida por concreto reciclado con el tratamiento adecuado
56
- Los componentes principales del concreto son obtenidos principalmente a nivel local lo
cual reduce los requerimientos de transporte energiacutea y emisiones asociadas a este
- En el sitio de obra se reduce el polvo escombros y otros desechos teniendo un control
y aprovechamiento total sobre ellos(Guerrero 2013)
210 Disentildeo Urbano
Espacio Puacuteblico 2101
El espacio puacuteblico moderno se define a partir de la separacioacuten formal entre la propiedad
privada urbana y la propiedad puacuteblica Tal separacioacuten normalmente supone reservar el suelo
libre de construcciones (excepto equipamientos colectivos y servicios puacuteblicos) para usos
sociales (esparcimiento actos colectivos transporte actividades culturales y a veces
comerciales etc) (Segovia y Neira 2005) Para un adecuado y apropiado disentildeo es
importante evaluar caracteriacutesticas sociales y las actividades para las cuales seraacuten disentildeadas
para asiacute corresponder a cada una de estas y asiacute satisfacer de manera oacuteptima duradera y
efectiva las necesidades que lo originaron
Pisos 2102
Dentro de las posibilidades que nos permite el concreto para moldearse esta esta teacutecnica la
cual consiste en estampar colorear y endurecer una superficie de concreto para obtener una
apariencia natural de materiales tales como ladrillo laja piedra o ceraacutemica permitiendo por su
versatilidad variedad de disentildeos y colores Es una teacutecnica de un gran valor arquitectoacutenico con
costos reducidos diversidad ideal para pisos veredas y accesos (Barbosa 2013)
21021 Usos
- Comerciales e industriales galeriacuteas supermercados complejos habitacionales plazas
aceras caminos senderos peatonales veredas estacionamientos y en general todo
tipo de piso con alto traacutensito vehicular y peatonal
57
- Residenciales pisos interiores o exteriores patios caminos interiores huellas zonas de
esparcimiento bordes de piscina escaleras garajes entre otros
21022 Ventajas
Los pisos de concreto estampado son logrados con un tratamiento que le confiere gran
resistencia a la superficie y con una terminacioacuten final con un sellador que protege los colores y
sella los poros del material Se evita la construccioacuten del contrapiso la carpeta de asiento y la
mezcla para la colocacioacuten del piso y queda libre de todo mantenimiento por muchos antildeos
(Barbosa 2013)
- Muacuteltiples opciones de colores
- Alternativas esteacuteticas
- Permite pulirse manteniendo su integridad
- Alternativa competitiva para acabados que simulen piedra natural madera baldosas
- Faacutecil y raacutepido de instalar en comparacioacuten con otras alternativas
- Menor manteamiento debido a tener un color integral
Seguacuten el color puede disminuir el efecto Isla de calor aumentar reflectividad y disminuir el consumo energeacutetico
Mobiliario Urbano 2103
El mobiliario urbano prescribe el espacio puacuteblico y se constituye en elemento esencial de la
identidad y el paisaje de las ciudades Se considera como elementos complementarios a
espacios de viacuteas parques alamedas caminos y aceras de uso puacuteblico con el fin de facilitar las
necesidades del ciudadano mejorando su calidad de vida en entornos favorables y a su vez
fomentando el uso adecuado de los espacios puacuteblicos para un bien general
21031 Clasificacioacuten seguacuten su funcioacuten
- Elementos de Iluminacioacuten columnas para laacutemparas farolas apliques balizas proyector
y focos
58
- Elementos de jardineriacutea y agua elementos que se relacionan con la vegetacioacuten y el
riego las fuentes y las evacuaciones de agua
- Elementos de comunicacioacuten estaacuten dados por los soportes para la comunicacioacuten como
sentildealizacioacuten informacioacuten o publicidad
- Elementos de servicios puacuteblicos mobiliario dirigido a satisfacer las necesidades
derivadas de los servicios puacuteblicos baacutesicos de la ciudad como son transporte la
telefoniacutea los estacionamientos para bicicletas vigilancia de playas y juegos infantiles
- Elementos Comerciales mobiliario destinado al uso comercial que tradicionalmente se
realiza en la viacutea puacuteblica kioscos de libros bares y puestos de mercado
- Elementos de limpieza indispensables en todo espacio puacuteblico para recoger la basura
maacutes diversa papeles vidrio metales plaacutesticos cartones pilas etc
- Elementos de Urbanizacioacuten y limitacioacuten Aquellos que por su extensioacuten pueden ofrecer
una visioacuten unitaria del territorio de la ciudad (rampa vehicular bordillos barandilla valla
barrera arquitectoacutenica bolardos bancos banquetas y sillas) (Rosas Chaves 2014)
Fachadas y elementos de concreto a la vista 2104
Su funcioacuten no solo es esteacutetica sino que debe garantizar un alto grado de proteccioacuten La
mezcla de concreto para estos elementos debe cumplir con determinadas caracteriacutesticas
especiales que le permitan estar expuesto a diferentes condiciones climaacuteticas El encofrado en
las estructuras de concreto arquitectoacutenico es de gran trascendencia dentro del proceso
constructivo pues ademaacutes de ser esencial para lograr una respuesta adecuada a nivel
estructural debe responder a las expectativas del disentildeador (Silva 2015)
Estampados 2105
Los acabados del concreto se clasifican en dos
59
21051 Acabados directos
Se entienden como superficies no tratadas aquellos que son dejados tal cual despueacutes del retiro
de las formaletas lo que determinan el aspecto de la superficie resultante (Cementos Argos
SA 2010)
21052 Acabados indirectos
Concretos cuyas superficies son tratadas despueacutes del desencofrado ya sea por medio
quiacutemicos o mecaacutenicos (comprende acabados cepillados allanados tratados con productos
quiacutemicos lavados con abrasivos tratados con herramientas tratamientos mixtos entre otros)
(Cementos Argos SA 2010)
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010)
ACABADOS TIPOS DE ACABADOS
Acabados directos
Acabados indirectos
Otros
Acabados lisos
Texturizados a partir de revestimientos
Patrones naturales
Incrustaciones
Madera simulada
Superficies acanaladas o estriadas
Allanado o liso
Tratamientos quiacutemicos
Lavado con abrasivos
Tratamiento con herramientas
Tratamientos mixtos
Tratado con sal
Oxidado
Tubos de PVC
Esferas de poliestireno expandido
21053 Concreto coloreado (pigmentos)
Los pigmentos son finas partiacuteculas de polvo quiacutemicamente inertes e insolubles que dotan de
color al material al que se antildeaden Deben ser insolubles tanto al agua como a los agregados
ademaacutes de inertes quiacutemicamente respecto al cemento a los agregados a los aditivos
resistentes a la intemperie estables a la luz a las temperaturas extremas y quedar firmemente
embebidos con los finos del cemento cuando endurezca (Estantildeol 2006)
60
Los pigmentos se clasifican en dos clases obtenidos de manera natural y manufacturados de
forma sinteacutetica
210531 Forma natural
Son obtenidos en yacimientos naturales minerales en su mayoriacutea son de color ocre debido a la
existencia de oacutexidos o hidroacutexidos metaacutelicos principalmente hierro La tierra natural calcinada se
tamiza hasta conseguir un tamantildeo uniforme de los granos y los fabricantes de dichos
pigmentos deben garantizar que las partiacuteculas tengan una dimensioacuten regular (Estantildeol 2006)
210532 Forma sinteacutetica
Estos pigmentos son baacutesicamente oacutexidos de hierro cromo cobalto y titanio Se deben
seleccionar oacutexidos teacutecnicamente puros sin aditivos ni constituyentes secundarios de un gran
poder colorante cualidad que depende de la naturaleza y pureza asiacute como de su finura Si
bien estos pigmentos tienen el mismo origen mineraloacutegico que los naturales al ser obtenidos
por procesos controlados y estandarizados tienen la ventaja de otorgar alta pureza elevado
brillo y gran poder de coloracioacuten estos pigmentos son estables a la intemperie es decir a la luz
UV al aacutecido carboacutenico a cambios fuertes en la humedad y la temperatura a los aacutecidos a los
aacutelcalis y a los componentes del cemento (Estantildeol 2006)
1 Capiacutetulo Cascarilla como material alternativo 61
3 Capiacutetulo Cascarilla de cafeacute como material alternativo
31 Generalidades
El pergamino de cafeacute o cascarilla es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano (fig 2) Esta cascarilla
constituye una excelente fuente de celulosa y lignina1 pentosanos siacutelice y cenizas asiacute como
otros compuestos en menor proporcioacuten En los paiacuteses productores de cafeacute los residuos y sub -
productos del cafeacute constituyen una fuente de contaminacioacuten y generadora de problemas
ambientales por ese motivo desde mediados del siglo pasado se ha tratado de buscar
meacutetodos sobre coacutemo utilizarlos como materia prima para la produccioacuten de bebidas vinagre
biogaacutes cafeiacutena pectina proteiacutena y abono (Coffea 2005)
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 311
Para esta investigacioacuten se utilizoacute la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) de una de las regiones
cafeteras del paiacutes el departamento de Narintildeo especiacuteficamente de ALMACAFEacute SA PASTO
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia 2010)
Procedencia
Aacuterea de cultivo
Temperatura promedio
Promedio Maacuteximo
Promedio Miacutenimo
Precipitacioacuten media anual
Radiacioacuten solar
Departamento de Narintildeo
Altitud 1765 msnm promedio
38400 Hectaacutereas sembradas en Narintildeo
199degC
259degC
16degC
1866 miliacutemetros anual
1666 horas promedio anual
Proceso obtencioacuten de la cascarilla 312
El cafeto es un arbusto o aacuterbol pequentildeo perennifolio de fuste recto que puede alcanzar los 10
metros en estado silvestre en los cultivos se los mantiene normalmente en tamantildeo maacutes
reducido alrededor de 3 metros Las hojas son eliacutepticas oscuras y coriaacuteceas
62
El fruto es una drupa que se desarrolla en unas 15 semanas a partir de la floracioacuten el
endospermo comienza a desarrollarse a partir de la duodeacutecima semana y acumularaacute materia
soacutelida en el curso de varios meses atrayendo casi la totalidad de la energiacutea producida por la
fotosiacutentesis
3121 Recoleccioacuten del cafeacute
En esta etapa se cosechan uacutenicamente los granos que alcanzan el estado de madurez
completa normalmente de color rojo o amarillo ya que los verdes dantildean el sabor de la taza de
un cafeacute Todo este proceso se desarrolla de forma manual
3122 Despulpado
El mismo diacutea de la recoleccioacuten los granos de cafeacute se despulpan retirando la cereza del grano
para que luego obtenga la fermentacioacuten En esta parte del proceso los granos permanecen en
reposo
3123 El lavado
En esta parte se retira con agua limpia los restos de muciacutelago que quedan en el grano y se
eliminan azucares
3124 El secado
Se exponen los granos de cafeacute al calor del sol en un secadero para que el grado de humedad
disminuya facilitando su conservacioacuten El grano seco se almacena en sacos limpios elaborados
en fique facilitando su traslado
Fuente Tomado de httpwwwmundocafetocombeneficiadoel-beneficio-humedo-del-cafe
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado
63
3125 Trillado artesanal
En En este proceso artesanal se retira la cascarilla del grano llamado pergamino Este
procedimiento tambieacuten puede desarrollarse de forma industrial (Omen 2011)
A partir del proceso de la trilla de cafeacute pergamino se retira mecaacutenicamente la cascara
(pergamino) que cubre la almendra de cafeacute (denominada cisco en la trilla) el pergamino ya
limpio entra a la maacutequina trilladora y es retirada por friccioacuten la cascarilla obtenieacutendose la
almendra El cisco que acompantildea la almendra al salir de la trilladora es succionado
mecaacutenicamente en esta operacioacuten se causa la merma por cisco El monitor de pergamino es
una maacutequina cribadora compuesta por un conjunto de tres a cuatro mallas una campana
extractora de cisco y polvo residual
La maacutequina trilladora estaacute formada por un cilindro en forma hexagonal con superficie labrada
que gira dentro de un cilindro coacutencavo estacionario y fraccionado en dos caacutemaras en la
primera caacutemara la friccioacuten elimina entre 60 y 70 de la cascarilla luego pasa a la segunda
caacutemara (caacutemara de retrilla) transportado por un elevador de cangilones donde termina de
retirarle la cascarilla y pule la superficie de la almendra eliminaacutendole la cutiacutecula (Mayorga
nd)
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia)
64
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla
Fuente Tomado de httpswwwcoopronaranjorlcomnuestro-cultivoproceso-ciclo
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute
Caracteriacutesticas fiacutesicas 321
El pergamino o cascarilla de cafeacute es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano de cafeacute en base seca
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005)
65
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
CASCARILLA DE CAFEacute
A B C
Masa unitaria suelta
284gr 300gr 310gr
MUS=298gr
Masa unitaria compacta (peso2716gr) molde 110pie3
334gr 354gr 344gr
MUC=344gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip 344grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 193grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2846 h
Composicioacuten quiacutemica 322
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011)
(Seguacuten Willboux (2))
()
Cafeacute
Araacutebica
()
Cafeacute
Robusta
()
Extracto eteacutereo
Proteiacutenas totales
Celulosa bruta
Hemicelulosa
Azuacutecares
Pentosa
Cenizas
Silicio
Aluminio (Al 203)
Hierro (Fe21198743)
Calcio
Magnesio
Sodio
Potasio
Grasas
040
150
5020
1160
2130
2600
100
1570
340
1360
1960
1220
340
1800
060
--
220
6020
760
--
--
330
--
--
--
--
--
--
--
66
Estas propiedades la hacen oacuteptima para utilizarla como agregado liviano en un hormigoacuten con
el limitante de que tiene un contenido de azuacutecares muy alto (213) que inhibe la reaccioacuten del
cemento en la mezcla y por consiguiente retarda el fraguado presentaacutendose eacuteste despueacutes de
las 72 horas de fundida la mezcla Este limitante se soluciona mineralizando la cascarilla
(Garcia amp Olaya 2011)
A su vez tiene una estructura lineal o fibrosa en la que se establecen muacuteltiples puentes de
hidroacutegeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa hacieacutendolas
muy resistentes e insolubles al agua De esta manera se originan fibras compactas que
constituyen la pared celular de las ceacutelulas vegetales daacutendoles asiacute la rigidez necesaria Las
fibras en los vegetales estaacuten unidas entre siacute por un material cementante de caraacutecter
termoplaacutestico denominado lignina localizada en la laacutemina media de las fibras
proporcionaacutendole rigidez y resistencia al tejido vegetal
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute)
Las fibras vegetales tienen dentro de su estructura componentes que son ricos en agua (lignina
y hemicelulosa) lo cual al reforzar el material compuesto puede generar deficiencias
mecaacutenicas La razoacuten principal para que la resistencia mecaacutenica disminuya es que el agua es
uno de los inhibidores naturales de la polimerizacioacuten en las resinas de polieacutester insaturado por
lo tanto la presencia de estos componentes es poco deseable dentro de la estructura de las
fibras (Gomez 2009)
Una forma de evitar o retardar la descomposicioacuten de las fibras utilizadas en el hormigoacuten es la
proteccioacuten de estas con sustancias bloqueadoras sustancias repelentes al agua y con una
mezcla de ambos tipos de sustancias (Gram 1983)
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades de
Glucosa)(Coffea 2005)
67
Mineralizacioacuten con aceite de linaza 331
Procedimiento
a) Calentar aceite a 80degC
b) Sumergir la fibra seca por 5 minutos
c) Tener otro aceite a 24degC y pasar la cascarilla por 5min
d) Repetir ciclo por 3 veces
e) Dejar enfriar a Tdeg ambiente durante 24h (Alvarado 2002)
Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 332
Procedimiento
Las partiacuteculas o fibras de bagazo fueron inmersas en Hidroacutexido de calcio al 50 durante 24
horas a una temperatura de laboratorio de 24degC (Para darle una proteccioacuten del medio alcalino
de la pasta de cemento) A partir de este procedimiento se obtiene como conclusioacuten que si se
aumenta el tiempo de inmersioacuten de cascara de arroz en la disolucioacuten baacutesica pasando de 24h a
72h se observa un gran aumento en la resistencia a compresioacuten (Saraz Aristizabal amp Mejiacutea
2007)
Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 333
Procedimiento
Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale de la trilladora en una
solucioacuten ac al 5 en peso durante media hora con agitado constante la proporcioacuten de la
cascarilla es del 10 del peso de la solucioacuten La cal limpia impurezas protege del ataque
microbioloacutegico protege del deterioro por la alta alcalinidad mejora la adherencia (Garcia amp
Olaya 2011)
68
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute
En la ciudad de Medelliacuten innovaron con la implementacioacuten de suelos a base de polietileno y
cascarilla de cafeacute molida ya que el piso de madera actual estaba empezando a sufrir deterioro
Este nuevo elemento fue el resultado de las investigaciones que el Metro adelanta con el fin de
obtener alternativas que garanticen la continuidad del servicio Ademaacutes de que esteacuten siempre
disponibles disminuyan gastos eviten las importaciones y sean amigables con el ambiente
Jaime Peacuterez jefe de Investigaciones del Metro explicoacute que los trenes vienen con un tipo de
madera especial resistente al agua y al calor pero esta no se obtiene en el paiacutes su
importacioacuten es costosa y con su obtencioacuten se hariacutea un significante dantildeo al ecosistema Es por
esta razoacuten que el Metro en colaboracioacuten con pymes y la Universidad de Antioquia ha
investigado desde los antildeos 80 con queacute otros materiales puede ser reemplazada la madera y
que tenga las mismas cualidades Fue esto lo que llevo a explorar otro tipo de materiales y a
encontrar en la cascarilla de cafeacute las particularidades necesarias para soportar el peso de los
usuarios y cumplir con la normatividad internacional ferroviaria no sufrir por humedad y no ser
vulnerable a incendios y una reduccioacuten del 30 al impacto con el medio ambiente (Mejia
2013)
El cisco la cascarilla sobrante del cafeacute es usado por un grupo de ingenieros mecaacutenicos como
materia prima para extruir perfiles de madera plaacutestica y construir viviendas de intereacutes social
El sector de la construccioacuten necesita innovarse constantemente a traveacutes de proyectos cada vez
maacutes sostenibles y amigables con los recursos y la mezcla de poliacutemeros con fibras provenientes
de productos residuales como el aserriacuten (EEUU) o la caacutescara de arroz (China) ha permitido en
el mundo una alternativa a la madera conocida como Wood Plastic Composite (WPC)
La agroindustria colombiana debiacutea encontrar un producto vegetal que le permitiera ofrecer una
alternativa al sector de la construccioacuten y es alliacute cuando el grupo uniandino Materiales y
Manufactura de Ingenieriacutea Mecaacutenica liderado por el profesor Jorge Medina encontroacute las
caracteriacutesticas aplicables al cisco de cafeacute
ldquoLos Andes nos permitioacute trabajar con el cisco de cafeacute que nos hace uacutenicos porque es el
producto que representa a Colombia en el mundo y deberiacuteamos integrarlo maacutes a nuestra
infraestructurardquo Las ventajas de haber utilizado el cisco de cafeacute fuera de darle un sello
69
colombiano al producto es que este subproducto del cafeacute anteriormente no se le daba un
manejo verde y se quemaba CO2 o botaba (Positivo 2015)
Estudiantes de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotaacute realizaron ensayos de
concreto con agregado de cascarilla de cafeacute en el Departamento de Ingenieriacutea Agriacutecola
Tomaron un material como el concreto para realizar la aplicacioacuten de residuos orgaacutenicos
provenientes de la agroindustria cafetera haciendo pruebas y ensayos para determinar las
propiedades fiacutesico-quiacutemicas de la cascarilla del cafeacute y su comportamiento junto al concreto
Llegaron a la conclusioacuten que como material mineralizante es maacutes econoacutemico el cemento que la
cal agriacutecola ademaacutes de que se obtiene mejores resistencias a la compresioacuten en el hormigoacuten
cuando se utiliza cemento en las mismas condiciones que cal tambieacuten concluyeron que la
cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico (Garciacutea amp Olaya 2011)
Auacuten no se han realizado aplicaciones como tal de los resultados obtenidos de investigaciones
donde se utiliza a la fibra vegetal cascarilla de cafeacute como reemplazo en la mezcla de concreto
4 Capiacutetulo Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten
Liacutenea investigativa 411
En este proyecto se realizaron y analizaron los siguientes ensayos
Resistencia a la compresioacuten
Moacutedulo de rotura
Sortividad
Asentamiento
Los ensayos que se practicaron en especiacutemenes de concreto normal y con adicioacuten de la
fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) para esta investigacioacuten la cascarilla seriacutea el reemplazo en
diferentes porcentajes del peso del agregado grueso de la siguiente manera
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)
VARIABLE PORCENTAJE MINERALIZACIOacuteN DENOMINACIOacuteN
Mezcla patroacuten
Cascarilla de cafeacute
(Fibra vegetal)
-
05
10
15
05
10
15
05
10
15
-
CAL AGRIacuteCOLA
LINAZA
HIDROacuteXIDO DE CALCIO
CP-0
CFC-05
CFC-10
CFC-15
CFL-05
CFL-10
CFL-15
CFH-05
CFH-10
CFH-15
71
Denominacioacuten
CP-0 = Concreto patroacuten CFC = Concreto con Fibra vegetal - mineralizacioacuten Cal Agriacutecola CFL = Concreto con Fibra Vegetal - mineralizacioacuten aceite de Linaza CFH = Concreto con fibra vegetal - mineralizacioacuten con Hidroacutexido de Calcio -05 = Porcentaje de reemplazo 05 -10 = Porcentaje de reemplazo 10 -15 = Porcentaje de reemplazo 15
Se elaboraron placas de concreto con el fin de analizar su comportamiento ante agentes
externos como lluvia sol aire vegetacioacuten y se realizaron probetas ciliacutendricas y vigas con y sin
adicioacuten de la cascarilla para ser evaluadas a los 28 diacuteas
72
PROPIEDADES
Agregado fino Agregado Grueso Cascarilla de Cafeacute
Reemplazo
05 10 15
Mineralizacioacuten
-Cal agriacutecola
-Aceite de linaza
-Hidroacutexido de Calcio
Propiedades
estado fresco Propiedades
estado endurecido
Vigas Especiacutemenes
ciliacutendricos Placas Asentamiento
Texturizados Resistencia a
la compresioacuten
Moacutedulo de
Rotura
Exposicioacuten
al exterior Sortividad
Anaacutelisis Conclusiones
Recomendaciones
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia)
73
Materiales 412
4121 Materiales
- Cemento El cemento utilizado para este disentildeo es Cemento Gris de Uso General
producido por Cementos Argos SA Cumplen con los valores de la norma colombiana
NTC 121 y 321(Argos 2013)
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013)
PARAacuteMETROS FIacuteSICOS Especificaciones
argos
NTC 321
Tipo I
ASTM
C-1157 TIPO GU
Fraguado inicial miacutenimo (minutos)
Fraguado final maacuteximo (minutos)
Expansioacuten autoclave maacuteximo ()
Expansioacuten en agua maacuteximo ()
Resistencia a 28 diacuteas miacutenimo (Mpa)
45
420
08
02
260
45
480
08
--
240
45
420
08
02
280
- Agua para el procedimiento se utilizoacute agua proveniente de la red de abastecimiento de
agua potable de la Empresa ACUEDUCTO AGUA Y ALCANTARILLADO DE BOGOTAacute
- Agregados los agregados fino y grueso son traiacutedos desde el municipio del Guamo
Tolima
- Fibra Vegetal (cascarilla de cafeacute) esta fibra proviene del grano de la planta cafeto
(Coffea) lo que se denomina como ldquocascarilla de cafeacuterdquo tambieacuten conocido como cisco
o residuo de la extraccioacuten del grano de cafeacute resultado de un proceso denominado trilla
Poblacioacuten y muestras 413
4131 Poblacioacuten placas
Placas cuadradas en concreto convencional y reforzados con Cascarilla de cafeacute en
porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento de
proteccioacuten
74
Muestra
Estuvo constituida por 20 placas de concreto placas cuadradas de aproximadamente 30x30cm
en concreto normal y reemplazo de agregado grueso por cascarilla de cafeacute En este caso se
adiciono pigmento de color amarillo
Se disentildearon 5 tipos de formaletas para aplicar diferentes texturas para prueba de adherencia
a los patrones de disentildeo arquitectoacutenico y exposicioacuten a los factores externos como lluvia sol
vegetacioacuten Las placas se repartieron de la siguiente manera
- 5 placas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
4132 Poblacioacuten especiacutemenes ciliacutendricos
Se realizaron especiacutemenes ciliacutendricos en concreto normal y reforzados con cascarilla de cafeacute
en porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento
de proteccioacuten
75
Para la prueba de compresioacuten y absorcioacuten se elaboraron un total de 58 especiacutemenes
ciliacutendricos con y sin fibra vegetal
Los cilindros se repartieron de la siguiente manera
- 4 probetas ciliacutendricas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 2 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 2 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
Para la definicioacuten de la cantidad de especiacutemenes para las muestras se tomoacute como referencia
lo estipulado en la norma ASTM C-192 ldquoPraacutectica Normalizada para preparacioacuten y curado de
especiacutemenes de concreto para ensayo en laboratoriordquo en la que se propone como cantidad de
moldeados tres o maacutes especiacutemenes para cada edad de ensayo
76
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos
En un metro cuacutebico de mezcla de concreto podemos tener un promedio de agregados fino y
grueso en un 70 Es importante la valoracioacuten de las propiedades de los agregados al
momento del disentildeo de la mezcla ya que pueden afectar las caracteriacutesticas del concreto final
para esto se tendraacute en cuenta
- Manejabilidad
- Durabilidad
- Factores econoacutemicos
Agregado grueso Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia)
AGREGADO GRUESO
Grava 38 oacute
filtro
A
B
C
Masa unitaria suelta
18565gr
19565gr
19565gr
MUS=19231gr
Masa unitaria compacta
(peso frac12 pie cubico) molde 11435gr
20565gr
20065gr
20565gr
MUC=2040gr
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia)
Peso SSS
Peso
sumergido Peso seco
Lavado tamiz
(horno05degx24h)
Humedad
natural
Peso inicial
Peso final
5000gr
4764gr
4764gr
2910gr
4764gr
4544gr
5000gr
4798gr
2000gr
1944gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7796grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8963grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 256grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 484 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 288 FORMA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Redondeada (grava de riacuteo)
77
Agregado fino Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)
AGREGADO FINO
A
B
C
Masa unitaria suelta
1580gr
1630gr
1612gr
MUS= 1610g
Masa unitaria apisonada
2024gr
2058gr
2041gr
MUA=2041gr
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia)
Peso seco Lavado tamiz
(horno105degx24h) Humedad natural
Peso inicial
Peso final
1350gr
1335gr
5000gr
4860gr
1500gr
1486gr
MASA UNITARIA SUELTAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1610grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2041grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 261grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 094
Anaacutelisis Granulomeacutetrico 421
En anaacutelisis granulomeacutetrico tanto del agregado fino como del agregado grueso se desarrolloacute en
base a la NTC 174 y se realizoacute al iniciar con cada una de las mezclas De acuerdo con la
literatura estudiada la cascarilla de cafeacute como agregado vegetal debe tener un previo
tratamiento para asiacute evitar que el medio alcalino al cual se expone en la mezcla no la deteriore
impidiendo asiacute su finalidad en el concreto para ello se emplean 3 diferentes tratamientos
aceite de linaza hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola para tratar estas fibras y asiacute aumentar su
durabilidad
78
4211 Agregado Fino
El agregado fino es arena de rio del departamento del Tolima traiacuteda por la empresa ldquoFerreteria
el Campiacutenrdquo de acuerdo al anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de finura de este agregado es de
31 y su ubica dentro y al liacutemite del rango permitido por la norma NTC 174 donde se aclara que
el modulo no puede ser mayor a 31
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia)
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 310
0
20
40
60
80
100
120
0101001000
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado fino
Lim Inferior
arena
LimSuperior
Agre
gado
fin
o
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
16
30
50
100
Fondo
Σ
0
354
408
952
1460
1215
375
966
48606
0
729
839
1959
3004
2500
771
198
10000
0
729
1568
3527
6531
9031
9802
10000
100
9271
8432
6473
3469
969
198
-
79
4212 Agregado Grueso
El agregado grueso estaacute compuesto por gravilla de riacuteo del departamento del Tolima
comercializada por la empresa ldquoFerreteriacutea el Campinrdquo
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia)
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 604
0
20
40
60
80
100
120
440
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado Grueso
Lim Inferior
gravilla
LimSuperior
Agre
ga
do
Gru
eso Tamiz
Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
1frac12rdquo
1rdquo TM
frac34rdquoTMN
frac12rdquo
38rdquo
4
Σ
-
-
56
1432
1988
1322
4798
0
000
117
2985
4123
2755
10000
0
000
117
3101
7224
9979
100
100
9883
6899
2776
021
80
4213 Fibra vegetal Cascarilla de cafeacute
La fibra vegetal producto de la industria cafetera es el agregado reciclado procedente de la
zona cafetera narintildeense del paiacutes De acuerdo con el anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de
finura es de 34 ubicaacutendose por encima del rango permitido por la norma NTC 174 que
determina como rango maacuteximo 31 para el agregado fino No obstante auacuten cuando el material
es calificado por la norma como un agregado de tamantildeo grueso esta fibra no es un agregado
convencional por lo que se toma uacutenicamente como referencia para compararlo con los demaacutes
agregados
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia)
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
-20
0
20
40
60
80
100
120
01110
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Cascarilla de Cafeacute
Cascarhellip
Casc
ari
lla d
e ca
feacute
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
10
16
20
100
Fondo
Σ
0
38
574
345
662
123
87
171
200
000
190
2870
1725
3310
615
435
855
100
000
190
3060
4785
8095
8710
9145
100
100
9810
6940
5215
1905
1290
855
000
Moacutedulo de finura 340
81
43 Disentildeo de mezcla
Para el disentildeo de mezcla se toma como referente el procedimiento planteado por Diego
Saacutenchez de Guzmaacuten en su libro ldquoTecnologiacutea del Concretordquo
Seleccioacuten del Asentamiento 431
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001)
CONSISTENCIA ASENTAMIENTO
EJEMPLO DE
TIPO DE
CONSTRUCCIOacuteN
SISTEMA DE
COLOCACIOacuteN
SISTEMA DE
COMPACTACIOacuteN
Semi-seca
Media
Huacutemeda
35-50
50-100
100-150
Pavimentos
fundaciones en
concreto simple
Pavimentos
compactados a
mano losas
muros vigas
Elementos
estructurales
esbeltos
Colocacioacuten con
maacutequinas
operadoras
manualmente
Colocacioacuten
manual
Bombeo
Secciones
simplemente
reforzadas con
vibracioacuten
Secciones
medianamente
reforzadas sin
vibracioacuten
Secciones bastante
reforzadas sin
vibracioacuten
Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 432
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeOS MAacuteXIMOS DE AGREGADOS SEGUacuteN EL TIPO DE CONSTRUCCIOacuteN
Dimensioacuten miacutenima
de la seccioacuten (cm) Tamantildeo maacuteximo en pulg (mm)
6 ndash 15
19 ndash 29
30 ndash 74
75 o maacutes
Muros reforzados y
vigas y columnas
frac12rdquo(12)- frac34rdquo19)
frac34rdquo(19)-1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Muros sin
refuerzo
frac34rdquo(19)
1frac12rdquo(38)
3rdquo(76)
6rdquo(152)
Lozas muy
reforzadas
frac34rdquo(19)-1rdquo(25)
1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Losas sin refuerzo
o poco reforzadas
frac34rdquo(19)-1frac34rdquo(25)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
3rdquo(76)
3rdquo(76)-6rdquo(152)
82
Estimacioacuten del contenido de aire 433
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeO MAacuteXIMO NOMINAL
DEL AGREGADO CONTENIDO DE AIRE EN PORCENTAJE (POR VOLUMEN)
mm Pulg Naturalmente
atrapado
Exposicioacuten
ligera
Exposicioacuten
moderada
Exposicioacuten
severa
127
190
254
381
frac12
frac34
1
1frac12
25
20
15
10
40
35
30
25
55
50
45
45
70
60
60
55
Requerimiento de agua de mezclado 434
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten 2001)
Asentamiento
Tamantildeo maacuteximo del agregado en mm (pulg)
951
frac34rdquo
127
frac12rdquo
190
frac34rdquo
254
1rdquo
381
1frac12rdquo
508
2rdquo
640
2frac12rdquo
761
3rdquo
mm pulg Agua de mezclado en kgm3 de concreto
25
50
75
100
125
150
1
2
3
4
5
6
193
197
200
203
205
208
167
172
176
179
183
188
157
163
167
169
172
176
141
147
152
155
158
162
135
140
145
148
151
155
127
131
135
137
140
144
124
128
132
134
137
141
117
122
125
128
130
134
Resistencia requerida de disentildeo 435
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la desviacioacuten estaacutendar
Resistencia especificada
fʹc (kgcm2)
Resistencia de disentildeo de la mezcla
fʹcr (kgcm2)
Menos de 210 kgcm2
De 210 kgcm2 a 350 kgcm2
Maacutes de 350 kgcm2
fʹc + 70kgcm2
fʹc + 85kgcm2
fʹc + 100kgcm2
fʹc = fʹc + 70kgcm2 fʹc = 210 + 70kgcm2 fʹc = 280kgcm2
83
Relacioacuten agua-cemento 436
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto (adaptada del ACI 2111 y
del ACI 2113)
RELACIOacuteN AC DE DISENtildeO EN PESO
Facutec (28 diacuteas) Concreto sin aire
incorporado
Concreto con aire
incorporado
150
200
250
300
350
400
450
08
07
062
055
048
043
038
071
061
053
046
04
---
---
En esta investigacioacuten la relacioacuten agua-cemento corresponde a 050 teniendo en cuenta que la
resistencia de disentildeo es de 280kgcm2
Caacutelculo del contenido de cemento
Una vez que el contenido de agua de mezclado y la relacioacuten agua-cemento han sido
determinados el contenido de cemento por metro cubico de concreto establecido al dividir el
contenido de agua de mezclado entre la relacioacuten agua-cemento
AC = Relacioacuten agua-cemento por peso C = 148kg3 = 368kgm3 050
Definicioacuten de datos 437
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia)
ENSAYO AGREGADO
GRUESO
AGREGADO
FINO
Masa unitaria compacta MUC (km3)Compact Unit massCMU
Masa unitaria suelta MUS (km3)looseUnite Mass (km3)
Densidad aparente seca
Absorcioacuten ()Absorption ()
Humedad NaturalNatural Moinsture
Moacutedulo de finuraFineness Modulus
FormaForm
6523
5194
256
284
288
redondeada
1926
1492
161
2987
094
311
84
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto (autoriacutea propia)
INGREDIENTE PESO SECO
KGM3
PESO ESPECIacuteFICO
KM3
VOLUMEN
ABSOLUTO LM3
Cemento
Agua
Contenido de aire
Agregado grueso
Agregado fino
368
184
885
861
3100
1000
2560
2610
0118
0184
002
034
033
Total 2298 0992
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia)
MATERIALES Cantidad UN
Cemento de uso general 368 Kgmsup3
Agregado fino 861 Kgmsup3
Agregado grueso 885 Kgmsup3
Agua 184 Kgmsup3
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla
De acuerdo al disentildeo de mezcla ya establecido se sustituye la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute)
por el agregado grueso en proporciones de 05 10 y 15 porcentajes que son sometidos a
un tratamiento previo (aceite de linaza hidroacutexido de calcio cal agriacutecola) Para cada tratamiento
se efectuaron los tres porcentajes de reemplazo con el fin de proteger la fibra del medio
alcalino
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia)
MEZCLA 1 (CFV-05) 995Agregado peacutetreo + 05
agregado vegetal
MEZCLA 2 (CFV-10) 99Agregado peacutetreo +
10 agregado vegetal
MEZCLA 3 (CFV-15) 985Agregado peacutetreo + 15
agregado vegetal
000173 1930 = 3339 000346 1930 = 6678 000518 1930 = 9997
(1930 Densidad cascarilla)
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten
De acuerdo a las variables determinadas con respecto a los pesos especiacuteficos de cada
agregado y al tratamiento que se hace a la cascarilla de cafeacute previo a la ejecucioacuten de la
mezcla se realizaron 9 variables
Se disentildearon y elaboraron 16 formaletas en madera contrachapada de 9mm (ficha teacutecnica
ANEXO 1) para la experimentacioacuten ante acabados y pigmentacioacuten de una de las variables de
mezcla Para conocer la adaptabilidad en el encofrado se determinoacute escoger la mezcla con
mayor porcentaje de reemplazo de cascarilla de cafeacute con el fin de analizar su comportamiento
ante los disentildeos propuestos de formaleta De igual manera para evaluar la asimilacioacuten del
pigmento y su reaccioacuten ante las 3 variables de mineralizacioacuten de la cascarilla de cafeacute (el
cemento seleccionado es blanco)
Dimensiones de las formaletas 027 027 0035 = 000315 110 (desperdicio) = 00035
Los acabados fueron los siguientes
- Acabado liso
- Esferas de poliestireno expandido +PVC
- Acabado con hojas naturales
- Estampado
86
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia)
MINERALIZACIOacuteN CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Aceite de linaza
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVL-15
Hidroacutexido de
Calcio
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVH-15
Cal
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVC-15
Mezcla patroacuten
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVP
Las proporciones para la mezcla se resumen en la tabla 40 con el fin de preparar las
cantidades necesarias para una formaleta de 027 027 0035 las cuales son utilizadas para
probar comportamiento reaccioacuten y posibles variables ante condiciones climaacuteticas externas
como luz directa del sol lluvia agentes contaminantes y vegetacioacuten
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
placas
Cemento 368 1288
Agua 184 0644
Grava 8725 3053
Arena 861 3013
Reemplazo fibra 9997 0035
Previamente a la ejecucioacuten de la mezcla se mineralizo la cascarilla de cafeacute se pesaron los
agregados y se marcaron las formaletas con su nomenclatura correspondiente para su
identificacioacuten Se verificoacute el debido cerramiento de las formaletas los elementos necesarios
para los acabados a realizar y se aplicoacute desmoldante (aceite vegetal)
87
Il 12a Mineralizacioacuten aceite de linaza Il 12b Secado 24h mineralizacioacuten linaza
5min 80degC ndash 5min 24deg (Proceso 3 veces)
Il 12c Mineralizacioacuten Hidroacutexido de calcio Il 12d Mineralizacioacuten Cal agriacutecola
sumergido 24h agitacioacuten constante 30min
Posterior a la elaboracioacuten de la mezcla se procedioacute al llenado de formaletas previamente
aceitadas y marcadas y se desencofraron a las 24 horas de mezclado
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia)
88
Siendo este un ensayo para establecer cuaacuteles seriacutean las reacciones fiacutesicas y no mecaacutenicas de
estas placas a traveacutes de caracteriacutesticas como pigmentacioacuten y acabados continuo al
desencofrado se ubicaron en una superficie plana en el patio del edifico SINDU rodeada de
hierba donde estuvieron expuestas a las diferentes condiciones ambientales durante un periodo
de 3 meses
Il 14 a Placas con luz directa diacutea ndash sol (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia)
89
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA PATROacuteN CP
Desmolde 24 horas
Acabado liso
Esferas de
poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
90
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA ACEITE DE LINAZA 15 CFL-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de las
formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire contenido
en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo por cada
formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
El patron de acabado con hojas naturales se considero desde un principio que quizas no se tendria
el mejor resultado pero se obtuvo una muy buena adaptabilidad y aspecto
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Esta mezcla permite que las particulas se resalten y puedan ser vistas con facilidad dandole un
aspecto particular Se puede considerar que el aceite repela los demas materiales dejandose esta a la
vista y le deun efecto especial visualmente
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteristica
91
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA HIDROacuteXIDO DE CALCIO 15 CFH-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
A diferencia de las placas con tratamiento a la fibra con aceite de linaza en este tratamiento con
hidroacutexido de calcio no se logra ver con facilidad las partiacuteculas estas quedan confundidas en la
mezcla
Con respecto al color puede considerarse que al hacer el uso de esta mineralizacion a la cascarilla
de cafeacute no sea homogeneo el color dejandose a la vista zonas con mayor concentracion y otras con
menor concentracioacuten
92
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA CAL 15 CFC-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde a excepcion del disentildeo con
tuvos de pvc por inadecuada manipulacioacuten al desmolde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Al igual que con el tratamiento de hidroacutexido de calcio este tratamiento con cal agriacutecola evita que
las partiacuteculas queden a la vista con facilidad y por el contrario sean recubiertas y mimetizadas en
la mezcla perdiendo el efecto visual interesante que si logra el tratamiento con aceite de linaza
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteriacutestica
93
52 Ensayo de Asentamiento
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco 521
Seguacuten la literatura la fibra vegetal es un material no convencional con algunos usos tanto
nacionales como internacionales A partir de estos antecedentes se inicia el proceso de
experimentacioacuten del disentildeo de mezcla con esta fibra que previamente fue mineralizada con
tres componentes diferentes (aceite de linaza cal agriacutecola hidroacutexido de calcio) a la cual se
tomoacute el asentamiento en sus tres diferentes tratamientos para asiacute identificar caracteriacutesticas
como trabajabilidad consistencia homogeneidad y segregacioacuten
La ejecucioacuten de la mezcla se realizoacute bajo los paraacutemetros de la norma NTC 5171 y expuesta a
cielo abierto en el patio del edificio SINDU de la Universidad Nacional
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
ENSAYO DE ASENTAMIENTO
Tratamiento fibra Muestra Reemplazo Asentamiento
obtenido
Aceite de Linaza
CFL-15 15 47mm
CFL-10 10 42mm
CFL-05 05 45mm
Hidroacutexido de
Calcio
CFH-15 15 40mm
CFH-10 10 78mm
CFH-05 05 56mm
Cal Agriacutecola
CFC-15 15 53mm
CFC-10 10 51mm
CFC-05 05 47mm
Mezcla Patroacuten
(Testigo) CP -- 53mm
94
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
5211 Trabajabilidad
Durante la ejecucioacuten de las mezclas se aprecioacute una muy leve dificultad para la manipulacioacuten de
estas considerando que se llevariacutea con mayor rigurosidad los pasos de la norma para poder
hacer la medicioacuten de la prueba de Abrams y continua fundicioacuten de probetas Con respecto a los
tratamientos previos efectuados en la cascarilla de cafeacute no incidieron notablemente en la
manipulacioacuten de la mezcla ni en el porcentaje de reemplazo por agregado grueso
5212 Consistencia
Se hace uso del cono de Abrams o ensayo de ldquoslumprdquo para determinar el comportamiento del
concreto fresco y asiacute determinar trabajabilidad y consistencia de acuerdo a la NTC 396
Il 3a Divisioacuten dela mezcla en Il 3b Llenado del cono Il 3c Medicioacuten del
3 partes asentamiento
0
20
40
60
80
150 100 050 Pmd CP
Ase
nta
mie
nto
(m
m)
Reemplazo
Asentamiento
aceite de linaza
hidroxido de calcio
cal agricola
Testigo
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia)
95
Se determina que la consistencia de mezcla es media (plaacutestica) lo que se habiacutea determinado
para el disentildeo a excepcioacuten de la mezcla que lleva la fibra con tratamiento aceite de linaza el
asentamiento se presenta de manera levemente menor Puede considerarse una mezcla
ldquonormalrdquo el concreto no sufre grandes deformaciones ni hay separacioacuten de elementos
5213 Homogeneidad
Se procedioacute inicialmente a la incorporacioacuten de los materiales fino grueso y cemento despueacutes
de integrar los materiales entre siacute el siguiente paso fue el vaciado de agua por partes para ir
teniendo una mezcla homogeacutenea Terminado la unificacioacuten de todos los materiales se adiciono
la fibra previamente tratada las partiacuteculas de la cascarilla de cafeacute se incorporaron sin ninguna
muestra aparente de dificultad por lo tanto no hubo segregacioacuten de los componentes de la
mezcla
Il 16a Incorporacioacuten de la fibra a la mezcla Il 16b Homogeneidad de la mezcla
53 Ensayo de compresioacuten
Para la comprobacioacuten de resistencia a compresioacuten las pruebas se llevaron a cabo en
especiacutemenes ciliacutendricos de 10cm de diaacutemetro x 30cm de longitud Todos los especiacutemenes se
desencofraron a las 24 horas de mezclado se marcaron y fueron curados por un periodo de 28
diacuteas por el meacutetodo de inmersioacuten en agua potable con el fin de no perder contenido de agua
cuando inicien sus reacciones quiacutemicas endurecimiento y resistencia
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia)
96
Para cada disentildeo de mezcla de acuerdo al tratamiento previo de la fibra y sus respectivos
porcentajes de reemplazo de cascarilla de cafeacute se realizaron 3 especiacutemenes para efectos de la
prueba Para el ensayo de compresioacuten se realizaron en total 29 especiacutemenes con los testigos
CP)
Il 17a Cilindros en formaleta (24h) Il 17b Curado Cilindros en piscina (28diacuteas)
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8725 1535
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 9997 001759
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8769 1543
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 6678 001175
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia)
97
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 88133 1551
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 3339 000596
Se determinoacute un registro de apariencia de los especiacutemenes ciliacutendricos y se observoacute que en la
construccioacuten de cada uno teniendo auacuten asiacute la misma composicioacuten y el mismo procedimiento
existiacutean variaciones en la apariencia con presencia de hormigueo y medianos poros sobre todo
se tuvo presente que esto sucediacutea en los cilindros que se fundiacutean de uacuteltimo pudiendo asiacute
concluir que se presentaba una ligera peacuterdida de agua en el proceso de fundir del primero al
uacuteltimo
Resultados 531
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
Para este ensayo resistencia a la compresioacuten de cilindros de 10x15cm el promedio de la
resistencia Real Mpa es de 2254 resultado que seraacute comparativo con los disentildeos de mezcla
dados a partir de las variables de tratamiento a la cascarilla y porcentaje de reemplazo por fibra
vegetal
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Peso(gr) Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
Testigo CP (A) 3746 17690 2252
2254 CP (B) 3548 17720 2256
98
5311 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFL-15(A) 1536 0018 3413 9150 1165
1094 CFL-15(B) 1536 0018 3478 8320 1059
CFL-15(C) 1536 0018 3465 8250 1050
10
CFL-10(A) 1543 0012 3634 10680 1360
1386 CFL-10(B) 1543 0012 3627 11220 1429
CFL-10(C) 1543 0012 3654 10760 1370
05
CFL-05(A) 1551 0006 3480 10760 1370
1295 CFL-05(B) 1551 0006 3522 9610 1224
CFL-05(C) 1551 0006 3478 10140 1291
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Para el disentildeo de mezcla con tratamiento previo a la cascarilla con aceite de linaza se infiere
que los resultados se reducen en comparacioacuten a los valores de resistencia para los testigos
mezcla patroacuten
Entre las tres variables de porcentajes utilizados para este disentildeo de mezcla se tiene que la
mayor resistencia se presenta en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra
vegetal es del 10 concluyendo que para este disentildeo superar este porcentaje reduciraacute
notablemente la resistencia a la compresioacuten
1094
1386 1295
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Resistencia
R
eal
MP
a
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Aceite de Linaza
Aceite de Linaza
Testigo
99
5312 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFH-15(A) 1536 0018 3516 10840 1380
1376 CFH-15(B) 1536 0018 3504 10650 1356
CFH-15(C) 1536 0018 3508 10950 1394
10
CFH-10(A) 1543 0012 3708 9000 1146
115 CFH-10(B) 1543 0012 3519 9210 1173
CFH-10(C) 1543 0012 3521 8880 1131
05
CFH-05(A) 1551 0006 3642 13390 1705
1654 CFH-05(B) 1551 0006 3614 11650 1483
CFH-05(C) 1551 0006 3671 13940 1775
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Este tratamiento arroja resultados de forma inferior a los establecidos por las probetas testigos
mezcla patroacuten sin ninguacuten tipo de adicioacuten ni reemplazo Para este caso en el que se obtuvo una
mejor resistencia es en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra vegetal es del
05 el menor valor de reemplazo seguido de este el reemplazo 15 tuvo una mayor
resistencia en comparacioacuten del 10
1376
115
1654
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra Hidroacutexido de Calcio
Resistencia
Testigo
100
5313 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con cal agriacutecola
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFC-15(A) 1536 0018 3439 8120 1034
1176 CFC-15(B) 1536 0018 3568 9460 1204
CFC-15(C) 1536 0018 3475 10150 1292
10
CFC-10(A) 1543 0012 3575 11880 1513
1575 CFC-10(B) 1543 0012 3559 12350 1572
CFC-10(C) 1543 0012 3562 12880 1640
05
CFC-05(A) 1551 0006 3494 12240 1558
1449 CFC-05(B) 1551 0006 3515 10770 1371
CFC-05(C) 1551 0006 3493 11140 1418
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Simultaacuteneamente al tratamiento con aceite de linaza e hidroacutexido de calcio la proteccioacuten a la
fibra con cal agriacutecola mantiene sus valores debajo de los comparados con la mezcla patroacuten
Con este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla se obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso determinando que el aumento de
porcentaje por el reemplazo de la cascarilla reduciraacute notablemente la resistencia
1176
1575 1449
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Cal Agricola
Testigo
101
5314 Promedio resistencias de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia)
Realizando una comparacioacuten de los resultados obtenidos a partir de los promedios en los
disentildeos de mezcla planteados es claro que los porcentajes arrojan resultados con peacuterdida de
resistencia en comparacioacuten con los valores dados por los cilindros testigos (CP) en los que la
mezcla no posee ninguacuten tipo de agregado ni reemplazo
Para cada uno de los porcentajes cada tratamiento sobresale uno maacutes que el otro Se puede
apreciar que el mejor resultado lo arroja el tratamiento con hidroacutexido de calcio con un
porcentaje del 05 y el tratamiento con cal agriacutecola al 10 asiacute como el hidroacutexido de calcio al
15
El uso de aceite de linaza como tratamiento genera una mayor resistencia en la sustitucioacuten de
fibra vegetal en el 10 estando por encima del tratamiento de hidroacutexido de calcio pero es el
menor de las otras dos variables en los otros porcentajes de reemplazo
0
5
10
15
20
25
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de Reemplazo
Promedio Resistencias Real MPa
Aceite de Linaza
Hidroxido de calcio
Cal
Testigo
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
102
54 Ensayo de Sortividad
Se desarrolla este ensayo tomando como referente la norma ASTM C1585 ndash 04 que determina
poner en contacto con el agua una de las superficies del espeacutecimen (en este caso fue la cara
expuesta durante la fundida) y de esta manera lograr determinar la capacidad de absorcioacuten del
agua a diferentes intervalos de tiempo Para la ejecucioacuten se utilizaron especiacutemenes ciliacutendricos
de 10cm de diaacutemetro x 20cm de altura previamente al desarrollo de la prueba se colocaron los
especiacutemenes a secar al horno a una temperatura de 80degC con el fin de garantizar que el mismo
grado de saturacioacuten para todas las muestras
La norma bajo la cual se desarrolla esta prueba establece que los especiacutemenes sean sellados
por su periacutemetro con un material impermeable y con dimensiones especiacuteficas de 5cm de altura
y 10cm de diaacutemetro sin embargo dado que se trata de un ejercicio donde se busca comprobar
las 3 variables de mezclas seguacuten el curado y sus respectivos porcentajes de reemplazo de
agregado grueso por fibra vegetal se optoacute por hacer uso de los cilindros completos sin hacer
uso de alguacuten impermeabilizante perimetral garantizando la laacutemina de agua de 2plusmn1mm
establecida por la norma
Il 18a Secado de cilindros a 80degC (24h) Il 18b Ensayo de sortividad intervalos de tiempo
El ensayo se desarrolloacute en las instalaciones del laboratorio de tecnologiacutea del concreto del
edificio IEI el procedimiento se efectuoacute siguiendo lo dictado por la norma
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia)
103
Se Se tomaron pesos a los especiacutemenes en diferentes intervalos de tiempo con el fin de tomar
la sortividad inicial se parte por tomar el peso de los cilindros en estado seco tomado como
tiempo cero a partir del cual se podraacute medir el cambio en el peso de los especiacutemenes de
acuerdo a los tiempos establecidos Tambieacuten se toman cuatro (4) medidas a los diaacutemetros de
los cilindros de las caras que estaraacuten en contacto con el agua para que realizado el caacutelculo de
diferencia de peso de cada intervalo de tiempo este sea dividido entre el aacuterea obtenida con el
promedio de los diaacutemetros y se define la absorcioacuten en mm3mm2 para graficar la relacioacuten entre
la raiacutez cuadrada del tiempo en segundos y la absorcioacuten obtenida
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) MUESTRA 1 Reemplazo 05 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 1037 Aacuterea expuesta 8446m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3289 00000 00000
60 8 32915 00010 00010
300 17 3293 00006 00017
600 24 3294 00004 00021
1200 35 329525 00004 00025
1800 42 32958 00003 00028
3600 60 329715 00005 00033
7200 85 329965 00010 00044
10800 104 33014 00007 00051
14400 120 330195 00003 00054
18000 134 330285 00004 00057
21600 147 330405 00005 00062
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00 500 1000 1500 2000
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-05
Sortividad
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia)
104
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 2 Reemplazo 10 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10036 Aacuterea expuesta 7910m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3402333 00000 00000
60 8 34046 00014 00014
300 17 34051 00002 00016
600 24 3405533 00004 00020
1200 35 34065 00005 00025
1800 42 3406667 00001 00026
3600 60 3407033 00003 00029
7200 85 3408333 00008 00037
10800 104 34091 00006 00043
14400 120 3409167 00001 00044
18000 134 3410 00004 00048
21600 147 3410067 00005 00053
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 3 Reemplazo 15 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10106 Aacuterea expuesta 8021m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3300 00000 00000
60 8 3302 00012 00012
300 17 33025 00003 00016
600 24 33036 00007 00022
1200 35 330435 00005 00027
1800 42 330485 00003 00030
3600 60 330585 00006 00036
7200 85 330755 00011 00047
10800 104 330905 00009 00056
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-10
Sortividad I
105
14400 120 33097 00004 00060
18000 134 330985 00002 00062
21600 147 331095 00006 00068
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 4 Reemplazo 05 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10213 Aacuterea expuesta 8190m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33965 00000 00000
60 8 3400 00022 00022
300 17 3402 00012 00034
600 24 340345 00009 00043
1200 35 340605 00016 00059
1800 42 340675 00004 00064
3600 60 341035 00022 00086
7200 85 341335 00019 00105
10800 104 341595 00016 00121
14400 120 341675 00005 00126
18000 134 34178 00007 00133
21600 147 34193 00009 00142
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00080
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-15
Sortividad I
106
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 10 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00026 00026
300 17 3512 00009 00034
600 24 35145 00016 00050
1200 35 35163 00011 00061
1800 42 351745 00007 00068
3600 60 35203 00018 00086
7200 85 3523 00017 00103
10800 104 35251 00013 00116
14400 120 35263 00007 00123
18000 134 35278 00009 00133
21600 147 352865 00005 00138
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-05
Sortividad I
107
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 15 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00021 00021
300 17 3512 00016 00036
600 24 35145 00025 00061
1200 35 35163 00014 00075
1800 42 351745 00012 00087
3600 60 35203 00025 00112
7200 85 3523 00023 00134
10800 104 35251 00016 00150
14400 120 35263 00011 00161
18000 134 35278 00011 00172
21600 147 352865 00005 00176
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-10
Sortividad I
108
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 7 Reemplazo 05 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10129 Aacuterea expuesta 8056m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33505 00000 00000
60 8 3354 00022 00022
300 17 335665 00016 00038
600 24 33598 00020 00058
1200 35 33641 00027 00085
1800 42 336475 00004 00089
3600 60 336565 00006 00094
7200 85 336985 00026 00120
10800 104 3372 00013 00134
14400 120 337325 00008 00142
18000 134 33751 00012 00153
21600 147 33756 00003 00156
00000
00050
00100
00150
00200
00 200 400 600 8001000120014001600
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-15
Sortividad I
109
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 8 Reemplazo 10 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10146 Aacuterea expuesta 8085m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3346 00000 00000
60 8 335115 00032 00032
300 17 335395 00017 00049
600 24 335725 00021 00070
1200 35 336175 00028 00098
1800 42 33623 00003 00101
3600 60 336315 00005 00107
7200 85 3367 00024 00131
10800 104 33689 00012 00142
14400 120 337005 00007 00150
18000 134 33718 00011 00161
21600 147 33725 00004 00165
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-05
Sortividad I
110
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 9 Reemplazo 15 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9991 Aacuterea expuesta 7838m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3376 00000 00000
60 8 337965 00023 00023
300 17 33812 00010 00032
600 24 338365 00015 00048
1200 35 338735 00023 00071
1800 42 338785 00003 00074
3600 60 338865 00005 00079
7200 85 33927 00025 00104
10800 104 33946 00012 00116
14400 120 339565 00007 00122
18000 134 33974 00011 00133
21600 147 33979 00003 00136
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-10
Sortividad I
111
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
MUESTRA 10 Testigos Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9945 Aacuterea expuesta 7766m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 36705 00000 00000
60 8 36751 00029 00029
300 17 36764 00008 00037
600 24 36783 00012 00049
1200 35 368045 00013 00062
1800 42 36807 00002 00063
3600 60 36811 00002 00066
7200 85 368315 00013 00079
10800 104 36838 -00307 -00228
14400 120 36842 00314 00085
18000 134 368545 00008 00093
21600 147 368565 00001 00094
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-15
Sortividad I
112
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
Se calculan todos los valores dados por cada una de las variables tanto tratamiento como
porcentaje de reemplazo en los intervalos de tiempo establecidos para medir la capacidad de
absorcioacuten por capilaridad Estos resultados fueron obtenidos de especiacutemenes curados durante
28 diacuteas
-00250
-00200
-00150
-00100
-00050
00000
00050
00100
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CP
Sortividad I
113
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia)
Se presentan notables variaciones con respecto a los porcentajes de reemplazo y los
tratamientos Para el tratamiento con aceite de linaza el grado de absorcioacuten es el menor en
relacioacuten a los otros tratamientos siendo el porcentaje 10 el mejor resultado para esta
variable Los tratamientos hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola determinan en relacioacuten a la mezcla
patroacuten y aceite de linaza una alta capacidad de absorcioacuten
0
0002
0004
0006
0008
001
050 1 150
Pro
me
dio
so
rtiv
idad
Porcentaje de reemplazo
Sortividad Inicial
Aceite de linaza
Cal agriacutecola
Hidroacutexido de C
Aceite Linaza Cal Agriacutecola H de Calcio Testigo
Sortividad I Pmd 00038 0009 00085 00036
0
0001
0002
0003
0004
0005
0006
0007
0008
0009
001
SOR
TIV
IDA
D
Sortividad I Pmd
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia)
114
55 Ensayo moacutedulo de rotura
Este ensayo suministra el valor de la resistencia a la traccioacuten del concreto en forma indirecta
Medida que se toma a una viga de concreto no reforzado Para ello se mide mediante la
aplicacioacuten de cargas a vigas de concreto de 6rdquo 6rdquo (150150mm) de seccioacuten transversal y con
luz de tres veces el espesor o sea 18rdquo (450mm) La resistencia a la traccioacuten se expresa como
el moacutedulo de rotura (MR) y se determina mediante el meacutetodo de ensayo en este caso ASTM
C78 la carga se aplica en los tercios de la luz libre
Il 19a Momento de aplicacioacuten Il 19b Viga fallada Il 19c Cara de la fractura
de fuerza a la viga
Para este ensayo se fundieron vigas de 50cm de longitud con seccioacuten prismaacutetica cuadrada de
15cm x 15cm pasados 28 diacuteas de su elaboracioacuten Se realizaron 20 vigas correspondiendo a
las 3 variables de tratamiento previo a la fibra vegetal a los porcentajes de reemplazo (05 -
10 - 15) y las vigas testigo sin ninguacuten tipo de reemplazo ni adicioacuten
Los pesos de los materiales fueron multiplicados por 00123 (00112 volumen de la formaleta
de la viga x 110 desperdicio)
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia)
115
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
vigas
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8725 10609
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 9997 0123
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8769 10650
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 6678 0082
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 88133 10691
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 3339 0041
116
Resultados 551
A continuacioacuten se presentan los resultados obtenidos a partir del desarrollo de la prueba
aplicada a las vigas de concreto falladas a flexioacuten
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia)
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada(
N)
Moacutedulo de
Rotura
(MPa)
Testigos CP(A)
450 150 150 178633
176754 68 CP(B) 174875
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo)
La carga maacutexima alcanzada por el concreto con disentildeo de mezcla sin adiciones ni reemplazos
(CP) es en promedio de 1767 54 (2356 MPa) resultado que seraacute utilizado como referente
para los datos arrojados por disentildeos de mezclas con reemplazo de fibra vegetal ya planteados
117
5511 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFL-15(A)
450 150 150 157067
150205 58 CFL-15(B) 143343
10 CFL-10(A)
450 150 150 152581
1494 57 CFL-10(B) 14622
05 CFL-05(A)
450 150 150 166496
168301 65 CFL-05(B) 170107
Promedio 6
En la variable tratamiento a la fibra con aceite de linaza se obtiene como resultado cifras
inferiores a las dadas por la mezcla patroacuten perdiendo resistencia todos los porcentajes ante el
ensayo de flexioacuten de vigas De acuerdo a los datos generados se puede establecer que el
porcentaje de sustitucioacuten para este disentildeo de mezcla con mayor resistencia a la flexioacuten es del
05
1400
1500
1600
1700
1800
1900
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento aceite de linaza
Resistencia ala flexioacuten
Testigos
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo) Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo)
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
118
5512 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre
apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFH-15(A)
450 150 150 185633
177788 68 CFH-15(B) 169943
10 CFH-10(A)
450 150 150 216523
20103 78 CFH-10(B) 185536
05 CFH-05(A)
450 150 150 189638
188012 72 CFH-05(B) 186387
Promedio 72
Este disentildeo de mezcla con el previo tratamiento a la cascarilla de cafeacute con Hidroacutexido de calcio
supero en los tres porcentajes de sustitucioacuten de agregado grueso la resistencia a la flexioacuten de
las probetas testigo El mejor resultado para este disentildeo de mezcla lo obtuvo el 10 de
sustitucioacuten seguido por el 05 y la menor resistencia la obtuvo la mezcla con el 15 de
reemplazo
1700
1800
1900
2000
2100
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento hidroacutexido de calcio
Resistencia a laflexioacuten
Testigos
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica24 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
119
5513 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFC-15(A)
450 150 150 178901
180590 69 CFC-15(B) 182278
10 CFC-10(A)
450 150 150 205321
213658 81 CFC-10(B) 221996
05 CFC-05(A)
450 150 150 178884
176244 67 CFC-05(B) 173604
Promedio 72
Esta variable tratamiento a la cascarilla con cal agriacutecola obtuvo igualmente que el hidroacutexido de
calcio resultados superiores que la mezcla patroacuten
Este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso paralelamente los porcentajes 05
y 15 son notablemente inferiores
1700
1800
1900
2000
2100
2200
000 050 100 150 200
Maacute
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento cal agriacutecola
Resistenciaa la flexioacutenTestigos
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
120
5514 Promedio resistencia a la flexioacuten de vigas de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea propia)
De acuerdo a los resultados obtenidos en el ensayo de flexioacuten de vigas se determinan los
resultados promedio de los disentildeos de mezcla establecidos teniendo asiacute dos variables que
superan los resultados de las vigas testigo el tratamiento hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola
aunque en el reemplazo del 05 la mezcla patroacuten supera por unas miacutenimas unidades al
tratamiento con cal agriacutecola
El tratamiento con aceite de linaza no supera la variable mezcla patroacuten esta queda por debajo
de los resultados en todos los porcentajes de sustitucioacuten En cuanto al porcentaje de reemplazo
que arrojo mejores resultados para el ensayo de flexioacuten de vigas es 10 esto para las
variables hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola el tratamiento con aceite de linaza se ubica por
debajo de la mezcla patroacuten
58
57
65
68
78
72
69
81
67
68
68
68
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
150 100 050
MaacuteX
Fu
erza
kgf
Porcentaje de reemplazo
Promedio resistencia a la flexioacuten de la viga
Aceite de linaza
Hidroxido decalcio
Cal agricola
Testigos
121
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta
A partir de los resultados obtenidos en los ensayos realizados a los disentildeos de mezclas
planteados se establece en conjunto una relacioacuten comparativa que permite simplificar y tomar
el mejor resultado con las mejores caracteriacutesticas fiacutesicas y mecaacutenicas para lograr realizar dos
prototipos de placas y de disentildeo respectivamente uno con una mezcla resultado de las
mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas y otro con las mejores cualidades fiacutesicas a la vista
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 571
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA 15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilidad
Resistencia
M Rotura
La mezcla con mejores caracteriacutesticas en su comportamiento mecaacutenico para el desarrollo del
prototipo de formaleta es la del tratamiento con hidroacutexido de calcio a pesar de tener resultados
similares con el tratamiento de cal agriacutecola los resultados en especiacutefico son superiores por el
tratamiento con hidroacutexido y el porcentaje con las cifras en promedio maacutes altas es del 10
A partir de estos resultados se utiliza la mezcla con reemplazo al 10 y tratamiento previo a
la cascarilla con hidroacutexido de calcio
Cumple
No cumple
122
Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 572
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA
15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilid
ad
Apariencia
Pigmentacioacute
n
Formaleta
Sortividad
El tratamiento aceite de linaza es utilizado para el prototipo de formaleta porque sus
caracteriacutesticas son superiores en comparacioacuten con las otras dos variables de tratamiento El
tratamiento con cal agriacutecola cumple de forma similar con las caracteriacutesticas fiacutesicas para este
prototipo pero teniendo en cuenta factores como la apariencia particular que dejaron los
resultados de exposicioacuten a la intemperie y ensayo de sortividad el uso de aceite de linaza para
la proteccioacuten de cascarilla es superior a los demaacutes
El tratamiento con aceite de linaza y sustitucioacuten de agregado grueso por fibra vegetal al 10
es utilizado para el desarrollo de prototipo de formaleta
Cumple
No cumple
123
58 Desarrollo de prototipos
Se fabricaron dos prototipos de formaleta uno para el disentildeo de mezcla que cumple con las
caracteriacutesticas fiacutesicas y otro para el disentildeo de mezcla con las caracteriacutesticas mecaacutenicas
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia)
MEZCLAS DE CONCRETO SUSTITUCIOacuteN 10
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
FIacuteSICAS
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
MECAacuteNICAS
Formaleta con poliestireno expandido Formaleta con elementos en balso
Desmolde Desmolde
124
59 Resultados
Prototipo para propiedades fiacutesicas 591
El prototipo de formaleta para explorar las propiedades fiacutesicas se ajustoacute a los requerimientos
del disentildeo de formaleta la copia de textura modelo y pigmentacioacuten se pueden visualizar en el
concreto final haciendo uso de cemento blanco y pigmento color amarillo En este disentildeo no es
observable a simple vista como en el ejercicio experimental las partiacuteculas de cascarilla quizaacutes
esto dependa de la cantidad de cascarilla ya que en este ejercicio se utilizoacute uacutenicamente el 1
de reemplazo
Con menor cantidad de poros los existentes dados en su mayoriacutea a la porosidad de la
formaleta esta mezcla se adaptoacute a los objetivos de esta investigacioacuten el lograr homogeneidad
en la pigmentacioacuten y adherencia a los diferentes prototipos de disentildeo de formaleta
Prototipo para propiedades mecaacutenicas 592
Para este prototipo se hizo uso de cemento gris sin ninguacuten tipo de aditivo colorante De igual
manera que al anterior prototipo este se ajustoacute a los paraacutemetros exigidos al disentildeo de
formaleta con facilidad se pudo retirar del molde se le pudieron retirar los elementos en balso
y en este proceso no hubo dantildeos de filos al contrario copia con exactitud el disentildeo de la
formaleta
125
A pesar de hacer una estricta ejecucioacuten de vibrado para este prototipo teniendo presente lo
sucedido en el ejercicio experimental se obtuvo nuevamente porosidad en esta cara de la
placa en menor cantidad pero siguen presente las burbujas que dificultan en alguna medida a
obtener una superficie maacutes homogeacutenea con menor porosidad
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones
61 Conclusiones
La fibra vegetal cascarilla de cafeacute proveniente de la trilla del grano de cafeacute como reemplazo
del agregado grueso cumple con los paraacutemetros de resistencia para elementos no estructurales
como se planteoacute al inicio de investigacioacuten cumple con las condiciones de trabajabilidad de la
mezcla y acabado oacuteptimo y particular para el desarrollo como concreto arquitectoacutenico
Se tuvo en cuenta la literatura investigaciones anteriores donde las recomendaciones se
basaban en no tener altos porcentajes de sustitucioacuten dado que la resistencia tiende abajar
significativamente y de tal manera conservar la manejabilidad y propiedades mecaacutenicas de la
mezcla
A partir de los anaacutelisis realizados a las placas para evaluar la adherencia al color al estampado
y a la textura se puede concluir que por apariencia aplicar el tratamiento de aceite de linaza a
la cascarilla permite que estas partiacuteculas queden a la vista generando una caracteriacutestica
particular a la visual del concreto para las diferentes aplicaciones arquitectoacutenicas El
tratamiento con cal agriacutecola no genera el mismo efecto en las partiacuteculas de la cascarilla como
lo genera el aceite de linaza sin embargo tuvo una oacuteptima adherencia al color y a los patrones
de disentildeo de formaletas que se establecieron A diferencia del tratamiento con hidroacutexido de
calcio no hubo una homogeneidad en la pigmentacioacuten y al igual que con la cal agriacutecola las
partiacuteculas no son visibles a la cara del concreto como si lo logra el tratamiento con aceite de
linaza sin embargo se adaptoacute de forma oacuteptima a los patrones de formaleta establecidos
126
Se recomienda un buen procedimiento y ejecucioacuten para el vibrado para lograr retirar la mayor
parte de aire contenido en la mezcla y evitar porosidad en la cara principal del concreto como
acabado arquitectoacutenico
El reemplazo que sustituye al agregado grueso por agregado vegetal refleja una disminucioacuten
del peso debido a las caracteriacutesticas propias de la fibra vegetal la reduccioacuten del peso variacutea
entre el 013 y 534 en comparacioacuten con la mezcla patroacuten No hay una variacioacuten notable en
la consistencia de la mezcla por parte de la fibra vegetal y entre la mezcla patroacuten lo que
permite una mezcla manejable sin dificultad conservando los valores de asentamiento
establecidos para el disentildeo de mezcla
Los resultados obtenidos para el ensayo de resistencia a compresioacuten fueron menores con
respecto a la mezcla patroacuten entre el 4853 y 7360 obteniendo un menor desempentildeo para la
sustitucioacuten del 15 y el mejor resultado de resistencia fue el reemplazo del 05 con la
variable tratamiento hidroacutexido de calcio considerando que esta variable fue la que tuvo mejores
resultados con respecto al aceite de linaza y a la cal agriacutecola sin embargo en el porcentaje de
sustitucioacuten 1 la cal agriacutecola supero en resistencia a la compresioacuten al ensayo con hidroacutexido de
calcio del mismo porcentaje
Se puede concluir que los mejores resultados a la resistencia se encuentran entre los
porcentajes 05 y 10
Para el ensayo de sortividad inicial el porcentaje con mayor absorcioacuten con respecto a la
mezcla patroacuten incluso superando a esta es la sustitucioacuten de 05 y el porcentaje con menor
absorcioacuten de agua es la del 10 teniendo en cuenta el tipo de tratamiento que se le dio a la
cascarilla El aceite de linaza fue de entre las tres variables de tratamiento a la cascarilla la que
menos tuvo absorcioacuten de agua se podriacutea decir que debido a sus propiedades repelentes contra
el agua no se facilitoacute la succioacuten por capilaridad del agua en este ensayo El porcentaje y
tratamiento con mayor absorcioacuten de agua fue el 15 con hidroacutexido de calcio superando a
todas las demaacutes variables
Los resultados obtenidos para el ensayo de flexioacuten de vigas son muy oacuteptimos la adicioacuten de
fibra vegetal genera posesividad entre las partiacuteculas la sustitucioacuten del agregado grueso por la
fibra vegetal estaacute por encima delos valores dados por la mezcla patroacuten entre 056 y 1727
127
a excepcioacuten de la mezcla con tratamiento a la fibra con aceite de linaza esta mostroacute resultados
inferiores entre el 47 y 15 Claramente el tratamiento aplicado a la fibra vegetal influye
notoriamente en estos resultados siendo la cal agriacutecola al 10 la que tiene mayor resistencia
a la flexioacuten de vigas
En general se puede decir que realizar mezclas con adicioacuten de la fibra vegetal cascarilla de
cafeacute para el uso y aplicaciones como concreto arquitectoacutenico es posible obteniendo
paraacutemetros de resistencia durabilidad cohesioacuten entre los materiales homogeneidad entre la
pigmentacioacuten los tratamientos efectuados a la cascarilla en relacioacuten a los demaacutes materiales de
la mezcla lo cual se obtiene al igual que con el concreto de agregado convencional siempre
que se lleven a cabo los procedimientos correctamente y un exhaustivo curado
62 Recomendaciones
Se recomienda estudiar el efecto de las variables de tratamiento a la cascarilla de cafeacute a
edades de 7 14 y 56 diacuteas para observar si existe una relacioacuten entre el tiempo de curado y el
proceso de mineralizacioacuten de la fibra asiacute como estudiar el curado con bosa plaacutestica
Teniendo presente los resultados obtenidos y despueacutes de comprobar que el uso del tratamiento
con hidroacutexido de calcio tiene mejores cualidades mecaacutenicas que las otras mezclas y el
tratamiento con aceite de linaza mejores cualidades fiacutesicas se podriacutean realizar un estudio con
las dos variables en una misma mezcla cada una al 05y analizar su comportamiento
Considerando que los resultados para la prueba de sortividad inicial fue optimo uacutenicamente en
la variable de aceite de linaza se recomienda realizar maacutes pruebas de durabilidad y obtener la
sortividad secundaria para determinar si las variables de proteccioacuten a la fibra mejoran la
resistencia frente a todo tipo de agentes externos que afecten la vida de servicio como el
desgaste contaminacioacuten agua luz solar los sulfatos y los aacutecidos
Es importante estudiar el moacutedulo de elasticidad estaacutetico y dinaacutemico del material con el fin de
observar si la adicioacuten en estudio causa una variacioacuten en la influencia y la elasticidad del
concreto con el fin de ampliar las aplicaciones a esta tecnologiacutea
128
Para obtener una menor cantidad de porosidad se recomienda agregar a la mezcla un 5 maacutes
de agua o poner a prueba algunos aditivos que favorezcan su reduccioacuten
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134
8 Anexos
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO
135
82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA
httpswwwcalcocomcowp-contentuploads201809ficha-tecnica-cal-agricola-cales-oct-222pdf
136
83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO
httpwwwcaldelvallecompdfConstruccionFRpdf
137
84 Entrevista
1 DE QUE POBLACIOacuteN ES PROVENIENTE EL CAFEacute Y SU ALTITUD
Para el caso del cafeacute que ingresa a Almacafeacute Sucursal Pasto el 100 del cafeacute corresponde al departamento de Narintildeo generalmente no se separa por municipio o regioacuten sin embargo se hace separacioacuten seguacuten el tipo de cafeacute si es certificado (Rainforest 4C Regional Nespresso AAA) solo en algunos negocios puntuales se puede separar por origen especifico La mayoriacutea de cafeacute de Narintildeo se produce entre los 1600 y 1900 msnm aunque se puede encontrar cafeacute desde los 1100 metros hasta los 2300 metros El promedio de altura es de 1765 msnm En Narintildeo 41 municipios producen cafeacute
2 QUEacute TIPO DE CAFEacute ES
El cisco proviene de trilla de diferentes tipos de cafeacute principalmente cafeacute Regional 4C y Nespresso Pero no se hace separacioacuten del cisco por tipo de cafeacute
3 EN QUE MES SE HACE LA SIEMBRA Y EN QUE MES SE HACE LA COSECHA
Las etapas de cafeacute son Germinador (alrededor de 2 meses) Almacigo (6- 8 meses) y finalmente Siembra en el terreno donde estaraacute por 7 antildeos aprox tiempo al cual se renueva por zoca (cortar tallo principal a 30 cm del suelo de donde brota una nueva planta) o siembra de una nueva planta El mes de siembra del germinador en Narintildeo generalmente es febrero Es decir la plaacutentula de cafeacute se siembra en el lote definitivo entre octubre y noviembre
4 PROPIEDADES GENERALES DE LA TIERRA
ldquoEl Cafeacute de Narintildeo es 100 araacutebicohelliprdquo (es decir las variedades sembradas son de esta especie) ldquohellipsembrado a altas alturas recolectado selectivamente y procesado por la viacutea huacutemeda en las parcelas cafeteras de los productores La ubicacioacuten de Narintildeo en Colombia hace de su zona cafetera un lugar sin duda especial Estas condiciones hacen que en la Zona de Produccioacuten de Cafeacute de Narintildeo se presente una combinacioacuten de factores tales como la radiacioacuten solar de 1666 horas en promedio durante el antildeo los ciclos de lluvia de 1866 miliacutemetros al antildeo y los suelos con alto contenido de materia orgaacutenica que hacen posible el cultivo del cafeacute a grandes alturas y temperaturas en promedio de 199 degC con valores promedio maacuteximo de 259 y miacutenima de 16degC Estos diferentes factores explican que el Cafeacute de Narintildeo se produzca en alturas que alcanzan hasta los 2300 metros sobre el nivel del mar en zonas que presentan en promedio temperaturas bajas comparadas con el resto de zonas cafeteras de Colombia y de buena parte del mundo Producir cafeacute a esta altura podriacutea ser casi imposible si el calor que se acumula durante el diacutea en el fondo de los cantildeones y de los profundos valles no ascendiera en las noches para atenuar el frio de las partes maacutes altas de las montantildeasrdquo Tomado de Cafedecolombiacom En este enlace se puede encontrar toda la informacioacuten sobre los factores agroclimaacuteticos de la regioacuten httpnarinocafedecolombiacomnarino
5 CANTIDAD APROXIMADA DEL AacuteREA DE CULTIVO
138
38400 hectaacutereas sembradas en Narintildeo
6 A TODO TIPO DE CAFEacute SE LE RETIRA LA CASCARILLA Siacute Colombia produce cafeacutes suaves lavados lo que significa que el grano de cafeacute se recolecta en cereza luego en la finca es despulpado (es decir se retira la cascara o cereza) fermentado (para quitar un mucilago o baba que estaacute prendida al pergamino que es la capa siguiente) lavado y secado (hasta que la humedad del cafeacute en pergamino seco esteacute entre 10 y 12) Posterior el productor lo lleva a vender al comercio o cooperativa Luego se consolidan cantidades determinadas que son entregadas a Almacafeacute o alguacuten otro comerciante particular para posterior ser trillado es decir retirar el cisco de la almendra la cual se tuesta para obtener el cafeacute tostado y molido y finalmente la bebida Lo anterior significa que el cisco es necesariamente retirado para poder tostar el cafeacute
7 QUE CANTIDAD APROXIMADA SE RECIBE DE CISCO ANUAL El cisco no se recibe se obtiene del proceso de trilla y depende del volumen de cafeacute pergamino seco asignado para trilla en nuestra trilladora El antildeo pasado se trillaron 3 millones de kilos de cafeacute pergamino y generalmente el de cisco corresponde a un 18 - 20 es decir unos 500000 kilos de cisco en el antildeo anterior Cifras aproximadas
8 QUE REALIZAN CON LAS CASCARILLA QUE USOS TIENE La totalidad del cisco producido se entrega para uso como combustible en silos secadores de cafeacute que tienen los mismos productores (para secar el cafeacute en la finca el productor tiene dos opciones Secado al sol oacute Mecaacutenico es decir en silos que usan combustible como carboacuten coque ACPM gas o cisco) Sin embargo tambieacuten lo usan empresas ladrilleras en los hornos para elaborar ladrillo y tejas de barro Tambieacuten al ser un producto orgaacutenico puede ser incorporado a procesos de elaboracioacuten de abonos orgaacutenicos
9 CUAL ES EL MERCADO QUE MAS SE BENEFICIA DE ESTE RESIDUO Y EL QUE MAYOR DEMANDA TIENE
Los Caficultores y las cooperativas quienes lo usan como combustible Ver punto anterior
10 SE LLEGA A BOTAR ESTE RESIDUO PORQUE RAZOacuteN Anteriormente maacutes de 20 antildeos se usaban en gran medida para abono orgaacutenico pero actualmente su uso es como combustible Es decir no hay registro que se llegaraacute a botar
11 LE DAN ALGUacuteN OTRO USO EN LA EMPRESA
139
Hasta el momento no se incorpora en ninguacuten proceso En alguacuten momento hace maacutes de 20 antildeos se pensaba usar en construccioacuten de planchas para casas con colboacuten o pegamento sin embargo no se llevoacute a cabo el proyecto
12 TRABAJAN CON GRANDES CAFICULTORES O CON PEQUENtildeAS FINCAS O AMBAS
En el departamento el 99 de los caficultores son pequentildeos con un promedio de 098 hectaacutereas Pero no hay ninguacuten tipo de sectorizacioacuten si son grandes medianos o pequentildeos oacutesea se trabaja con todos
13 CUANTO PAGAN POR BULTO (SI ES POSIBLE SABER EL VALOR EXACTO O PROMEDIO)
Un bulto de cisco se vendioacute en promedio en 4600 pesos partiendo de un peso promedio de 60 kilos
14 DEL DEPARTAMENTO DE NARINtildeO QUE PORCENTAJE DE CULTIVOS LLEGAN A ALMACAFEacute
Aproximadamente un 30 a 35 del total de la produccioacuten del departamento Produccioacuten Total del Departamento = 35 millones de kilos tambieacuten aproximado
15 LA MAQUINA TRILLADORA FUNCIONA A GASOLINA O ES ELEacuteCTRICA QUE CONSUMO PROMEDIO TIENE
Eleacutectrica aunque tiene una planta a gasolina que funciona cuando no hay suministro de electricidad La maacutequina trilladora como tal se llama Apolo 4 y funciona con un motor de 100 HP tiene un consumo aproximado de 300Kvahora pero todo el sistema de trilla que incluye recibo de pergamino trilla monitor de almendra mesas densimeacutetricas electroacutenicas de color y ensaque puede tener consumir promedio 500 Kvahora
16 QUE POSICIOacuteN TIENE NUESTRO CAFEacute A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL El cafeacute colombiano y en especial el cafeacute de Narintildeo tienen una excelente calidad que lo ha posicionado como uno de los mejores del mundo Colombia ocupa el primer lugar en produccioacuten de Cafeacutes Suaves Lavados y es el tercer productor mundial de cafeacute despueacutes de Brasil y Vietnam
17 A QUE LUGARES ES EXPORTADO Los destinos principales de exportacioacuten son EEUU Europa y Japoacuten
18 A ESCUCHADO O LE HAN SOLICITADO ALGUacuteN RESIDUO DEL CAFEacute PARA ALGUacuteN TEMA RELACIONADO CON LA CONSTRUCCIOacuteN O PARA CREAR UN NUEVO MATERIAL
140
Solicitudes no pero si he visto y escuchado sobre el uso del residuo de la preparacioacuten de la bebida para elaborar artesaniacuteas e incluso ropa Hablo de la borra o Cuncho
19 CUAacuteL ES SU OPINIOacuteN ACERCA DEL DESARROLLO DE ESTA INVESTIGACIOacuteN No habiacutea escuchado antes sobre este tipo de investigacioacuten uacutenicamente la de elaborar planchas de casas en conjunto con pegamento lo cual me comentaron justo para responder esta encuesta Considero muy vaacutelida este tipo de propuestas de innovacioacuten en la medida que sea validada desde lo comercial se tendraacute que analizar el costo dado que el cisco es muy necesario para el caficultor en el secado del grano y al momento de competir con el mercado de la construccioacuten seguramente se elevaraacute el precio del mismo Manuel Fernando Pentildea Jefe de Operaciones Almacafeacute Pasto (2017)
Contenido IX
210 Disentildeo Urbano 56
3 Capiacutetulo cascarilla de cafeacute como material alternativo 61
31 Generalidades61
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute 64
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute) 66
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute 68
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo 70
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos 75
43 Disentildeo de mezcla 81
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla 84
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten 85 52 Ensayo de Asentamiento 93
53 Ensayo de compresioacuten 95
54 Ensayo de Sortividad 102 55 Ensayo moacutedulo de rotura 114
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta 121
Prefabricados 53 291
Espacio Puacuteblico 56 2101 Pisos 56 2102 Mobiliario Urbano 57 2103 Fachadas y elementos de concreto a la vista 58 2104 Estampados 58 2105
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 61 311 Proceso obtencioacuten de la cascarilla 61 312
Caracteriacutesticas fiacutesicas 64 321 Composicioacuten quiacutemica 65 322
Mineralizacioacuten con aceite de linaza (Alvarado 2002) 67 331 Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 67 332 Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 67 333
Liacutenea investigativa 70 411 Materiales 73 412 Poblacioacuten y muestras 73 413
Analisis Granulomeacutetrico 77 421
Seleccioacuten del Asentamiento 81 431 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 81 432 Estimacioacuten del contenido de aire 82 433 Requerimiento de agua de mezclado 82 434 Resistencia requerida de disentildeo 82 435 Relacioacuten agua-cemento 83 436 Definicioacuten de datos 83 437
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco93 521
Resultados 97 531
Resultados 116 551
Contenido X
58 Desarrollo de prototipos 123 59 Resultados 124
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones 125
61 Conclusiones 125 62 Recomendaciones 127
7 Bibliografiacutea 128
8 Anexos 134
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO 134 82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA 135 83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO 136 84 Entrevista 137
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 121 571 Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 122 572
Prototipo para propiedades fiacutesicas 124 591 Prototipo para propiedades mecaacutenicas 124 592
Resumen XI
Resumen
Evolucionar transformar y potencializar un material basados en los tres ejes de sostenibilidad
medio ambiente y socio-econoacutemico Se ha convertido en los uacuteltimos antildeos en un desafiacuteo para el
sector de la construccioacuten y sin duda alguna el mejor camino para entender el dantildeo generado
con el desmedido e inconsciente uso de los recursos naturales El uso de residuos orgaacutenicos
renovables es un tema que se ha ido imponiendo en la industria de la construccioacuten a nivel
global aprovechando los residuos o componentes de las materias primas que tienen mayor
productividad
En Colombia la cascarilla de cafeacute es uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran
industria cafetera Esta fibra vegetal se encuentra potencializada por su composicioacuten quiacutemica
en este caso el Silicio componente mineral que aporta la resistencia en el concreto como lo
hace el cemento
En esta investigacioacuten se presenta el disentildeo de mezcla de concreto a la cual se realizan las
respectivas pruebas para identificar las caracteriacutesticas fiacutesicas potenciales aplicables en la
arquitectura El resultado de la mezcla se implementaraacute en prototipos de encofrados y
estampados que permitan el anaacutelisis del material ante su manejabilidad y adherencia al
prototipo arquitectoacutenico al que se exponga esto con el fin de lograr trabajar al tiempo
resistencia exposicioacuten al medio exterior sostenibilidad y disentildeo A su vez se aplican pigmentos
para valorar adherencia y comportamiento con el color
Palabras clave concreto sostenibilidad fibra vegetal cafeacute pigmentos texturas
Abstract XII
Abstract
Evolve transform and strengthen a material based on the three axes of sustainability
environment and socio-economic In recent years it has become a challenge for the
construction sector and without a doubt the best way to understand the damage caused by the
excessive and unconscious use of natural resources The use of renewable organic waste is an
issue that has been imposed in the construction industry globally taking advantage of the
chalks or components of the raw materials that have higher productivity
In Colombia the coffee husk is one of the organic residues left by the large coffee industry This
vegetable fiber is potentiated by its chemical composition in this case silicon a mineral
component that provides strength in concrete as cement does
In this research the concrete mix design is presented to which the respective tests are carried
out to identify the potential physical characteristics applicable in the architecture The result of
the mixture will be implemented in prototypes of formwork and prints which allow the analysis
of the material before its manageability and adherence to the architectural prototype to which it
is exposed this in order to achieve work at the time resistance exposure to the environment
exterior sustainability and design In turn pigments are applied to assess adherence and
behavior with color
Key words concrete sustainability vegetable fiber coffee pigments textures
Listado de Ilustraciones XIII
Listado de Ilustraciones
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016) 30
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz
2017) 30
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014) 33
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 42
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras
(Carvajal 2015) 51
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado 62
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia) 63
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla 64
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005) 64
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades
de Glucosa)(Coffea 2005) 66
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia) 72
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia) 88
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia) 94
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia) 95
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia) 96
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia) 102
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia) 114
Listado de Tablas XVI
Lista de Tablas
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012) 21
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014) 33
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)34
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014) 34
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014) 34
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et
al 2014) 34
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012) 36
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus
materiales de desperdicio(Garcia amp Olaya 2011) 37
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015) 39
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd) 45
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017) 46
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007) 47
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) 49
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018) 53
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010) 54
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010) 59
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia
2010) 61
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 65
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011) 65
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)70
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013) 73
Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia) 76
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia) 76
Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)77
Contenido IX
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia) 77
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia) 78
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia) 80
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001) 82
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten
2001) 82
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la
desviacioacuten estaacutendar 82
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto
(adaptada del ACI 2111 y del ACI 2113) 83
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia) 83
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto
(autoriacutea propia) 84
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia) 84
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia) 84
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia) 86
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 86
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 89
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia) 90
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia) 91
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 92
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 93
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)96
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 96
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 97
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 97
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 98
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 99
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 100
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Contenido IX
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 104
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 105
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 106
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 107
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 108
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 109
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 110
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 111
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 115
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 115
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 115
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia) 116
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
117
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
118
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia) 119
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia) 121
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia) 122
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia) 123
Lista de graficas XVII
Lista de Graficas
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)78
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 80
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 94
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 98
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 99
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 100
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia) 101
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 105
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 106
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 107
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 108
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 109
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 110
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 111
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 112
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo) 116
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 117
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 118
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 118
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 119
Listado de graficas XVIII
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea
propia) 120
1 Capiacutetulo Lineamientos 19
19
1 Capiacutetulo Lineamientos
11 Introduccioacuten
Encontrar un punto de equilibrio entre la sostenibilidad en la arquitectura y el satisfacer
nuestras necesidades es un reto a asumir No podemos recuperar muchos de los recursos
naturales que la industria de la construccioacuten ha llevado consigo pero asiacute como la tecnologiacutea ha
evolucionado para muchos campos del consumismo tambieacuten ha evolucionado para permitirnos
encontrar soluciones con el fin de no prolongar los dantildeos ya efectuados
En la construccioacuten estamos llamados a aportar iniciativas para el desarrollo sostenible a
nuestros diacuteas ya podemos predecir con queacute recursos naturales contaraacute la siguiente generacioacuten
a corto plazo seguacuten Fernaacutendez y Rodriacuteguez (2010) como lo reafirma (Bedoya 2011) ldquosiacute los
actuales patrones no cambian la expansioacuten de la construccioacuten destruiraacute (hellip) haacutebitats naturales
y vida salvaje en maacutes de un 70 de la superficie de la tierra para 2032rdquo Teniendo a la mano y
a disponibilidad todos estos balances conocimientos predicciones cientiacuteficas y variedad de
anaacutelisis medio ambientales es casi un deber del constructor y proyectista motivar e incentivar
el desarrollo de nuevas teacutecnicas y materiales que le den prioridad a la conservacioacuten y cuidado
del planeta siendo que este campo es uno de los directamente responsables de la afectacioacuten
ambiental debemos ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo (Manzini amp Bigues 2000)
Los residuos orgaacutenicos son auacuten en muchas empresas y lugares de desarrollo un problema
ambiental y econoacutemico puesto que a pesar de que los subproductos que se generan se tratan
de aprovechar al maacuteximo es tan alta la cantidad que las empresas recurren a destinar un fondo
aparte para poder desarrollar nuevos equipos y teacutecnicas para darle un destino final a estos
residuos Entre estos estaacuten
Vertederos Incineracioacuten Compostaje y digestioacuten anaerobia
20
Tratamiento mecaacutenico bioloacutegico Pirolisis y gasificacioacuten (ldquoManejo de Desechos Agroindustrialesrdquo 2015)
Es asiacute como para las industrias es una perdida no solo econoacutemica tener que asumir costos
para el proceso final de los subproductos sino tambieacuten una perdida en los tiempos destinados
a este tratamiento
Somos un paiacutes rico en variedad de cultivos dado a su localizacioacuten geograacutefica tenemos todos
los pisos teacutermicos que nos permiten aprovechar las propiedades de la tierra generando un alto
desarrollo en la agroindustria Algunas empresas logran hacer un alto y buen uso de los
subproductos que se les generan usando estos materiales como biocombustibles abonos para
el cultivo de sus tierras alimentos para sus animales entre otros
La cascarilla de cafeacute es el residuo vegetal para la propuesta de esta investigacioacuten es el
agregado adicional que se estudioacute en el disentildeo de la mezcla con el concreto siendo que este
residuo hace parte de la industria del cafeacute la maacutes sobresaliente del paiacutes ocupando el tercer
puesto como mayor productor del mundo y el primero en cafeacute araacutebico suave lavado (Sierra
2014) y partiendo de esta alta produccioacuten la cascarilla de cafeacute o cisco es el residuo que
posee ademaacutes propiedades oacuteptimas que la convierten en un agregado liviano con un
porcentaje de silicio del 15 en su composicioacuten quiacutemica asiacute considerados para poder realizar
este planteamiento investigativo (Garcia amp Olaya 2011)
Sin ser ajenos ante esta situacioacuten se proyecta una investigacioacuten que iraacute ligada al uso de
residuos vegetales y al disentildeo del concreto arquitectoacutenico esto con el fin de enfatizar que crear
propuestas ambientales no limita las caracteriacutesticas de un material en este caso el concreto y
que al contrario potencializa sus propiedades y brinda al mercado mayores opciones de uso e
implementacioacuten
21
Algunas industrias hacen uso de estos residuos como abonos para uso en sus mismas tierras
como biocombustibles para sus fincas o maquinas procesadoras o como consumo animal si
esto pasase en la mayoriacutea de la industria y con la totalidad de la materia prima despueacutes de su
procesamiento aparte de traer beneficios ambientales tambieacuten traeriacutea beneficios econoacutemicos
En el proceso de industrializacioacuten del cafeacute solamente se aprovecha el 5 del peso del fruto
fresco en la preparacioacuten de la bebida el restante como la pulpa el cisco el tallo la borra
quedan como residuo de la materia prima representando el 95 Almacafeacute en uno de sus
informes de sostenibilidad del antildeo 2012 nos describe la cantidad de toneladas de residuos que
genera la industria del cafeacute y el Cisco que es la cascarilla del cafeacute estaacute entre los tipos de
residuos soacutelidos aprovechables catalogado asiacute por la misma industria quienes crearon un
manejo de residuos daacutendoles uso en su misma planta de produccioacuten como generadores de
energiacutea (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
Sin embargo en una tesis de investigacioacuten de la Universidad Nacional de Colombia sede
Medelliacuten sobre la combustioacuten de Peacutelet de Cisco de cafeacute el aprovechamiento de los residuos
agroindustriales implica grandes retos y altas inversiones en transporte cuando su disposicioacuten
final no es ldquoin siturdquo esto sumado a que estos materiales poseen bajos poderes caloriacuteficos en
comparacioacuten con otros combustibles de origen foacutesil y no se disponen de tecnologiacuteas que
permitan garantizar una combustioacuten apropiada lo cual conlleva a que las plantas utilicen
combustibles foacutesiles que garanticen la energiacutea requerida para sus procesos originando un
consumo de combustibles adicional y elevando los costos de produccioacuten (Manrique Waldo
2018)
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
22
Lograr disentildear una mezcla idoacutenea de concreto con la cascarilla de cafeacute en construccioacuten implica
el desarrollar planes de manejo ambiental para implementarlos en el concreto arquitectoacutenico
aprovechando la gran produccioacuten agroindustrial que se da en este Paiacutes ldquoLas cifras del
Ministerio de Vivienda dan cuenta de un crecimiento de 102 en el PIB de construccioacuten
durante el segundo trimestre del 2014 en comparacioacuten con el mismo periodo del antildeo pasado
Las obras civiles son las que maacutes han tenido que ver en el aumento de ese PIB pues crecieron
176 seguidas por el sector de edificaciones con un 14rdquo (Medina 2014)
A partir de estos elementos se considera que la propuesta del disentildeo de mezcla de concreto
con residuos vegetales cumpliraacute dos aportes muy positivos al campo de la construccioacuten uno de
ellos es ser un material que retribuya al medio ambiente generando una nueva visioacuten de
optimizacioacuten en nuestro paiacutes y segundo es considerar que este material cuenta con las
caracteriacutesticas idoacuteneas para ser trabajado como concreto arquitectoacutenico lo que permite al
disentildeador y al constructor idear proyectar y trabajar con la misma o mejor facilidad que con un
concreto convencional Se podriacutea hablar del desarrollo de un ldquoconcreto de alto desempentildeordquo
(Salcedo Barrera 2006) en donde ldquocualquier concreto que satisfaga criterios propuestos para
sobrepasar las limitaciones de un concreto convencional puede ser llamado concreto de alto
desempentildeordquo (FHWA 1994)
La mezcla obtenida del concreto con agregado de cascarilla de cafeacute se dispondraacute en el trabajo
de acabados pigmentacioacuten estampado y encofrado Lo positivo del uso de estas teacutecnicas es la
posibilidad de crear variabilidad y seguridad dotar al material de caracteriacutesticas que se puedan
determinar desde el proceso de su produccioacuten hasta el momento de su implementacioacuten en
armoniacutea con la naturaleza y aprovechando al maacuteximo los residuos vegetales en este caso los
de la agroindustria cafetera
12 Planteamiento del problema
Se sabe que la industria de la construccioacuten es uno de los mayores generadores de
contaminacioacuten y consumidor de recursos naturales no renovables tal como lo cita (Cabello
2008) tomado de (Anink Boonstra amp Mank 1996) en teacuterminos estadiacutesticos se puede decir
que el sector de la construccioacuten es responsable del 50 de los recursos naturales empleados
del 40 de la energiacutea consumida (incluyendo la energiacutea en uso) y del 50 del total de residuos
generados Si bien es cierto que el procesado de materias primas y la fabricacioacuten de los
23
materiales generan un alto coste energeacutetico y medioambiental no es menos cierto que la
experiencia ha puesto de relieve que no resulta faacutecil cambiar el actual sistema de construccioacuten
y la utilizacioacuten irracional de los recursos naturales donde las prioridades de reciclaje
reutilizacioacuten y recuperacioacuten de materiales brillan por su ausencia frente a la tendencia
tradicional de la extraccioacuten de materias naturales Por ello se hace necesario reconsiderar esta
preocupante situacioacuten de crisis ambiental buscando la utilizacioacuten racional de materiales que
cumplan sus funciones sin menoscabo del medio ambiente (Cabello 2008)
Resulta al tiempo contradictorio que el campo de la construccioacuten tenga como fin buscar el
confort humano satisfaciendo sus necesidades tanto habitables como de viacuteas de
comunicacioacuten y que no se tenga como prioridad cuidar o usar de manera maacutes racional los
recursos naturales siendo estos los que proveen la vida y los que permiten llevar a cabo esas
construcciones que ayudan a mitigar las necesidades del ser humano
La visioacuten de la generacioacuten de residuos soacutelidos derivada del consumismo actual ha sido
entendida como una problemaacutetica ambiental ademaacutes de ser un factor influyente y determinante
en la salud puacuteblica la creacioacuten ademaacutes de la adaptacioacuten de estrategias ya existentes para el
manejo de residuos soacutelidos se convierte en la alternativa de solucioacuten a dicho problema dado
que ataca todas las consecuencias devastadoras del mal manejo de los residuos soacutelidos y
ademaacutes se convierte en una posibilidad de negocio al comercializar los subproductos
derivados de estos procesos (Agudelo 2012)
Tenemos gran variedad de residuos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y muchos de estos al verse
como desecho ldquoinuacutetilrdquo son quemados vertidos en fuentes fluviales o en vertederos de basura
generando acumulaciones de agentes contaminantes No obstante ldquoampliando ya la visioacuten
ecoloacutegica del siglo XXI algunas empresas o fabricas hacen uso de estos residuos como
generadores de energiacuteardquo (Manejo de Desechos Agroindustriales2015)
Sin embargo la visioacuten ecoloacutegica en la que la construccioacuten debe estar sumergida no es del todo
implementada para ello debe innovarse en materiales que ofrezcan las mismas o mejores
caracteriacutesticas para poder hacer uso de ellos en forma confiada y masiva ya que un alto
porcentaje de la industria de la construccioacuten es ajena al concepto acutesostenibilidad ambientalacute
24
En Colombia existen empresas que estaacuten intentando implementar metodologiacuteas y teacutecnicas para
la reutilizacioacuten de residuos orgaacutenicos La adecuada disposicioacuten final de residuos
agroindustriales es apremiante debido a que se producen en gran cantidad pero la mayoriacutea son
llevados al relleno sanitario sin considerar que existen otras posibilidades de aplicacioacuten y que
pueden generar grandes valores econoacutemicos Los gastos de la disposicioacuten de los residuos y el
impacto ambiental pueden reducirse si se logra emplear teacutecnicas de valorizacioacuten esto quiere
decir que si se logran tener adecuados tratamientos las empresas podriacutean multiplicar el valor
de los subproductos (Yepes Naranjo amp Saacutenchez 2008)
Con estos puntos planteados es importante preguntarse iquestCoacutemo hacer del concreto un
material a partir de residuos orgaacutenicos vegetales que genere una progresiva visioacuten sostenible
en la construccioacuten y que sea esteacuteticamente un potencial en el disentildeo El sustituir parte de los
agregados de un material convencional a uno que aporte al medio ambiente y lograr
implementarlo en la construccioacuten como material oacuteptimo para quien lo implemente es obtener
un material innovador que aporta no solo como idea si no como parte de nuevas praacutecticas
constructivas sustentables
13 Objetivos
Objetivo general 131
Evaluar las propiedades y comportamientos fiacutesicos del concreto con agregados orgaacutenicos como
la cascarilla de cafeacute uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran industria cafetera en
Colombia y establecer las posibilidades ante el uso de textura y color
Objetivos especiacuteficos 132
- Identificar las investigaciones realizadas acerca del concreto aligerado con cascarilla de
cafeacute estableciendo sus propiedades generales
- Caracterizar el material orgaacutenico (Cascarilla de cafeacute) que va a ser sustituido por
porcentajes determinados del agregado grueso del concreto
25
- Establecer un disentildeo de mezcla con base en las investigaciones realizadas y comprobar
sus propiedades fiacutesicas
- Determinar las alternativas de textura a traveacutes de prototipos de formaletas que puedan
implementarse en ese tipo de concreto
- Realizar valoraciones acerca de las variaciones del comportamiento del concreto
expuesto al exterior con el uso de pigmentos
14 Justificacioacuten
La industria de la construccioacuten es uno de los principales actores responsables en el cambio y
aumento de niveles de contaminacioacuten ambiental es una industria que necesita para su
desarrollo hacer uso de recursos naturales no renovables dejando a su paso acumulacioacuten de
desechos escombros de obra una mezcla de agentes contaminantes que degradan de
manera progresiva el medio natural pero las industrias como la agronomiacutea son otro gran factor
de contaminacioacuten directa a este medio se hace uso de la materia prima acuteuacutetilacute y los residuos
son en un alto porcentaje quemados desechados en riacuteos o retirados a espacios como
vertederos de basuras volvieacutendolos unos participes maacutes de la contaminacioacuten Hay que
destacar que ldquoel debate sobre la sostenibilidad no se produce en el campo especiacutefico de la
edificacioacuten sino en el de la economiacutea y otras ciencias sociales Su transposicioacuten a la
edificacioacuten exige un entramado teoacuterico capaz de trasladar demandas enunciadas en campos
ajenos (hellip) hacia el campo de los conocimientos habilidades y procesos que permiten
desarrollar y enunciar un proyecto de edificacioacutenrdquo (Monterotti 2013)
La buacutesqueda de implementar normas y leyes para contrarrestar los abusos que se le hacen a
los recursos vienen desde la deacutecada de los 80 eacutepoca en la que surge la preocupacioacuten por
impacto que produce llevar a cabo la construccioacuten de un edificio y sus materiales sobre el
ambiente Desde el antildeo 2000 el nuacutemero de meacutetodos para la evaluacioacuten medioambiental se ha
multiplicado considerablemente en el mundo BREEAM (BRE Environmental Assessment
Method) fue el primer sistema (desarrollado en 1990) que ofrecioacute un meacutetodo de etiquetado de
edificios aunque LEED (Leadership in Energy and Environmental Desing) es el de mayor
implantacioacuten en el mercado de grandes edificios (Maciacuteas amp Garciacutea Navarro 2010)
26
En Colombia no existen como tal leyes enfocadas exclusivamente al control de recursos de los
que hace uso la industria de la construccioacuten existen algunas normativas y artiacuteculos que se
derivan de un encabezado no especifico en el tema y existen tambieacuten los denominados
manuales pero realmente no hay entidades que fundamenten la importancia de un control una
base de enumeradas restricciones en la fabricacioacuten de materiales y su impacto negativo al
medio ambiente
En el antildeo 2016 se hizo puacuteblico la nueva reglamentacioacuten de construccioacuten sostenible en el paiacutes
ldquoEn Latinoameacuterica Colombia es pionero en comprometerse con la transformacioacuten hacia el
desarrollo sostenible La norma que es obligatoria a partir de junio de 2016 establece
porcentajes de ahorro en agua y energiacutea que permitan reducir los costos de los usuarios en
pagos de servicios puacuteblicosrdquo (Ministro de Vivienda Luis Felipe Henao) El objetivo de esta
reglamentacioacuten es lograr ahorros de hasta el 45 en el consumo de agua y energiacutea mediante
la incorporacioacuten de paraacutemetros de sostenibilidad ambiental en el disentildeo y construccioacuten de las
nuevas edificaciones que se construyan en el paiacutes (MINVIVIENDA 2015) Se consultoacute al
Ingeniero Alejandro Vaacutesquez especialista en construccioacuten sostenible de la universidad EAFIT
acerca de esta nueva norma y sentildeala que el mayor objetivo es el ahorro de recursos hiacutedricos y
energeacuteticos al igual que reducir las emisiones de gases de efecto invernadero pero esta norma
no trae apartes especiacuteficos sobre el uso de materiales debido a que se centra en temas de
eficiencia energeacutetica e hiacutedrica pero si habla de la necesidad de usar materiales de
construccioacuten de baja energiacutea embebida (hellip)(ARGOS 2015)
En este sentido se entiende la importancia la vitalidad de propulsar e imponer el cambio desde
la fabricacioacuten de los materiales que se utilizaran en obra los elementos tenidos en cuenta para
la expedicioacuten del nuevo reglamento fue entender que teniendo un sector que construye
anualmente cerca de 30 millones de metros cuadrados en vivienda y edificaciones no
residenciales que articula a maacutes de 28 sectores productivos de la economiacutea y que emplea a
maacutes de 34 millones de personas es necesario mantener un proceder reglamentario cauteloso
para no poner en riesgo la promocioacuten de proyectos constructivos ya que son los que soportan
la economiacutea (CAMACOL 2015) asiacute que el enfoque sostenible al que se hace referencia esta
normativa estaacute en un segundo plano y la economiacutea se veriacutea directamente afectada si se
impone la idea de usar en menor medida los residuos naturales o proponer estudios para
reemplazarlos
27
Desde el aspecto ecoloacutegico tiene una gran ventaja la industria agronoacutemica por el basto grado
de residuos orgaacutenicos que genera en la produccioacuten En tal sentido se proyecta a provechar el
denominado cisco la cascarilla de cafeacute con la finalidad de aprovechar este sobrante siendo
Colombia el segundo productor mundial de este fruto y por el potencial de este residuo como
fibra vegetal al presentar propiedades que la hacen oacuteptima para ser utilizada como agregado
liviano en el concreto En Colombia ha tenido un uacutenico uso servir de combustible para
alimentar hornos (Rathinavelu amp Graziosi 2005)
Es el concreto el material de mayor uso en la construccioacuten es el material que maacutes se debe
experimentar para proporcionar alternativas ecoloacutegicas y de uso Para potencializar este
material no uacutenicamente en su composicioacuten con los residuos orgaacutenicos sino que tambieacuten se
buscara alternativas en su esteacutetica en la variabilidad de sus aplicaciones
El aspecto esteacutetico de las obras cobra cada vez mayor relevancia y los elementos de concreto
arquitectoacutenico ndashelaborados in situ o prefabricados- marcan una etapa importante en la
evolucioacuten de la arquitectura contemporaacutenea al brindar caracteriacutesticas de increiacuteble versatilidad
Ademaacutes del concreto ninguacuten material de construccioacuten moderno puede asumir con tanta
facilidad las formas colores y texturas (Pesquer 2013) Se han realizado cantidad de
investigaciones y avances tecnoloacutegicos sin embargo en esta aeacuterea la aplicacioacuten de concretos
arquitectoacutenicos es muy deficiente (dependiendo de la obra) en lo esteacutetico o lo mecaacutenico pero
no se trabaja unificando estas dos caracteriacutesticas sabiendo que el concepto de concreto
arquitectoacutenico tiene como finalidad estas aportaciones como unidad
En tal razoacuten se busca crear alternativas ideas innovadoras y el implementar un material
ecoloacutegico donde el uso de estas teacutecnicas favorezca el campo constructivo el econoacutemico
variedad en el mercado y en el disentildeo puesto que al conectar el eacutexito de las empresas con los
avances de la sociedad se abren muchas formas de atender a nuevas necesidades ganar
eficiencia crear diferenciacioacuten y expandir mercados (Porter amp Kramer 2011)
2 Marco Teoacuterico 28
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico
La evaluacioacuten del impacto ambiental que genera la fabricacioacuten de materiales de construccioacuten
es bastante escasa ante esa situacioacuten algunos paiacuteses han creado mecanismos muy baacutesicos
que permitan dar algunas pautas para el uso adecuado de estos pero encontrar
especiacuteficamente los efectos secundarios que causa su produccioacuten es muy complejo
imponiendo la idea de crear y modificar materiales con un completo estudio en el aacutembito
ecoloacutegico y constructivo Se debe ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo(Manzini amp Bigues 2000)
Los responsables de la Organizacioacuten de las Naciones Unidas para la Agricultura y la
Alimentacioacuten (FAO) ofrecen varias razones para promocionar los productos naturales como lo
son las fibras subproductos de los residuos orgaacutenicos La produccioacuten implica una fuente alta
de ingresos econoacutemicos para el campo de la agroindustria y este valor econoacutemico es maacutes
sobresaliente en paiacuteses en desarrollo donde puede alcanzar en algunos casos hasta la mitad
de las exportaciones En cuanto a las ventajas que producen para el medio ambiente y la salud
la utilizacioacuten de forma sostenible de fibras obtenidas de residuos orgaacutenicos proporcionan un
recurso natural y renovable en tiempos cortos a diferencia de lo que es hacer uso de fibras
sinteacuteticas las cuales son obtenidas de sustancias derivadas del petroacuteleo (Muerza 2009)
El uso de fibras naturales de residuos orgaacutenicos es una ventaja muy alta para el campo de la
construccioacuten es aprovechar las ventajas de la tecnologiacutea los estudios que estaacuten a nuestro
alcance y poder hacer nuevas propuestas en pro de un detenimiento del excesivo uso de
recursos naturales
29
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre
La explotacioacuten minera en Colombia para la extraccioacuten del material de arrastre grava y arena
entre otros es uno de los principales protagonistas en este flagelo del dantildeo ambiental frente a
las diferentes praacutecticas requeridas para tal fin Son innumerables y praacutecticamente irreversibles
los dantildeos a los que deben enfrentarse los recursos a falta de control y equilibrio tanto es su
explotacioacuten como en el tiempo para su recuperacioacuten
El impacto ambiental que genera la actividad minera es grande la huella que deja en el
ambiente incide en los recursos hiacutedricos geoloacutegicos bioloacutegicos atmosfeacutericos y socio ndash
econoacutemicos Algunas de esas consecuencias son reversibles pero otras irremediablemente
no pueden evitarse En el recurso hiacutedrico la mineriacutea a cielo abierto por ejemplo causa
contaminacioacuten de los cuerpos de agua por residuos soacutelidos y vertimientos domeacutesticos e
industriales relacionados con la actividad minera lo que aumenta el contenido de los
sedimentos y se ocasiona desviacioacuten de los cauces de los riacuteos que generan inundaciones
transformacioacuten del paisaje y la perdida de cultivos En el campo geoloacutegico se producen
cambios topograacuteficos y geomorfoloacutegicos debido a la remocioacuten de las capas superficiales del
terreno (Redaccioacuten El Tiempo 1995)
Minerales que se explotan en Colombia
- Carboacuten quinto mayor exportador mundial
- Metales y piedras preciosas oro plata y esmeraldas que son reconocidas en todo el mundo
por su calidad y belleza
- Minerales metaacutelicos niacutequel cobre hierro manganeso plomo zinc y titanio
- Minerales no metaacutelicos sal terrestre sal marina gravas arenas arcillas caliza azufre barita
asbesto entre otros
En el 2015 la titularidad minera inscrita en el Registro Minero Nacional es de 9291 36
correspondiacutean a materiales de construccioacuten (el mayor porcentaje de los tiacutetulos otorgados en el
30
paiacutes) 25 a los metales preciosos principalmente oro 17 al carboacuten y 23 a otros minerales
(arcillas cuarzo hierro esmeralda sal siacutelice yeso etc) Ademaacutes el 46 se encuentran en
etapa de exploracioacuten el 31 en etapa de construccioacuten y montaje y el 23 en etapa de
explotacioacuten (Ministerio de Minas 2016)
Con respecto a los minerales maacutes explotados en la pequentildea mineriacutea se destacan que son
piedras preciosas (2) carboacuten (15) oro (30) y minerales de construccioacuten (53) (Ortiz
2017)
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016)
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz 2017)
Pequentildeas minas ilegales
Tipo de material
31
22 Antecedentes teoacutericos
Durante los uacuteltimos antildeos los resultados de las investigaciones en el tema del uso de fibras
naturales en concretos en este caso el uso de cascarilla de cafeacute hacen eacutenfasis en el impacto
que genera de forma positiva el uso de fibras naturales tanto en la reduccioacuten de gasto de
recursos medioambientales como el factor econoacutemico en la construccioacuten Se pondraacuten a
continuacioacuten en manifiesto las investigaciones y sus alcances donde los grupos de trabajo e
investigadores dejan en evidencia los ensayos y pruebas que dan a conocer un nuevo punto de
vista y un resultado viable para las innovaciones en materia de construccioacuten y la sostenibilidad
ldquoLos bloques con cascarilla de cafeacute presentaron mayor resistencia que los mismos hechos con
cascarilla de cafeacute molida esto es debido a que sus partiacuteculas son maacutes pequentildeas y por lo tanto
necesitan de mayor cantidad de cemento para ser cubiertas Seguacuten los datos obtenidos en el
anaacutelisis de resistencia a la compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje
de cascarilla tienen las menores resistenciasrdquo (Mercado 2012)
ldquoLa falta de materiales de construccioacuten que sean accesibles y autosustentables provocan la
escasez de vivienda digna en Meacutexico Por otro lado en zonas cafetaleras de Meacutexico el
desecho del cafeacute (la cereza o cascarilla) alcanza a ser de una tonelada anual lo cual genera
desperdicio que podriacutea ser utilizado para la construccioacutenrdquo (Cantu et al 2014)
Lo que maacutes ha impulsado a la innovacioacuten de nuevos materiales en nuestros tiempos es
inicialmente los costos tan elevados que conlleva el campo de la construccioacuten es una idea auacuten
dominante y en segunda instancia el impacto ambiental que estaacute dejando la utilizacioacuten de
recursos naturales para el desarrollo de estos materiales con iniciativas como la utilizacioacuten de
residuos tanto orgaacutenicos como inorgaacutenicos se han generado grandes iniciativas a favor del
ambiente y la reduccioacuten de elevados costos
El Mercado Central de Buenos Aires intenta buscar formas de reciclar residuos orgaacutenicos es
asiacute como Fabiaacuten Dragone presidente de la Corporacioacuten del Mercado Central afirma ldquoEn el
futuro cada uno va a tener que hacerse cargo de sus residuosrdquo Es asiacute como impulsando el
reciclado de residuos para fabricar materiales de construccioacuten desean volver inerte el material
32
orgaacutenico para de esta manera reconvertirlo en baldosas o bloques para la construccioacuten
(INFOREGIOacuteN 2007)
Actualmente los costos de materiales de construccioacuten de vivienda son altos y cada diacutea tienden
a incrementarse Ante esta problemaacutetica se plantea como una manera de contribuir a su
solucioacuten el analizar y proponer nuevas alternativas de materias primas en la construccioacuten que
permitan obtener una reduccioacuten en los costos con el cumplimiento de las normas y
especificaciones de resistencia y seguridad (Roque amp Medrano 2012)
Antecedentes internacionales 221
- Cantu Mariza Maciel Mariana Mangino Marisuacute Planas Alejandra Romero Carolina
Saacutenchez Rociacuteo (Cantu et al 2014) Investigacioacuten realizada en la Universidad
Autoacutenoma de Meacutexico tiene como objetivo desarrollar una propuesta de un material de
construccioacuten ecoloacutegico para las comunidades cafetales de Meacutexico Los materiales
principales fueron cereza de cafeacute caneacutefora silicato de sodio y carbonato de calcio Las
pruebas a realizar fueron base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo base de
ladrillos con cascarilla de cafeacute entera absorcioacuten presioacuten maacutexima sostenida por cada
ladrillo en la prueba de compresioacuten prueba de absorcioacuten prueba de combustioacuten y
prueba de resistencia
33
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de
cafeacute
Carbonato de
calcio
65gr
10gr
625gr
75gr
60gr
5gr
577gr
25gr
Esta base fue combinada con el silicato de sodio como se muestra en la siguiente tabla
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014)
34
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
COMPOSICIOacuteN 1 2 3 4
Silicato de sodio
Base
100gr
25gr
100gr
134gr
100gr
25gr
100gr
20gr
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de cafeacute 65gr 3125gr 60gr 219gr
Carbonato de
calcio 5gr 75gr 5gr 25gr
Despueacutes de realizar este meacutetodo experimental se puede concluir que efectivamente se puede
elaborar un material de construccioacuten a partir de la cascarilla de cafeacute pues mezclada con silicato
de sodio y carbonato de calcio se logroacute tener las propiedades de un ladrillo Los ladrillos
elaborados con cascarilla molida tardan maacutes en secarse a temperatura ambiente Despueacutes de
8 semanas se encontroacute que tienen alta dureza y resistencia
De forma general se puede concluir que el ladrillo con mayor concentracioacuten de carbonato de
calcio tuvo buenos resultados en la mayoriacutea de las pruebas y es una alternativa como material
de construccioacuten que supone un beneficio econoacutemico y ecoloacutegico (Cantu et al 2014)
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Observaciones
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
La muestra mantuvo su
estructura composicioacuten y dureza
Esta muestra aumento 24 de su
peso inicial (peso final de
9607gr)
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Presioacuten alcanzada antes
de quebrarse 4KN 3KN 37KN
35
- Edwin Rimay Vaacutesquez (2017) en su tesis ldquoDisentildeo de concreto fibroreforzado de FacuteC=
250 kgcm2 con fibra vegetal en la ciudad de Jaeacutenrdquo para optar el tiacutetulo de Ingeniero civil
de la Universidad Nacional de Cajamarca del Peruacute determinoacute la influencia en las
propiedades fiacutesicas y mecaacutenicas del concreto reforzado con fibras vegetales (cascarilla
de arroz) al considerar que el uso de la cascarilla de arroz podriacutea aumentar la
resistencia en el concreto y paralelo disminuir su costo de produccioacuten estudiando el
comportamiento fiacutesico y mecaacutenico del concreto
- Concluye que la adicioacuten oacuteptima de la cascarilla de arroz para obtener una resistencia a
la compresioacuten similar al disentildeo patroacuten es de 10kgm3 ya que a mayor adicioacuten
disminuye draacutesticamente no solamente su resistencia a la compresioacuten sino tambieacuten a la
traccioacuten por lo que recomienda realizar un estudio de preservacioacuten de la fibra vegetal
antes de adicionar al concreto convencional para aumentar su durabilidad a la vez que
realizar pruebas acuacutesticas y teacutermicas es otra recomendacioacuten para asiacute conocer a fondo
este tipo de concreto y llegar a inferir sobre las aplicaciones que podriacutea llegar a tener el
nivel de productividad y estudiar la posibilidad de la validez de la adicioacuten de la cascarilla
de arroz con concreto conformado por cemento maacutes agregado finos con fines de
controlar las fisuras (ref2)
- Por su parte Jimmy Sierra Hyman Roque Jared Medrano (2012) desarrollaron una
investigacioacuten que contoacute con el apoyo teacutecnico y financiero de la fundacioacuten para el
desarrollo tecnoloacutegico Agropecuario y Forestal de Nicaragua (FUNICA) con la finalidad
de aprovechar la cascarilla de cafeacute en la elaboracioacuten de materiales de construccioacuten Se
utilizaron diferentes proporciones para la fabricacioacuten del bioconcreto La proporcioacuten
142 indica que se utilizoacute una parte de cemento cuatro partes de arena y dos partes de
material cero para la proporcioacuten 133 significa que se empleoacute una parte de cemento
tres partes de arena y tres partes de material cero La cantidad de muestras que se
realizaron fueron 18 para la dosificacioacuten de 142 para luego realizar las mediciones de
la resistencia de los bloques a los 14 y 28 diacuteas Esto se comparoacute con la otra dosificacioacuten
de 133 a la cual tambieacuten se le realizaron 18 muestras
Para cada dosificacioacuten de 6 muestras se le fue agregando cascarilla en porcentaje de
19 20 y 30 Se puede apreciar en la siguiente tabla que la cascarilla de cafeacute en su
36
estado natural o molida se comporta similar al aacuterido fino es por ello que en las
dosificaciones se utilizoacute para disminuir la arena
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012)
MATERIALES QUE PASA POR TAMIZ
38acute Ndeg4 Ndeg8 Ndeg16 Ndeg30 Ndeg50 Ndeg100 Ndeg200 MF
Arena 99 9287 7281 4543 2426 482 08 006 359
Material cero 100 9741 5288 2252 868
24 005 0 417
Cascarilla de
cafeacute 100 9666 4485 1143 255 045 008 0 444
Cascarilla cafeacute
molida 952 756 4376 1666 331 033 0 365
Se concluye que el material cero es considerado un agregado fino debido a que en la
prueba granulomeacutetrica pasoacute por todas las mallas del agregado grueso La mejor
proporcioacuten para esta investigacioacuten se considera que fue 133 cumpliendo los
estaacutendares de calidad la proporcioacuten de la cascarilla es del 10 dando como resultado
4420kgcm2 seguacuten las normas de la ASTM
Los datos de resistencias reflejaron que el curado es determinante para obtener
mayores resistencias ya que entre el curado de 14 diacuteas y el de 28 diacuteas hay diferencias
considerables Seguacuten los resultados que obtuvieron en los ensayos de resistencia al a
compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje de cascarilla tienen
las menores resistencias (Roque amp Medrano 2012) (ref3)
37
Antecedentes nacionales 222
- Garciacutea Carlos Daniel Olaya Julio Mario (2011) Estudiantes que realizaron este trabajo
que hace parte de la liacutenea de investigacioacuten sobre materiales de construccioacuten han
venido trabajando la seccioacuten de construcciones agriacutecolas del Departamento de
Ingenieriacutea Agriacutecola de la Universidad Nacional de Colombia Ahondar en un material de
comuacuten conocimiento y aplicacioacuten pero que dosificado con aacuteridos orgaacutenicos provenientes
de desechos de las agroindustrias como el caso de la cascarilla o cisco de cafeacute no
teniacutean conocimiento de su comportamiento mecaacutenico ni de sus propiedades teacutermicas
Los materiales a utilizar fueron
Cascarilla de cafeacute (Tabla 7 materiales de desperdicios obtenidos en el beneficio de un kilogramo de cafeacute cereza)
Cal agriacutecola
Cemento
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus materiales de
desperdicio(Garcia amp Olaya 2011)
PROCESO PERDIDA(GRS) MATERIALES
Despulpado
Fermentacioacuten
Trilla
Secado
Torrefaccioacuten
Preparacioacuten de la bebida
Peacuterdida total
394
216
35
171
22
104
942
Pulpa fresca
Muciacutelago
Cascarilla
Agua
Cafeiacutena y sustancias volaacutetiles
Borra
PRUEBAS
1 Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale en la trilladora en
una solucioacuten de agua cemento al 5 en peso durante 30min Agitado constante
2 Se disentildearon mezclas con diferentes combinaciones de relacioacuten agua-cemento
3 Ensayos de compresioacuten
4 Ensayos de conductividad teacutermica
38
RESULTADOS
El asentamiento contraccioacuten longitudinal y volumeacutetrica la resistencia a la compresioacuten
la conductividad teacutermica y el moacutedulo de rotura se muestran en tabla 2 y 3
correspondiendo cada una a los dos estados de manejo de la cascarilla sin tratar y
mineralizada
Con el tratamiento mineralizante de la cascarilla se aumenta el peso especiacutefico
aparente seco en un 12 debido a que se disminuye el volumen de poros de eacutesta se
disminuye el peso unitario suelto en un 23 porque se dificulta el acomodamiento de la
cascarilla como consecuencia de la rigidez que adquiere y se produce una disminucioacuten
en la absorcioacuten en un 10 causada por la disminucioacuten en el volumen de poros El
hormigoacuten ligero con cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico ya que los valores
obtenidos de conductividad teacutermica (K) para as diferentes mezclas ensayadas son
menores a los que se obtienen para el hormigoacuten con cascarilla de arroz
RECOMENDACIONES
Cuando se utiliza cascarilla mineralizada se disminuye la manejabilidad de la mezcla
(AC=05 Y cemento cascarilla =14) hasta el punto de no poder determinar su
asentamiento se disminuye el tiempo de fraguado a 24 horas de fundida la mezcla y se
produce un aumento de resistencia a la compresioacuten a los siete diacuteas del 50
Es recomendable investigar maacutes a fondo el tratamiento mineralizante de la cascarilla
teniendo en cuenta que al calentar la mezcla (cascarilla-agua-mineralizante) disminuiraacute
el tiempo de mineralizacioacuten y aumentariacutea la calidad de los resultados (Garcia amp Olaya
2011) (ref4)
- Riacuteos Juan Carlos Aguirre Mauricio Munera Daniela (2015) El objetivo de esta
investigacioacuten consistioacute en utilizar un material de construccioacuten alternativo que sea
sostenible Uno de los residuos del cafeacute es la cascarilla la cual se utilizoacute en esta
investigacioacuten para el usoacute del concreto con el fin de reducir los costos de produccioacuten del
mismo e impactar de forma positiva al medio ambiente
39
Los materiales que utilizaron fueron
CASCARILLA DE CAFEacute seleccionada del tipo de cafeacute factor 85 del municipio de
Ciudad Boliacutevar (suroeste antioquentildeo) secada en un horno a 55deg durante 25 horas
proceso propio del cafeacute para evitar que se degrade
CEMENTO PORTLAND Tipo I
CLORURO CAacuteLCICO
PRUEBAS 5 Cilindros 1 Muestra de concreto sin adicioacuten de cascarilla de cafeacute (Muestra
patroacuten) (M1) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un 15 de relacioacuten de
volumen respecto al cemento (M2) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un
15 de relacioacuten de peso respecto al cemento (M3) se caracterizaron las arenas y triturado
empleado en la elaboracioacuten de mezclas utilizando las mallas recomendadas por la norma 174
dada por Icontec (2000)
RESULTADOS
El comportamiento de la cascarilla de cafeacute para mejorar o igualar la resistencia de concreto no
se obtuvo como se esperaba debido a que es necesario hacer un proceso maacutes elaborado a la
cascarilla para que tenga un comportamiento oacuteptimo es necesario darle un tratamiento previo
para brindarle una proteccioacuten contra el medio alcalino de la pasta de cemento Se observa
como la presencia de cascarilla de cafeacute reduce la energiacutea embebida presente en las muestras
en relacioacuten al concreto aunque un caacutelculo maacutes exacto seria tener en cuenta la energiacutea
embebida de la cascarilla pero para este trabajo no fue posible contar con este dato pero por
experiencia con otras fibras seriacutea un valor menor al del concreto lo que sigue arrojando un valor
menor
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015)
CARACTERIacuteSTICA M1 M2 M3
Aacuterea (m2)
Volumen (m3)
Peso (Kg)
1767
4948
1262
1767
51247
123
1767
53014
878
40
Carga (KN)
Densidad (gcm3)
Presioacuten (Mpa)
5895
255
3336
3248
24
184
83
165
047
Se concluye que para el uso de materiales naturales como en este caso cascarilla de cafeacute es
necesario hacer un recubrimiento para brindar proteccioacuten frente al medio alcalino del cemento
lo cual se puede hacer con aceite de linaza aceite de linaza + resina natural parafina parafina
+ resina natural sellador para madera o creosota
Los materiales alternativos son maacutes econoacutemicos que los utilizados tradicionalmente La
presencia de la cascarilla de cafeacute reduce el consumo de energiacuteas para la elaboracioacuten del
concreto (RIOS et al 2015) (ref5)
- Carvajal Corredor Ivaacuten Leonardo y Terreros Rojas Luis Eduardo (2016) Realizaron un
trabajo de Investigacioacuten para el programa de ingenieriacutea civil de la Universidad Catoacutelica
de Colombia ldquoAnalisis de las propiedades mecaacutenicas de un concreto convencional
adicionando fibra de caacutentildeamordquo con el objetivo de determinar y analizar las propiedades
mecaacutenicas (compresioacuten y flexioacuten) de un concreto convencional adicionando fibra de
caacutentildeamo en condiciones normales y asiacute establecer las condiciones en que se va a
trabajar la fibra adicionaacutendola al concreto
Se elaboraron 12 especiacutemenes ciliacutendricos 6 con fibra de caacutentildeamo y 6 normales con el
fin de obtener la resistencia a la compresioacuten a los 7 diacuteas 14 diacuteas y 28 diacuteas igualmente
se elaboraron 2 viguetas adicionando fibra de caacutentildeamo para determinar la resistencia a
la flexioacuten a los 28 diacuteas todo siguiendo la norma INV E seccioacuten 400 - concreto
hidraacuteulico Como se evaluaron unos concretos con fibra y otro normales a los que se le
adiciono fibra la cual con anterioridad se tratoacute con la cal hidratada seguacuten las
investigaciones de Quintero y Gonzaacutelez (2006) se sumerge la fibra en una lechada de
cal (10g por litro de agua) durante 48 horas
Se concluyoacute que por medio de un disentildeo de mezcla elaborado a partir del meacutetodo de
peso y volumen absoluto utilizando los datos suministrados de la empresa CEMEX
Colombia SA y Concrescol SA se logroacute con precisioacuten la resistencia a la compresioacuten
esperada a los 28 diacuteas En los primeros 7 diacuteas el concreto con fibra de caacutentildeamo supero
41
la resistencia del concreto normal con un 7875 de la resistencia esperada y con una
diferencia promedio entre los dos concretos de 120 psi a los 28 diacuteas el concreto con
fibra presento una tendencia totalmente diferente pues se esperaba que este superara
la resistencia de 4000 psi donde igualo la resistencia alcanzada del concreto normal
donde el concreto normal llego con una resistencia de 10034 y el concreto con fibra
llego a un 10049 frente a la resistencia calculada en el disentildeo de mezcla (Terreros
Rojas amp Carvajal Corredor 2016) (ref6)
42
DOSIFICACIOacuteN DE
HORMIGONES
LIGEROS CON
CASCARILLA DE CAFEacute
APROVECHAMIENTO
DE LA CASCARILLA
DE CAFEacute EN LA
ELABORACIOacuteN DE
MATERIALES DE
CONSTRUCCIOacuteN
FIBRA DE CAFEacute
INVESTIGATING
EFFECTS OF COFFEE
HUSK ASH AS PARTIAL
REPLACEMENT OF
CEMENT IN CONCRETE
GRADE C25
MEacuteXICO COLOMBIA N D COLOMBIA
Como material
mineralizante es maacutes
econoacutemico el cemento que
la cal agriacutecola con mejores
resistencias a la compresioacuten
Cuando se utiliza cascarilla
mineralizada se disminuye
la manejabilidad de la
mezcla Calentar la mezcla
(cascarilla- agua-
mineralizante) aumentara la
calidad de los resultados
-Resistencia a la
compresioacuten las
dosificaciones con mayor
porcentaje de cascarilla
tienen las menores
resistencias -Los bloques no son
recomendables
emplearlos en obras
civiles que alberguen
mucha poblacioacuten
La resistencia no
resulto como se esperaba
para ello la cascarilla
necesita un proceso previo
para brindarle una
proteccioacuten contra el medio
alcalino La presencia de
la cascarilla de cafeacute reduce
el consumo de energiacuteas
para la elaboracioacuten del
concreto
-El hormigoacuten se vuelve
menos viable a medida
que aumenta el porcentaje
de CHA -Resistencia a la
compresioacuten aumenta con
el periacuteodo de curado y
disminuye con el aumento
de CHA -Soacutelo un 5 de
sustitucioacuten CHA es
adecuada para disfrutar del
maacuteximo beneficio de la
ganancia de fuerza
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo
e impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Desarrollar una propuesta
de un material de
construccioacuten ecoloacutegico
para las comunidades
cafetales de Meacutexico
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo e
impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Ahondar en un material
de comuacuten conocimiento y
aplicacioacuten pero que
dosificado con aacuteridos
orgaacutenicos provenientes de
desechos de la
agroindustria
2011
2012
2014
2015
DISENtildeO DE CONCRETO
FIBROREFORZADO DE
FrsquoC=250KGCM2CON
FIBRA VEGETAL EN LA
CIUDAD DE JAEacuteN
PERUacute
En el anaacutelisis de fisuras se
observa que el ancho de
fisuras disminuye con
respecto al concreto patroacuten
en un 6366 6476 y en
un 4837para los concretos
con 10kgm3 20kgm3 y
30kgm3de adicioacuten de
cascarilla de arroz
respectivamente se puede
concluir que la adicioacuten de
cascarilla de arroz favorece
a la disminucioacuten de las
fisuras originadas en el
concreto
Determinar la influencia
en las propiedades fiacutesicas
y mecaacutenicas del concreto
reforzado con fibras
vegetales (cascarilla de
arroz)
2017
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
43
23 Bases teoacutericas
Concreto 231
Material compuesto que consiste en un medio adherente en el que estaacuten embebidas partiacuteculas
o fragmentos de agregados Es una mezcla compuesta por los agregados de arena piedra
agua y cemento inicialmente tienen caracteriacutesticas de plasticidad y moldeabilidad y con
posterioridad su estado fiacutesico seraacute endurecer y adquirir propiedades resistentes permanentes
El concreto es el material maacutes usado en el mundo despueacutes del agua (Neville 1999) La
versatilidad es la importancia que radica en el concreto llevaacutendolo a altos desempentildeos usos y
aplicaciones
2311 Propiedades
Las siguientes son las ventajas que hacen del concreto un material imprescindible para la
construccioacuten y un material que responde aacutegilmente a los principales desafiacuteos de la
infraestructura son
- Capacidad de resistir a una gran variedad de condiciones climaacuteticas durante todo su
tiempo de vida uacutetil
- Material de alta disponibilidad puede ser fabricado en cualquier parte del mundo
optimizando los costos
- Su maleabilidad permite variaciones esteacuteticas y arquitectoacutenicas
- En aplicaciones de infraestructura el uso de concreto es insustituible
Todas estas caracteriacutesticas han permitido el desarrollo de grandes obras e infraestructuras a
nivel mundial cuyo eacutexito estaacute ligado a la implementacioacuten de avanzadas tecnologiacuteas en
materiales de construccioacuten (Ceballos Arana 2016)
44
Concreto fresco 232
Etapa en la cual el concreto se puede transportar colocar en una formaleta y realizar los
procesos de vibracioacuten Las propiedades en estado fresco deben permitir que se llene
adecuadamente las formaletas y los espacios alrededor del acero de refuerzo asiacute como
tambieacuten obtener una masa homogeacutenea sin grandes burbujas de aire atrapada Esta propiedad
se puede determinar mediante varios meacutetodos de ensayo como son la manejabilidad
segregacioacuten exudacioacuten masa unitaria contenido de aire y contenido de agua (Guzmaacuten 2001)
Concreto endurecido 233
Es la etapa en la cual el concreto adquiere sus caracteriacutesticas potenciales de resistencia
maacutexima En general las propiedades mecaacutenicas del concreto dependen en gran medida por la
resistencia de la pasta endurecida los agregados y la interface pasta ndash agregados los cuales a
su vez son modificadas por los procesos de colocacioacuten y condiciones de curado (Guzmaacuten
2001) Cuando ya ha fraguado presenta las siguientes propiedades
a) Resistencia
b) Resistencia a la compresioacuten
c) Impermeabilidad y estanquidad
d) Durabilidad
24 Componentes del concreto
Cemento 241
Un cemento se define como un material con propiedades adhesivas y cohesivas que le dan la
capacidad de unir fragmentos soacutelidos para formar un material resistente y durable Sin embargo
esta definicioacuten incluye gran cantidad de materiales cementantes y los que realmente importan
desde el punto de vista de la construccioacuten son los cementos hidraacuteulicos llamados asiacute porque
tienen la peculiaridad de desarrollar sus propiedades (fraguado y endurecimiento) cuando se
encuentran en presencia de agua en virtud a que experimentan una reaccioacuten quiacutemica con ella
45
El cemento constituye entre el 7 y 15 de volumen total de la mezcla y por tanto influye en
todas sus caracteriacutesticas ((ASOCRETO) nd)
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd)
TIPO APLICACIOacuteN
TIPO I
Tipo IA
TIPO II
Tipo IIA
TIPO III
TipoIIIAMem
gt
TIPO IV
TIPO V
Para usar cuando no se requieran las propiedades especiales especificadas
para cualquier otro tipo
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo I donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para uso general maacutes especiacuteficamente cuando se desea resistencia
moderada a los sulfatos o calor de hidratacioacuten moderado
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo II donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea alta resistencia inicial o temprana
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo III donde
se desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea bajo calor de hidratacioacuten
Para usar cuando se desea alta resistencia a los sulfatos
Agua 242
Por lo general se recomienda que el agua sea potable y que no tenga un pronunciado olor o
sabor para que pueda usarse como agua de mezclado o curado en el concreto o el mortero
sin embargo esto no es rigurosamente cierto debido a que dentro del agua potable se pueden
encontrar disueltas en altas concentraciones sales ciacutetricos azuacutecares entre otros que pueden
ser perjudiciales para el concreto o el mortero de otra parte el agua que puede ser adecuada
para el concreto o mortero no necesariamente debe ser buena para beber (Diego Saacutenchez De
Guzmaacuten 2011)
El agua de mezcla cumple dos funciones muy importantes permitir la hidratacioacuten del cemento y
hacer la mezcla manejable De toda el agua que se emplea en la preparacioacuten de un mortero o
un concreto parte hidrata el cemento el resto no presenta ninguna alteracioacuten y con el tiempo
se evapora como ocupaba un espacio dentro de la mezcla al evaporarse deja vaciacuteos los
cuales disminuyen la resistencia y al durabilidad del mortero o del hormigoacuten (Rivera L nd)
46
Agregados 243
Como agregados de las mezclas de mortero o concreto se pueden considerar todos aquellos
materiales que han tenido una resistencia propia suficiente (resistencia de la partiacutecula) no
perturben ni afecten desfavorablemente las propiedades y caracteriacutesticas de las mezclas y
garanticen una adherencia suficiente con la pasta endurecida del cemento Portland
La fraccioacuten fina de los suelos gruesos cuyas partiacuteculas tienen un tamantildeo inferior a 476 mm
(tamiz No4) y no menor de 0074mm (tamiz No 200) es lo que comuacutenmente se denomina
AGREGADO FINO y la fraccioacuten gruesa o sea aquellas partiacuteculas que tienen un tamantildeo
superior a 476mm (tamiz No 4) denominado AGREGADO GRUESO (Rivera L 2006)
25 Normativas para ensayos
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017)
ENSAYO NORMATIVA
Agregados
Muestreo de agregados
Peso especiacutefico y absorcioacuten
Contenido de humedad
Anaacutelisis granulomeacutetrico
Cantidad de material fino que pasa el Tamiz Ndeg200
Peso unitario
Concreto
Muestreo de concreto freso
Asentamiento-slump
Peso unitario rendimiento
Elaboracioacuten y curado de muestras de concreto para
ensayos de laboratorio
Resistencia a compresioacuten
Testigos ciliacutendricos
Cemento
Densidad del cemento Portland
ASTM
D-75
C-127
C-128
C-566
C-136
C117
C-29
C-172
C-143
C-138
C192
C-39
C-188
NTP
400010
400021
400022
339185
400012
339132
400017
339036
339035
339046
339183
339034
334005
47
26 Fibras en el concreto
El uso de las fibras naturales como un componente maacutes en materiales de relleno o
aglomerantes no es nuevo se remonta a varios siglos atraacutes En concreto existen referencias
tempranas de experimentacioacuten con un refuerzo discontinuo (clavos segmentos de cable
ganchos) que se remontan a 1910 Probablemente el uso maacutes extendido de las fibras como un
componente maacutes en materiales aglomerantes haya sido su uso en elementos como tejas o
prefabricados de asbesto cemento En este caso las fibras de asbesto le conferiacutean al material
el monolitismo y la resistencia a la tensioacuten buscada sin embargo por consideraciones de salud
estas fibras de asbesto han sido sustituidas por otras de diferentes materiales que no tienen
ninguacuten efecto sobre la salud humana (Imcyc 2007)
Las fibras para concreto se adicionan normalmente en bajos voluacutemenes (frecuentemente
menos del 1) y han mostrado eficiencia en el control de la fisuracioacuten por contraccioacuten del
concreto Las fibras no alteran considerablemente la contraccioacuten libre de concreto y si son
empleadas en cantidades adecuadas pueden aumentar la resistencia al agrietamiento y
disminuir la abertura de las fisuras Las fibras para concreto generalmente son de acero
plaacutestico vidrio de materiales naturales (celulosa de madera) y sistemas muacuteltiples disponibles
en una amplia variedad de formas tamantildeos y espesores (DIFICONSA nd)
Clasificacioacuten de fibras 261
Como refuerzo secundario para concreto en general pueden clasificarse seguacuten diferentes
consideraciones (ASTMC 1116 EN 14889 EN 14889-2 ver normas actuales que rigen el
empleo de las fibras paacuteg26) hoy en diacutea se emplean principalmente dos tipos de clasificacioacuten
asiacute
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007)
CLASIFICACIOacuteN DESCRIPCIOacuteN
Material
Metaacutelicas
Sinteacuteticas
Secciones discretas de metal que tienen una relacioacuten de
aspecto (relacioacuten entre la longitud y el diaacutemetro) que va
desde 20 hasta 100 Estas fibras son de acero (en
general de bajo contenido de carboacuten)
Secciones discretas que se distribuyen aleatoriamente
dentro del concreto que pueden estar compuestas por
Acriacutelico Aramid Carboacuten Polipropileno Poliestileno
Nylon Poliester etc
48
Vidrio
Naturales
Funcionalidad geometriacutea y dosificacioacuten
Microfibras
Macrofibras
Secciones discretas de fibra de vidrio resistentes al
aacutelcali
Secciones discretas de origen como coco sisal madera
cantildea de azuacutecar yute bambuacute etc Cuyos diaacutemetros
variacutean entre 05 y 02 mm con valores de absorcioacuten
superiores al 12
Estas fibras estaacuten destinadas a evitar la fisuracioacuten del
concreto en estado fresco o antes de las 24 horas Se
dosifican en el concreto para voluacutemenes entre 003 a
015 del mismo
Estas fibras estaacuten destinadas a prevenir la fisuracioacuten en
estado endurecido a reducir el ancho de la fisura si eacutesta
se presenta y a permitir el adecuado funcionamiento de
la estructura fisurada Las dosificaciones maacutes
frecuentes oscilan entre 02 a 08 del volumen del
concreto Las macrofibras maacutes usadas son las sinteacuteticas
y las metaacutelicas cuyos diaacutemetros variacutean entre 005 mm a
200mm La relacioacuten de aspecto (Ld) de las
macrofibras variacutea entre 20 a 100
2611 Uso en la construccioacuten
El ACI clasifica a las fibras de acuerdo al uso en la construccioacuten dividieacutendolos de la siguiente
manera
- Fibra de acero (FA)
- Fibra de vidrio (FV)
- Fibra sinteacutetica (FSN)
- Fibra natural (FN) (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
27 Concreto reforzado con fibras vegetales
Concretos donde su composicioacuten estaacute formada de pasta base cementante agregados fino
agregado grueso con adecuadas adiciones de fibras Seguacuten la definicioacuten del ACI (American
Concrete Institute) no es maacutes que concreto hecho a partir de cementos hidraacuteulicos
conteniendo agregados finos y gruesos y fibras discretas discontinuas
49
Fibras vegetales 271
Los oacuterganos las secciones y las fibras de las plantas son denominados fibras vegetales se
pueden definir como todos los elementos estructurales que hacen parte de los tejidos orgaacutenicos
de las plantas y constituyen su esqueleto Los factores que definen el nivel de consistencia de
cada una de las fibras dependen del oacutergano o tejido del cual sean extraiacutedos y del grado de
unioacuten entre ellos La longitud y la forma de los cordones de fibras tambieacuten variacutean dependiendo
de esos mismos factores (Artesaniacutea 2014)
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) ORIGEN DE LAS
FIBRAS TIPO
Semillas
Tallos
Fruto
De la cascara y fruto
El algodoacuten
Capoc o Kapok
Lino
Caacutentildeamo
Yute
Ramio
Albaca
Sisal
Rafia
Bambuacute
Coco
Cereales Arroz avena centeno cebada trigo
Las fibras en el concreto tienen como funcioacuten principal mejorar la resistencia a traccioacuten y evitar
el agrietamiento cuando las fibras pierden su resistencia el producto es equivalente a un
concreto no reforzado Sin embargo en ese momento el concreto habraacute alcanzado su
resistencia total y como el agrietamiento se ha evitado en las etapas iniciales podriacutea ser maacutes
resistente que un producto similar hecho sin refuerzo
Aproximadamente el contenido general de fibra vegetal es del 1 a 2 del peso no seraacute nunca
del volumen ya que las densidades de las fibras pueden variar grandemente (Stulz amp Mukerji
1993)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 272
Dentro de las caracteriacutesticas maacutes importantes del concreto estaacuten las siguientes
50
2721 Resistencia a la compresioacuten
El uso de las fibras no tolera incrementos significativos en este ensayo En sus resultados
puede haber una leve variacioacuten tanto en el incremento como en el decremento en la
resistencia
Es importante el tamantildeo de las probetas cuanto menor sea se obtendraacuten mayores
resistencias a la compresioacuten debido a que se acentuacutea un alineamiento preferente de las fibras
A medida que aumente la longitud de la fibra el efecto seraacute mucho maacutes sensible (ACI 544-1R)
(American Concrete Institute (Aci) 2009)
2721 Resistencia al impacto
Los concretos reforzados con fibras presentan caracteriacutesticas principales como su resistencia a
los impactos por absorcioacuten de energiacutea adicional a esto presentan una menor tendencia a la
desfragmentacioacuten y al desprendimiento (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
2722 Resistencia a la flexioacuten
L a resistencia a la flexo traccioacuten es evidentemente mayor que la resistencia a la compresioacuten y
traccioacuten debido al comportamiento duacutectil del concreto reforzado con fibra en la zona fisurada
por traccioacuten desarrollando resistencias residuales (Carvajal 2015)
Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras 273vegetales
La funcioacuten principal de las fibras vegetales que se agregan es de soportar las tracciones
despueacutes de la primera fisura del concreto teniendo presente que el aporte de refuerzo de las
fibras es diferente a la del armado convencional de acero
En el momento que aparece una fisura las fibras quedan expuestas siendo estas las
responsables de mantener el elemento adherido Teniendo como resultado que las fibras
actuantes tengan diferentes esfuerzos al momento de la fisura La curva caracteriacutestica Carga
Vs Deflexioacuten en concretos reforzado con fibras sometidas a ensayos de traccioacuten por flexioacuten
se puede observar en la figura 4 (Carvajal 2015)
51
Lograr una buena homogenizacioacuten de la fibra vegetal en la elaboracioacuten de la mezcla
garantizara una buena distribucioacuten organizacioacuten y adecuada orientacioacuten de la fibra aportando
asiacute en su resistencia siendo lo contrario se podriacutea suponer que su contribucioacuten al concreto sea
nula (Carvajal 2015)
Las caracteriacutesticas que se potencializan al emplear adiciones de fibra vegetal en los concretos
son la resistencia y durabilidad La fibra ayuda a cohesionar el material entre sus agregados
con esto evitando la segregacioacuten del agregado
Normativa de concreto con agregados vegetales 274
Se tiene como referencia para esta investigacioacuten la normativa del Instituto Americano del
Concreto (ACI) y la sociedad Estadounidense para pruebas y materiales (ASTM) dentro de las
cuales se otorgan una serie de paraacutemetros para el disentildeo de concretos reforzados con fibras
teniendo presente las caracteriacutesticas a las cuales se deben regir los materiales que son
utilizados en las mezclas de concretos
El documento ACI 544R-96 informe sobre hormigoacuten armado con Fibra Homologar (2009) es
una guiacutea potencial para el disentildeo de concretos con fibras naturales Dentro del informe ACI
544 se puede encontrar una descripcioacuten del tipo de fibras referenciando consigo meacutetodos
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras (Carvajal 2015)
52
proporciones practicas materiales y necesidades para el tipo de investigacioacuten incluyendo los
concretos reforzado con fibra natural (American Concrete Institute (ACI) 2009)
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras
Tuacuteneles 281
El uso de fibras de acero para el revestimiento de tuacuteneles hadado importantes resultados
tanto en su colocacioacuten como en su desempentildeo estructural logrando alcanzar una alta
resistencia en pocas horas El uso de las fibras de acero en el concreto ha dado una pauta para
obviar el uso de malla electro soldada ya que las fibras logran cubrir esta necesidad de
elementos de refuerzo en las obras de construccioacuten
Pavimentos 282
Se sabe que el concreto para el uso en pavimentos requiere de unas especificaciones
particulares para de esta manera lograr contrarrestar las fuertes exigencias estructurales entre
ellas las maacutes importantes
- Resistencia a flexo traccioacuten
- Resistencia a fatiga
- Trabajabilidad
- Miacutenima retraccioacuten
Otros usos 283
Las fibras hacen una fuerte participacioacuten en la elaboracioacuten de elementos prefabricados tal es
el caso de elaboracioacuten de placas de fachada tanques plantas industriales piscinas pisos
industriales canales muebles para parques piezas para el hogar entre otros
53
29 Concreto arquitectoacutenico
El concreto arquitectoacutenico es aquel que por siacute mismo o por medio del tratamiento superficial
que se le aplique permite ser el protagonista del aspecto acabado o si se quiere personalidad
de lo edificado sin dejar de lado su funcioacuten estructural (Cementos Argos SA 2010)
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018)
Prefabricados 291
Los prefabricados en concreto son una opcioacuten vanguardista que ademaacutes de ofrecer variedad
de usos permite ahorra tiempo y dinero Su durabilidad resistencia y versatilidad continuacutean
consolidaacutendolo como una de las mejores alternativas en la construccioacuten ((IMCYC) 2017)
La prefabricacioacuten es anterior a la industrializacioacuten considerando que el ladrillo fue el primer
elemento producido fuera de obra con sistemas que se han ido prolongando a traveacutes del
tiempo con nuevos meacutetodos procedimientos equipos materiales entre otros Es una manera
raacutepida moderna versaacutetil y energeacuteticamente eficiente forma de construir cualquier tipo de
edificacioacuten (Novas 2010)
2911 Clasificacioacuten
Estos elementos se clasificaraacuten dependiendo de variables como funcioacuten peso dimensiones
formato meacutetodo de produccioacuten materiales entre otros
ESTRUCTURALES URBANIacuteSTICOS ARQUITECTOacuteNICOS
Muros en Tilp Up
Muros de contencioacuten
Prefabricados
Columnas losas y vigas
Muros para sistema
industrializado de construccioacuten
de vivienda
Senderos peatonales y pisos
Elementos de amueblamiento
urbano
Aplicaciones en parques y espacio
puacuteblico
Elementos texturizados en
concreto
Fachadas
Decks
54
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010)
CLASIFICACIOacuteN DE PREFABRICADOS
Seguacuten el grado de prefabricacioacuten Parcial
Total
Seguacuten su funcioacuten Resistente
Cerramiento
Ornamental
Seguacuten su peso y dimensiones Livianos (˂30Kg)
Semipesados (˂500Kg)
Pesados (˃30Kg)
Seguacuten su formato Bloques
Paneles
Elementos lineales
Seguacuten su meacutetodo de ejecucioacuten Industrial a gran escala
Taller
Fabricacioacuten baja teacutecnica
Seguacuten sus materiales Hormigoacuten armado
Hormigoacuten pre ndash pos tensado
Acero
Aluminio
Madera
Plaacutestico
2912 Procesos de produccioacuten
29121 Encofrado
Elementos auxiliares destinamos al moldeo ldquoin siturdquo de concretos y morteros con el fin de
contener soportar y moldear el concreto fresco hasta su endurecimiento Estructuras
temporales su colocacioacuten tarda algunas horas y que en pocos diacuteas se desmontan para su
posterior reutilizacioacuten Para un faacutecil y adecuado desmonte sin afectar acabado yo color del
concreto se suele utilizar desmoldantes (barnices antiadherentes y preparados a base de
aceites solubles en agua) para simplificar el desencofrado y si son de madera se deben
humedecer antes para impedir que absorban agua del concreto (Piqueras 2017)
29122 Vaciado del concreto
Para efectos del vaciado del concreto se debe cumplir el Reglamento Colombiano de
Construccioacuten Sismo Resistente NSR-10 (Capitulo C5) y la norma NTC 3318 o ASTM C94 Se
debe recurrir a una serie de pasos anterior al vaciado los equipos de transporte deben estar
limpios el refuerzo libre de oacutexidos o grasas los encofrados recubiertos con desmoldante
55
ademaacutes no puede haber estancamientos de agua y en caso de tener superficies de concreto
colocado anteriormente que vayan a estar en contacto directo con el concreto nuevo deben
haber recibido el tratamiento de juntas especifico El concreto debe alcaacutezar una consistencia
que permita su colocacioacuten en todas las esquinas o aacutengulos de las formaletas alrededor del
refuerzo y de cualquier otro elemento embebido sin que haya segregacioacuten El concreto se
debe colocar tan pronto sea posible y nunca despueacutes de treinta minutos de preparada la
mezcla a menos que haya sido dosificada con alguacuten tipo de aditivo autorizado (SAOV 2018)
29123 Vibrado del concreto
Es vital este procedimiento durante la colocacioacuten del concreto este se debe colocar con la
ayuda de un equipo mecaacutenico de vibradores complementado por labores manuales esto con
el fin de eliminar la cantidad de aire que hay en la mezcla producido durante el vaciado
tambieacuten hace que se comporte como un liacutequido espeso y se consolide mejor Este
procedimiento debe complementarse golpeando exteriormente con martillo neumaacutetico o
usando varillas en las esquinas y aacutengulos de las formaletas mientras el concreto este todaviacutea
plaacutestico y manejable a fin de impedir vaciacuteos (SAOV 2018)
29124 Desencofrado
El desencofrado debe realizarse sin movimientos bruscos Se debe efectuar cuando el concreto
haya alcanzado la resistencia suficiente para soportar con seguridad su propia carga maacutes
cualquier otra que se quisiese sobreponer Teniendo en cuenta la normativa el ACI ldquoAmerican
Concrete Instituterdquo en su documento ACI 347R (Guide to form work for concret) recomienda
que se utilice el criterio de ganancia de resistencia que haya definido el ingeniero estructural
para determinar la edad del concreto para desencofrar (SAOV 2018)
2913 Ventajas ambientales
- Poco desperdicio de materiales debido a dosificaciones de mezclas maacutes precisas y
controladas
- Mayor posibilidad de reciclar desechos y aguas grises Una fraccioacuten de los agregados
puede estar constituida por concreto reciclado con el tratamiento adecuado
56
- Los componentes principales del concreto son obtenidos principalmente a nivel local lo
cual reduce los requerimientos de transporte energiacutea y emisiones asociadas a este
- En el sitio de obra se reduce el polvo escombros y otros desechos teniendo un control
y aprovechamiento total sobre ellos(Guerrero 2013)
210 Disentildeo Urbano
Espacio Puacuteblico 2101
El espacio puacuteblico moderno se define a partir de la separacioacuten formal entre la propiedad
privada urbana y la propiedad puacuteblica Tal separacioacuten normalmente supone reservar el suelo
libre de construcciones (excepto equipamientos colectivos y servicios puacuteblicos) para usos
sociales (esparcimiento actos colectivos transporte actividades culturales y a veces
comerciales etc) (Segovia y Neira 2005) Para un adecuado y apropiado disentildeo es
importante evaluar caracteriacutesticas sociales y las actividades para las cuales seraacuten disentildeadas
para asiacute corresponder a cada una de estas y asiacute satisfacer de manera oacuteptima duradera y
efectiva las necesidades que lo originaron
Pisos 2102
Dentro de las posibilidades que nos permite el concreto para moldearse esta esta teacutecnica la
cual consiste en estampar colorear y endurecer una superficie de concreto para obtener una
apariencia natural de materiales tales como ladrillo laja piedra o ceraacutemica permitiendo por su
versatilidad variedad de disentildeos y colores Es una teacutecnica de un gran valor arquitectoacutenico con
costos reducidos diversidad ideal para pisos veredas y accesos (Barbosa 2013)
21021 Usos
- Comerciales e industriales galeriacuteas supermercados complejos habitacionales plazas
aceras caminos senderos peatonales veredas estacionamientos y en general todo
tipo de piso con alto traacutensito vehicular y peatonal
57
- Residenciales pisos interiores o exteriores patios caminos interiores huellas zonas de
esparcimiento bordes de piscina escaleras garajes entre otros
21022 Ventajas
Los pisos de concreto estampado son logrados con un tratamiento que le confiere gran
resistencia a la superficie y con una terminacioacuten final con un sellador que protege los colores y
sella los poros del material Se evita la construccioacuten del contrapiso la carpeta de asiento y la
mezcla para la colocacioacuten del piso y queda libre de todo mantenimiento por muchos antildeos
(Barbosa 2013)
- Muacuteltiples opciones de colores
- Alternativas esteacuteticas
- Permite pulirse manteniendo su integridad
- Alternativa competitiva para acabados que simulen piedra natural madera baldosas
- Faacutecil y raacutepido de instalar en comparacioacuten con otras alternativas
- Menor manteamiento debido a tener un color integral
Seguacuten el color puede disminuir el efecto Isla de calor aumentar reflectividad y disminuir el consumo energeacutetico
Mobiliario Urbano 2103
El mobiliario urbano prescribe el espacio puacuteblico y se constituye en elemento esencial de la
identidad y el paisaje de las ciudades Se considera como elementos complementarios a
espacios de viacuteas parques alamedas caminos y aceras de uso puacuteblico con el fin de facilitar las
necesidades del ciudadano mejorando su calidad de vida en entornos favorables y a su vez
fomentando el uso adecuado de los espacios puacuteblicos para un bien general
21031 Clasificacioacuten seguacuten su funcioacuten
- Elementos de Iluminacioacuten columnas para laacutemparas farolas apliques balizas proyector
y focos
58
- Elementos de jardineriacutea y agua elementos que se relacionan con la vegetacioacuten y el
riego las fuentes y las evacuaciones de agua
- Elementos de comunicacioacuten estaacuten dados por los soportes para la comunicacioacuten como
sentildealizacioacuten informacioacuten o publicidad
- Elementos de servicios puacuteblicos mobiliario dirigido a satisfacer las necesidades
derivadas de los servicios puacuteblicos baacutesicos de la ciudad como son transporte la
telefoniacutea los estacionamientos para bicicletas vigilancia de playas y juegos infantiles
- Elementos Comerciales mobiliario destinado al uso comercial que tradicionalmente se
realiza en la viacutea puacuteblica kioscos de libros bares y puestos de mercado
- Elementos de limpieza indispensables en todo espacio puacuteblico para recoger la basura
maacutes diversa papeles vidrio metales plaacutesticos cartones pilas etc
- Elementos de Urbanizacioacuten y limitacioacuten Aquellos que por su extensioacuten pueden ofrecer
una visioacuten unitaria del territorio de la ciudad (rampa vehicular bordillos barandilla valla
barrera arquitectoacutenica bolardos bancos banquetas y sillas) (Rosas Chaves 2014)
Fachadas y elementos de concreto a la vista 2104
Su funcioacuten no solo es esteacutetica sino que debe garantizar un alto grado de proteccioacuten La
mezcla de concreto para estos elementos debe cumplir con determinadas caracteriacutesticas
especiales que le permitan estar expuesto a diferentes condiciones climaacuteticas El encofrado en
las estructuras de concreto arquitectoacutenico es de gran trascendencia dentro del proceso
constructivo pues ademaacutes de ser esencial para lograr una respuesta adecuada a nivel
estructural debe responder a las expectativas del disentildeador (Silva 2015)
Estampados 2105
Los acabados del concreto se clasifican en dos
59
21051 Acabados directos
Se entienden como superficies no tratadas aquellos que son dejados tal cual despueacutes del retiro
de las formaletas lo que determinan el aspecto de la superficie resultante (Cementos Argos
SA 2010)
21052 Acabados indirectos
Concretos cuyas superficies son tratadas despueacutes del desencofrado ya sea por medio
quiacutemicos o mecaacutenicos (comprende acabados cepillados allanados tratados con productos
quiacutemicos lavados con abrasivos tratados con herramientas tratamientos mixtos entre otros)
(Cementos Argos SA 2010)
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010)
ACABADOS TIPOS DE ACABADOS
Acabados directos
Acabados indirectos
Otros
Acabados lisos
Texturizados a partir de revestimientos
Patrones naturales
Incrustaciones
Madera simulada
Superficies acanaladas o estriadas
Allanado o liso
Tratamientos quiacutemicos
Lavado con abrasivos
Tratamiento con herramientas
Tratamientos mixtos
Tratado con sal
Oxidado
Tubos de PVC
Esferas de poliestireno expandido
21053 Concreto coloreado (pigmentos)
Los pigmentos son finas partiacuteculas de polvo quiacutemicamente inertes e insolubles que dotan de
color al material al que se antildeaden Deben ser insolubles tanto al agua como a los agregados
ademaacutes de inertes quiacutemicamente respecto al cemento a los agregados a los aditivos
resistentes a la intemperie estables a la luz a las temperaturas extremas y quedar firmemente
embebidos con los finos del cemento cuando endurezca (Estantildeol 2006)
60
Los pigmentos se clasifican en dos clases obtenidos de manera natural y manufacturados de
forma sinteacutetica
210531 Forma natural
Son obtenidos en yacimientos naturales minerales en su mayoriacutea son de color ocre debido a la
existencia de oacutexidos o hidroacutexidos metaacutelicos principalmente hierro La tierra natural calcinada se
tamiza hasta conseguir un tamantildeo uniforme de los granos y los fabricantes de dichos
pigmentos deben garantizar que las partiacuteculas tengan una dimensioacuten regular (Estantildeol 2006)
210532 Forma sinteacutetica
Estos pigmentos son baacutesicamente oacutexidos de hierro cromo cobalto y titanio Se deben
seleccionar oacutexidos teacutecnicamente puros sin aditivos ni constituyentes secundarios de un gran
poder colorante cualidad que depende de la naturaleza y pureza asiacute como de su finura Si
bien estos pigmentos tienen el mismo origen mineraloacutegico que los naturales al ser obtenidos
por procesos controlados y estandarizados tienen la ventaja de otorgar alta pureza elevado
brillo y gran poder de coloracioacuten estos pigmentos son estables a la intemperie es decir a la luz
UV al aacutecido carboacutenico a cambios fuertes en la humedad y la temperatura a los aacutecidos a los
aacutelcalis y a los componentes del cemento (Estantildeol 2006)
1 Capiacutetulo Cascarilla como material alternativo 61
3 Capiacutetulo Cascarilla de cafeacute como material alternativo
31 Generalidades
El pergamino de cafeacute o cascarilla es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano (fig 2) Esta cascarilla
constituye una excelente fuente de celulosa y lignina1 pentosanos siacutelice y cenizas asiacute como
otros compuestos en menor proporcioacuten En los paiacuteses productores de cafeacute los residuos y sub -
productos del cafeacute constituyen una fuente de contaminacioacuten y generadora de problemas
ambientales por ese motivo desde mediados del siglo pasado se ha tratado de buscar
meacutetodos sobre coacutemo utilizarlos como materia prima para la produccioacuten de bebidas vinagre
biogaacutes cafeiacutena pectina proteiacutena y abono (Coffea 2005)
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 311
Para esta investigacioacuten se utilizoacute la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) de una de las regiones
cafeteras del paiacutes el departamento de Narintildeo especiacuteficamente de ALMACAFEacute SA PASTO
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia 2010)
Procedencia
Aacuterea de cultivo
Temperatura promedio
Promedio Maacuteximo
Promedio Miacutenimo
Precipitacioacuten media anual
Radiacioacuten solar
Departamento de Narintildeo
Altitud 1765 msnm promedio
38400 Hectaacutereas sembradas en Narintildeo
199degC
259degC
16degC
1866 miliacutemetros anual
1666 horas promedio anual
Proceso obtencioacuten de la cascarilla 312
El cafeto es un arbusto o aacuterbol pequentildeo perennifolio de fuste recto que puede alcanzar los 10
metros en estado silvestre en los cultivos se los mantiene normalmente en tamantildeo maacutes
reducido alrededor de 3 metros Las hojas son eliacutepticas oscuras y coriaacuteceas
62
El fruto es una drupa que se desarrolla en unas 15 semanas a partir de la floracioacuten el
endospermo comienza a desarrollarse a partir de la duodeacutecima semana y acumularaacute materia
soacutelida en el curso de varios meses atrayendo casi la totalidad de la energiacutea producida por la
fotosiacutentesis
3121 Recoleccioacuten del cafeacute
En esta etapa se cosechan uacutenicamente los granos que alcanzan el estado de madurez
completa normalmente de color rojo o amarillo ya que los verdes dantildean el sabor de la taza de
un cafeacute Todo este proceso se desarrolla de forma manual
3122 Despulpado
El mismo diacutea de la recoleccioacuten los granos de cafeacute se despulpan retirando la cereza del grano
para que luego obtenga la fermentacioacuten En esta parte del proceso los granos permanecen en
reposo
3123 El lavado
En esta parte se retira con agua limpia los restos de muciacutelago que quedan en el grano y se
eliminan azucares
3124 El secado
Se exponen los granos de cafeacute al calor del sol en un secadero para que el grado de humedad
disminuya facilitando su conservacioacuten El grano seco se almacena en sacos limpios elaborados
en fique facilitando su traslado
Fuente Tomado de httpwwwmundocafetocombeneficiadoel-beneficio-humedo-del-cafe
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado
63
3125 Trillado artesanal
En En este proceso artesanal se retira la cascarilla del grano llamado pergamino Este
procedimiento tambieacuten puede desarrollarse de forma industrial (Omen 2011)
A partir del proceso de la trilla de cafeacute pergamino se retira mecaacutenicamente la cascara
(pergamino) que cubre la almendra de cafeacute (denominada cisco en la trilla) el pergamino ya
limpio entra a la maacutequina trilladora y es retirada por friccioacuten la cascarilla obtenieacutendose la
almendra El cisco que acompantildea la almendra al salir de la trilladora es succionado
mecaacutenicamente en esta operacioacuten se causa la merma por cisco El monitor de pergamino es
una maacutequina cribadora compuesta por un conjunto de tres a cuatro mallas una campana
extractora de cisco y polvo residual
La maacutequina trilladora estaacute formada por un cilindro en forma hexagonal con superficie labrada
que gira dentro de un cilindro coacutencavo estacionario y fraccionado en dos caacutemaras en la
primera caacutemara la friccioacuten elimina entre 60 y 70 de la cascarilla luego pasa a la segunda
caacutemara (caacutemara de retrilla) transportado por un elevador de cangilones donde termina de
retirarle la cascarilla y pule la superficie de la almendra eliminaacutendole la cutiacutecula (Mayorga
nd)
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia)
64
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla
Fuente Tomado de httpswwwcoopronaranjorlcomnuestro-cultivoproceso-ciclo
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute
Caracteriacutesticas fiacutesicas 321
El pergamino o cascarilla de cafeacute es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano de cafeacute en base seca
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005)
65
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
CASCARILLA DE CAFEacute
A B C
Masa unitaria suelta
284gr 300gr 310gr
MUS=298gr
Masa unitaria compacta (peso2716gr) molde 110pie3
334gr 354gr 344gr
MUC=344gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip 344grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 193grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2846 h
Composicioacuten quiacutemica 322
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011)
(Seguacuten Willboux (2))
()
Cafeacute
Araacutebica
()
Cafeacute
Robusta
()
Extracto eteacutereo
Proteiacutenas totales
Celulosa bruta
Hemicelulosa
Azuacutecares
Pentosa
Cenizas
Silicio
Aluminio (Al 203)
Hierro (Fe21198743)
Calcio
Magnesio
Sodio
Potasio
Grasas
040
150
5020
1160
2130
2600
100
1570
340
1360
1960
1220
340
1800
060
--
220
6020
760
--
--
330
--
--
--
--
--
--
--
66
Estas propiedades la hacen oacuteptima para utilizarla como agregado liviano en un hormigoacuten con
el limitante de que tiene un contenido de azuacutecares muy alto (213) que inhibe la reaccioacuten del
cemento en la mezcla y por consiguiente retarda el fraguado presentaacutendose eacuteste despueacutes de
las 72 horas de fundida la mezcla Este limitante se soluciona mineralizando la cascarilla
(Garcia amp Olaya 2011)
A su vez tiene una estructura lineal o fibrosa en la que se establecen muacuteltiples puentes de
hidroacutegeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa hacieacutendolas
muy resistentes e insolubles al agua De esta manera se originan fibras compactas que
constituyen la pared celular de las ceacutelulas vegetales daacutendoles asiacute la rigidez necesaria Las
fibras en los vegetales estaacuten unidas entre siacute por un material cementante de caraacutecter
termoplaacutestico denominado lignina localizada en la laacutemina media de las fibras
proporcionaacutendole rigidez y resistencia al tejido vegetal
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute)
Las fibras vegetales tienen dentro de su estructura componentes que son ricos en agua (lignina
y hemicelulosa) lo cual al reforzar el material compuesto puede generar deficiencias
mecaacutenicas La razoacuten principal para que la resistencia mecaacutenica disminuya es que el agua es
uno de los inhibidores naturales de la polimerizacioacuten en las resinas de polieacutester insaturado por
lo tanto la presencia de estos componentes es poco deseable dentro de la estructura de las
fibras (Gomez 2009)
Una forma de evitar o retardar la descomposicioacuten de las fibras utilizadas en el hormigoacuten es la
proteccioacuten de estas con sustancias bloqueadoras sustancias repelentes al agua y con una
mezcla de ambos tipos de sustancias (Gram 1983)
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades de
Glucosa)(Coffea 2005)
67
Mineralizacioacuten con aceite de linaza 331
Procedimiento
a) Calentar aceite a 80degC
b) Sumergir la fibra seca por 5 minutos
c) Tener otro aceite a 24degC y pasar la cascarilla por 5min
d) Repetir ciclo por 3 veces
e) Dejar enfriar a Tdeg ambiente durante 24h (Alvarado 2002)
Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 332
Procedimiento
Las partiacuteculas o fibras de bagazo fueron inmersas en Hidroacutexido de calcio al 50 durante 24
horas a una temperatura de laboratorio de 24degC (Para darle una proteccioacuten del medio alcalino
de la pasta de cemento) A partir de este procedimiento se obtiene como conclusioacuten que si se
aumenta el tiempo de inmersioacuten de cascara de arroz en la disolucioacuten baacutesica pasando de 24h a
72h se observa un gran aumento en la resistencia a compresioacuten (Saraz Aristizabal amp Mejiacutea
2007)
Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 333
Procedimiento
Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale de la trilladora en una
solucioacuten ac al 5 en peso durante media hora con agitado constante la proporcioacuten de la
cascarilla es del 10 del peso de la solucioacuten La cal limpia impurezas protege del ataque
microbioloacutegico protege del deterioro por la alta alcalinidad mejora la adherencia (Garcia amp
Olaya 2011)
68
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute
En la ciudad de Medelliacuten innovaron con la implementacioacuten de suelos a base de polietileno y
cascarilla de cafeacute molida ya que el piso de madera actual estaba empezando a sufrir deterioro
Este nuevo elemento fue el resultado de las investigaciones que el Metro adelanta con el fin de
obtener alternativas que garanticen la continuidad del servicio Ademaacutes de que esteacuten siempre
disponibles disminuyan gastos eviten las importaciones y sean amigables con el ambiente
Jaime Peacuterez jefe de Investigaciones del Metro explicoacute que los trenes vienen con un tipo de
madera especial resistente al agua y al calor pero esta no se obtiene en el paiacutes su
importacioacuten es costosa y con su obtencioacuten se hariacutea un significante dantildeo al ecosistema Es por
esta razoacuten que el Metro en colaboracioacuten con pymes y la Universidad de Antioquia ha
investigado desde los antildeos 80 con queacute otros materiales puede ser reemplazada la madera y
que tenga las mismas cualidades Fue esto lo que llevo a explorar otro tipo de materiales y a
encontrar en la cascarilla de cafeacute las particularidades necesarias para soportar el peso de los
usuarios y cumplir con la normatividad internacional ferroviaria no sufrir por humedad y no ser
vulnerable a incendios y una reduccioacuten del 30 al impacto con el medio ambiente (Mejia
2013)
El cisco la cascarilla sobrante del cafeacute es usado por un grupo de ingenieros mecaacutenicos como
materia prima para extruir perfiles de madera plaacutestica y construir viviendas de intereacutes social
El sector de la construccioacuten necesita innovarse constantemente a traveacutes de proyectos cada vez
maacutes sostenibles y amigables con los recursos y la mezcla de poliacutemeros con fibras provenientes
de productos residuales como el aserriacuten (EEUU) o la caacutescara de arroz (China) ha permitido en
el mundo una alternativa a la madera conocida como Wood Plastic Composite (WPC)
La agroindustria colombiana debiacutea encontrar un producto vegetal que le permitiera ofrecer una
alternativa al sector de la construccioacuten y es alliacute cuando el grupo uniandino Materiales y
Manufactura de Ingenieriacutea Mecaacutenica liderado por el profesor Jorge Medina encontroacute las
caracteriacutesticas aplicables al cisco de cafeacute
ldquoLos Andes nos permitioacute trabajar con el cisco de cafeacute que nos hace uacutenicos porque es el
producto que representa a Colombia en el mundo y deberiacuteamos integrarlo maacutes a nuestra
infraestructurardquo Las ventajas de haber utilizado el cisco de cafeacute fuera de darle un sello
69
colombiano al producto es que este subproducto del cafeacute anteriormente no se le daba un
manejo verde y se quemaba CO2 o botaba (Positivo 2015)
Estudiantes de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotaacute realizaron ensayos de
concreto con agregado de cascarilla de cafeacute en el Departamento de Ingenieriacutea Agriacutecola
Tomaron un material como el concreto para realizar la aplicacioacuten de residuos orgaacutenicos
provenientes de la agroindustria cafetera haciendo pruebas y ensayos para determinar las
propiedades fiacutesico-quiacutemicas de la cascarilla del cafeacute y su comportamiento junto al concreto
Llegaron a la conclusioacuten que como material mineralizante es maacutes econoacutemico el cemento que la
cal agriacutecola ademaacutes de que se obtiene mejores resistencias a la compresioacuten en el hormigoacuten
cuando se utiliza cemento en las mismas condiciones que cal tambieacuten concluyeron que la
cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico (Garciacutea amp Olaya 2011)
Auacuten no se han realizado aplicaciones como tal de los resultados obtenidos de investigaciones
donde se utiliza a la fibra vegetal cascarilla de cafeacute como reemplazo en la mezcla de concreto
4 Capiacutetulo Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten
Liacutenea investigativa 411
En este proyecto se realizaron y analizaron los siguientes ensayos
Resistencia a la compresioacuten
Moacutedulo de rotura
Sortividad
Asentamiento
Los ensayos que se practicaron en especiacutemenes de concreto normal y con adicioacuten de la
fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) para esta investigacioacuten la cascarilla seriacutea el reemplazo en
diferentes porcentajes del peso del agregado grueso de la siguiente manera
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)
VARIABLE PORCENTAJE MINERALIZACIOacuteN DENOMINACIOacuteN
Mezcla patroacuten
Cascarilla de cafeacute
(Fibra vegetal)
-
05
10
15
05
10
15
05
10
15
-
CAL AGRIacuteCOLA
LINAZA
HIDROacuteXIDO DE CALCIO
CP-0
CFC-05
CFC-10
CFC-15
CFL-05
CFL-10
CFL-15
CFH-05
CFH-10
CFH-15
71
Denominacioacuten
CP-0 = Concreto patroacuten CFC = Concreto con Fibra vegetal - mineralizacioacuten Cal Agriacutecola CFL = Concreto con Fibra Vegetal - mineralizacioacuten aceite de Linaza CFH = Concreto con fibra vegetal - mineralizacioacuten con Hidroacutexido de Calcio -05 = Porcentaje de reemplazo 05 -10 = Porcentaje de reemplazo 10 -15 = Porcentaje de reemplazo 15
Se elaboraron placas de concreto con el fin de analizar su comportamiento ante agentes
externos como lluvia sol aire vegetacioacuten y se realizaron probetas ciliacutendricas y vigas con y sin
adicioacuten de la cascarilla para ser evaluadas a los 28 diacuteas
72
PROPIEDADES
Agregado fino Agregado Grueso Cascarilla de Cafeacute
Reemplazo
05 10 15
Mineralizacioacuten
-Cal agriacutecola
-Aceite de linaza
-Hidroacutexido de Calcio
Propiedades
estado fresco Propiedades
estado endurecido
Vigas Especiacutemenes
ciliacutendricos Placas Asentamiento
Texturizados Resistencia a
la compresioacuten
Moacutedulo de
Rotura
Exposicioacuten
al exterior Sortividad
Anaacutelisis Conclusiones
Recomendaciones
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia)
73
Materiales 412
4121 Materiales
- Cemento El cemento utilizado para este disentildeo es Cemento Gris de Uso General
producido por Cementos Argos SA Cumplen con los valores de la norma colombiana
NTC 121 y 321(Argos 2013)
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013)
PARAacuteMETROS FIacuteSICOS Especificaciones
argos
NTC 321
Tipo I
ASTM
C-1157 TIPO GU
Fraguado inicial miacutenimo (minutos)
Fraguado final maacuteximo (minutos)
Expansioacuten autoclave maacuteximo ()
Expansioacuten en agua maacuteximo ()
Resistencia a 28 diacuteas miacutenimo (Mpa)
45
420
08
02
260
45
480
08
--
240
45
420
08
02
280
- Agua para el procedimiento se utilizoacute agua proveniente de la red de abastecimiento de
agua potable de la Empresa ACUEDUCTO AGUA Y ALCANTARILLADO DE BOGOTAacute
- Agregados los agregados fino y grueso son traiacutedos desde el municipio del Guamo
Tolima
- Fibra Vegetal (cascarilla de cafeacute) esta fibra proviene del grano de la planta cafeto
(Coffea) lo que se denomina como ldquocascarilla de cafeacuterdquo tambieacuten conocido como cisco
o residuo de la extraccioacuten del grano de cafeacute resultado de un proceso denominado trilla
Poblacioacuten y muestras 413
4131 Poblacioacuten placas
Placas cuadradas en concreto convencional y reforzados con Cascarilla de cafeacute en
porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento de
proteccioacuten
74
Muestra
Estuvo constituida por 20 placas de concreto placas cuadradas de aproximadamente 30x30cm
en concreto normal y reemplazo de agregado grueso por cascarilla de cafeacute En este caso se
adiciono pigmento de color amarillo
Se disentildearon 5 tipos de formaletas para aplicar diferentes texturas para prueba de adherencia
a los patrones de disentildeo arquitectoacutenico y exposicioacuten a los factores externos como lluvia sol
vegetacioacuten Las placas se repartieron de la siguiente manera
- 5 placas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
4132 Poblacioacuten especiacutemenes ciliacutendricos
Se realizaron especiacutemenes ciliacutendricos en concreto normal y reforzados con cascarilla de cafeacute
en porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento
de proteccioacuten
75
Para la prueba de compresioacuten y absorcioacuten se elaboraron un total de 58 especiacutemenes
ciliacutendricos con y sin fibra vegetal
Los cilindros se repartieron de la siguiente manera
- 4 probetas ciliacutendricas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 2 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 2 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
Para la definicioacuten de la cantidad de especiacutemenes para las muestras se tomoacute como referencia
lo estipulado en la norma ASTM C-192 ldquoPraacutectica Normalizada para preparacioacuten y curado de
especiacutemenes de concreto para ensayo en laboratoriordquo en la que se propone como cantidad de
moldeados tres o maacutes especiacutemenes para cada edad de ensayo
76
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos
En un metro cuacutebico de mezcla de concreto podemos tener un promedio de agregados fino y
grueso en un 70 Es importante la valoracioacuten de las propiedades de los agregados al
momento del disentildeo de la mezcla ya que pueden afectar las caracteriacutesticas del concreto final
para esto se tendraacute en cuenta
- Manejabilidad
- Durabilidad
- Factores econoacutemicos
Agregado grueso Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia)
AGREGADO GRUESO
Grava 38 oacute
filtro
A
B
C
Masa unitaria suelta
18565gr
19565gr
19565gr
MUS=19231gr
Masa unitaria compacta
(peso frac12 pie cubico) molde 11435gr
20565gr
20065gr
20565gr
MUC=2040gr
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia)
Peso SSS
Peso
sumergido Peso seco
Lavado tamiz
(horno05degx24h)
Humedad
natural
Peso inicial
Peso final
5000gr
4764gr
4764gr
2910gr
4764gr
4544gr
5000gr
4798gr
2000gr
1944gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7796grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8963grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 256grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 484 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 288 FORMA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Redondeada (grava de riacuteo)
77
Agregado fino Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)
AGREGADO FINO
A
B
C
Masa unitaria suelta
1580gr
1630gr
1612gr
MUS= 1610g
Masa unitaria apisonada
2024gr
2058gr
2041gr
MUA=2041gr
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia)
Peso seco Lavado tamiz
(horno105degx24h) Humedad natural
Peso inicial
Peso final
1350gr
1335gr
5000gr
4860gr
1500gr
1486gr
MASA UNITARIA SUELTAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1610grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2041grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 261grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 094
Anaacutelisis Granulomeacutetrico 421
En anaacutelisis granulomeacutetrico tanto del agregado fino como del agregado grueso se desarrolloacute en
base a la NTC 174 y se realizoacute al iniciar con cada una de las mezclas De acuerdo con la
literatura estudiada la cascarilla de cafeacute como agregado vegetal debe tener un previo
tratamiento para asiacute evitar que el medio alcalino al cual se expone en la mezcla no la deteriore
impidiendo asiacute su finalidad en el concreto para ello se emplean 3 diferentes tratamientos
aceite de linaza hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola para tratar estas fibras y asiacute aumentar su
durabilidad
78
4211 Agregado Fino
El agregado fino es arena de rio del departamento del Tolima traiacuteda por la empresa ldquoFerreteria
el Campiacutenrdquo de acuerdo al anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de finura de este agregado es de
31 y su ubica dentro y al liacutemite del rango permitido por la norma NTC 174 donde se aclara que
el modulo no puede ser mayor a 31
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia)
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 310
0
20
40
60
80
100
120
0101001000
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado fino
Lim Inferior
arena
LimSuperior
Agre
gado
fin
o
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
16
30
50
100
Fondo
Σ
0
354
408
952
1460
1215
375
966
48606
0
729
839
1959
3004
2500
771
198
10000
0
729
1568
3527
6531
9031
9802
10000
100
9271
8432
6473
3469
969
198
-
79
4212 Agregado Grueso
El agregado grueso estaacute compuesto por gravilla de riacuteo del departamento del Tolima
comercializada por la empresa ldquoFerreteriacutea el Campinrdquo
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia)
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 604
0
20
40
60
80
100
120
440
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado Grueso
Lim Inferior
gravilla
LimSuperior
Agre
ga
do
Gru
eso Tamiz
Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
1frac12rdquo
1rdquo TM
frac34rdquoTMN
frac12rdquo
38rdquo
4
Σ
-
-
56
1432
1988
1322
4798
0
000
117
2985
4123
2755
10000
0
000
117
3101
7224
9979
100
100
9883
6899
2776
021
80
4213 Fibra vegetal Cascarilla de cafeacute
La fibra vegetal producto de la industria cafetera es el agregado reciclado procedente de la
zona cafetera narintildeense del paiacutes De acuerdo con el anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de
finura es de 34 ubicaacutendose por encima del rango permitido por la norma NTC 174 que
determina como rango maacuteximo 31 para el agregado fino No obstante auacuten cuando el material
es calificado por la norma como un agregado de tamantildeo grueso esta fibra no es un agregado
convencional por lo que se toma uacutenicamente como referencia para compararlo con los demaacutes
agregados
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia)
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
-20
0
20
40
60
80
100
120
01110
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Cascarilla de Cafeacute
Cascarhellip
Casc
ari
lla d
e ca
feacute
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
10
16
20
100
Fondo
Σ
0
38
574
345
662
123
87
171
200
000
190
2870
1725
3310
615
435
855
100
000
190
3060
4785
8095
8710
9145
100
100
9810
6940
5215
1905
1290
855
000
Moacutedulo de finura 340
81
43 Disentildeo de mezcla
Para el disentildeo de mezcla se toma como referente el procedimiento planteado por Diego
Saacutenchez de Guzmaacuten en su libro ldquoTecnologiacutea del Concretordquo
Seleccioacuten del Asentamiento 431
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001)
CONSISTENCIA ASENTAMIENTO
EJEMPLO DE
TIPO DE
CONSTRUCCIOacuteN
SISTEMA DE
COLOCACIOacuteN
SISTEMA DE
COMPACTACIOacuteN
Semi-seca
Media
Huacutemeda
35-50
50-100
100-150
Pavimentos
fundaciones en
concreto simple
Pavimentos
compactados a
mano losas
muros vigas
Elementos
estructurales
esbeltos
Colocacioacuten con
maacutequinas
operadoras
manualmente
Colocacioacuten
manual
Bombeo
Secciones
simplemente
reforzadas con
vibracioacuten
Secciones
medianamente
reforzadas sin
vibracioacuten
Secciones bastante
reforzadas sin
vibracioacuten
Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 432
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeOS MAacuteXIMOS DE AGREGADOS SEGUacuteN EL TIPO DE CONSTRUCCIOacuteN
Dimensioacuten miacutenima
de la seccioacuten (cm) Tamantildeo maacuteximo en pulg (mm)
6 ndash 15
19 ndash 29
30 ndash 74
75 o maacutes
Muros reforzados y
vigas y columnas
frac12rdquo(12)- frac34rdquo19)
frac34rdquo(19)-1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Muros sin
refuerzo
frac34rdquo(19)
1frac12rdquo(38)
3rdquo(76)
6rdquo(152)
Lozas muy
reforzadas
frac34rdquo(19)-1rdquo(25)
1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Losas sin refuerzo
o poco reforzadas
frac34rdquo(19)-1frac34rdquo(25)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
3rdquo(76)
3rdquo(76)-6rdquo(152)
82
Estimacioacuten del contenido de aire 433
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeO MAacuteXIMO NOMINAL
DEL AGREGADO CONTENIDO DE AIRE EN PORCENTAJE (POR VOLUMEN)
mm Pulg Naturalmente
atrapado
Exposicioacuten
ligera
Exposicioacuten
moderada
Exposicioacuten
severa
127
190
254
381
frac12
frac34
1
1frac12
25
20
15
10
40
35
30
25
55
50
45
45
70
60
60
55
Requerimiento de agua de mezclado 434
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten 2001)
Asentamiento
Tamantildeo maacuteximo del agregado en mm (pulg)
951
frac34rdquo
127
frac12rdquo
190
frac34rdquo
254
1rdquo
381
1frac12rdquo
508
2rdquo
640
2frac12rdquo
761
3rdquo
mm pulg Agua de mezclado en kgm3 de concreto
25
50
75
100
125
150
1
2
3
4
5
6
193
197
200
203
205
208
167
172
176
179
183
188
157
163
167
169
172
176
141
147
152
155
158
162
135
140
145
148
151
155
127
131
135
137
140
144
124
128
132
134
137
141
117
122
125
128
130
134
Resistencia requerida de disentildeo 435
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la desviacioacuten estaacutendar
Resistencia especificada
fʹc (kgcm2)
Resistencia de disentildeo de la mezcla
fʹcr (kgcm2)
Menos de 210 kgcm2
De 210 kgcm2 a 350 kgcm2
Maacutes de 350 kgcm2
fʹc + 70kgcm2
fʹc + 85kgcm2
fʹc + 100kgcm2
fʹc = fʹc + 70kgcm2 fʹc = 210 + 70kgcm2 fʹc = 280kgcm2
83
Relacioacuten agua-cemento 436
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto (adaptada del ACI 2111 y
del ACI 2113)
RELACIOacuteN AC DE DISENtildeO EN PESO
Facutec (28 diacuteas) Concreto sin aire
incorporado
Concreto con aire
incorporado
150
200
250
300
350
400
450
08
07
062
055
048
043
038
071
061
053
046
04
---
---
En esta investigacioacuten la relacioacuten agua-cemento corresponde a 050 teniendo en cuenta que la
resistencia de disentildeo es de 280kgcm2
Caacutelculo del contenido de cemento
Una vez que el contenido de agua de mezclado y la relacioacuten agua-cemento han sido
determinados el contenido de cemento por metro cubico de concreto establecido al dividir el
contenido de agua de mezclado entre la relacioacuten agua-cemento
AC = Relacioacuten agua-cemento por peso C = 148kg3 = 368kgm3 050
Definicioacuten de datos 437
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia)
ENSAYO AGREGADO
GRUESO
AGREGADO
FINO
Masa unitaria compacta MUC (km3)Compact Unit massCMU
Masa unitaria suelta MUS (km3)looseUnite Mass (km3)
Densidad aparente seca
Absorcioacuten ()Absorption ()
Humedad NaturalNatural Moinsture
Moacutedulo de finuraFineness Modulus
FormaForm
6523
5194
256
284
288
redondeada
1926
1492
161
2987
094
311
84
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto (autoriacutea propia)
INGREDIENTE PESO SECO
KGM3
PESO ESPECIacuteFICO
KM3
VOLUMEN
ABSOLUTO LM3
Cemento
Agua
Contenido de aire
Agregado grueso
Agregado fino
368
184
885
861
3100
1000
2560
2610
0118
0184
002
034
033
Total 2298 0992
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia)
MATERIALES Cantidad UN
Cemento de uso general 368 Kgmsup3
Agregado fino 861 Kgmsup3
Agregado grueso 885 Kgmsup3
Agua 184 Kgmsup3
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla
De acuerdo al disentildeo de mezcla ya establecido se sustituye la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute)
por el agregado grueso en proporciones de 05 10 y 15 porcentajes que son sometidos a
un tratamiento previo (aceite de linaza hidroacutexido de calcio cal agriacutecola) Para cada tratamiento
se efectuaron los tres porcentajes de reemplazo con el fin de proteger la fibra del medio
alcalino
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia)
MEZCLA 1 (CFV-05) 995Agregado peacutetreo + 05
agregado vegetal
MEZCLA 2 (CFV-10) 99Agregado peacutetreo +
10 agregado vegetal
MEZCLA 3 (CFV-15) 985Agregado peacutetreo + 15
agregado vegetal
000173 1930 = 3339 000346 1930 = 6678 000518 1930 = 9997
(1930 Densidad cascarilla)
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten
De acuerdo a las variables determinadas con respecto a los pesos especiacuteficos de cada
agregado y al tratamiento que se hace a la cascarilla de cafeacute previo a la ejecucioacuten de la
mezcla se realizaron 9 variables
Se disentildearon y elaboraron 16 formaletas en madera contrachapada de 9mm (ficha teacutecnica
ANEXO 1) para la experimentacioacuten ante acabados y pigmentacioacuten de una de las variables de
mezcla Para conocer la adaptabilidad en el encofrado se determinoacute escoger la mezcla con
mayor porcentaje de reemplazo de cascarilla de cafeacute con el fin de analizar su comportamiento
ante los disentildeos propuestos de formaleta De igual manera para evaluar la asimilacioacuten del
pigmento y su reaccioacuten ante las 3 variables de mineralizacioacuten de la cascarilla de cafeacute (el
cemento seleccionado es blanco)
Dimensiones de las formaletas 027 027 0035 = 000315 110 (desperdicio) = 00035
Los acabados fueron los siguientes
- Acabado liso
- Esferas de poliestireno expandido +PVC
- Acabado con hojas naturales
- Estampado
86
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia)
MINERALIZACIOacuteN CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Aceite de linaza
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVL-15
Hidroacutexido de
Calcio
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVH-15
Cal
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVC-15
Mezcla patroacuten
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVP
Las proporciones para la mezcla se resumen en la tabla 40 con el fin de preparar las
cantidades necesarias para una formaleta de 027 027 0035 las cuales son utilizadas para
probar comportamiento reaccioacuten y posibles variables ante condiciones climaacuteticas externas
como luz directa del sol lluvia agentes contaminantes y vegetacioacuten
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
placas
Cemento 368 1288
Agua 184 0644
Grava 8725 3053
Arena 861 3013
Reemplazo fibra 9997 0035
Previamente a la ejecucioacuten de la mezcla se mineralizo la cascarilla de cafeacute se pesaron los
agregados y se marcaron las formaletas con su nomenclatura correspondiente para su
identificacioacuten Se verificoacute el debido cerramiento de las formaletas los elementos necesarios
para los acabados a realizar y se aplicoacute desmoldante (aceite vegetal)
87
Il 12a Mineralizacioacuten aceite de linaza Il 12b Secado 24h mineralizacioacuten linaza
5min 80degC ndash 5min 24deg (Proceso 3 veces)
Il 12c Mineralizacioacuten Hidroacutexido de calcio Il 12d Mineralizacioacuten Cal agriacutecola
sumergido 24h agitacioacuten constante 30min
Posterior a la elaboracioacuten de la mezcla se procedioacute al llenado de formaletas previamente
aceitadas y marcadas y se desencofraron a las 24 horas de mezclado
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia)
88
Siendo este un ensayo para establecer cuaacuteles seriacutean las reacciones fiacutesicas y no mecaacutenicas de
estas placas a traveacutes de caracteriacutesticas como pigmentacioacuten y acabados continuo al
desencofrado se ubicaron en una superficie plana en el patio del edifico SINDU rodeada de
hierba donde estuvieron expuestas a las diferentes condiciones ambientales durante un periodo
de 3 meses
Il 14 a Placas con luz directa diacutea ndash sol (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia)
89
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA PATROacuteN CP
Desmolde 24 horas
Acabado liso
Esferas de
poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
90
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA ACEITE DE LINAZA 15 CFL-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de las
formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire contenido
en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo por cada
formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
El patron de acabado con hojas naturales se considero desde un principio que quizas no se tendria
el mejor resultado pero se obtuvo una muy buena adaptabilidad y aspecto
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Esta mezcla permite que las particulas se resalten y puedan ser vistas con facilidad dandole un
aspecto particular Se puede considerar que el aceite repela los demas materiales dejandose esta a la
vista y le deun efecto especial visualmente
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteristica
91
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA HIDROacuteXIDO DE CALCIO 15 CFH-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
A diferencia de las placas con tratamiento a la fibra con aceite de linaza en este tratamiento con
hidroacutexido de calcio no se logra ver con facilidad las partiacuteculas estas quedan confundidas en la
mezcla
Con respecto al color puede considerarse que al hacer el uso de esta mineralizacion a la cascarilla
de cafeacute no sea homogeneo el color dejandose a la vista zonas con mayor concentracion y otras con
menor concentracioacuten
92
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA CAL 15 CFC-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde a excepcion del disentildeo con
tuvos de pvc por inadecuada manipulacioacuten al desmolde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Al igual que con el tratamiento de hidroacutexido de calcio este tratamiento con cal agriacutecola evita que
las partiacuteculas queden a la vista con facilidad y por el contrario sean recubiertas y mimetizadas en
la mezcla perdiendo el efecto visual interesante que si logra el tratamiento con aceite de linaza
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteriacutestica
93
52 Ensayo de Asentamiento
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco 521
Seguacuten la literatura la fibra vegetal es un material no convencional con algunos usos tanto
nacionales como internacionales A partir de estos antecedentes se inicia el proceso de
experimentacioacuten del disentildeo de mezcla con esta fibra que previamente fue mineralizada con
tres componentes diferentes (aceite de linaza cal agriacutecola hidroacutexido de calcio) a la cual se
tomoacute el asentamiento en sus tres diferentes tratamientos para asiacute identificar caracteriacutesticas
como trabajabilidad consistencia homogeneidad y segregacioacuten
La ejecucioacuten de la mezcla se realizoacute bajo los paraacutemetros de la norma NTC 5171 y expuesta a
cielo abierto en el patio del edificio SINDU de la Universidad Nacional
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
ENSAYO DE ASENTAMIENTO
Tratamiento fibra Muestra Reemplazo Asentamiento
obtenido
Aceite de Linaza
CFL-15 15 47mm
CFL-10 10 42mm
CFL-05 05 45mm
Hidroacutexido de
Calcio
CFH-15 15 40mm
CFH-10 10 78mm
CFH-05 05 56mm
Cal Agriacutecola
CFC-15 15 53mm
CFC-10 10 51mm
CFC-05 05 47mm
Mezcla Patroacuten
(Testigo) CP -- 53mm
94
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
5211 Trabajabilidad
Durante la ejecucioacuten de las mezclas se aprecioacute una muy leve dificultad para la manipulacioacuten de
estas considerando que se llevariacutea con mayor rigurosidad los pasos de la norma para poder
hacer la medicioacuten de la prueba de Abrams y continua fundicioacuten de probetas Con respecto a los
tratamientos previos efectuados en la cascarilla de cafeacute no incidieron notablemente en la
manipulacioacuten de la mezcla ni en el porcentaje de reemplazo por agregado grueso
5212 Consistencia
Se hace uso del cono de Abrams o ensayo de ldquoslumprdquo para determinar el comportamiento del
concreto fresco y asiacute determinar trabajabilidad y consistencia de acuerdo a la NTC 396
Il 3a Divisioacuten dela mezcla en Il 3b Llenado del cono Il 3c Medicioacuten del
3 partes asentamiento
0
20
40
60
80
150 100 050 Pmd CP
Ase
nta
mie
nto
(m
m)
Reemplazo
Asentamiento
aceite de linaza
hidroxido de calcio
cal agricola
Testigo
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia)
95
Se determina que la consistencia de mezcla es media (plaacutestica) lo que se habiacutea determinado
para el disentildeo a excepcioacuten de la mezcla que lleva la fibra con tratamiento aceite de linaza el
asentamiento se presenta de manera levemente menor Puede considerarse una mezcla
ldquonormalrdquo el concreto no sufre grandes deformaciones ni hay separacioacuten de elementos
5213 Homogeneidad
Se procedioacute inicialmente a la incorporacioacuten de los materiales fino grueso y cemento despueacutes
de integrar los materiales entre siacute el siguiente paso fue el vaciado de agua por partes para ir
teniendo una mezcla homogeacutenea Terminado la unificacioacuten de todos los materiales se adiciono
la fibra previamente tratada las partiacuteculas de la cascarilla de cafeacute se incorporaron sin ninguna
muestra aparente de dificultad por lo tanto no hubo segregacioacuten de los componentes de la
mezcla
Il 16a Incorporacioacuten de la fibra a la mezcla Il 16b Homogeneidad de la mezcla
53 Ensayo de compresioacuten
Para la comprobacioacuten de resistencia a compresioacuten las pruebas se llevaron a cabo en
especiacutemenes ciliacutendricos de 10cm de diaacutemetro x 30cm de longitud Todos los especiacutemenes se
desencofraron a las 24 horas de mezclado se marcaron y fueron curados por un periodo de 28
diacuteas por el meacutetodo de inmersioacuten en agua potable con el fin de no perder contenido de agua
cuando inicien sus reacciones quiacutemicas endurecimiento y resistencia
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia)
96
Para cada disentildeo de mezcla de acuerdo al tratamiento previo de la fibra y sus respectivos
porcentajes de reemplazo de cascarilla de cafeacute se realizaron 3 especiacutemenes para efectos de la
prueba Para el ensayo de compresioacuten se realizaron en total 29 especiacutemenes con los testigos
CP)
Il 17a Cilindros en formaleta (24h) Il 17b Curado Cilindros en piscina (28diacuteas)
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8725 1535
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 9997 001759
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8769 1543
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 6678 001175
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia)
97
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 88133 1551
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 3339 000596
Se determinoacute un registro de apariencia de los especiacutemenes ciliacutendricos y se observoacute que en la
construccioacuten de cada uno teniendo auacuten asiacute la misma composicioacuten y el mismo procedimiento
existiacutean variaciones en la apariencia con presencia de hormigueo y medianos poros sobre todo
se tuvo presente que esto sucediacutea en los cilindros que se fundiacutean de uacuteltimo pudiendo asiacute
concluir que se presentaba una ligera peacuterdida de agua en el proceso de fundir del primero al
uacuteltimo
Resultados 531
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
Para este ensayo resistencia a la compresioacuten de cilindros de 10x15cm el promedio de la
resistencia Real Mpa es de 2254 resultado que seraacute comparativo con los disentildeos de mezcla
dados a partir de las variables de tratamiento a la cascarilla y porcentaje de reemplazo por fibra
vegetal
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Peso(gr) Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
Testigo CP (A) 3746 17690 2252
2254 CP (B) 3548 17720 2256
98
5311 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFL-15(A) 1536 0018 3413 9150 1165
1094 CFL-15(B) 1536 0018 3478 8320 1059
CFL-15(C) 1536 0018 3465 8250 1050
10
CFL-10(A) 1543 0012 3634 10680 1360
1386 CFL-10(B) 1543 0012 3627 11220 1429
CFL-10(C) 1543 0012 3654 10760 1370
05
CFL-05(A) 1551 0006 3480 10760 1370
1295 CFL-05(B) 1551 0006 3522 9610 1224
CFL-05(C) 1551 0006 3478 10140 1291
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Para el disentildeo de mezcla con tratamiento previo a la cascarilla con aceite de linaza se infiere
que los resultados se reducen en comparacioacuten a los valores de resistencia para los testigos
mezcla patroacuten
Entre las tres variables de porcentajes utilizados para este disentildeo de mezcla se tiene que la
mayor resistencia se presenta en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra
vegetal es del 10 concluyendo que para este disentildeo superar este porcentaje reduciraacute
notablemente la resistencia a la compresioacuten
1094
1386 1295
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Resistencia
R
eal
MP
a
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Aceite de Linaza
Aceite de Linaza
Testigo
99
5312 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFH-15(A) 1536 0018 3516 10840 1380
1376 CFH-15(B) 1536 0018 3504 10650 1356
CFH-15(C) 1536 0018 3508 10950 1394
10
CFH-10(A) 1543 0012 3708 9000 1146
115 CFH-10(B) 1543 0012 3519 9210 1173
CFH-10(C) 1543 0012 3521 8880 1131
05
CFH-05(A) 1551 0006 3642 13390 1705
1654 CFH-05(B) 1551 0006 3614 11650 1483
CFH-05(C) 1551 0006 3671 13940 1775
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Este tratamiento arroja resultados de forma inferior a los establecidos por las probetas testigos
mezcla patroacuten sin ninguacuten tipo de adicioacuten ni reemplazo Para este caso en el que se obtuvo una
mejor resistencia es en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra vegetal es del
05 el menor valor de reemplazo seguido de este el reemplazo 15 tuvo una mayor
resistencia en comparacioacuten del 10
1376
115
1654
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra Hidroacutexido de Calcio
Resistencia
Testigo
100
5313 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con cal agriacutecola
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFC-15(A) 1536 0018 3439 8120 1034
1176 CFC-15(B) 1536 0018 3568 9460 1204
CFC-15(C) 1536 0018 3475 10150 1292
10
CFC-10(A) 1543 0012 3575 11880 1513
1575 CFC-10(B) 1543 0012 3559 12350 1572
CFC-10(C) 1543 0012 3562 12880 1640
05
CFC-05(A) 1551 0006 3494 12240 1558
1449 CFC-05(B) 1551 0006 3515 10770 1371
CFC-05(C) 1551 0006 3493 11140 1418
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Simultaacuteneamente al tratamiento con aceite de linaza e hidroacutexido de calcio la proteccioacuten a la
fibra con cal agriacutecola mantiene sus valores debajo de los comparados con la mezcla patroacuten
Con este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla se obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso determinando que el aumento de
porcentaje por el reemplazo de la cascarilla reduciraacute notablemente la resistencia
1176
1575 1449
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Cal Agricola
Testigo
101
5314 Promedio resistencias de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia)
Realizando una comparacioacuten de los resultados obtenidos a partir de los promedios en los
disentildeos de mezcla planteados es claro que los porcentajes arrojan resultados con peacuterdida de
resistencia en comparacioacuten con los valores dados por los cilindros testigos (CP) en los que la
mezcla no posee ninguacuten tipo de agregado ni reemplazo
Para cada uno de los porcentajes cada tratamiento sobresale uno maacutes que el otro Se puede
apreciar que el mejor resultado lo arroja el tratamiento con hidroacutexido de calcio con un
porcentaje del 05 y el tratamiento con cal agriacutecola al 10 asiacute como el hidroacutexido de calcio al
15
El uso de aceite de linaza como tratamiento genera una mayor resistencia en la sustitucioacuten de
fibra vegetal en el 10 estando por encima del tratamiento de hidroacutexido de calcio pero es el
menor de las otras dos variables en los otros porcentajes de reemplazo
0
5
10
15
20
25
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de Reemplazo
Promedio Resistencias Real MPa
Aceite de Linaza
Hidroxido de calcio
Cal
Testigo
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
102
54 Ensayo de Sortividad
Se desarrolla este ensayo tomando como referente la norma ASTM C1585 ndash 04 que determina
poner en contacto con el agua una de las superficies del espeacutecimen (en este caso fue la cara
expuesta durante la fundida) y de esta manera lograr determinar la capacidad de absorcioacuten del
agua a diferentes intervalos de tiempo Para la ejecucioacuten se utilizaron especiacutemenes ciliacutendricos
de 10cm de diaacutemetro x 20cm de altura previamente al desarrollo de la prueba se colocaron los
especiacutemenes a secar al horno a una temperatura de 80degC con el fin de garantizar que el mismo
grado de saturacioacuten para todas las muestras
La norma bajo la cual se desarrolla esta prueba establece que los especiacutemenes sean sellados
por su periacutemetro con un material impermeable y con dimensiones especiacuteficas de 5cm de altura
y 10cm de diaacutemetro sin embargo dado que se trata de un ejercicio donde se busca comprobar
las 3 variables de mezclas seguacuten el curado y sus respectivos porcentajes de reemplazo de
agregado grueso por fibra vegetal se optoacute por hacer uso de los cilindros completos sin hacer
uso de alguacuten impermeabilizante perimetral garantizando la laacutemina de agua de 2plusmn1mm
establecida por la norma
Il 18a Secado de cilindros a 80degC (24h) Il 18b Ensayo de sortividad intervalos de tiempo
El ensayo se desarrolloacute en las instalaciones del laboratorio de tecnologiacutea del concreto del
edificio IEI el procedimiento se efectuoacute siguiendo lo dictado por la norma
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia)
103
Se Se tomaron pesos a los especiacutemenes en diferentes intervalos de tiempo con el fin de tomar
la sortividad inicial se parte por tomar el peso de los cilindros en estado seco tomado como
tiempo cero a partir del cual se podraacute medir el cambio en el peso de los especiacutemenes de
acuerdo a los tiempos establecidos Tambieacuten se toman cuatro (4) medidas a los diaacutemetros de
los cilindros de las caras que estaraacuten en contacto con el agua para que realizado el caacutelculo de
diferencia de peso de cada intervalo de tiempo este sea dividido entre el aacuterea obtenida con el
promedio de los diaacutemetros y se define la absorcioacuten en mm3mm2 para graficar la relacioacuten entre
la raiacutez cuadrada del tiempo en segundos y la absorcioacuten obtenida
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) MUESTRA 1 Reemplazo 05 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 1037 Aacuterea expuesta 8446m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3289 00000 00000
60 8 32915 00010 00010
300 17 3293 00006 00017
600 24 3294 00004 00021
1200 35 329525 00004 00025
1800 42 32958 00003 00028
3600 60 329715 00005 00033
7200 85 329965 00010 00044
10800 104 33014 00007 00051
14400 120 330195 00003 00054
18000 134 330285 00004 00057
21600 147 330405 00005 00062
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00 500 1000 1500 2000
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-05
Sortividad
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia)
104
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 2 Reemplazo 10 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10036 Aacuterea expuesta 7910m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3402333 00000 00000
60 8 34046 00014 00014
300 17 34051 00002 00016
600 24 3405533 00004 00020
1200 35 34065 00005 00025
1800 42 3406667 00001 00026
3600 60 3407033 00003 00029
7200 85 3408333 00008 00037
10800 104 34091 00006 00043
14400 120 3409167 00001 00044
18000 134 3410 00004 00048
21600 147 3410067 00005 00053
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 3 Reemplazo 15 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10106 Aacuterea expuesta 8021m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3300 00000 00000
60 8 3302 00012 00012
300 17 33025 00003 00016
600 24 33036 00007 00022
1200 35 330435 00005 00027
1800 42 330485 00003 00030
3600 60 330585 00006 00036
7200 85 330755 00011 00047
10800 104 330905 00009 00056
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-10
Sortividad I
105
14400 120 33097 00004 00060
18000 134 330985 00002 00062
21600 147 331095 00006 00068
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 4 Reemplazo 05 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10213 Aacuterea expuesta 8190m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33965 00000 00000
60 8 3400 00022 00022
300 17 3402 00012 00034
600 24 340345 00009 00043
1200 35 340605 00016 00059
1800 42 340675 00004 00064
3600 60 341035 00022 00086
7200 85 341335 00019 00105
10800 104 341595 00016 00121
14400 120 341675 00005 00126
18000 134 34178 00007 00133
21600 147 34193 00009 00142
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00080
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-15
Sortividad I
106
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 10 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00026 00026
300 17 3512 00009 00034
600 24 35145 00016 00050
1200 35 35163 00011 00061
1800 42 351745 00007 00068
3600 60 35203 00018 00086
7200 85 3523 00017 00103
10800 104 35251 00013 00116
14400 120 35263 00007 00123
18000 134 35278 00009 00133
21600 147 352865 00005 00138
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-05
Sortividad I
107
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 15 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00021 00021
300 17 3512 00016 00036
600 24 35145 00025 00061
1200 35 35163 00014 00075
1800 42 351745 00012 00087
3600 60 35203 00025 00112
7200 85 3523 00023 00134
10800 104 35251 00016 00150
14400 120 35263 00011 00161
18000 134 35278 00011 00172
21600 147 352865 00005 00176
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-10
Sortividad I
108
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 7 Reemplazo 05 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10129 Aacuterea expuesta 8056m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33505 00000 00000
60 8 3354 00022 00022
300 17 335665 00016 00038
600 24 33598 00020 00058
1200 35 33641 00027 00085
1800 42 336475 00004 00089
3600 60 336565 00006 00094
7200 85 336985 00026 00120
10800 104 3372 00013 00134
14400 120 337325 00008 00142
18000 134 33751 00012 00153
21600 147 33756 00003 00156
00000
00050
00100
00150
00200
00 200 400 600 8001000120014001600
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-15
Sortividad I
109
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 8 Reemplazo 10 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10146 Aacuterea expuesta 8085m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3346 00000 00000
60 8 335115 00032 00032
300 17 335395 00017 00049
600 24 335725 00021 00070
1200 35 336175 00028 00098
1800 42 33623 00003 00101
3600 60 336315 00005 00107
7200 85 3367 00024 00131
10800 104 33689 00012 00142
14400 120 337005 00007 00150
18000 134 33718 00011 00161
21600 147 33725 00004 00165
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-05
Sortividad I
110
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 9 Reemplazo 15 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9991 Aacuterea expuesta 7838m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3376 00000 00000
60 8 337965 00023 00023
300 17 33812 00010 00032
600 24 338365 00015 00048
1200 35 338735 00023 00071
1800 42 338785 00003 00074
3600 60 338865 00005 00079
7200 85 33927 00025 00104
10800 104 33946 00012 00116
14400 120 339565 00007 00122
18000 134 33974 00011 00133
21600 147 33979 00003 00136
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-10
Sortividad I
111
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
MUESTRA 10 Testigos Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9945 Aacuterea expuesta 7766m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 36705 00000 00000
60 8 36751 00029 00029
300 17 36764 00008 00037
600 24 36783 00012 00049
1200 35 368045 00013 00062
1800 42 36807 00002 00063
3600 60 36811 00002 00066
7200 85 368315 00013 00079
10800 104 36838 -00307 -00228
14400 120 36842 00314 00085
18000 134 368545 00008 00093
21600 147 368565 00001 00094
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-15
Sortividad I
112
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
Se calculan todos los valores dados por cada una de las variables tanto tratamiento como
porcentaje de reemplazo en los intervalos de tiempo establecidos para medir la capacidad de
absorcioacuten por capilaridad Estos resultados fueron obtenidos de especiacutemenes curados durante
28 diacuteas
-00250
-00200
-00150
-00100
-00050
00000
00050
00100
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CP
Sortividad I
113
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia)
Se presentan notables variaciones con respecto a los porcentajes de reemplazo y los
tratamientos Para el tratamiento con aceite de linaza el grado de absorcioacuten es el menor en
relacioacuten a los otros tratamientos siendo el porcentaje 10 el mejor resultado para esta
variable Los tratamientos hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola determinan en relacioacuten a la mezcla
patroacuten y aceite de linaza una alta capacidad de absorcioacuten
0
0002
0004
0006
0008
001
050 1 150
Pro
me
dio
so
rtiv
idad
Porcentaje de reemplazo
Sortividad Inicial
Aceite de linaza
Cal agriacutecola
Hidroacutexido de C
Aceite Linaza Cal Agriacutecola H de Calcio Testigo
Sortividad I Pmd 00038 0009 00085 00036
0
0001
0002
0003
0004
0005
0006
0007
0008
0009
001
SOR
TIV
IDA
D
Sortividad I Pmd
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia)
114
55 Ensayo moacutedulo de rotura
Este ensayo suministra el valor de la resistencia a la traccioacuten del concreto en forma indirecta
Medida que se toma a una viga de concreto no reforzado Para ello se mide mediante la
aplicacioacuten de cargas a vigas de concreto de 6rdquo 6rdquo (150150mm) de seccioacuten transversal y con
luz de tres veces el espesor o sea 18rdquo (450mm) La resistencia a la traccioacuten se expresa como
el moacutedulo de rotura (MR) y se determina mediante el meacutetodo de ensayo en este caso ASTM
C78 la carga se aplica en los tercios de la luz libre
Il 19a Momento de aplicacioacuten Il 19b Viga fallada Il 19c Cara de la fractura
de fuerza a la viga
Para este ensayo se fundieron vigas de 50cm de longitud con seccioacuten prismaacutetica cuadrada de
15cm x 15cm pasados 28 diacuteas de su elaboracioacuten Se realizaron 20 vigas correspondiendo a
las 3 variables de tratamiento previo a la fibra vegetal a los porcentajes de reemplazo (05 -
10 - 15) y las vigas testigo sin ninguacuten tipo de reemplazo ni adicioacuten
Los pesos de los materiales fueron multiplicados por 00123 (00112 volumen de la formaleta
de la viga x 110 desperdicio)
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia)
115
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
vigas
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8725 10609
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 9997 0123
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8769 10650
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 6678 0082
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 88133 10691
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 3339 0041
116
Resultados 551
A continuacioacuten se presentan los resultados obtenidos a partir del desarrollo de la prueba
aplicada a las vigas de concreto falladas a flexioacuten
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia)
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada(
N)
Moacutedulo de
Rotura
(MPa)
Testigos CP(A)
450 150 150 178633
176754 68 CP(B) 174875
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo)
La carga maacutexima alcanzada por el concreto con disentildeo de mezcla sin adiciones ni reemplazos
(CP) es en promedio de 1767 54 (2356 MPa) resultado que seraacute utilizado como referente
para los datos arrojados por disentildeos de mezclas con reemplazo de fibra vegetal ya planteados
117
5511 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFL-15(A)
450 150 150 157067
150205 58 CFL-15(B) 143343
10 CFL-10(A)
450 150 150 152581
1494 57 CFL-10(B) 14622
05 CFL-05(A)
450 150 150 166496
168301 65 CFL-05(B) 170107
Promedio 6
En la variable tratamiento a la fibra con aceite de linaza se obtiene como resultado cifras
inferiores a las dadas por la mezcla patroacuten perdiendo resistencia todos los porcentajes ante el
ensayo de flexioacuten de vigas De acuerdo a los datos generados se puede establecer que el
porcentaje de sustitucioacuten para este disentildeo de mezcla con mayor resistencia a la flexioacuten es del
05
1400
1500
1600
1700
1800
1900
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento aceite de linaza
Resistencia ala flexioacuten
Testigos
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo) Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo)
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
118
5512 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre
apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFH-15(A)
450 150 150 185633
177788 68 CFH-15(B) 169943
10 CFH-10(A)
450 150 150 216523
20103 78 CFH-10(B) 185536
05 CFH-05(A)
450 150 150 189638
188012 72 CFH-05(B) 186387
Promedio 72
Este disentildeo de mezcla con el previo tratamiento a la cascarilla de cafeacute con Hidroacutexido de calcio
supero en los tres porcentajes de sustitucioacuten de agregado grueso la resistencia a la flexioacuten de
las probetas testigo El mejor resultado para este disentildeo de mezcla lo obtuvo el 10 de
sustitucioacuten seguido por el 05 y la menor resistencia la obtuvo la mezcla con el 15 de
reemplazo
1700
1800
1900
2000
2100
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento hidroacutexido de calcio
Resistencia a laflexioacuten
Testigos
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica24 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
119
5513 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFC-15(A)
450 150 150 178901
180590 69 CFC-15(B) 182278
10 CFC-10(A)
450 150 150 205321
213658 81 CFC-10(B) 221996
05 CFC-05(A)
450 150 150 178884
176244 67 CFC-05(B) 173604
Promedio 72
Esta variable tratamiento a la cascarilla con cal agriacutecola obtuvo igualmente que el hidroacutexido de
calcio resultados superiores que la mezcla patroacuten
Este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso paralelamente los porcentajes 05
y 15 son notablemente inferiores
1700
1800
1900
2000
2100
2200
000 050 100 150 200
Maacute
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento cal agriacutecola
Resistenciaa la flexioacutenTestigos
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
120
5514 Promedio resistencia a la flexioacuten de vigas de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea propia)
De acuerdo a los resultados obtenidos en el ensayo de flexioacuten de vigas se determinan los
resultados promedio de los disentildeos de mezcla establecidos teniendo asiacute dos variables que
superan los resultados de las vigas testigo el tratamiento hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola
aunque en el reemplazo del 05 la mezcla patroacuten supera por unas miacutenimas unidades al
tratamiento con cal agriacutecola
El tratamiento con aceite de linaza no supera la variable mezcla patroacuten esta queda por debajo
de los resultados en todos los porcentajes de sustitucioacuten En cuanto al porcentaje de reemplazo
que arrojo mejores resultados para el ensayo de flexioacuten de vigas es 10 esto para las
variables hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola el tratamiento con aceite de linaza se ubica por
debajo de la mezcla patroacuten
58
57
65
68
78
72
69
81
67
68
68
68
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
150 100 050
MaacuteX
Fu
erza
kgf
Porcentaje de reemplazo
Promedio resistencia a la flexioacuten de la viga
Aceite de linaza
Hidroxido decalcio
Cal agricola
Testigos
121
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta
A partir de los resultados obtenidos en los ensayos realizados a los disentildeos de mezclas
planteados se establece en conjunto una relacioacuten comparativa que permite simplificar y tomar
el mejor resultado con las mejores caracteriacutesticas fiacutesicas y mecaacutenicas para lograr realizar dos
prototipos de placas y de disentildeo respectivamente uno con una mezcla resultado de las
mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas y otro con las mejores cualidades fiacutesicas a la vista
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 571
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA 15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilidad
Resistencia
M Rotura
La mezcla con mejores caracteriacutesticas en su comportamiento mecaacutenico para el desarrollo del
prototipo de formaleta es la del tratamiento con hidroacutexido de calcio a pesar de tener resultados
similares con el tratamiento de cal agriacutecola los resultados en especiacutefico son superiores por el
tratamiento con hidroacutexido y el porcentaje con las cifras en promedio maacutes altas es del 10
A partir de estos resultados se utiliza la mezcla con reemplazo al 10 y tratamiento previo a
la cascarilla con hidroacutexido de calcio
Cumple
No cumple
122
Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 572
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA
15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilid
ad
Apariencia
Pigmentacioacute
n
Formaleta
Sortividad
El tratamiento aceite de linaza es utilizado para el prototipo de formaleta porque sus
caracteriacutesticas son superiores en comparacioacuten con las otras dos variables de tratamiento El
tratamiento con cal agriacutecola cumple de forma similar con las caracteriacutesticas fiacutesicas para este
prototipo pero teniendo en cuenta factores como la apariencia particular que dejaron los
resultados de exposicioacuten a la intemperie y ensayo de sortividad el uso de aceite de linaza para
la proteccioacuten de cascarilla es superior a los demaacutes
El tratamiento con aceite de linaza y sustitucioacuten de agregado grueso por fibra vegetal al 10
es utilizado para el desarrollo de prototipo de formaleta
Cumple
No cumple
123
58 Desarrollo de prototipos
Se fabricaron dos prototipos de formaleta uno para el disentildeo de mezcla que cumple con las
caracteriacutesticas fiacutesicas y otro para el disentildeo de mezcla con las caracteriacutesticas mecaacutenicas
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia)
MEZCLAS DE CONCRETO SUSTITUCIOacuteN 10
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
FIacuteSICAS
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
MECAacuteNICAS
Formaleta con poliestireno expandido Formaleta con elementos en balso
Desmolde Desmolde
124
59 Resultados
Prototipo para propiedades fiacutesicas 591
El prototipo de formaleta para explorar las propiedades fiacutesicas se ajustoacute a los requerimientos
del disentildeo de formaleta la copia de textura modelo y pigmentacioacuten se pueden visualizar en el
concreto final haciendo uso de cemento blanco y pigmento color amarillo En este disentildeo no es
observable a simple vista como en el ejercicio experimental las partiacuteculas de cascarilla quizaacutes
esto dependa de la cantidad de cascarilla ya que en este ejercicio se utilizoacute uacutenicamente el 1
de reemplazo
Con menor cantidad de poros los existentes dados en su mayoriacutea a la porosidad de la
formaleta esta mezcla se adaptoacute a los objetivos de esta investigacioacuten el lograr homogeneidad
en la pigmentacioacuten y adherencia a los diferentes prototipos de disentildeo de formaleta
Prototipo para propiedades mecaacutenicas 592
Para este prototipo se hizo uso de cemento gris sin ninguacuten tipo de aditivo colorante De igual
manera que al anterior prototipo este se ajustoacute a los paraacutemetros exigidos al disentildeo de
formaleta con facilidad se pudo retirar del molde se le pudieron retirar los elementos en balso
y en este proceso no hubo dantildeos de filos al contrario copia con exactitud el disentildeo de la
formaleta
125
A pesar de hacer una estricta ejecucioacuten de vibrado para este prototipo teniendo presente lo
sucedido en el ejercicio experimental se obtuvo nuevamente porosidad en esta cara de la
placa en menor cantidad pero siguen presente las burbujas que dificultan en alguna medida a
obtener una superficie maacutes homogeacutenea con menor porosidad
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones
61 Conclusiones
La fibra vegetal cascarilla de cafeacute proveniente de la trilla del grano de cafeacute como reemplazo
del agregado grueso cumple con los paraacutemetros de resistencia para elementos no estructurales
como se planteoacute al inicio de investigacioacuten cumple con las condiciones de trabajabilidad de la
mezcla y acabado oacuteptimo y particular para el desarrollo como concreto arquitectoacutenico
Se tuvo en cuenta la literatura investigaciones anteriores donde las recomendaciones se
basaban en no tener altos porcentajes de sustitucioacuten dado que la resistencia tiende abajar
significativamente y de tal manera conservar la manejabilidad y propiedades mecaacutenicas de la
mezcla
A partir de los anaacutelisis realizados a las placas para evaluar la adherencia al color al estampado
y a la textura se puede concluir que por apariencia aplicar el tratamiento de aceite de linaza a
la cascarilla permite que estas partiacuteculas queden a la vista generando una caracteriacutestica
particular a la visual del concreto para las diferentes aplicaciones arquitectoacutenicas El
tratamiento con cal agriacutecola no genera el mismo efecto en las partiacuteculas de la cascarilla como
lo genera el aceite de linaza sin embargo tuvo una oacuteptima adherencia al color y a los patrones
de disentildeo de formaletas que se establecieron A diferencia del tratamiento con hidroacutexido de
calcio no hubo una homogeneidad en la pigmentacioacuten y al igual que con la cal agriacutecola las
partiacuteculas no son visibles a la cara del concreto como si lo logra el tratamiento con aceite de
linaza sin embargo se adaptoacute de forma oacuteptima a los patrones de formaleta establecidos
126
Se recomienda un buen procedimiento y ejecucioacuten para el vibrado para lograr retirar la mayor
parte de aire contenido en la mezcla y evitar porosidad en la cara principal del concreto como
acabado arquitectoacutenico
El reemplazo que sustituye al agregado grueso por agregado vegetal refleja una disminucioacuten
del peso debido a las caracteriacutesticas propias de la fibra vegetal la reduccioacuten del peso variacutea
entre el 013 y 534 en comparacioacuten con la mezcla patroacuten No hay una variacioacuten notable en
la consistencia de la mezcla por parte de la fibra vegetal y entre la mezcla patroacuten lo que
permite una mezcla manejable sin dificultad conservando los valores de asentamiento
establecidos para el disentildeo de mezcla
Los resultados obtenidos para el ensayo de resistencia a compresioacuten fueron menores con
respecto a la mezcla patroacuten entre el 4853 y 7360 obteniendo un menor desempentildeo para la
sustitucioacuten del 15 y el mejor resultado de resistencia fue el reemplazo del 05 con la
variable tratamiento hidroacutexido de calcio considerando que esta variable fue la que tuvo mejores
resultados con respecto al aceite de linaza y a la cal agriacutecola sin embargo en el porcentaje de
sustitucioacuten 1 la cal agriacutecola supero en resistencia a la compresioacuten al ensayo con hidroacutexido de
calcio del mismo porcentaje
Se puede concluir que los mejores resultados a la resistencia se encuentran entre los
porcentajes 05 y 10
Para el ensayo de sortividad inicial el porcentaje con mayor absorcioacuten con respecto a la
mezcla patroacuten incluso superando a esta es la sustitucioacuten de 05 y el porcentaje con menor
absorcioacuten de agua es la del 10 teniendo en cuenta el tipo de tratamiento que se le dio a la
cascarilla El aceite de linaza fue de entre las tres variables de tratamiento a la cascarilla la que
menos tuvo absorcioacuten de agua se podriacutea decir que debido a sus propiedades repelentes contra
el agua no se facilitoacute la succioacuten por capilaridad del agua en este ensayo El porcentaje y
tratamiento con mayor absorcioacuten de agua fue el 15 con hidroacutexido de calcio superando a
todas las demaacutes variables
Los resultados obtenidos para el ensayo de flexioacuten de vigas son muy oacuteptimos la adicioacuten de
fibra vegetal genera posesividad entre las partiacuteculas la sustitucioacuten del agregado grueso por la
fibra vegetal estaacute por encima delos valores dados por la mezcla patroacuten entre 056 y 1727
127
a excepcioacuten de la mezcla con tratamiento a la fibra con aceite de linaza esta mostroacute resultados
inferiores entre el 47 y 15 Claramente el tratamiento aplicado a la fibra vegetal influye
notoriamente en estos resultados siendo la cal agriacutecola al 10 la que tiene mayor resistencia
a la flexioacuten de vigas
En general se puede decir que realizar mezclas con adicioacuten de la fibra vegetal cascarilla de
cafeacute para el uso y aplicaciones como concreto arquitectoacutenico es posible obteniendo
paraacutemetros de resistencia durabilidad cohesioacuten entre los materiales homogeneidad entre la
pigmentacioacuten los tratamientos efectuados a la cascarilla en relacioacuten a los demaacutes materiales de
la mezcla lo cual se obtiene al igual que con el concreto de agregado convencional siempre
que se lleven a cabo los procedimientos correctamente y un exhaustivo curado
62 Recomendaciones
Se recomienda estudiar el efecto de las variables de tratamiento a la cascarilla de cafeacute a
edades de 7 14 y 56 diacuteas para observar si existe una relacioacuten entre el tiempo de curado y el
proceso de mineralizacioacuten de la fibra asiacute como estudiar el curado con bosa plaacutestica
Teniendo presente los resultados obtenidos y despueacutes de comprobar que el uso del tratamiento
con hidroacutexido de calcio tiene mejores cualidades mecaacutenicas que las otras mezclas y el
tratamiento con aceite de linaza mejores cualidades fiacutesicas se podriacutean realizar un estudio con
las dos variables en una misma mezcla cada una al 05y analizar su comportamiento
Considerando que los resultados para la prueba de sortividad inicial fue optimo uacutenicamente en
la variable de aceite de linaza se recomienda realizar maacutes pruebas de durabilidad y obtener la
sortividad secundaria para determinar si las variables de proteccioacuten a la fibra mejoran la
resistencia frente a todo tipo de agentes externos que afecten la vida de servicio como el
desgaste contaminacioacuten agua luz solar los sulfatos y los aacutecidos
Es importante estudiar el moacutedulo de elasticidad estaacutetico y dinaacutemico del material con el fin de
observar si la adicioacuten en estudio causa una variacioacuten en la influencia y la elasticidad del
concreto con el fin de ampliar las aplicaciones a esta tecnologiacutea
128
Para obtener una menor cantidad de porosidad se recomienda agregar a la mezcla un 5 maacutes
de agua o poner a prueba algunos aditivos que favorezcan su reduccioacuten
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134
8 Anexos
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO
135
82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA
httpswwwcalcocomcowp-contentuploads201809ficha-tecnica-cal-agricola-cales-oct-222pdf
136
83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO
httpwwwcaldelvallecompdfConstruccionFRpdf
137
84 Entrevista
1 DE QUE POBLACIOacuteN ES PROVENIENTE EL CAFEacute Y SU ALTITUD
Para el caso del cafeacute que ingresa a Almacafeacute Sucursal Pasto el 100 del cafeacute corresponde al departamento de Narintildeo generalmente no se separa por municipio o regioacuten sin embargo se hace separacioacuten seguacuten el tipo de cafeacute si es certificado (Rainforest 4C Regional Nespresso AAA) solo en algunos negocios puntuales se puede separar por origen especifico La mayoriacutea de cafeacute de Narintildeo se produce entre los 1600 y 1900 msnm aunque se puede encontrar cafeacute desde los 1100 metros hasta los 2300 metros El promedio de altura es de 1765 msnm En Narintildeo 41 municipios producen cafeacute
2 QUEacute TIPO DE CAFEacute ES
El cisco proviene de trilla de diferentes tipos de cafeacute principalmente cafeacute Regional 4C y Nespresso Pero no se hace separacioacuten del cisco por tipo de cafeacute
3 EN QUE MES SE HACE LA SIEMBRA Y EN QUE MES SE HACE LA COSECHA
Las etapas de cafeacute son Germinador (alrededor de 2 meses) Almacigo (6- 8 meses) y finalmente Siembra en el terreno donde estaraacute por 7 antildeos aprox tiempo al cual se renueva por zoca (cortar tallo principal a 30 cm del suelo de donde brota una nueva planta) o siembra de una nueva planta El mes de siembra del germinador en Narintildeo generalmente es febrero Es decir la plaacutentula de cafeacute se siembra en el lote definitivo entre octubre y noviembre
4 PROPIEDADES GENERALES DE LA TIERRA
ldquoEl Cafeacute de Narintildeo es 100 araacutebicohelliprdquo (es decir las variedades sembradas son de esta especie) ldquohellipsembrado a altas alturas recolectado selectivamente y procesado por la viacutea huacutemeda en las parcelas cafeteras de los productores La ubicacioacuten de Narintildeo en Colombia hace de su zona cafetera un lugar sin duda especial Estas condiciones hacen que en la Zona de Produccioacuten de Cafeacute de Narintildeo se presente una combinacioacuten de factores tales como la radiacioacuten solar de 1666 horas en promedio durante el antildeo los ciclos de lluvia de 1866 miliacutemetros al antildeo y los suelos con alto contenido de materia orgaacutenica que hacen posible el cultivo del cafeacute a grandes alturas y temperaturas en promedio de 199 degC con valores promedio maacuteximo de 259 y miacutenima de 16degC Estos diferentes factores explican que el Cafeacute de Narintildeo se produzca en alturas que alcanzan hasta los 2300 metros sobre el nivel del mar en zonas que presentan en promedio temperaturas bajas comparadas con el resto de zonas cafeteras de Colombia y de buena parte del mundo Producir cafeacute a esta altura podriacutea ser casi imposible si el calor que se acumula durante el diacutea en el fondo de los cantildeones y de los profundos valles no ascendiera en las noches para atenuar el frio de las partes maacutes altas de las montantildeasrdquo Tomado de Cafedecolombiacom En este enlace se puede encontrar toda la informacioacuten sobre los factores agroclimaacuteticos de la regioacuten httpnarinocafedecolombiacomnarino
5 CANTIDAD APROXIMADA DEL AacuteREA DE CULTIVO
138
38400 hectaacutereas sembradas en Narintildeo
6 A TODO TIPO DE CAFEacute SE LE RETIRA LA CASCARILLA Siacute Colombia produce cafeacutes suaves lavados lo que significa que el grano de cafeacute se recolecta en cereza luego en la finca es despulpado (es decir se retira la cascara o cereza) fermentado (para quitar un mucilago o baba que estaacute prendida al pergamino que es la capa siguiente) lavado y secado (hasta que la humedad del cafeacute en pergamino seco esteacute entre 10 y 12) Posterior el productor lo lleva a vender al comercio o cooperativa Luego se consolidan cantidades determinadas que son entregadas a Almacafeacute o alguacuten otro comerciante particular para posterior ser trillado es decir retirar el cisco de la almendra la cual se tuesta para obtener el cafeacute tostado y molido y finalmente la bebida Lo anterior significa que el cisco es necesariamente retirado para poder tostar el cafeacute
7 QUE CANTIDAD APROXIMADA SE RECIBE DE CISCO ANUAL El cisco no se recibe se obtiene del proceso de trilla y depende del volumen de cafeacute pergamino seco asignado para trilla en nuestra trilladora El antildeo pasado se trillaron 3 millones de kilos de cafeacute pergamino y generalmente el de cisco corresponde a un 18 - 20 es decir unos 500000 kilos de cisco en el antildeo anterior Cifras aproximadas
8 QUE REALIZAN CON LAS CASCARILLA QUE USOS TIENE La totalidad del cisco producido se entrega para uso como combustible en silos secadores de cafeacute que tienen los mismos productores (para secar el cafeacute en la finca el productor tiene dos opciones Secado al sol oacute Mecaacutenico es decir en silos que usan combustible como carboacuten coque ACPM gas o cisco) Sin embargo tambieacuten lo usan empresas ladrilleras en los hornos para elaborar ladrillo y tejas de barro Tambieacuten al ser un producto orgaacutenico puede ser incorporado a procesos de elaboracioacuten de abonos orgaacutenicos
9 CUAL ES EL MERCADO QUE MAS SE BENEFICIA DE ESTE RESIDUO Y EL QUE MAYOR DEMANDA TIENE
Los Caficultores y las cooperativas quienes lo usan como combustible Ver punto anterior
10 SE LLEGA A BOTAR ESTE RESIDUO PORQUE RAZOacuteN Anteriormente maacutes de 20 antildeos se usaban en gran medida para abono orgaacutenico pero actualmente su uso es como combustible Es decir no hay registro que se llegaraacute a botar
11 LE DAN ALGUacuteN OTRO USO EN LA EMPRESA
139
Hasta el momento no se incorpora en ninguacuten proceso En alguacuten momento hace maacutes de 20 antildeos se pensaba usar en construccioacuten de planchas para casas con colboacuten o pegamento sin embargo no se llevoacute a cabo el proyecto
12 TRABAJAN CON GRANDES CAFICULTORES O CON PEQUENtildeAS FINCAS O AMBAS
En el departamento el 99 de los caficultores son pequentildeos con un promedio de 098 hectaacutereas Pero no hay ninguacuten tipo de sectorizacioacuten si son grandes medianos o pequentildeos oacutesea se trabaja con todos
13 CUANTO PAGAN POR BULTO (SI ES POSIBLE SABER EL VALOR EXACTO O PROMEDIO)
Un bulto de cisco se vendioacute en promedio en 4600 pesos partiendo de un peso promedio de 60 kilos
14 DEL DEPARTAMENTO DE NARINtildeO QUE PORCENTAJE DE CULTIVOS LLEGAN A ALMACAFEacute
Aproximadamente un 30 a 35 del total de la produccioacuten del departamento Produccioacuten Total del Departamento = 35 millones de kilos tambieacuten aproximado
15 LA MAQUINA TRILLADORA FUNCIONA A GASOLINA O ES ELEacuteCTRICA QUE CONSUMO PROMEDIO TIENE
Eleacutectrica aunque tiene una planta a gasolina que funciona cuando no hay suministro de electricidad La maacutequina trilladora como tal se llama Apolo 4 y funciona con un motor de 100 HP tiene un consumo aproximado de 300Kvahora pero todo el sistema de trilla que incluye recibo de pergamino trilla monitor de almendra mesas densimeacutetricas electroacutenicas de color y ensaque puede tener consumir promedio 500 Kvahora
16 QUE POSICIOacuteN TIENE NUESTRO CAFEacute A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL El cafeacute colombiano y en especial el cafeacute de Narintildeo tienen una excelente calidad que lo ha posicionado como uno de los mejores del mundo Colombia ocupa el primer lugar en produccioacuten de Cafeacutes Suaves Lavados y es el tercer productor mundial de cafeacute despueacutes de Brasil y Vietnam
17 A QUE LUGARES ES EXPORTADO Los destinos principales de exportacioacuten son EEUU Europa y Japoacuten
18 A ESCUCHADO O LE HAN SOLICITADO ALGUacuteN RESIDUO DEL CAFEacute PARA ALGUacuteN TEMA RELACIONADO CON LA CONSTRUCCIOacuteN O PARA CREAR UN NUEVO MATERIAL
140
Solicitudes no pero si he visto y escuchado sobre el uso del residuo de la preparacioacuten de la bebida para elaborar artesaniacuteas e incluso ropa Hablo de la borra o Cuncho
19 CUAacuteL ES SU OPINIOacuteN ACERCA DEL DESARROLLO DE ESTA INVESTIGACIOacuteN No habiacutea escuchado antes sobre este tipo de investigacioacuten uacutenicamente la de elaborar planchas de casas en conjunto con pegamento lo cual me comentaron justo para responder esta encuesta Considero muy vaacutelida este tipo de propuestas de innovacioacuten en la medida que sea validada desde lo comercial se tendraacute que analizar el costo dado que el cisco es muy necesario para el caficultor en el secado del grano y al momento de competir con el mercado de la construccioacuten seguramente se elevaraacute el precio del mismo Manuel Fernando Pentildea Jefe de Operaciones Almacafeacute Pasto (2017)
Contenido X
58 Desarrollo de prototipos 123 59 Resultados 124
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones 125
61 Conclusiones 125 62 Recomendaciones 127
7 Bibliografiacutea 128
8 Anexos 134
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO 134 82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA 135 83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO 136 84 Entrevista 137
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 121 571 Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 122 572
Prototipo para propiedades fiacutesicas 124 591 Prototipo para propiedades mecaacutenicas 124 592
Resumen XI
Resumen
Evolucionar transformar y potencializar un material basados en los tres ejes de sostenibilidad
medio ambiente y socio-econoacutemico Se ha convertido en los uacuteltimos antildeos en un desafiacuteo para el
sector de la construccioacuten y sin duda alguna el mejor camino para entender el dantildeo generado
con el desmedido e inconsciente uso de los recursos naturales El uso de residuos orgaacutenicos
renovables es un tema que se ha ido imponiendo en la industria de la construccioacuten a nivel
global aprovechando los residuos o componentes de las materias primas que tienen mayor
productividad
En Colombia la cascarilla de cafeacute es uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran
industria cafetera Esta fibra vegetal se encuentra potencializada por su composicioacuten quiacutemica
en este caso el Silicio componente mineral que aporta la resistencia en el concreto como lo
hace el cemento
En esta investigacioacuten se presenta el disentildeo de mezcla de concreto a la cual se realizan las
respectivas pruebas para identificar las caracteriacutesticas fiacutesicas potenciales aplicables en la
arquitectura El resultado de la mezcla se implementaraacute en prototipos de encofrados y
estampados que permitan el anaacutelisis del material ante su manejabilidad y adherencia al
prototipo arquitectoacutenico al que se exponga esto con el fin de lograr trabajar al tiempo
resistencia exposicioacuten al medio exterior sostenibilidad y disentildeo A su vez se aplican pigmentos
para valorar adherencia y comportamiento con el color
Palabras clave concreto sostenibilidad fibra vegetal cafeacute pigmentos texturas
Abstract XII
Abstract
Evolve transform and strengthen a material based on the three axes of sustainability
environment and socio-economic In recent years it has become a challenge for the
construction sector and without a doubt the best way to understand the damage caused by the
excessive and unconscious use of natural resources The use of renewable organic waste is an
issue that has been imposed in the construction industry globally taking advantage of the
chalks or components of the raw materials that have higher productivity
In Colombia the coffee husk is one of the organic residues left by the large coffee industry This
vegetable fiber is potentiated by its chemical composition in this case silicon a mineral
component that provides strength in concrete as cement does
In this research the concrete mix design is presented to which the respective tests are carried
out to identify the potential physical characteristics applicable in the architecture The result of
the mixture will be implemented in prototypes of formwork and prints which allow the analysis
of the material before its manageability and adherence to the architectural prototype to which it
is exposed this in order to achieve work at the time resistance exposure to the environment
exterior sustainability and design In turn pigments are applied to assess adherence and
behavior with color
Key words concrete sustainability vegetable fiber coffee pigments textures
Listado de Ilustraciones XIII
Listado de Ilustraciones
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016) 30
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz
2017) 30
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014) 33
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 42
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras
(Carvajal 2015) 51
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado 62
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia) 63
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla 64
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005) 64
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades
de Glucosa)(Coffea 2005) 66
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia) 72
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia) 87
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia) 88
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia) 94
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia) 95
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia) 96
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia) 102
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia) 114
Listado de Tablas XVI
Lista de Tablas
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012) 21
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014) 33
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)34
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014) 34
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014) 34
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et
al 2014) 34
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012) 36
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus
materiales de desperdicio(Garcia amp Olaya 2011) 37
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015) 39
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd) 45
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017) 46
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007) 47
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) 49
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018) 53
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010) 54
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010) 59
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia
2010) 61
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 65
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011) 65
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)70
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013) 73
Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia) 76
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia) 76
Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)77
Contenido IX
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia) 77
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia) 78
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia) 80
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001) 81
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001) 82
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten
2001) 82
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la
desviacioacuten estaacutendar 82
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto
(adaptada del ACI 2111 y del ACI 2113) 83
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia) 83
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto
(autoriacutea propia) 84
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia) 84
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia) 84
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia) 86
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 86
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 89
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia) 90
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia) 91
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia) 92
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 93
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)96
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 96
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 97
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 97
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 98
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 99
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia) 100
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Contenido IX
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 104
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 105
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 106
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 107
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 108
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 109
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 110
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 111
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia) 115
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia) 115
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia) 115
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia) 116
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
117
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
118
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia) 119
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia) 121
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia) 122
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia) 123
Lista de graficas XVII
Lista de Graficas
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)78
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia) 79
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia) 80
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia) 94
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 98
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 99
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia) 100
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia) 101
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) 103
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia) 104
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia) 105
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia) 106
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia) 107
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia) 108
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia) 109
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia) 110
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia) 111
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia) 112
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia) 113
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo) 116
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 117
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 117
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 118
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa digital del ensayo) 118
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) 119
Listado de graficas XVIII
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea
propia) 120
1 Capiacutetulo Lineamientos 19
19
1 Capiacutetulo Lineamientos
11 Introduccioacuten
Encontrar un punto de equilibrio entre la sostenibilidad en la arquitectura y el satisfacer
nuestras necesidades es un reto a asumir No podemos recuperar muchos de los recursos
naturales que la industria de la construccioacuten ha llevado consigo pero asiacute como la tecnologiacutea ha
evolucionado para muchos campos del consumismo tambieacuten ha evolucionado para permitirnos
encontrar soluciones con el fin de no prolongar los dantildeos ya efectuados
En la construccioacuten estamos llamados a aportar iniciativas para el desarrollo sostenible a
nuestros diacuteas ya podemos predecir con queacute recursos naturales contaraacute la siguiente generacioacuten
a corto plazo seguacuten Fernaacutendez y Rodriacuteguez (2010) como lo reafirma (Bedoya 2011) ldquosiacute los
actuales patrones no cambian la expansioacuten de la construccioacuten destruiraacute (hellip) haacutebitats naturales
y vida salvaje en maacutes de un 70 de la superficie de la tierra para 2032rdquo Teniendo a la mano y
a disponibilidad todos estos balances conocimientos predicciones cientiacuteficas y variedad de
anaacutelisis medio ambientales es casi un deber del constructor y proyectista motivar e incentivar
el desarrollo de nuevas teacutecnicas y materiales que le den prioridad a la conservacioacuten y cuidado
del planeta siendo que este campo es uno de los directamente responsables de la afectacioacuten
ambiental debemos ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo (Manzini amp Bigues 2000)
Los residuos orgaacutenicos son auacuten en muchas empresas y lugares de desarrollo un problema
ambiental y econoacutemico puesto que a pesar de que los subproductos que se generan se tratan
de aprovechar al maacuteximo es tan alta la cantidad que las empresas recurren a destinar un fondo
aparte para poder desarrollar nuevos equipos y teacutecnicas para darle un destino final a estos
residuos Entre estos estaacuten
Vertederos Incineracioacuten Compostaje y digestioacuten anaerobia
20
Tratamiento mecaacutenico bioloacutegico Pirolisis y gasificacioacuten (ldquoManejo de Desechos Agroindustrialesrdquo 2015)
Es asiacute como para las industrias es una perdida no solo econoacutemica tener que asumir costos
para el proceso final de los subproductos sino tambieacuten una perdida en los tiempos destinados
a este tratamiento
Somos un paiacutes rico en variedad de cultivos dado a su localizacioacuten geograacutefica tenemos todos
los pisos teacutermicos que nos permiten aprovechar las propiedades de la tierra generando un alto
desarrollo en la agroindustria Algunas empresas logran hacer un alto y buen uso de los
subproductos que se les generan usando estos materiales como biocombustibles abonos para
el cultivo de sus tierras alimentos para sus animales entre otros
La cascarilla de cafeacute es el residuo vegetal para la propuesta de esta investigacioacuten es el
agregado adicional que se estudioacute en el disentildeo de la mezcla con el concreto siendo que este
residuo hace parte de la industria del cafeacute la maacutes sobresaliente del paiacutes ocupando el tercer
puesto como mayor productor del mundo y el primero en cafeacute araacutebico suave lavado (Sierra
2014) y partiendo de esta alta produccioacuten la cascarilla de cafeacute o cisco es el residuo que
posee ademaacutes propiedades oacuteptimas que la convierten en un agregado liviano con un
porcentaje de silicio del 15 en su composicioacuten quiacutemica asiacute considerados para poder realizar
este planteamiento investigativo (Garcia amp Olaya 2011)
Sin ser ajenos ante esta situacioacuten se proyecta una investigacioacuten que iraacute ligada al uso de
residuos vegetales y al disentildeo del concreto arquitectoacutenico esto con el fin de enfatizar que crear
propuestas ambientales no limita las caracteriacutesticas de un material en este caso el concreto y
que al contrario potencializa sus propiedades y brinda al mercado mayores opciones de uso e
implementacioacuten
21
Algunas industrias hacen uso de estos residuos como abonos para uso en sus mismas tierras
como biocombustibles para sus fincas o maquinas procesadoras o como consumo animal si
esto pasase en la mayoriacutea de la industria y con la totalidad de la materia prima despueacutes de su
procesamiento aparte de traer beneficios ambientales tambieacuten traeriacutea beneficios econoacutemicos
En el proceso de industrializacioacuten del cafeacute solamente se aprovecha el 5 del peso del fruto
fresco en la preparacioacuten de la bebida el restante como la pulpa el cisco el tallo la borra
quedan como residuo de la materia prima representando el 95 Almacafeacute en uno de sus
informes de sostenibilidad del antildeo 2012 nos describe la cantidad de toneladas de residuos que
genera la industria del cafeacute y el Cisco que es la cascarilla del cafeacute estaacute entre los tipos de
residuos soacutelidos aprovechables catalogado asiacute por la misma industria quienes crearon un
manejo de residuos daacutendoles uso en su misma planta de produccioacuten como generadores de
energiacutea (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
Sin embargo en una tesis de investigacioacuten de la Universidad Nacional de Colombia sede
Medelliacuten sobre la combustioacuten de Peacutelet de Cisco de cafeacute el aprovechamiento de los residuos
agroindustriales implica grandes retos y altas inversiones en transporte cuando su disposicioacuten
final no es ldquoin siturdquo esto sumado a que estos materiales poseen bajos poderes caloriacuteficos en
comparacioacuten con otros combustibles de origen foacutesil y no se disponen de tecnologiacuteas que
permitan garantizar una combustioacuten apropiada lo cual conlleva a que las plantas utilicen
combustibles foacutesiles que garanticen la energiacutea requerida para sus procesos originando un
consumo de combustibles adicional y elevando los costos de produccioacuten (Manrique Waldo
2018)
Tabla 1 (ldquoLa Sostenibilidad un desafiacuteo desde la semilla a la tazardquo 2012)
22
Lograr disentildear una mezcla idoacutenea de concreto con la cascarilla de cafeacute en construccioacuten implica
el desarrollar planes de manejo ambiental para implementarlos en el concreto arquitectoacutenico
aprovechando la gran produccioacuten agroindustrial que se da en este Paiacutes ldquoLas cifras del
Ministerio de Vivienda dan cuenta de un crecimiento de 102 en el PIB de construccioacuten
durante el segundo trimestre del 2014 en comparacioacuten con el mismo periodo del antildeo pasado
Las obras civiles son las que maacutes han tenido que ver en el aumento de ese PIB pues crecieron
176 seguidas por el sector de edificaciones con un 14rdquo (Medina 2014)
A partir de estos elementos se considera que la propuesta del disentildeo de mezcla de concreto
con residuos vegetales cumpliraacute dos aportes muy positivos al campo de la construccioacuten uno de
ellos es ser un material que retribuya al medio ambiente generando una nueva visioacuten de
optimizacioacuten en nuestro paiacutes y segundo es considerar que este material cuenta con las
caracteriacutesticas idoacuteneas para ser trabajado como concreto arquitectoacutenico lo que permite al
disentildeador y al constructor idear proyectar y trabajar con la misma o mejor facilidad que con un
concreto convencional Se podriacutea hablar del desarrollo de un ldquoconcreto de alto desempentildeordquo
(Salcedo Barrera 2006) en donde ldquocualquier concreto que satisfaga criterios propuestos para
sobrepasar las limitaciones de un concreto convencional puede ser llamado concreto de alto
desempentildeordquo (FHWA 1994)
La mezcla obtenida del concreto con agregado de cascarilla de cafeacute se dispondraacute en el trabajo
de acabados pigmentacioacuten estampado y encofrado Lo positivo del uso de estas teacutecnicas es la
posibilidad de crear variabilidad y seguridad dotar al material de caracteriacutesticas que se puedan
determinar desde el proceso de su produccioacuten hasta el momento de su implementacioacuten en
armoniacutea con la naturaleza y aprovechando al maacuteximo los residuos vegetales en este caso los
de la agroindustria cafetera
12 Planteamiento del problema
Se sabe que la industria de la construccioacuten es uno de los mayores generadores de
contaminacioacuten y consumidor de recursos naturales no renovables tal como lo cita (Cabello
2008) tomado de (Anink Boonstra amp Mank 1996) en teacuterminos estadiacutesticos se puede decir
que el sector de la construccioacuten es responsable del 50 de los recursos naturales empleados
del 40 de la energiacutea consumida (incluyendo la energiacutea en uso) y del 50 del total de residuos
generados Si bien es cierto que el procesado de materias primas y la fabricacioacuten de los
23
materiales generan un alto coste energeacutetico y medioambiental no es menos cierto que la
experiencia ha puesto de relieve que no resulta faacutecil cambiar el actual sistema de construccioacuten
y la utilizacioacuten irracional de los recursos naturales donde las prioridades de reciclaje
reutilizacioacuten y recuperacioacuten de materiales brillan por su ausencia frente a la tendencia
tradicional de la extraccioacuten de materias naturales Por ello se hace necesario reconsiderar esta
preocupante situacioacuten de crisis ambiental buscando la utilizacioacuten racional de materiales que
cumplan sus funciones sin menoscabo del medio ambiente (Cabello 2008)
Resulta al tiempo contradictorio que el campo de la construccioacuten tenga como fin buscar el
confort humano satisfaciendo sus necesidades tanto habitables como de viacuteas de
comunicacioacuten y que no se tenga como prioridad cuidar o usar de manera maacutes racional los
recursos naturales siendo estos los que proveen la vida y los que permiten llevar a cabo esas
construcciones que ayudan a mitigar las necesidades del ser humano
La visioacuten de la generacioacuten de residuos soacutelidos derivada del consumismo actual ha sido
entendida como una problemaacutetica ambiental ademaacutes de ser un factor influyente y determinante
en la salud puacuteblica la creacioacuten ademaacutes de la adaptacioacuten de estrategias ya existentes para el
manejo de residuos soacutelidos se convierte en la alternativa de solucioacuten a dicho problema dado
que ataca todas las consecuencias devastadoras del mal manejo de los residuos soacutelidos y
ademaacutes se convierte en una posibilidad de negocio al comercializar los subproductos
derivados de estos procesos (Agudelo 2012)
Tenemos gran variedad de residuos orgaacutenicos e inorgaacutenicos y muchos de estos al verse
como desecho ldquoinuacutetilrdquo son quemados vertidos en fuentes fluviales o en vertederos de basura
generando acumulaciones de agentes contaminantes No obstante ldquoampliando ya la visioacuten
ecoloacutegica del siglo XXI algunas empresas o fabricas hacen uso de estos residuos como
generadores de energiacuteardquo (Manejo de Desechos Agroindustriales2015)
Sin embargo la visioacuten ecoloacutegica en la que la construccioacuten debe estar sumergida no es del todo
implementada para ello debe innovarse en materiales que ofrezcan las mismas o mejores
caracteriacutesticas para poder hacer uso de ellos en forma confiada y masiva ya que un alto
porcentaje de la industria de la construccioacuten es ajena al concepto acutesostenibilidad ambientalacute
24
En Colombia existen empresas que estaacuten intentando implementar metodologiacuteas y teacutecnicas para
la reutilizacioacuten de residuos orgaacutenicos La adecuada disposicioacuten final de residuos
agroindustriales es apremiante debido a que se producen en gran cantidad pero la mayoriacutea son
llevados al relleno sanitario sin considerar que existen otras posibilidades de aplicacioacuten y que
pueden generar grandes valores econoacutemicos Los gastos de la disposicioacuten de los residuos y el
impacto ambiental pueden reducirse si se logra emplear teacutecnicas de valorizacioacuten esto quiere
decir que si se logran tener adecuados tratamientos las empresas podriacutean multiplicar el valor
de los subproductos (Yepes Naranjo amp Saacutenchez 2008)
Con estos puntos planteados es importante preguntarse iquestCoacutemo hacer del concreto un
material a partir de residuos orgaacutenicos vegetales que genere una progresiva visioacuten sostenible
en la construccioacuten y que sea esteacuteticamente un potencial en el disentildeo El sustituir parte de los
agregados de un material convencional a uno que aporte al medio ambiente y lograr
implementarlo en la construccioacuten como material oacuteptimo para quien lo implemente es obtener
un material innovador que aporta no solo como idea si no como parte de nuevas praacutecticas
constructivas sustentables
13 Objetivos
Objetivo general 131
Evaluar las propiedades y comportamientos fiacutesicos del concreto con agregados orgaacutenicos como
la cascarilla de cafeacute uno de los residuos orgaacutenicos que deja la gran industria cafetera en
Colombia y establecer las posibilidades ante el uso de textura y color
Objetivos especiacuteficos 132
- Identificar las investigaciones realizadas acerca del concreto aligerado con cascarilla de
cafeacute estableciendo sus propiedades generales
- Caracterizar el material orgaacutenico (Cascarilla de cafeacute) que va a ser sustituido por
porcentajes determinados del agregado grueso del concreto
25
- Establecer un disentildeo de mezcla con base en las investigaciones realizadas y comprobar
sus propiedades fiacutesicas
- Determinar las alternativas de textura a traveacutes de prototipos de formaletas que puedan
implementarse en ese tipo de concreto
- Realizar valoraciones acerca de las variaciones del comportamiento del concreto
expuesto al exterior con el uso de pigmentos
14 Justificacioacuten
La industria de la construccioacuten es uno de los principales actores responsables en el cambio y
aumento de niveles de contaminacioacuten ambiental es una industria que necesita para su
desarrollo hacer uso de recursos naturales no renovables dejando a su paso acumulacioacuten de
desechos escombros de obra una mezcla de agentes contaminantes que degradan de
manera progresiva el medio natural pero las industrias como la agronomiacutea son otro gran factor
de contaminacioacuten directa a este medio se hace uso de la materia prima acuteuacutetilacute y los residuos
son en un alto porcentaje quemados desechados en riacuteos o retirados a espacios como
vertederos de basuras volvieacutendolos unos participes maacutes de la contaminacioacuten Hay que
destacar que ldquoel debate sobre la sostenibilidad no se produce en el campo especiacutefico de la
edificacioacuten sino en el de la economiacutea y otras ciencias sociales Su transposicioacuten a la
edificacioacuten exige un entramado teoacuterico capaz de trasladar demandas enunciadas en campos
ajenos (hellip) hacia el campo de los conocimientos habilidades y procesos que permiten
desarrollar y enunciar un proyecto de edificacioacutenrdquo (Monterotti 2013)
La buacutesqueda de implementar normas y leyes para contrarrestar los abusos que se le hacen a
los recursos vienen desde la deacutecada de los 80 eacutepoca en la que surge la preocupacioacuten por
impacto que produce llevar a cabo la construccioacuten de un edificio y sus materiales sobre el
ambiente Desde el antildeo 2000 el nuacutemero de meacutetodos para la evaluacioacuten medioambiental se ha
multiplicado considerablemente en el mundo BREEAM (BRE Environmental Assessment
Method) fue el primer sistema (desarrollado en 1990) que ofrecioacute un meacutetodo de etiquetado de
edificios aunque LEED (Leadership in Energy and Environmental Desing) es el de mayor
implantacioacuten en el mercado de grandes edificios (Maciacuteas amp Garciacutea Navarro 2010)
26
En Colombia no existen como tal leyes enfocadas exclusivamente al control de recursos de los
que hace uso la industria de la construccioacuten existen algunas normativas y artiacuteculos que se
derivan de un encabezado no especifico en el tema y existen tambieacuten los denominados
manuales pero realmente no hay entidades que fundamenten la importancia de un control una
base de enumeradas restricciones en la fabricacioacuten de materiales y su impacto negativo al
medio ambiente
En el antildeo 2016 se hizo puacuteblico la nueva reglamentacioacuten de construccioacuten sostenible en el paiacutes
ldquoEn Latinoameacuterica Colombia es pionero en comprometerse con la transformacioacuten hacia el
desarrollo sostenible La norma que es obligatoria a partir de junio de 2016 establece
porcentajes de ahorro en agua y energiacutea que permitan reducir los costos de los usuarios en
pagos de servicios puacuteblicosrdquo (Ministro de Vivienda Luis Felipe Henao) El objetivo de esta
reglamentacioacuten es lograr ahorros de hasta el 45 en el consumo de agua y energiacutea mediante
la incorporacioacuten de paraacutemetros de sostenibilidad ambiental en el disentildeo y construccioacuten de las
nuevas edificaciones que se construyan en el paiacutes (MINVIVIENDA 2015) Se consultoacute al
Ingeniero Alejandro Vaacutesquez especialista en construccioacuten sostenible de la universidad EAFIT
acerca de esta nueva norma y sentildeala que el mayor objetivo es el ahorro de recursos hiacutedricos y
energeacuteticos al igual que reducir las emisiones de gases de efecto invernadero pero esta norma
no trae apartes especiacuteficos sobre el uso de materiales debido a que se centra en temas de
eficiencia energeacutetica e hiacutedrica pero si habla de la necesidad de usar materiales de
construccioacuten de baja energiacutea embebida (hellip)(ARGOS 2015)
En este sentido se entiende la importancia la vitalidad de propulsar e imponer el cambio desde
la fabricacioacuten de los materiales que se utilizaran en obra los elementos tenidos en cuenta para
la expedicioacuten del nuevo reglamento fue entender que teniendo un sector que construye
anualmente cerca de 30 millones de metros cuadrados en vivienda y edificaciones no
residenciales que articula a maacutes de 28 sectores productivos de la economiacutea y que emplea a
maacutes de 34 millones de personas es necesario mantener un proceder reglamentario cauteloso
para no poner en riesgo la promocioacuten de proyectos constructivos ya que son los que soportan
la economiacutea (CAMACOL 2015) asiacute que el enfoque sostenible al que se hace referencia esta
normativa estaacute en un segundo plano y la economiacutea se veriacutea directamente afectada si se
impone la idea de usar en menor medida los residuos naturales o proponer estudios para
reemplazarlos
27
Desde el aspecto ecoloacutegico tiene una gran ventaja la industria agronoacutemica por el basto grado
de residuos orgaacutenicos que genera en la produccioacuten En tal sentido se proyecta a provechar el
denominado cisco la cascarilla de cafeacute con la finalidad de aprovechar este sobrante siendo
Colombia el segundo productor mundial de este fruto y por el potencial de este residuo como
fibra vegetal al presentar propiedades que la hacen oacuteptima para ser utilizada como agregado
liviano en el concreto En Colombia ha tenido un uacutenico uso servir de combustible para
alimentar hornos (Rathinavelu amp Graziosi 2005)
Es el concreto el material de mayor uso en la construccioacuten es el material que maacutes se debe
experimentar para proporcionar alternativas ecoloacutegicas y de uso Para potencializar este
material no uacutenicamente en su composicioacuten con los residuos orgaacutenicos sino que tambieacuten se
buscara alternativas en su esteacutetica en la variabilidad de sus aplicaciones
El aspecto esteacutetico de las obras cobra cada vez mayor relevancia y los elementos de concreto
arquitectoacutenico ndashelaborados in situ o prefabricados- marcan una etapa importante en la
evolucioacuten de la arquitectura contemporaacutenea al brindar caracteriacutesticas de increiacuteble versatilidad
Ademaacutes del concreto ninguacuten material de construccioacuten moderno puede asumir con tanta
facilidad las formas colores y texturas (Pesquer 2013) Se han realizado cantidad de
investigaciones y avances tecnoloacutegicos sin embargo en esta aeacuterea la aplicacioacuten de concretos
arquitectoacutenicos es muy deficiente (dependiendo de la obra) en lo esteacutetico o lo mecaacutenico pero
no se trabaja unificando estas dos caracteriacutesticas sabiendo que el concepto de concreto
arquitectoacutenico tiene como finalidad estas aportaciones como unidad
En tal razoacuten se busca crear alternativas ideas innovadoras y el implementar un material
ecoloacutegico donde el uso de estas teacutecnicas favorezca el campo constructivo el econoacutemico
variedad en el mercado y en el disentildeo puesto que al conectar el eacutexito de las empresas con los
avances de la sociedad se abren muchas formas de atender a nuevas necesidades ganar
eficiencia crear diferenciacioacuten y expandir mercados (Porter amp Kramer 2011)
2 Marco Teoacuterico 28
2 Capiacutetulo Marco teoacuterico
La evaluacioacuten del impacto ambiental que genera la fabricacioacuten de materiales de construccioacuten
es bastante escasa ante esa situacioacuten algunos paiacuteses han creado mecanismos muy baacutesicos
que permitan dar algunas pautas para el uso adecuado de estos pero encontrar
especiacuteficamente los efectos secundarios que causa su produccioacuten es muy complejo
imponiendo la idea de crear y modificar materiales con un completo estudio en el aacutembito
ecoloacutegico y constructivo Se debe ldquohellip superar la cultura de la emergencia para entrar en la de la
sostenibilidad entendida en sentido positivo como una actuacioacuten oportuna en el tiempo a fin
de facilitar medidas capaces para prevenir los problemashelliprdquo(Manzini amp Bigues 2000)
Los responsables de la Organizacioacuten de las Naciones Unidas para la Agricultura y la
Alimentacioacuten (FAO) ofrecen varias razones para promocionar los productos naturales como lo
son las fibras subproductos de los residuos orgaacutenicos La produccioacuten implica una fuente alta
de ingresos econoacutemicos para el campo de la agroindustria y este valor econoacutemico es maacutes
sobresaliente en paiacuteses en desarrollo donde puede alcanzar en algunos casos hasta la mitad
de las exportaciones En cuanto a las ventajas que producen para el medio ambiente y la salud
la utilizacioacuten de forma sostenible de fibras obtenidas de residuos orgaacutenicos proporcionan un
recurso natural y renovable en tiempos cortos a diferencia de lo que es hacer uso de fibras
sinteacuteticas las cuales son obtenidas de sustancias derivadas del petroacuteleo (Muerza 2009)
El uso de fibras naturales de residuos orgaacutenicos es una ventaja muy alta para el campo de la
construccioacuten es aprovechar las ventajas de la tecnologiacutea los estudios que estaacuten a nuestro
alcance y poder hacer nuevas propuestas en pro de un detenimiento del excesivo uso de
recursos naturales
29
21 Impacto ambiental por extraccioacuten de material de arrastre
La explotacioacuten minera en Colombia para la extraccioacuten del material de arrastre grava y arena
entre otros es uno de los principales protagonistas en este flagelo del dantildeo ambiental frente a
las diferentes praacutecticas requeridas para tal fin Son innumerables y praacutecticamente irreversibles
los dantildeos a los que deben enfrentarse los recursos a falta de control y equilibrio tanto es su
explotacioacuten como en el tiempo para su recuperacioacuten
El impacto ambiental que genera la actividad minera es grande la huella que deja en el
ambiente incide en los recursos hiacutedricos geoloacutegicos bioloacutegicos atmosfeacutericos y socio ndash
econoacutemicos Algunas de esas consecuencias son reversibles pero otras irremediablemente
no pueden evitarse En el recurso hiacutedrico la mineriacutea a cielo abierto por ejemplo causa
contaminacioacuten de los cuerpos de agua por residuos soacutelidos y vertimientos domeacutesticos e
industriales relacionados con la actividad minera lo que aumenta el contenido de los
sedimentos y se ocasiona desviacioacuten de los cauces de los riacuteos que generan inundaciones
transformacioacuten del paisaje y la perdida de cultivos En el campo geoloacutegico se producen
cambios topograacuteficos y geomorfoloacutegicos debido a la remocioacuten de las capas superficiales del
terreno (Redaccioacuten El Tiempo 1995)
Minerales que se explotan en Colombia
- Carboacuten quinto mayor exportador mundial
- Metales y piedras preciosas oro plata y esmeraldas que son reconocidas en todo el mundo
por su calidad y belleza
- Minerales metaacutelicos niacutequel cobre hierro manganeso plomo zinc y titanio
- Minerales no metaacutelicos sal terrestre sal marina gravas arenas arcillas caliza azufre barita
asbesto entre otros
En el 2015 la titularidad minera inscrita en el Registro Minero Nacional es de 9291 36
correspondiacutean a materiales de construccioacuten (el mayor porcentaje de los tiacutetulos otorgados en el
30
paiacutes) 25 a los metales preciosos principalmente oro 17 al carboacuten y 23 a otros minerales
(arcillas cuarzo hierro esmeralda sal siacutelice yeso etc) Ademaacutes el 46 se encuentran en
etapa de exploracioacuten el 31 en etapa de construccioacuten y montaje y el 23 en etapa de
explotacioacuten (Ministerio de Minas 2016)
Con respecto a los minerales maacutes explotados en la pequentildea mineriacutea se destacan que son
piedras preciosas (2) carboacuten (15) oro (30) y minerales de construccioacuten (53) (Ortiz
2017)
Ilustracioacuten 1 Tiacutetulos mineros inscritos en el Registro Minero (Ministerio de Minas 2016)
Ilustracioacuten 2 Proporcioacuten de los tipos de materiales explotados en la pequentildea mineriacutea(Ortiz 2017)
Pequentildeas minas ilegales
Tipo de material
31
22 Antecedentes teoacutericos
Durante los uacuteltimos antildeos los resultados de las investigaciones en el tema del uso de fibras
naturales en concretos en este caso el uso de cascarilla de cafeacute hacen eacutenfasis en el impacto
que genera de forma positiva el uso de fibras naturales tanto en la reduccioacuten de gasto de
recursos medioambientales como el factor econoacutemico en la construccioacuten Se pondraacuten a
continuacioacuten en manifiesto las investigaciones y sus alcances donde los grupos de trabajo e
investigadores dejan en evidencia los ensayos y pruebas que dan a conocer un nuevo punto de
vista y un resultado viable para las innovaciones en materia de construccioacuten y la sostenibilidad
ldquoLos bloques con cascarilla de cafeacute presentaron mayor resistencia que los mismos hechos con
cascarilla de cafeacute molida esto es debido a que sus partiacuteculas son maacutes pequentildeas y por lo tanto
necesitan de mayor cantidad de cemento para ser cubiertas Seguacuten los datos obtenidos en el
anaacutelisis de resistencia a la compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje
de cascarilla tienen las menores resistenciasrdquo (Mercado 2012)
ldquoLa falta de materiales de construccioacuten que sean accesibles y autosustentables provocan la
escasez de vivienda digna en Meacutexico Por otro lado en zonas cafetaleras de Meacutexico el
desecho del cafeacute (la cereza o cascarilla) alcanza a ser de una tonelada anual lo cual genera
desperdicio que podriacutea ser utilizado para la construccioacutenrdquo (Cantu et al 2014)
Lo que maacutes ha impulsado a la innovacioacuten de nuevos materiales en nuestros tiempos es
inicialmente los costos tan elevados que conlleva el campo de la construccioacuten es una idea auacuten
dominante y en segunda instancia el impacto ambiental que estaacute dejando la utilizacioacuten de
recursos naturales para el desarrollo de estos materiales con iniciativas como la utilizacioacuten de
residuos tanto orgaacutenicos como inorgaacutenicos se han generado grandes iniciativas a favor del
ambiente y la reduccioacuten de elevados costos
El Mercado Central de Buenos Aires intenta buscar formas de reciclar residuos orgaacutenicos es
asiacute como Fabiaacuten Dragone presidente de la Corporacioacuten del Mercado Central afirma ldquoEn el
futuro cada uno va a tener que hacerse cargo de sus residuosrdquo Es asiacute como impulsando el
reciclado de residuos para fabricar materiales de construccioacuten desean volver inerte el material
32
orgaacutenico para de esta manera reconvertirlo en baldosas o bloques para la construccioacuten
(INFOREGIOacuteN 2007)
Actualmente los costos de materiales de construccioacuten de vivienda son altos y cada diacutea tienden
a incrementarse Ante esta problemaacutetica se plantea como una manera de contribuir a su
solucioacuten el analizar y proponer nuevas alternativas de materias primas en la construccioacuten que
permitan obtener una reduccioacuten en los costos con el cumplimiento de las normas y
especificaciones de resistencia y seguridad (Roque amp Medrano 2012)
Antecedentes internacionales 221
- Cantu Mariza Maciel Mariana Mangino Marisuacute Planas Alejandra Romero Carolina
Saacutenchez Rociacuteo (Cantu et al 2014) Investigacioacuten realizada en la Universidad
Autoacutenoma de Meacutexico tiene como objetivo desarrollar una propuesta de un material de
construccioacuten ecoloacutegico para las comunidades cafetales de Meacutexico Los materiales
principales fueron cereza de cafeacute caneacutefora silicato de sodio y carbonato de calcio Las
pruebas a realizar fueron base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo base de
ladrillos con cascarilla de cafeacute entera absorcioacuten presioacuten maacutexima sostenida por cada
ladrillo en la prueba de compresioacuten prueba de absorcioacuten prueba de combustioacuten y
prueba de resistencia
33
Tabla 2 Pruebas 1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de
cafeacute
Carbonato de
calcio
65gr
10gr
625gr
75gr
60gr
5gr
577gr
25gr
Esta base fue combinada con el silicato de sodio como se muestra en la siguiente tabla
Ilustracioacuten 3 Procedimiento Coffee Block(Cantu et al 2014)
34
Tabla 3 Pruebas1 Base de ladrillos con cascarilla de cafeacute en polvo (Cantu et al 2014)
COMPOSICIOacuteN 1 2 3 4
Silicato de sodio
Base
100gr
25gr
100gr
134gr
100gr
25gr
100gr
20gr
Tabla 4 Pruebas 1 base de ladrillos con cascarilla de cafeacute entera (Cantu et al 2014)
BASE 1 2 3 4
Cascarilla de cafeacute 65gr 3125gr 60gr 219gr
Carbonato de
calcio 5gr 75gr 5gr 25gr
Despueacutes de realizar este meacutetodo experimental se puede concluir que efectivamente se puede
elaborar un material de construccioacuten a partir de la cascarilla de cafeacute pues mezclada con silicato
de sodio y carbonato de calcio se logroacute tener las propiedades de un ladrillo Los ladrillos
elaborados con cascarilla molida tardan maacutes en secarse a temperatura ambiente Despueacutes de
8 semanas se encontroacute que tienen alta dureza y resistencia
De forma general se puede concluir que el ladrillo con mayor concentracioacuten de carbonato de
calcio tuvo buenos resultados en la mayoriacutea de las pruebas y es una alternativa como material
de construccioacuten que supone un beneficio econoacutemico y ecoloacutegico (Cantu et al 2014)
Tabla 5 Resultados de la prueba de absorcioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Observaciones
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
La muestra mantuvo su
estructura composicioacuten y dureza
Esta muestra aumento 24 de su
peso inicial (peso final de
9607gr)
La muestra perdioacute su
estructura y
composicioacuten Por esta
razoacuten este ladrillo no
paso la prueba
Tabla 6 Presioacuten maacutexima sostenida por cada ladrillo en la prueba de compresioacuten (Cantu et al 2014)
MUESTRA 1 2 4
Presioacuten alcanzada antes
de quebrarse 4KN 3KN 37KN
35
- Edwin Rimay Vaacutesquez (2017) en su tesis ldquoDisentildeo de concreto fibroreforzado de FacuteC=
250 kgcm2 con fibra vegetal en la ciudad de Jaeacutenrdquo para optar el tiacutetulo de Ingeniero civil
de la Universidad Nacional de Cajamarca del Peruacute determinoacute la influencia en las
propiedades fiacutesicas y mecaacutenicas del concreto reforzado con fibras vegetales (cascarilla
de arroz) al considerar que el uso de la cascarilla de arroz podriacutea aumentar la
resistencia en el concreto y paralelo disminuir su costo de produccioacuten estudiando el
comportamiento fiacutesico y mecaacutenico del concreto
- Concluye que la adicioacuten oacuteptima de la cascarilla de arroz para obtener una resistencia a
la compresioacuten similar al disentildeo patroacuten es de 10kgm3 ya que a mayor adicioacuten
disminuye draacutesticamente no solamente su resistencia a la compresioacuten sino tambieacuten a la
traccioacuten por lo que recomienda realizar un estudio de preservacioacuten de la fibra vegetal
antes de adicionar al concreto convencional para aumentar su durabilidad a la vez que
realizar pruebas acuacutesticas y teacutermicas es otra recomendacioacuten para asiacute conocer a fondo
este tipo de concreto y llegar a inferir sobre las aplicaciones que podriacutea llegar a tener el
nivel de productividad y estudiar la posibilidad de la validez de la adicioacuten de la cascarilla
de arroz con concreto conformado por cemento maacutes agregado finos con fines de
controlar las fisuras (ref2)
- Por su parte Jimmy Sierra Hyman Roque Jared Medrano (2012) desarrollaron una
investigacioacuten que contoacute con el apoyo teacutecnico y financiero de la fundacioacuten para el
desarrollo tecnoloacutegico Agropecuario y Forestal de Nicaragua (FUNICA) con la finalidad
de aprovechar la cascarilla de cafeacute en la elaboracioacuten de materiales de construccioacuten Se
utilizaron diferentes proporciones para la fabricacioacuten del bioconcreto La proporcioacuten
142 indica que se utilizoacute una parte de cemento cuatro partes de arena y dos partes de
material cero para la proporcioacuten 133 significa que se empleoacute una parte de cemento
tres partes de arena y tres partes de material cero La cantidad de muestras que se
realizaron fueron 18 para la dosificacioacuten de 142 para luego realizar las mediciones de
la resistencia de los bloques a los 14 y 28 diacuteas Esto se comparoacute con la otra dosificacioacuten
de 133 a la cual tambieacuten se le realizaron 18 muestras
Para cada dosificacioacuten de 6 muestras se le fue agregando cascarilla en porcentaje de
19 20 y 30 Se puede apreciar en la siguiente tabla que la cascarilla de cafeacute en su
36
estado natural o molida se comporta similar al aacuterido fino es por ello que en las
dosificaciones se utilizoacute para disminuir la arena
Tabla 7 Anaacutelisis granulomeacutetricos de los materiales (Roque amp Medrano 2012)
MATERIALES QUE PASA POR TAMIZ
38acute Ndeg4 Ndeg8 Ndeg16 Ndeg30 Ndeg50 Ndeg100 Ndeg200 MF
Arena 99 9287 7281 4543 2426 482 08 006 359
Material cero 100 9741 5288 2252 868
24 005 0 417
Cascarilla de
cafeacute 100 9666 4485 1143 255 045 008 0 444
Cascarilla cafeacute
molida 952 756 4376 1666 331 033 0 365
Se concluye que el material cero es considerado un agregado fino debido a que en la
prueba granulomeacutetrica pasoacute por todas las mallas del agregado grueso La mejor
proporcioacuten para esta investigacioacuten se considera que fue 133 cumpliendo los
estaacutendares de calidad la proporcioacuten de la cascarilla es del 10 dando como resultado
4420kgcm2 seguacuten las normas de la ASTM
Los datos de resistencias reflejaron que el curado es determinante para obtener
mayores resistencias ya que entre el curado de 14 diacuteas y el de 28 diacuteas hay diferencias
considerables Seguacuten los resultados que obtuvieron en los ensayos de resistencia al a
compresioacuten demostroacute que las dosificaciones con mayor porcentaje de cascarilla tienen
las menores resistencias (Roque amp Medrano 2012) (ref3)
37
Antecedentes nacionales 222
- Garciacutea Carlos Daniel Olaya Julio Mario (2011) Estudiantes que realizaron este trabajo
que hace parte de la liacutenea de investigacioacuten sobre materiales de construccioacuten han
venido trabajando la seccioacuten de construcciones agriacutecolas del Departamento de
Ingenieriacutea Agriacutecola de la Universidad Nacional de Colombia Ahondar en un material de
comuacuten conocimiento y aplicacioacuten pero que dosificado con aacuteridos orgaacutenicos provenientes
de desechos de las agroindustrias como el caso de la cascarilla o cisco de cafeacute no
teniacutean conocimiento de su comportamiento mecaacutenico ni de sus propiedades teacutermicas
Los materiales a utilizar fueron
Cascarilla de cafeacute (Tabla 7 materiales de desperdicios obtenidos en el beneficio de un kilogramo de cafeacute cereza)
Cal agriacutecola
Cemento
Tabla 8 Muestra graacuteficamente el proceso de beneficio para el grano de cafeacute y sus materiales de
desperdicio(Garcia amp Olaya 2011)
PROCESO PERDIDA(GRS) MATERIALES
Despulpado
Fermentacioacuten
Trilla
Secado
Torrefaccioacuten
Preparacioacuten de la bebida
Peacuterdida total
394
216
35
171
22
104
942
Pulpa fresca
Muciacutelago
Cascarilla
Agua
Cafeiacutena y sustancias volaacutetiles
Borra
PRUEBAS
1 Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale en la trilladora en
una solucioacuten de agua cemento al 5 en peso durante 30min Agitado constante
2 Se disentildearon mezclas con diferentes combinaciones de relacioacuten agua-cemento
3 Ensayos de compresioacuten
4 Ensayos de conductividad teacutermica
38
RESULTADOS
El asentamiento contraccioacuten longitudinal y volumeacutetrica la resistencia a la compresioacuten
la conductividad teacutermica y el moacutedulo de rotura se muestran en tabla 2 y 3
correspondiendo cada una a los dos estados de manejo de la cascarilla sin tratar y
mineralizada
Con el tratamiento mineralizante de la cascarilla se aumenta el peso especiacutefico
aparente seco en un 12 debido a que se disminuye el volumen de poros de eacutesta se
disminuye el peso unitario suelto en un 23 porque se dificulta el acomodamiento de la
cascarilla como consecuencia de la rigidez que adquiere y se produce una disminucioacuten
en la absorcioacuten en un 10 causada por la disminucioacuten en el volumen de poros El
hormigoacuten ligero con cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico ya que los valores
obtenidos de conductividad teacutermica (K) para as diferentes mezclas ensayadas son
menores a los que se obtienen para el hormigoacuten con cascarilla de arroz
RECOMENDACIONES
Cuando se utiliza cascarilla mineralizada se disminuye la manejabilidad de la mezcla
(AC=05 Y cemento cascarilla =14) hasta el punto de no poder determinar su
asentamiento se disminuye el tiempo de fraguado a 24 horas de fundida la mezcla y se
produce un aumento de resistencia a la compresioacuten a los siete diacuteas del 50
Es recomendable investigar maacutes a fondo el tratamiento mineralizante de la cascarilla
teniendo en cuenta que al calentar la mezcla (cascarilla-agua-mineralizante) disminuiraacute
el tiempo de mineralizacioacuten y aumentariacutea la calidad de los resultados (Garcia amp Olaya
2011) (ref4)
- Riacuteos Juan Carlos Aguirre Mauricio Munera Daniela (2015) El objetivo de esta
investigacioacuten consistioacute en utilizar un material de construccioacuten alternativo que sea
sostenible Uno de los residuos del cafeacute es la cascarilla la cual se utilizoacute en esta
investigacioacuten para el usoacute del concreto con el fin de reducir los costos de produccioacuten del
mismo e impactar de forma positiva al medio ambiente
39
Los materiales que utilizaron fueron
CASCARILLA DE CAFEacute seleccionada del tipo de cafeacute factor 85 del municipio de
Ciudad Boliacutevar (suroeste antioquentildeo) secada en un horno a 55deg durante 25 horas
proceso propio del cafeacute para evitar que se degrade
CEMENTO PORTLAND Tipo I
CLORURO CAacuteLCICO
PRUEBAS 5 Cilindros 1 Muestra de concreto sin adicioacuten de cascarilla de cafeacute (Muestra
patroacuten) (M1) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un 15 de relacioacuten de
volumen respecto al cemento (M2) 2 Muestras iguales con adicioacuten de cascarilla de cafeacute con un
15 de relacioacuten de peso respecto al cemento (M3) se caracterizaron las arenas y triturado
empleado en la elaboracioacuten de mezclas utilizando las mallas recomendadas por la norma 174
dada por Icontec (2000)
RESULTADOS
El comportamiento de la cascarilla de cafeacute para mejorar o igualar la resistencia de concreto no
se obtuvo como se esperaba debido a que es necesario hacer un proceso maacutes elaborado a la
cascarilla para que tenga un comportamiento oacuteptimo es necesario darle un tratamiento previo
para brindarle una proteccioacuten contra el medio alcalino de la pasta de cemento Se observa
como la presencia de cascarilla de cafeacute reduce la energiacutea embebida presente en las muestras
en relacioacuten al concreto aunque un caacutelculo maacutes exacto seria tener en cuenta la energiacutea
embebida de la cascarilla pero para este trabajo no fue posible contar con este dato pero por
experiencia con otras fibras seriacutea un valor menor al del concreto lo que sigue arrojando un valor
menor
Tabla 9 Caracteriacutesticas de los cilindros(RIOS AGUIRRE amp MUNERA 2015)
CARACTERIacuteSTICA M1 M2 M3
Aacuterea (m2)
Volumen (m3)
Peso (Kg)
1767
4948
1262
1767
51247
123
1767
53014
878
40
Carga (KN)
Densidad (gcm3)
Presioacuten (Mpa)
5895
255
3336
3248
24
184
83
165
047
Se concluye que para el uso de materiales naturales como en este caso cascarilla de cafeacute es
necesario hacer un recubrimiento para brindar proteccioacuten frente al medio alcalino del cemento
lo cual se puede hacer con aceite de linaza aceite de linaza + resina natural parafina parafina
+ resina natural sellador para madera o creosota
Los materiales alternativos son maacutes econoacutemicos que los utilizados tradicionalmente La
presencia de la cascarilla de cafeacute reduce el consumo de energiacuteas para la elaboracioacuten del
concreto (RIOS et al 2015) (ref5)
- Carvajal Corredor Ivaacuten Leonardo y Terreros Rojas Luis Eduardo (2016) Realizaron un
trabajo de Investigacioacuten para el programa de ingenieriacutea civil de la Universidad Catoacutelica
de Colombia ldquoAnalisis de las propiedades mecaacutenicas de un concreto convencional
adicionando fibra de caacutentildeamordquo con el objetivo de determinar y analizar las propiedades
mecaacutenicas (compresioacuten y flexioacuten) de un concreto convencional adicionando fibra de
caacutentildeamo en condiciones normales y asiacute establecer las condiciones en que se va a
trabajar la fibra adicionaacutendola al concreto
Se elaboraron 12 especiacutemenes ciliacutendricos 6 con fibra de caacutentildeamo y 6 normales con el
fin de obtener la resistencia a la compresioacuten a los 7 diacuteas 14 diacuteas y 28 diacuteas igualmente
se elaboraron 2 viguetas adicionando fibra de caacutentildeamo para determinar la resistencia a
la flexioacuten a los 28 diacuteas todo siguiendo la norma INV E seccioacuten 400 - concreto
hidraacuteulico Como se evaluaron unos concretos con fibra y otro normales a los que se le
adiciono fibra la cual con anterioridad se tratoacute con la cal hidratada seguacuten las
investigaciones de Quintero y Gonzaacutelez (2006) se sumerge la fibra en una lechada de
cal (10g por litro de agua) durante 48 horas
Se concluyoacute que por medio de un disentildeo de mezcla elaborado a partir del meacutetodo de
peso y volumen absoluto utilizando los datos suministrados de la empresa CEMEX
Colombia SA y Concrescol SA se logroacute con precisioacuten la resistencia a la compresioacuten
esperada a los 28 diacuteas En los primeros 7 diacuteas el concreto con fibra de caacutentildeamo supero
41
la resistencia del concreto normal con un 7875 de la resistencia esperada y con una
diferencia promedio entre los dos concretos de 120 psi a los 28 diacuteas el concreto con
fibra presento una tendencia totalmente diferente pues se esperaba que este superara
la resistencia de 4000 psi donde igualo la resistencia alcanzada del concreto normal
donde el concreto normal llego con una resistencia de 10034 y el concreto con fibra
llego a un 10049 frente a la resistencia calculada en el disentildeo de mezcla (Terreros
Rojas amp Carvajal Corredor 2016) (ref6)
42
DOSIFICACIOacuteN DE
HORMIGONES
LIGEROS CON
CASCARILLA DE CAFEacute
APROVECHAMIENTO
DE LA CASCARILLA
DE CAFEacute EN LA
ELABORACIOacuteN DE
MATERIALES DE
CONSTRUCCIOacuteN
FIBRA DE CAFEacute
INVESTIGATING
EFFECTS OF COFFEE
HUSK ASH AS PARTIAL
REPLACEMENT OF
CEMENT IN CONCRETE
GRADE C25
MEacuteXICO COLOMBIA N D COLOMBIA
Como material
mineralizante es maacutes
econoacutemico el cemento que
la cal agriacutecola con mejores
resistencias a la compresioacuten
Cuando se utiliza cascarilla
mineralizada se disminuye
la manejabilidad de la
mezcla Calentar la mezcla
(cascarilla- agua-
mineralizante) aumentara la
calidad de los resultados
-Resistencia a la
compresioacuten las
dosificaciones con mayor
porcentaje de cascarilla
tienen las menores
resistencias -Los bloques no son
recomendables
emplearlos en obras
civiles que alberguen
mucha poblacioacuten
La resistencia no
resulto como se esperaba
para ello la cascarilla
necesita un proceso previo
para brindarle una
proteccioacuten contra el medio
alcalino La presencia de
la cascarilla de cafeacute reduce
el consumo de energiacuteas
para la elaboracioacuten del
concreto
-El hormigoacuten se vuelve
menos viable a medida
que aumenta el porcentaje
de CHA -Resistencia a la
compresioacuten aumenta con
el periacuteodo de curado y
disminuye con el aumento
de CHA -Soacutelo un 5 de
sustitucioacuten CHA es
adecuada para disfrutar del
maacuteximo beneficio de la
ganancia de fuerza
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo
e impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Desarrollar una propuesta
de un material de
construccioacuten ecoloacutegico
para las comunidades
cafetales de Meacutexico
La cascarilla de cafeacute se
utilizoacute para el usoacute del
concreto con el fin de
reducir los costos de
produccioacuten del mismo e
impactar de forma
positiva al medio
ambiente
Ahondar en un material
de comuacuten conocimiento y
aplicacioacuten pero que
dosificado con aacuteridos
orgaacutenicos provenientes de
desechos de la
agroindustria
2011
2012
2014
2015
DISENtildeO DE CONCRETO
FIBROREFORZADO DE
FrsquoC=250KGCM2CON
FIBRA VEGETAL EN LA
CIUDAD DE JAEacuteN
PERUacute
En el anaacutelisis de fisuras se
observa que el ancho de
fisuras disminuye con
respecto al concreto patroacuten
en un 6366 6476 y en
un 4837para los concretos
con 10kgm3 20kgm3 y
30kgm3de adicioacuten de
cascarilla de arroz
respectivamente se puede
concluir que la adicioacuten de
cascarilla de arroz favorece
a la disminucioacuten de las
fisuras originadas en el
concreto
Determinar la influencia
en las propiedades fiacutesicas
y mecaacutenicas del concreto
reforzado con fibras
vegetales (cascarilla de
arroz)
2017
Ilustracioacuten 4 Liacutenea del tiempo - tesis con uso de cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
43
23 Bases teoacutericas
Concreto 231
Material compuesto que consiste en un medio adherente en el que estaacuten embebidas partiacuteculas
o fragmentos de agregados Es una mezcla compuesta por los agregados de arena piedra
agua y cemento inicialmente tienen caracteriacutesticas de plasticidad y moldeabilidad y con
posterioridad su estado fiacutesico seraacute endurecer y adquirir propiedades resistentes permanentes
El concreto es el material maacutes usado en el mundo despueacutes del agua (Neville 1999) La
versatilidad es la importancia que radica en el concreto llevaacutendolo a altos desempentildeos usos y
aplicaciones
2311 Propiedades
Las siguientes son las ventajas que hacen del concreto un material imprescindible para la
construccioacuten y un material que responde aacutegilmente a los principales desafiacuteos de la
infraestructura son
- Capacidad de resistir a una gran variedad de condiciones climaacuteticas durante todo su
tiempo de vida uacutetil
- Material de alta disponibilidad puede ser fabricado en cualquier parte del mundo
optimizando los costos
- Su maleabilidad permite variaciones esteacuteticas y arquitectoacutenicas
- En aplicaciones de infraestructura el uso de concreto es insustituible
Todas estas caracteriacutesticas han permitido el desarrollo de grandes obras e infraestructuras a
nivel mundial cuyo eacutexito estaacute ligado a la implementacioacuten de avanzadas tecnologiacuteas en
materiales de construccioacuten (Ceballos Arana 2016)
44
Concreto fresco 232
Etapa en la cual el concreto se puede transportar colocar en una formaleta y realizar los
procesos de vibracioacuten Las propiedades en estado fresco deben permitir que se llene
adecuadamente las formaletas y los espacios alrededor del acero de refuerzo asiacute como
tambieacuten obtener una masa homogeacutenea sin grandes burbujas de aire atrapada Esta propiedad
se puede determinar mediante varios meacutetodos de ensayo como son la manejabilidad
segregacioacuten exudacioacuten masa unitaria contenido de aire y contenido de agua (Guzmaacuten 2001)
Concreto endurecido 233
Es la etapa en la cual el concreto adquiere sus caracteriacutesticas potenciales de resistencia
maacutexima En general las propiedades mecaacutenicas del concreto dependen en gran medida por la
resistencia de la pasta endurecida los agregados y la interface pasta ndash agregados los cuales a
su vez son modificadas por los procesos de colocacioacuten y condiciones de curado (Guzmaacuten
2001) Cuando ya ha fraguado presenta las siguientes propiedades
a) Resistencia
b) Resistencia a la compresioacuten
c) Impermeabilidad y estanquidad
d) Durabilidad
24 Componentes del concreto
Cemento 241
Un cemento se define como un material con propiedades adhesivas y cohesivas que le dan la
capacidad de unir fragmentos soacutelidos para formar un material resistente y durable Sin embargo
esta definicioacuten incluye gran cantidad de materiales cementantes y los que realmente importan
desde el punto de vista de la construccioacuten son los cementos hidraacuteulicos llamados asiacute porque
tienen la peculiaridad de desarrollar sus propiedades (fraguado y endurecimiento) cuando se
encuentran en presencia de agua en virtud a que experimentan una reaccioacuten quiacutemica con ella
45
El cemento constituye entre el 7 y 15 de volumen total de la mezcla y por tanto influye en
todas sus caracteriacutesticas ((ASOCRETO) nd)
Tabla 10 Tipos de cemento Portland ASTM C -150 (ASTM INTERNATIONAL nd)
TIPO APLICACIOacuteN
TIPO I
Tipo IA
TIPO II
Tipo IIA
TIPO III
TipoIIIAMem
gt
TIPO IV
TIPO V
Para usar cuando no se requieran las propiedades especiales especificadas
para cualquier otro tipo
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo I donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para uso general maacutes especiacuteficamente cuando se desea resistencia
moderada a los sulfatos o calor de hidratacioacuten moderado
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo II donde se
desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea alta resistencia inicial o temprana
Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo III donde
se desea incorporacioacuten de aire
Para usar cuando se desea bajo calor de hidratacioacuten
Para usar cuando se desea alta resistencia a los sulfatos
Agua 242
Por lo general se recomienda que el agua sea potable y que no tenga un pronunciado olor o
sabor para que pueda usarse como agua de mezclado o curado en el concreto o el mortero
sin embargo esto no es rigurosamente cierto debido a que dentro del agua potable se pueden
encontrar disueltas en altas concentraciones sales ciacutetricos azuacutecares entre otros que pueden
ser perjudiciales para el concreto o el mortero de otra parte el agua que puede ser adecuada
para el concreto o mortero no necesariamente debe ser buena para beber (Diego Saacutenchez De
Guzmaacuten 2011)
El agua de mezcla cumple dos funciones muy importantes permitir la hidratacioacuten del cemento y
hacer la mezcla manejable De toda el agua que se emplea en la preparacioacuten de un mortero o
un concreto parte hidrata el cemento el resto no presenta ninguna alteracioacuten y con el tiempo
se evapora como ocupaba un espacio dentro de la mezcla al evaporarse deja vaciacuteos los
cuales disminuyen la resistencia y al durabilidad del mortero o del hormigoacuten (Rivera L nd)
46
Agregados 243
Como agregados de las mezclas de mortero o concreto se pueden considerar todos aquellos
materiales que han tenido una resistencia propia suficiente (resistencia de la partiacutecula) no
perturben ni afecten desfavorablemente las propiedades y caracteriacutesticas de las mezclas y
garanticen una adherencia suficiente con la pasta endurecida del cemento Portland
La fraccioacuten fina de los suelos gruesos cuyas partiacuteculas tienen un tamantildeo inferior a 476 mm
(tamiz No4) y no menor de 0074mm (tamiz No 200) es lo que comuacutenmente se denomina
AGREGADO FINO y la fraccioacuten gruesa o sea aquellas partiacuteculas que tienen un tamantildeo
superior a 476mm (tamiz No 4) denominado AGREGADO GRUESO (Rivera L 2006)
25 Normativas para ensayos
Tabla 11 Normas teacutecnicas para ensayos de laboratorio (Edwin 2017)
ENSAYO NORMATIVA
Agregados
Muestreo de agregados
Peso especiacutefico y absorcioacuten
Contenido de humedad
Anaacutelisis granulomeacutetrico
Cantidad de material fino que pasa el Tamiz Ndeg200
Peso unitario
Concreto
Muestreo de concreto freso
Asentamiento-slump
Peso unitario rendimiento
Elaboracioacuten y curado de muestras de concreto para
ensayos de laboratorio
Resistencia a compresioacuten
Testigos ciliacutendricos
Cemento
Densidad del cemento Portland
ASTM
D-75
C-127
C-128
C-566
C-136
C117
C-29
C-172
C-143
C-138
C192
C-39
C-188
NTP
400010
400021
400022
339185
400012
339132
400017
339036
339035
339046
339183
339034
334005
47
26 Fibras en el concreto
El uso de las fibras naturales como un componente maacutes en materiales de relleno o
aglomerantes no es nuevo se remonta a varios siglos atraacutes En concreto existen referencias
tempranas de experimentacioacuten con un refuerzo discontinuo (clavos segmentos de cable
ganchos) que se remontan a 1910 Probablemente el uso maacutes extendido de las fibras como un
componente maacutes en materiales aglomerantes haya sido su uso en elementos como tejas o
prefabricados de asbesto cemento En este caso las fibras de asbesto le conferiacutean al material
el monolitismo y la resistencia a la tensioacuten buscada sin embargo por consideraciones de salud
estas fibras de asbesto han sido sustituidas por otras de diferentes materiales que no tienen
ninguacuten efecto sobre la salud humana (Imcyc 2007)
Las fibras para concreto se adicionan normalmente en bajos voluacutemenes (frecuentemente
menos del 1) y han mostrado eficiencia en el control de la fisuracioacuten por contraccioacuten del
concreto Las fibras no alteran considerablemente la contraccioacuten libre de concreto y si son
empleadas en cantidades adecuadas pueden aumentar la resistencia al agrietamiento y
disminuir la abertura de las fisuras Las fibras para concreto generalmente son de acero
plaacutestico vidrio de materiales naturales (celulosa de madera) y sistemas muacuteltiples disponibles
en una amplia variedad de formas tamantildeos y espesores (DIFICONSA nd)
Clasificacioacuten de fibras 261
Como refuerzo secundario para concreto en general pueden clasificarse seguacuten diferentes
consideraciones (ASTMC 1116 EN 14889 EN 14889-2 ver normas actuales que rigen el
empleo de las fibras paacuteg26) hoy en diacutea se emplean principalmente dos tipos de clasificacioacuten
asiacute
Tabla 12 Clasificacioacuten de las fibras (Imcyc 2007)
CLASIFICACIOacuteN DESCRIPCIOacuteN
Material
Metaacutelicas
Sinteacuteticas
Secciones discretas de metal que tienen una relacioacuten de
aspecto (relacioacuten entre la longitud y el diaacutemetro) que va
desde 20 hasta 100 Estas fibras son de acero (en
general de bajo contenido de carboacuten)
Secciones discretas que se distribuyen aleatoriamente
dentro del concreto que pueden estar compuestas por
Acriacutelico Aramid Carboacuten Polipropileno Poliestileno
Nylon Poliester etc
48
Vidrio
Naturales
Funcionalidad geometriacutea y dosificacioacuten
Microfibras
Macrofibras
Secciones discretas de fibra de vidrio resistentes al
aacutelcali
Secciones discretas de origen como coco sisal madera
cantildea de azuacutecar yute bambuacute etc Cuyos diaacutemetros
variacutean entre 05 y 02 mm con valores de absorcioacuten
superiores al 12
Estas fibras estaacuten destinadas a evitar la fisuracioacuten del
concreto en estado fresco o antes de las 24 horas Se
dosifican en el concreto para voluacutemenes entre 003 a
015 del mismo
Estas fibras estaacuten destinadas a prevenir la fisuracioacuten en
estado endurecido a reducir el ancho de la fisura si eacutesta
se presenta y a permitir el adecuado funcionamiento de
la estructura fisurada Las dosificaciones maacutes
frecuentes oscilan entre 02 a 08 del volumen del
concreto Las macrofibras maacutes usadas son las sinteacuteticas
y las metaacutelicas cuyos diaacutemetros variacutean entre 005 mm a
200mm La relacioacuten de aspecto (Ld) de las
macrofibras variacutea entre 20 a 100
2611 Uso en la construccioacuten
El ACI clasifica a las fibras de acuerdo al uso en la construccioacuten dividieacutendolos de la siguiente
manera
- Fibra de acero (FA)
- Fibra de vidrio (FV)
- Fibra sinteacutetica (FSN)
- Fibra natural (FN) (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
27 Concreto reforzado con fibras vegetales
Concretos donde su composicioacuten estaacute formada de pasta base cementante agregados fino
agregado grueso con adecuadas adiciones de fibras Seguacuten la definicioacuten del ACI (American
Concrete Institute) no es maacutes que concreto hecho a partir de cementos hidraacuteulicos
conteniendo agregados finos y gruesos y fibras discretas discontinuas
49
Fibras vegetales 271
Los oacuterganos las secciones y las fibras de las plantas son denominados fibras vegetales se
pueden definir como todos los elementos estructurales que hacen parte de los tejidos orgaacutenicos
de las plantas y constituyen su esqueleto Los factores que definen el nivel de consistencia de
cada una de las fibras dependen del oacutergano o tejido del cual sean extraiacutedos y del grado de
unioacuten entre ellos La longitud y la forma de los cordones de fibras tambieacuten variacutean dependiendo
de esos mismos factores (Artesaniacutea 2014)
Tabla 13 Origen de las fibras (VERHOOKS nd) ORIGEN DE LAS
FIBRAS TIPO
Semillas
Tallos
Fruto
De la cascara y fruto
El algodoacuten
Capoc o Kapok
Lino
Caacutentildeamo
Yute
Ramio
Albaca
Sisal
Rafia
Bambuacute
Coco
Cereales Arroz avena centeno cebada trigo
Las fibras en el concreto tienen como funcioacuten principal mejorar la resistencia a traccioacuten y evitar
el agrietamiento cuando las fibras pierden su resistencia el producto es equivalente a un
concreto no reforzado Sin embargo en ese momento el concreto habraacute alcanzado su
resistencia total y como el agrietamiento se ha evitado en las etapas iniciales podriacutea ser maacutes
resistente que un producto similar hecho sin refuerzo
Aproximadamente el contenido general de fibra vegetal es del 1 a 2 del peso no seraacute nunca
del volumen ya que las densidades de las fibras pueden variar grandemente (Stulz amp Mukerji
1993)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas del concreto con fibras 272
Dentro de las caracteriacutesticas maacutes importantes del concreto estaacuten las siguientes
50
2721 Resistencia a la compresioacuten
El uso de las fibras no tolera incrementos significativos en este ensayo En sus resultados
puede haber una leve variacioacuten tanto en el incremento como en el decremento en la
resistencia
Es importante el tamantildeo de las probetas cuanto menor sea se obtendraacuten mayores
resistencias a la compresioacuten debido a que se acentuacutea un alineamiento preferente de las fibras
A medida que aumente la longitud de la fibra el efecto seraacute mucho maacutes sensible (ACI 544-1R)
(American Concrete Institute (Aci) 2009)
2721 Resistencia al impacto
Los concretos reforzados con fibras presentan caracteriacutesticas principales como su resistencia a
los impactos por absorcioacuten de energiacutea adicional a esto presentan una menor tendencia a la
desfragmentacioacuten y al desprendimiento (ACI 544-1R) (American Concrete Institute (Aci) 2009)
2722 Resistencia a la flexioacuten
L a resistencia a la flexo traccioacuten es evidentemente mayor que la resistencia a la compresioacuten y
traccioacuten debido al comportamiento duacutectil del concreto reforzado con fibra en la zona fisurada
por traccioacuten desarrollando resistencias residuales (Carvajal 2015)
Comportamiento mecaacutenico del concreto reforzado con fibras 273vegetales
La funcioacuten principal de las fibras vegetales que se agregan es de soportar las tracciones
despueacutes de la primera fisura del concreto teniendo presente que el aporte de refuerzo de las
fibras es diferente a la del armado convencional de acero
En el momento que aparece una fisura las fibras quedan expuestas siendo estas las
responsables de mantener el elemento adherido Teniendo como resultado que las fibras
actuantes tengan diferentes esfuerzos al momento de la fisura La curva caracteriacutestica Carga
Vs Deflexioacuten en concretos reforzado con fibras sometidas a ensayos de traccioacuten por flexioacuten
se puede observar en la figura 4 (Carvajal 2015)
51
Lograr una buena homogenizacioacuten de la fibra vegetal en la elaboracioacuten de la mezcla
garantizara una buena distribucioacuten organizacioacuten y adecuada orientacioacuten de la fibra aportando
asiacute en su resistencia siendo lo contrario se podriacutea suponer que su contribucioacuten al concreto sea
nula (Carvajal 2015)
Las caracteriacutesticas que se potencializan al emplear adiciones de fibra vegetal en los concretos
son la resistencia y durabilidad La fibra ayuda a cohesionar el material entre sus agregados
con esto evitando la segregacioacuten del agregado
Normativa de concreto con agregados vegetales 274
Se tiene como referencia para esta investigacioacuten la normativa del Instituto Americano del
Concreto (ACI) y la sociedad Estadounidense para pruebas y materiales (ASTM) dentro de las
cuales se otorgan una serie de paraacutemetros para el disentildeo de concretos reforzados con fibras
teniendo presente las caracteriacutesticas a las cuales se deben regir los materiales que son
utilizados en las mezclas de concretos
El documento ACI 544R-96 informe sobre hormigoacuten armado con Fibra Homologar (2009) es
una guiacutea potencial para el disentildeo de concretos con fibras naturales Dentro del informe ACI
544 se puede encontrar una descripcioacuten del tipo de fibras referenciando consigo meacutetodos
Ilustracioacuten 5Curva caracteriacutestica Carga VS Deflexioacuten en concretos reforzados con fibras (Carvajal 2015)
52
proporciones practicas materiales y necesidades para el tipo de investigacioacuten incluyendo los
concretos reforzado con fibra natural (American Concrete Institute (ACI) 2009)
28 Aplicaciones del concreto reforzado con fibras
Tuacuteneles 281
El uso de fibras de acero para el revestimiento de tuacuteneles hadado importantes resultados
tanto en su colocacioacuten como en su desempentildeo estructural logrando alcanzar una alta
resistencia en pocas horas El uso de las fibras de acero en el concreto ha dado una pauta para
obviar el uso de malla electro soldada ya que las fibras logran cubrir esta necesidad de
elementos de refuerzo en las obras de construccioacuten
Pavimentos 282
Se sabe que el concreto para el uso en pavimentos requiere de unas especificaciones
particulares para de esta manera lograr contrarrestar las fuertes exigencias estructurales entre
ellas las maacutes importantes
- Resistencia a flexo traccioacuten
- Resistencia a fatiga
- Trabajabilidad
- Miacutenima retraccioacuten
Otros usos 283
Las fibras hacen una fuerte participacioacuten en la elaboracioacuten de elementos prefabricados tal es
el caso de elaboracioacuten de placas de fachada tanques plantas industriales piscinas pisos
industriales canales muebles para parques piezas para el hogar entre otros
53
29 Concreto arquitectoacutenico
El concreto arquitectoacutenico es aquel que por siacute mismo o por medio del tratamiento superficial
que se le aplique permite ser el protagonista del aspecto acabado o si se quiere personalidad
de lo edificado sin dejar de lado su funcioacuten estructural (Cementos Argos SA 2010)
Tabla 14 Uso para el concreto arquitectoacutenico (Argos 2018)
Prefabricados 291
Los prefabricados en concreto son una opcioacuten vanguardista que ademaacutes de ofrecer variedad
de usos permite ahorra tiempo y dinero Su durabilidad resistencia y versatilidad continuacutean
consolidaacutendolo como una de las mejores alternativas en la construccioacuten ((IMCYC) 2017)
La prefabricacioacuten es anterior a la industrializacioacuten considerando que el ladrillo fue el primer
elemento producido fuera de obra con sistemas que se han ido prolongando a traveacutes del
tiempo con nuevos meacutetodos procedimientos equipos materiales entre otros Es una manera
raacutepida moderna versaacutetil y energeacuteticamente eficiente forma de construir cualquier tipo de
edificacioacuten (Novas 2010)
2911 Clasificacioacuten
Estos elementos se clasificaraacuten dependiendo de variables como funcioacuten peso dimensiones
formato meacutetodo de produccioacuten materiales entre otros
ESTRUCTURALES URBANIacuteSTICOS ARQUITECTOacuteNICOS
Muros en Tilp Up
Muros de contencioacuten
Prefabricados
Columnas losas y vigas
Muros para sistema
industrializado de construccioacuten
de vivienda
Senderos peatonales y pisos
Elementos de amueblamiento
urbano
Aplicaciones en parques y espacio
puacuteblico
Elementos texturizados en
concreto
Fachadas
Decks
54
Tabla 15 Clasificacioacuten de los elementos prefabricados (Novas 2010)
CLASIFICACIOacuteN DE PREFABRICADOS
Seguacuten el grado de prefabricacioacuten Parcial
Total
Seguacuten su funcioacuten Resistente
Cerramiento
Ornamental
Seguacuten su peso y dimensiones Livianos (˂30Kg)
Semipesados (˂500Kg)
Pesados (˃30Kg)
Seguacuten su formato Bloques
Paneles
Elementos lineales
Seguacuten su meacutetodo de ejecucioacuten Industrial a gran escala
Taller
Fabricacioacuten baja teacutecnica
Seguacuten sus materiales Hormigoacuten armado
Hormigoacuten pre ndash pos tensado
Acero
Aluminio
Madera
Plaacutestico
2912 Procesos de produccioacuten
29121 Encofrado
Elementos auxiliares destinamos al moldeo ldquoin siturdquo de concretos y morteros con el fin de
contener soportar y moldear el concreto fresco hasta su endurecimiento Estructuras
temporales su colocacioacuten tarda algunas horas y que en pocos diacuteas se desmontan para su
posterior reutilizacioacuten Para un faacutecil y adecuado desmonte sin afectar acabado yo color del
concreto se suele utilizar desmoldantes (barnices antiadherentes y preparados a base de
aceites solubles en agua) para simplificar el desencofrado y si son de madera se deben
humedecer antes para impedir que absorban agua del concreto (Piqueras 2017)
29122 Vaciado del concreto
Para efectos del vaciado del concreto se debe cumplir el Reglamento Colombiano de
Construccioacuten Sismo Resistente NSR-10 (Capitulo C5) y la norma NTC 3318 o ASTM C94 Se
debe recurrir a una serie de pasos anterior al vaciado los equipos de transporte deben estar
limpios el refuerzo libre de oacutexidos o grasas los encofrados recubiertos con desmoldante
55
ademaacutes no puede haber estancamientos de agua y en caso de tener superficies de concreto
colocado anteriormente que vayan a estar en contacto directo con el concreto nuevo deben
haber recibido el tratamiento de juntas especifico El concreto debe alcaacutezar una consistencia
que permita su colocacioacuten en todas las esquinas o aacutengulos de las formaletas alrededor del
refuerzo y de cualquier otro elemento embebido sin que haya segregacioacuten El concreto se
debe colocar tan pronto sea posible y nunca despueacutes de treinta minutos de preparada la
mezcla a menos que haya sido dosificada con alguacuten tipo de aditivo autorizado (SAOV 2018)
29123 Vibrado del concreto
Es vital este procedimiento durante la colocacioacuten del concreto este se debe colocar con la
ayuda de un equipo mecaacutenico de vibradores complementado por labores manuales esto con
el fin de eliminar la cantidad de aire que hay en la mezcla producido durante el vaciado
tambieacuten hace que se comporte como un liacutequido espeso y se consolide mejor Este
procedimiento debe complementarse golpeando exteriormente con martillo neumaacutetico o
usando varillas en las esquinas y aacutengulos de las formaletas mientras el concreto este todaviacutea
plaacutestico y manejable a fin de impedir vaciacuteos (SAOV 2018)
29124 Desencofrado
El desencofrado debe realizarse sin movimientos bruscos Se debe efectuar cuando el concreto
haya alcanzado la resistencia suficiente para soportar con seguridad su propia carga maacutes
cualquier otra que se quisiese sobreponer Teniendo en cuenta la normativa el ACI ldquoAmerican
Concrete Instituterdquo en su documento ACI 347R (Guide to form work for concret) recomienda
que se utilice el criterio de ganancia de resistencia que haya definido el ingeniero estructural
para determinar la edad del concreto para desencofrar (SAOV 2018)
2913 Ventajas ambientales
- Poco desperdicio de materiales debido a dosificaciones de mezclas maacutes precisas y
controladas
- Mayor posibilidad de reciclar desechos y aguas grises Una fraccioacuten de los agregados
puede estar constituida por concreto reciclado con el tratamiento adecuado
56
- Los componentes principales del concreto son obtenidos principalmente a nivel local lo
cual reduce los requerimientos de transporte energiacutea y emisiones asociadas a este
- En el sitio de obra se reduce el polvo escombros y otros desechos teniendo un control
y aprovechamiento total sobre ellos(Guerrero 2013)
210 Disentildeo Urbano
Espacio Puacuteblico 2101
El espacio puacuteblico moderno se define a partir de la separacioacuten formal entre la propiedad
privada urbana y la propiedad puacuteblica Tal separacioacuten normalmente supone reservar el suelo
libre de construcciones (excepto equipamientos colectivos y servicios puacuteblicos) para usos
sociales (esparcimiento actos colectivos transporte actividades culturales y a veces
comerciales etc) (Segovia y Neira 2005) Para un adecuado y apropiado disentildeo es
importante evaluar caracteriacutesticas sociales y las actividades para las cuales seraacuten disentildeadas
para asiacute corresponder a cada una de estas y asiacute satisfacer de manera oacuteptima duradera y
efectiva las necesidades que lo originaron
Pisos 2102
Dentro de las posibilidades que nos permite el concreto para moldearse esta esta teacutecnica la
cual consiste en estampar colorear y endurecer una superficie de concreto para obtener una
apariencia natural de materiales tales como ladrillo laja piedra o ceraacutemica permitiendo por su
versatilidad variedad de disentildeos y colores Es una teacutecnica de un gran valor arquitectoacutenico con
costos reducidos diversidad ideal para pisos veredas y accesos (Barbosa 2013)
21021 Usos
- Comerciales e industriales galeriacuteas supermercados complejos habitacionales plazas
aceras caminos senderos peatonales veredas estacionamientos y en general todo
tipo de piso con alto traacutensito vehicular y peatonal
57
- Residenciales pisos interiores o exteriores patios caminos interiores huellas zonas de
esparcimiento bordes de piscina escaleras garajes entre otros
21022 Ventajas
Los pisos de concreto estampado son logrados con un tratamiento que le confiere gran
resistencia a la superficie y con una terminacioacuten final con un sellador que protege los colores y
sella los poros del material Se evita la construccioacuten del contrapiso la carpeta de asiento y la
mezcla para la colocacioacuten del piso y queda libre de todo mantenimiento por muchos antildeos
(Barbosa 2013)
- Muacuteltiples opciones de colores
- Alternativas esteacuteticas
- Permite pulirse manteniendo su integridad
- Alternativa competitiva para acabados que simulen piedra natural madera baldosas
- Faacutecil y raacutepido de instalar en comparacioacuten con otras alternativas
- Menor manteamiento debido a tener un color integral
Seguacuten el color puede disminuir el efecto Isla de calor aumentar reflectividad y disminuir el consumo energeacutetico
Mobiliario Urbano 2103
El mobiliario urbano prescribe el espacio puacuteblico y se constituye en elemento esencial de la
identidad y el paisaje de las ciudades Se considera como elementos complementarios a
espacios de viacuteas parques alamedas caminos y aceras de uso puacuteblico con el fin de facilitar las
necesidades del ciudadano mejorando su calidad de vida en entornos favorables y a su vez
fomentando el uso adecuado de los espacios puacuteblicos para un bien general
21031 Clasificacioacuten seguacuten su funcioacuten
- Elementos de Iluminacioacuten columnas para laacutemparas farolas apliques balizas proyector
y focos
58
- Elementos de jardineriacutea y agua elementos que se relacionan con la vegetacioacuten y el
riego las fuentes y las evacuaciones de agua
- Elementos de comunicacioacuten estaacuten dados por los soportes para la comunicacioacuten como
sentildealizacioacuten informacioacuten o publicidad
- Elementos de servicios puacuteblicos mobiliario dirigido a satisfacer las necesidades
derivadas de los servicios puacuteblicos baacutesicos de la ciudad como son transporte la
telefoniacutea los estacionamientos para bicicletas vigilancia de playas y juegos infantiles
- Elementos Comerciales mobiliario destinado al uso comercial que tradicionalmente se
realiza en la viacutea puacuteblica kioscos de libros bares y puestos de mercado
- Elementos de limpieza indispensables en todo espacio puacuteblico para recoger la basura
maacutes diversa papeles vidrio metales plaacutesticos cartones pilas etc
- Elementos de Urbanizacioacuten y limitacioacuten Aquellos que por su extensioacuten pueden ofrecer
una visioacuten unitaria del territorio de la ciudad (rampa vehicular bordillos barandilla valla
barrera arquitectoacutenica bolardos bancos banquetas y sillas) (Rosas Chaves 2014)
Fachadas y elementos de concreto a la vista 2104
Su funcioacuten no solo es esteacutetica sino que debe garantizar un alto grado de proteccioacuten La
mezcla de concreto para estos elementos debe cumplir con determinadas caracteriacutesticas
especiales que le permitan estar expuesto a diferentes condiciones climaacuteticas El encofrado en
las estructuras de concreto arquitectoacutenico es de gran trascendencia dentro del proceso
constructivo pues ademaacutes de ser esencial para lograr una respuesta adecuada a nivel
estructural debe responder a las expectativas del disentildeador (Silva 2015)
Estampados 2105
Los acabados del concreto se clasifican en dos
59
21051 Acabados directos
Se entienden como superficies no tratadas aquellos que son dejados tal cual despueacutes del retiro
de las formaletas lo que determinan el aspecto de la superficie resultante (Cementos Argos
SA 2010)
21052 Acabados indirectos
Concretos cuyas superficies son tratadas despueacutes del desencofrado ya sea por medio
quiacutemicos o mecaacutenicos (comprende acabados cepillados allanados tratados con productos
quiacutemicos lavados con abrasivos tratados con herramientas tratamientos mixtos entre otros)
(Cementos Argos SA 2010)
Tabla 16 Tipos de acabados para el concreto arquitectoacutenico (Cementos Argos SA 2010)
ACABADOS TIPOS DE ACABADOS
Acabados directos
Acabados indirectos
Otros
Acabados lisos
Texturizados a partir de revestimientos
Patrones naturales
Incrustaciones
Madera simulada
Superficies acanaladas o estriadas
Allanado o liso
Tratamientos quiacutemicos
Lavado con abrasivos
Tratamiento con herramientas
Tratamientos mixtos
Tratado con sal
Oxidado
Tubos de PVC
Esferas de poliestireno expandido
21053 Concreto coloreado (pigmentos)
Los pigmentos son finas partiacuteculas de polvo quiacutemicamente inertes e insolubles que dotan de
color al material al que se antildeaden Deben ser insolubles tanto al agua como a los agregados
ademaacutes de inertes quiacutemicamente respecto al cemento a los agregados a los aditivos
resistentes a la intemperie estables a la luz a las temperaturas extremas y quedar firmemente
embebidos con los finos del cemento cuando endurezca (Estantildeol 2006)
60
Los pigmentos se clasifican en dos clases obtenidos de manera natural y manufacturados de
forma sinteacutetica
210531 Forma natural
Son obtenidos en yacimientos naturales minerales en su mayoriacutea son de color ocre debido a la
existencia de oacutexidos o hidroacutexidos metaacutelicos principalmente hierro La tierra natural calcinada se
tamiza hasta conseguir un tamantildeo uniforme de los granos y los fabricantes de dichos
pigmentos deben garantizar que las partiacuteculas tengan una dimensioacuten regular (Estantildeol 2006)
210532 Forma sinteacutetica
Estos pigmentos son baacutesicamente oacutexidos de hierro cromo cobalto y titanio Se deben
seleccionar oacutexidos teacutecnicamente puros sin aditivos ni constituyentes secundarios de un gran
poder colorante cualidad que depende de la naturaleza y pureza asiacute como de su finura Si
bien estos pigmentos tienen el mismo origen mineraloacutegico que los naturales al ser obtenidos
por procesos controlados y estandarizados tienen la ventaja de otorgar alta pureza elevado
brillo y gran poder de coloracioacuten estos pigmentos son estables a la intemperie es decir a la luz
UV al aacutecido carboacutenico a cambios fuertes en la humedad y la temperatura a los aacutecidos a los
aacutelcalis y a los componentes del cemento (Estantildeol 2006)
1 Capiacutetulo Cascarilla como material alternativo 61
3 Capiacutetulo Cascarilla de cafeacute como material alternativo
31 Generalidades
El pergamino de cafeacute o cascarilla es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano (fig 2) Esta cascarilla
constituye una excelente fuente de celulosa y lignina1 pentosanos siacutelice y cenizas asiacute como
otros compuestos en menor proporcioacuten En los paiacuteses productores de cafeacute los residuos y sub -
productos del cafeacute constituyen una fuente de contaminacioacuten y generadora de problemas
ambientales por ese motivo desde mediados del siglo pasado se ha tratado de buscar
meacutetodos sobre coacutemo utilizarlos como materia prima para la produccioacuten de bebidas vinagre
biogaacutes cafeiacutena pectina proteiacutena y abono (Coffea 2005)
Origen de la cascarilla de cafeacute utilizada en esta investigacioacuten 311
Para esta investigacioacuten se utilizoacute la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) de una de las regiones
cafeteras del paiacutes el departamento de Narintildeo especiacuteficamente de ALMACAFEacute SA PASTO
Tabla 17 Datos de la regioacuten de procedencia de la cascarilla de cafeacute (Cafeacute de Colombia 2010)
Procedencia
Aacuterea de cultivo
Temperatura promedio
Promedio Maacuteximo
Promedio Miacutenimo
Precipitacioacuten media anual
Radiacioacuten solar
Departamento de Narintildeo
Altitud 1765 msnm promedio
38400 Hectaacutereas sembradas en Narintildeo
199degC
259degC
16degC
1866 miliacutemetros anual
1666 horas promedio anual
Proceso obtencioacuten de la cascarilla 312
El cafeto es un arbusto o aacuterbol pequentildeo perennifolio de fuste recto que puede alcanzar los 10
metros en estado silvestre en los cultivos se los mantiene normalmente en tamantildeo maacutes
reducido alrededor de 3 metros Las hojas son eliacutepticas oscuras y coriaacuteceas
62
El fruto es una drupa que se desarrolla en unas 15 semanas a partir de la floracioacuten el
endospermo comienza a desarrollarse a partir de la duodeacutecima semana y acumularaacute materia
soacutelida en el curso de varios meses atrayendo casi la totalidad de la energiacutea producida por la
fotosiacutentesis
3121 Recoleccioacuten del cafeacute
En esta etapa se cosechan uacutenicamente los granos que alcanzan el estado de madurez
completa normalmente de color rojo o amarillo ya que los verdes dantildean el sabor de la taza de
un cafeacute Todo este proceso se desarrolla de forma manual
3122 Despulpado
El mismo diacutea de la recoleccioacuten los granos de cafeacute se despulpan retirando la cereza del grano
para que luego obtenga la fermentacioacuten En esta parte del proceso los granos permanecen en
reposo
3123 El lavado
En esta parte se retira con agua limpia los restos de muciacutelago que quedan en el grano y se
eliminan azucares
3124 El secado
Se exponen los granos de cafeacute al calor del sol en un secadero para que el grado de humedad
disminuya facilitando su conservacioacuten El grano seco se almacena en sacos limpios elaborados
en fique facilitando su traslado
Fuente Tomado de httpwwwmundocafetocombeneficiadoel-beneficio-humedo-del-cafe
Ilustracioacuten 6 La transformacioacuten del fruto del cafeto en el proceso de beneficiado
63
3125 Trillado artesanal
En En este proceso artesanal se retira la cascarilla del grano llamado pergamino Este
procedimiento tambieacuten puede desarrollarse de forma industrial (Omen 2011)
A partir del proceso de la trilla de cafeacute pergamino se retira mecaacutenicamente la cascara
(pergamino) que cubre la almendra de cafeacute (denominada cisco en la trilla) el pergamino ya
limpio entra a la maacutequina trilladora y es retirada por friccioacuten la cascarilla obtenieacutendose la
almendra El cisco que acompantildea la almendra al salir de la trilladora es succionado
mecaacutenicamente en esta operacioacuten se causa la merma por cisco El monitor de pergamino es
una maacutequina cribadora compuesta por un conjunto de tres a cuatro mallas una campana
extractora de cisco y polvo residual
La maacutequina trilladora estaacute formada por un cilindro en forma hexagonal con superficie labrada
que gira dentro de un cilindro coacutencavo estacionario y fraccionado en dos caacutemaras en la
primera caacutemara la friccioacuten elimina entre 60 y 70 de la cascarilla luego pasa a la segunda
caacutemara (caacutemara de retrilla) transportado por un elevador de cangilones donde termina de
retirarle la cascarilla y pule la superficie de la almendra eliminaacutendole la cutiacutecula (Mayorga
nd)
Ilustracioacuten 7 Pelado de la cubierta del grano (cascarilla) (Autoriacutea propia)
64
Ilustracioacuten 8 Obtencioacuten de la cascarilla
Fuente Tomado de httpswwwcoopronaranjorlcomnuestro-cultivoproceso-ciclo
32 Caracteriacutesticas fisicoquiacutemicas de la cascarilla de cafeacute
Caracteriacutesticas fiacutesicas 321
El pergamino o cascarilla de cafeacute es la parte que envuelve el grano inmediatamente despueacutes
de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12 del grano de cafeacute en base seca
Ilustracioacuten 9 Partes de un grano de cafeacute (Coffea 2005)
65
Tabla 18 Caracterizacioacuten cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
CASCARILLA DE CAFEacute
A B C
Masa unitaria suelta
284gr 300gr 310gr
MUS=298gr
Masa unitaria compacta (peso2716gr) molde 110pie3
334gr 354gr 344gr
MUC=344gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip 344grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 193grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 2846 h
Composicioacuten quiacutemica 322
Tabla 19 Composicioacuten quiacutemica de la cascarilla de cafeacute (Garciacutea amp Olaya 2011)
(Seguacuten Willboux (2))
()
Cafeacute
Araacutebica
()
Cafeacute
Robusta
()
Extracto eteacutereo
Proteiacutenas totales
Celulosa bruta
Hemicelulosa
Azuacutecares
Pentosa
Cenizas
Silicio
Aluminio (Al 203)
Hierro (Fe21198743)
Calcio
Magnesio
Sodio
Potasio
Grasas
040
150
5020
1160
2130
2600
100
1570
340
1360
1960
1220
340
1800
060
--
220
6020
760
--
--
330
--
--
--
--
--
--
--
66
Estas propiedades la hacen oacuteptima para utilizarla como agregado liviano en un hormigoacuten con
el limitante de que tiene un contenido de azuacutecares muy alto (213) que inhibe la reaccioacuten del
cemento en la mezcla y por consiguiente retarda el fraguado presentaacutendose eacuteste despueacutes de
las 72 horas de fundida la mezcla Este limitante se soluciona mineralizando la cascarilla
(Garcia amp Olaya 2011)
A su vez tiene una estructura lineal o fibrosa en la que se establecen muacuteltiples puentes de
hidroacutegeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa hacieacutendolas
muy resistentes e insolubles al agua De esta manera se originan fibras compactas que
constituyen la pared celular de las ceacutelulas vegetales daacutendoles asiacute la rigidez necesaria Las
fibras en los vegetales estaacuten unidas entre siacute por un material cementante de caraacutecter
termoplaacutestico denominado lignina localizada en la laacutemina media de las fibras
proporcionaacutendole rigidez y resistencia al tejido vegetal
33 Mineralizacioacuten de la fibra (proteccioacuten de la cascarilla de cafeacute)
Las fibras vegetales tienen dentro de su estructura componentes que son ricos en agua (lignina
y hemicelulosa) lo cual al reforzar el material compuesto puede generar deficiencias
mecaacutenicas La razoacuten principal para que la resistencia mecaacutenica disminuya es que el agua es
uno de los inhibidores naturales de la polimerizacioacuten en las resinas de polieacutester insaturado por
lo tanto la presencia de estos componentes es poco deseable dentro de la estructura de las
fibras (Gomez 2009)
Una forma de evitar o retardar la descomposicioacuten de las fibras utilizadas en el hormigoacuten es la
proteccioacuten de estas con sustancias bloqueadoras sustancias repelentes al agua y con una
mezcla de ambos tipos de sustancias (Gram 1983)
Ilustracioacuten 10 Cadena de celulosa cristalina 5-10000 unidades (unioacuten de varias unidades de
Glucosa)(Coffea 2005)
67
Mineralizacioacuten con aceite de linaza 331
Procedimiento
a) Calentar aceite a 80degC
b) Sumergir la fibra seca por 5 minutos
c) Tener otro aceite a 24degC y pasar la cascarilla por 5min
d) Repetir ciclo por 3 veces
e) Dejar enfriar a Tdeg ambiente durante 24h (Alvarado 2002)
Mineralizacioacuten con Hidroacutexido de calcio (baacutesica) 332
Procedimiento
Las partiacuteculas o fibras de bagazo fueron inmersas en Hidroacutexido de calcio al 50 durante 24
horas a una temperatura de laboratorio de 24degC (Para darle una proteccioacuten del medio alcalino
de la pasta de cemento) A partir de este procedimiento se obtiene como conclusioacuten que si se
aumenta el tiempo de inmersioacuten de cascara de arroz en la disolucioacuten baacutesica pasando de 24h a
72h se observa un gran aumento en la resistencia a compresioacuten (Saraz Aristizabal amp Mejiacutea
2007)
Mineralizacioacuten con Cal Agriacutecola 333
Procedimiento
Sumergir la cascarilla de cafeacute en su estado natural tal como sale de la trilladora en una
solucioacuten ac al 5 en peso durante media hora con agitado constante la proporcioacuten de la
cascarilla es del 10 del peso de la solucioacuten La cal limpia impurezas protege del ataque
microbioloacutegico protege del deterioro por la alta alcalinidad mejora la adherencia (Garcia amp
Olaya 2011)
68
34 Aplicacioacuten actual de la cascarilla de cafeacute
En la ciudad de Medelliacuten innovaron con la implementacioacuten de suelos a base de polietileno y
cascarilla de cafeacute molida ya que el piso de madera actual estaba empezando a sufrir deterioro
Este nuevo elemento fue el resultado de las investigaciones que el Metro adelanta con el fin de
obtener alternativas que garanticen la continuidad del servicio Ademaacutes de que esteacuten siempre
disponibles disminuyan gastos eviten las importaciones y sean amigables con el ambiente
Jaime Peacuterez jefe de Investigaciones del Metro explicoacute que los trenes vienen con un tipo de
madera especial resistente al agua y al calor pero esta no se obtiene en el paiacutes su
importacioacuten es costosa y con su obtencioacuten se hariacutea un significante dantildeo al ecosistema Es por
esta razoacuten que el Metro en colaboracioacuten con pymes y la Universidad de Antioquia ha
investigado desde los antildeos 80 con queacute otros materiales puede ser reemplazada la madera y
que tenga las mismas cualidades Fue esto lo que llevo a explorar otro tipo de materiales y a
encontrar en la cascarilla de cafeacute las particularidades necesarias para soportar el peso de los
usuarios y cumplir con la normatividad internacional ferroviaria no sufrir por humedad y no ser
vulnerable a incendios y una reduccioacuten del 30 al impacto con el medio ambiente (Mejia
2013)
El cisco la cascarilla sobrante del cafeacute es usado por un grupo de ingenieros mecaacutenicos como
materia prima para extruir perfiles de madera plaacutestica y construir viviendas de intereacutes social
El sector de la construccioacuten necesita innovarse constantemente a traveacutes de proyectos cada vez
maacutes sostenibles y amigables con los recursos y la mezcla de poliacutemeros con fibras provenientes
de productos residuales como el aserriacuten (EEUU) o la caacutescara de arroz (China) ha permitido en
el mundo una alternativa a la madera conocida como Wood Plastic Composite (WPC)
La agroindustria colombiana debiacutea encontrar un producto vegetal que le permitiera ofrecer una
alternativa al sector de la construccioacuten y es alliacute cuando el grupo uniandino Materiales y
Manufactura de Ingenieriacutea Mecaacutenica liderado por el profesor Jorge Medina encontroacute las
caracteriacutesticas aplicables al cisco de cafeacute
ldquoLos Andes nos permitioacute trabajar con el cisco de cafeacute que nos hace uacutenicos porque es el
producto que representa a Colombia en el mundo y deberiacuteamos integrarlo maacutes a nuestra
infraestructurardquo Las ventajas de haber utilizado el cisco de cafeacute fuera de darle un sello
69
colombiano al producto es que este subproducto del cafeacute anteriormente no se le daba un
manejo verde y se quemaba CO2 o botaba (Positivo 2015)
Estudiantes de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotaacute realizaron ensayos de
concreto con agregado de cascarilla de cafeacute en el Departamento de Ingenieriacutea Agriacutecola
Tomaron un material como el concreto para realizar la aplicacioacuten de residuos orgaacutenicos
provenientes de la agroindustria cafetera haciendo pruebas y ensayos para determinar las
propiedades fiacutesico-quiacutemicas de la cascarilla del cafeacute y su comportamiento junto al concreto
Llegaron a la conclusioacuten que como material mineralizante es maacutes econoacutemico el cemento que la
cal agriacutecola ademaacutes de que se obtiene mejores resistencias a la compresioacuten en el hormigoacuten
cuando se utiliza cemento en las mismas condiciones que cal tambieacuten concluyeron que la
cascarilla de cafeacute es un buen aislante teacutermico (Garciacutea amp Olaya 2011)
Auacuten no se han realizado aplicaciones como tal de los resultados obtenidos de investigaciones
donde se utiliza a la fibra vegetal cascarilla de cafeacute como reemplazo en la mezcla de concreto
4 Capiacutetulo Metodologiacutea de la investigacioacuten 70
4 Capiacutetulo Materiales y meacutetodo
41 Metodologiacutea de la investigacioacuten
Liacutenea investigativa 411
En este proyecto se realizaron y analizaron los siguientes ensayos
Resistencia a la compresioacuten
Moacutedulo de rotura
Sortividad
Asentamiento
Los ensayos que se practicaron en especiacutemenes de concreto normal y con adicioacuten de la
fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) para esta investigacioacuten la cascarilla seriacutea el reemplazo en
diferentes porcentajes del peso del agregado grueso de la siguiente manera
Tabla 20 Esquema experimental (autoriacutea propia)
VARIABLE PORCENTAJE MINERALIZACIOacuteN DENOMINACIOacuteN
Mezcla patroacuten
Cascarilla de cafeacute
(Fibra vegetal)
-
05
10
15
05
10
15
05
10
15
-
CAL AGRIacuteCOLA
LINAZA
HIDROacuteXIDO DE CALCIO
CP-0
CFC-05
CFC-10
CFC-15
CFL-05
CFL-10
CFL-15
CFH-05
CFH-10
CFH-15
71
Denominacioacuten
CP-0 = Concreto patroacuten CFC = Concreto con Fibra vegetal - mineralizacioacuten Cal Agriacutecola CFL = Concreto con Fibra Vegetal - mineralizacioacuten aceite de Linaza CFH = Concreto con fibra vegetal - mineralizacioacuten con Hidroacutexido de Calcio -05 = Porcentaje de reemplazo 05 -10 = Porcentaje de reemplazo 10 -15 = Porcentaje de reemplazo 15
Se elaboraron placas de concreto con el fin de analizar su comportamiento ante agentes
externos como lluvia sol aire vegetacioacuten y se realizaron probetas ciliacutendricas y vigas con y sin
adicioacuten de la cascarilla para ser evaluadas a los 28 diacuteas
72
PROPIEDADES
Agregado fino Agregado Grueso Cascarilla de Cafeacute
Reemplazo
05 10 15
Mineralizacioacuten
-Cal agriacutecola
-Aceite de linaza
-Hidroacutexido de Calcio
Propiedades
estado fresco Propiedades
estado endurecido
Vigas Especiacutemenes
ciliacutendricos Placas Asentamiento
Texturizados Resistencia a
la compresioacuten
Moacutedulo de
Rotura
Exposicioacuten
al exterior Sortividad
Anaacutelisis Conclusiones
Recomendaciones
Ilustracioacuten 11 Esquema de la investigacioacuten (autoriacutea propia)
73
Materiales 412
4121 Materiales
- Cemento El cemento utilizado para este disentildeo es Cemento Gris de Uso General
producido por Cementos Argos SA Cumplen con los valores de la norma colombiana
NTC 121 y 321(Argos 2013)
Tabla 21 ESPECIFICACIONES TEacuteCNICAS (Argos 2013)
PARAacuteMETROS FIacuteSICOS Especificaciones
argos
NTC 321
Tipo I
ASTM
C-1157 TIPO GU
Fraguado inicial miacutenimo (minutos)
Fraguado final maacuteximo (minutos)
Expansioacuten autoclave maacuteximo ()
Expansioacuten en agua maacuteximo ()
Resistencia a 28 diacuteas miacutenimo (Mpa)
45
420
08
02
260
45
480
08
--
240
45
420
08
02
280
- Agua para el procedimiento se utilizoacute agua proveniente de la red de abastecimiento de
agua potable de la Empresa ACUEDUCTO AGUA Y ALCANTARILLADO DE BOGOTAacute
- Agregados los agregados fino y grueso son traiacutedos desde el municipio del Guamo
Tolima
- Fibra Vegetal (cascarilla de cafeacute) esta fibra proviene del grano de la planta cafeto
(Coffea) lo que se denomina como ldquocascarilla de cafeacuterdquo tambieacuten conocido como cisco
o residuo de la extraccioacuten del grano de cafeacute resultado de un proceso denominado trilla
Poblacioacuten y muestras 413
4131 Poblacioacuten placas
Placas cuadradas en concreto convencional y reforzados con Cascarilla de cafeacute en
porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento de
proteccioacuten
74
Muestra
Estuvo constituida por 20 placas de concreto placas cuadradas de aproximadamente 30x30cm
en concreto normal y reemplazo de agregado grueso por cascarilla de cafeacute En este caso se
adiciono pigmento de color amarillo
Se disentildearon 5 tipos de formaletas para aplicar diferentes texturas para prueba de adherencia
a los patrones de disentildeo arquitectoacutenico y exposicioacuten a los factores externos como lluvia sol
vegetacioacuten Las placas se repartieron de la siguiente manera
- 5 placas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
- 5 placas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por agregado
grueso las cuales fueron evaluadas ante los patrones de textura despueacutes del desmolde
y dejadas en el exterior del laboratorio durante 3 meses
4132 Poblacioacuten especiacutemenes ciliacutendricos
Se realizaron especiacutemenes ciliacutendricos en concreto normal y reforzados con cascarilla de cafeacute
en porcentajes de 05 10 y 15 a su vez aplicando a la cascarilla el debido tratamiento
de proteccioacuten
75
Para la prueba de compresioacuten y absorcioacuten se elaboraron un total de 58 especiacutemenes
ciliacutendricos con y sin fibra vegetal
Los cilindros se repartieron de la siguiente manera
- 4 probetas ciliacutendricas con 0 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 2 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 2 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 05 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 10 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
- 6 probetas ciliacutendricas con 15 de reemplazo de fibra vegetal (cascarilla de cafeacute) por
agregado grueso 3 para compresioacuten se fallaron a los 28 diacuteas y 3 para sortividad inicial
que va en un periodo desde 1 minuto hasta las 6 horas
Para la definicioacuten de la cantidad de especiacutemenes para las muestras se tomoacute como referencia
lo estipulado en la norma ASTM C-192 ldquoPraacutectica Normalizada para preparacioacuten y curado de
especiacutemenes de concreto para ensayo en laboratoriordquo en la que se propone como cantidad de
moldeados tres o maacutes especiacutemenes para cada edad de ensayo
76
42 Caracterizacioacuten de los aacuteridos
En un metro cuacutebico de mezcla de concreto podemos tener un promedio de agregados fino y
grueso en un 70 Es importante la valoracioacuten de las propiedades de los agregados al
momento del disentildeo de la mezcla ya que pueden afectar las caracteriacutesticas del concreto final
para esto se tendraacute en cuenta
- Manejabilidad
- Durabilidad
- Factores econoacutemicos
Agregado grueso Tabla 22 Caracterizacioacuten agregado grueso (autoriacutea propia)
AGREGADO GRUESO
Grava 38 oacute
filtro
A
B
C
Masa unitaria suelta
18565gr
19565gr
19565gr
MUS=19231gr
Masa unitaria compacta
(peso frac12 pie cubico) molde 11435gr
20565gr
20065gr
20565gr
MUC=2040gr
Tabla 23 Caracterizacioacuten agregado grueso pesos (autoriacutea propia)
Peso SSS
Peso
sumergido Peso seco
Lavado tamiz
(horno05degx24h)
Humedad
natural
Peso inicial
Peso final
5000gr
4764gr
4764gr
2910gr
4764gr
4544gr
5000gr
4798gr
2000gr
1944gr
MASA UNITARIA SUELTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7796grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8963grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 256grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 484 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 288 FORMA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Redondeada (grava de riacuteo)
77
Agregado fino Tabla 24 Caracterizacioacuten agregado fino (autoriacutea propia)
AGREGADO FINO
A
B
C
Masa unitaria suelta
1580gr
1630gr
1612gr
MUS= 1610g
Masa unitaria apisonada
2024gr
2058gr
2041gr
MUA=2041gr
Tabla 25 Caracterizacioacuten agregado fino peso (autoriacutea propia)
Peso seco Lavado tamiz
(horno105degx24h) Humedad natural
Peso inicial
Peso final
1350gr
1335gr
5000gr
4860gr
1500gr
1486gr
MASA UNITARIA SUELTAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1610grcm3) MASA UNITARIA COMPACTA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2041grcm3) DENSIDAD APARENTE SECA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 261grcm3 ABSORCIOacuteN helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 298 h HUMEDAD NATURAL helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 094
Anaacutelisis Granulomeacutetrico 421
En anaacutelisis granulomeacutetrico tanto del agregado fino como del agregado grueso se desarrolloacute en
base a la NTC 174 y se realizoacute al iniciar con cada una de las mezclas De acuerdo con la
literatura estudiada la cascarilla de cafeacute como agregado vegetal debe tener un previo
tratamiento para asiacute evitar que el medio alcalino al cual se expone en la mezcla no la deteriore
impidiendo asiacute su finalidad en el concreto para ello se emplean 3 diferentes tratamientos
aceite de linaza hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola para tratar estas fibras y asiacute aumentar su
durabilidad
78
4211 Agregado Fino
El agregado fino es arena de rio del departamento del Tolima traiacuteda por la empresa ldquoFerreteria
el Campiacutenrdquo de acuerdo al anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de finura de este agregado es de
31 y su ubica dentro y al liacutemite del rango permitido por la norma NTC 174 donde se aclara que
el modulo no puede ser mayor a 31
Tabla 26 Granulometriacutea agregado fino (autoriacutea propia)
Graacutefica 1 Curva granulomeacutetrica agregado fino (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 310
0
20
40
60
80
100
120
0101001000
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado fino
Lim Inferior
arena
LimSuperior
Agre
gado
fin
o
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
16
30
50
100
Fondo
Σ
0
354
408
952
1460
1215
375
966
48606
0
729
839
1959
3004
2500
771
198
10000
0
729
1568
3527
6531
9031
9802
10000
100
9271
8432
6473
3469
969
198
-
79
4212 Agregado Grueso
El agregado grueso estaacute compuesto por gravilla de riacuteo del departamento del Tolima
comercializada por la empresa ldquoFerreteriacutea el Campinrdquo
Tabla 27 Granulometriacutea agregado grueso (autoriacutea propia)
Graacutefica 2 Curva granulomeacutetrica agregado grueso (autoriacutea propia)
Moacutedulo de finura 604
0
20
40
60
80
100
120
440
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Agregado Grueso
Lim Inferior
gravilla
LimSuperior
Agre
ga
do
Gru
eso Tamiz
Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
1frac12rdquo
1rdquo TM
frac34rdquoTMN
frac12rdquo
38rdquo
4
Σ
-
-
56
1432
1988
1322
4798
0
000
117
2985
4123
2755
10000
0
000
117
3101
7224
9979
100
100
9883
6899
2776
021
80
4213 Fibra vegetal Cascarilla de cafeacute
La fibra vegetal producto de la industria cafetera es el agregado reciclado procedente de la
zona cafetera narintildeense del paiacutes De acuerdo con el anaacutelisis granulomeacutetrico el moacutedulo de
finura es de 34 ubicaacutendose por encima del rango permitido por la norma NTC 174 que
determina como rango maacuteximo 31 para el agregado fino No obstante auacuten cuando el material
es calificado por la norma como un agregado de tamantildeo grueso esta fibra no es un agregado
convencional por lo que se toma uacutenicamente como referencia para compararlo con los demaacutes
agregados
Tabla 28 Granulometriacutea Cascarilla de cafeacute (autoriza propia)
Graacutefica 3 Curva granulomeacutetrica fibra vegetal Cascarilla de cafeacute (autoriacutea propia)
-20
0
20
40
60
80
100
120
01110
Po
rcen
taje
qu
e p
as
a (
)
Abertura Tamiz (mm)
Curva granulometrica Cascarilla de Cafeacute
Cascarhellip
Casc
ari
lla d
e ca
feacute
Tamiz Peso
retenido Retenido
Retenido
acumulado Que pasa
38rdquo
4
8
10
16
20
100
Fondo
Σ
0
38
574
345
662
123
87
171
200
000
190
2870
1725
3310
615
435
855
100
000
190
3060
4785
8095
8710
9145
100
100
9810
6940
5215
1905
1290
855
000
Moacutedulo de finura 340
81
43 Disentildeo de mezcla
Para el disentildeo de mezcla se toma como referente el procedimiento planteado por Diego
Saacutenchez de Guzmaacuten en su libro ldquoTecnologiacutea del Concretordquo
Seleccioacuten del Asentamiento 431
Tabla 29 Seleccioacuten del asentamiento (Guzmaacuten 2001)
CONSISTENCIA ASENTAMIENTO
EJEMPLO DE
TIPO DE
CONSTRUCCIOacuteN
SISTEMA DE
COLOCACIOacuteN
SISTEMA DE
COMPACTACIOacuteN
Semi-seca
Media
Huacutemeda
35-50
50-100
100-150
Pavimentos
fundaciones en
concreto simple
Pavimentos
compactados a
mano losas
muros vigas
Elementos
estructurales
esbeltos
Colocacioacuten con
maacutequinas
operadoras
manualmente
Colocacioacuten
manual
Bombeo
Secciones
simplemente
reforzadas con
vibracioacuten
Secciones
medianamente
reforzadas sin
vibracioacuten
Secciones bastante
reforzadas sin
vibracioacuten
Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado 432
Tabla 30 Seleccioacuten del tamantildeo maacuteximo del agregado(Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeOS MAacuteXIMOS DE AGREGADOS SEGUacuteN EL TIPO DE CONSTRUCCIOacuteN
Dimensioacuten miacutenima
de la seccioacuten (cm) Tamantildeo maacuteximo en pulg (mm)
6 ndash 15
19 ndash 29
30 ndash 74
75 o maacutes
Muros reforzados y
vigas y columnas
frac12rdquo(12)- frac34rdquo19)
frac34rdquo(19)-1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Muros sin
refuerzo
frac34rdquo(19)
1frac12rdquo(38)
3rdquo(76)
6rdquo(152)
Lozas muy
reforzadas
frac34rdquo(19)-1rdquo(25)
1frac12rdquo(38)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
Losas sin refuerzo
o poco reforzadas
frac34rdquo(19)-1frac34rdquo(25)
1frac12rdquo(38)-3rdquo(76)
3rdquo(76)
3rdquo(76)-6rdquo(152)
82
Estimacioacuten del contenido de aire 433
Tabla 31 Estimacioacuten del contenido de aire (Guzmaacuten 2001)
TAMANtildeO MAacuteXIMO NOMINAL
DEL AGREGADO CONTENIDO DE AIRE EN PORCENTAJE (POR VOLUMEN)
mm Pulg Naturalmente
atrapado
Exposicioacuten
ligera
Exposicioacuten
moderada
Exposicioacuten
severa
127
190
254
381
frac12
frac34
1
1frac12
25
20
15
10
40
35
30
25
55
50
45
45
70
60
60
55
Requerimiento de agua de mezclado 434
Tabla 32 Requerimiento de agua de mezclado en concreto con aire incluido(Guzmaacuten 2001)
Asentamiento
Tamantildeo maacuteximo del agregado en mm (pulg)
951
frac34rdquo
127
frac12rdquo
190
frac34rdquo
254
1rdquo
381
1frac12rdquo
508
2rdquo
640
2frac12rdquo
761
3rdquo
mm pulg Agua de mezclado en kgm3 de concreto
25
50
75
100
125
150
1
2
3
4
5
6
193
197
200
203
205
208
167
172
176
179
183
188
157
163
167
169
172
176
141
147
152
155
158
162
135
140
145
148
151
155
127
131
135
137
140
144
124
128
132
134
137
141
117
122
125
128
130
134
Resistencia requerida de disentildeo 435
Tabla 33 Resistencia requerida de disentildeo cuando no hay datos que permitan determinar la desviacioacuten estaacutendar
Resistencia especificada
fʹc (kgcm2)
Resistencia de disentildeo de la mezcla
fʹcr (kgcm2)
Menos de 210 kgcm2
De 210 kgcm2 a 350 kgcm2
Maacutes de 350 kgcm2
fʹc + 70kgcm2
fʹc + 85kgcm2
fʹc + 100kgcm2
fʹc = fʹc + 70kgcm2 fʹc = 210 + 70kgcm2 fʹc = 280kgcm2
83
Relacioacuten agua-cemento 436
Tabla 34 Dependencia de la relacioacuten AC y la resistencia a la compresioacuten del concreto (adaptada del ACI 2111 y
del ACI 2113)
RELACIOacuteN AC DE DISENtildeO EN PESO
Facutec (28 diacuteas) Concreto sin aire
incorporado
Concreto con aire
incorporado
150
200
250
300
350
400
450
08
07
062
055
048
043
038
071
061
053
046
04
---
---
En esta investigacioacuten la relacioacuten agua-cemento corresponde a 050 teniendo en cuenta que la
resistencia de disentildeo es de 280kgcm2
Caacutelculo del contenido de cemento
Una vez que el contenido de agua de mezclado y la relacioacuten agua-cemento han sido
determinados el contenido de cemento por metro cubico de concreto establecido al dividir el
contenido de agua de mezclado entre la relacioacuten agua-cemento
AC = Relacioacuten agua-cemento por peso C = 148kg3 = 368kgm3 050
Definicioacuten de datos 437
Tabla 35 Datos para disentildeo de mezcla (autoria propia)
ENSAYO AGREGADO
GRUESO
AGREGADO
FINO
Masa unitaria compacta MUC (km3)Compact Unit massCMU
Masa unitaria suelta MUS (km3)looseUnite Mass (km3)
Densidad aparente seca
Absorcioacuten ()Absorption ()
Humedad NaturalNatural Moinsture
Moacutedulo de finuraFineness Modulus
FormaForm
6523
5194
256
284
288
redondeada
1926
1492
161
2987
094
311
84
Tabla 36 Peso y volumen absoluto de los ingredientes por metro cuacutebico de concreto (autoriacutea propia)
INGREDIENTE PESO SECO
KGM3
PESO ESPECIacuteFICO
KM3
VOLUMEN
ABSOLUTO LM3
Cemento
Agua
Contenido de aire
Agregado grueso
Agregado fino
368
184
885
861
3100
1000
2560
2610
0118
0184
002
034
033
Total 2298 0992
Tabla 37 Cantidades de disentildeo de mezcla (autoriacutea propia)
MATERIALES Cantidad UN
Cemento de uso general 368 Kgmsup3
Agregado fino 861 Kgmsup3
Agregado grueso 885 Kgmsup3
Agua 184 Kgmsup3
44 Variables y porcentajes de reemplazo del disentildeo de mezcla
De acuerdo al disentildeo de mezcla ya establecido se sustituye la fibra vegetal (cascarilla de cafeacute)
por el agregado grueso en proporciones de 05 10 y 15 porcentajes que son sometidos a
un tratamiento previo (aceite de linaza hidroacutexido de calcio cal agriacutecola) Para cada tratamiento
se efectuaron los tres porcentajes de reemplazo con el fin de proteger la fibra del medio
alcalino
Tabla 38 Valores de los porcentajes de reemplazo (autoriacutea propia)
MEZCLA 1 (CFV-05) 995Agregado peacutetreo + 05
agregado vegetal
MEZCLA 2 (CFV-10) 99Agregado peacutetreo +
10 agregado vegetal
MEZCLA 3 (CFV-15) 985Agregado peacutetreo + 15
agregado vegetal
000173 1930 = 3339 000346 1930 = 6678 000518 1930 = 9997
(1930 Densidad cascarilla)
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados
51 Elaboracioacuten de placas con estampado textura y pigmentacioacuten
De acuerdo a las variables determinadas con respecto a los pesos especiacuteficos de cada
agregado y al tratamiento que se hace a la cascarilla de cafeacute previo a la ejecucioacuten de la
mezcla se realizaron 9 variables
Se disentildearon y elaboraron 16 formaletas en madera contrachapada de 9mm (ficha teacutecnica
ANEXO 1) para la experimentacioacuten ante acabados y pigmentacioacuten de una de las variables de
mezcla Para conocer la adaptabilidad en el encofrado se determinoacute escoger la mezcla con
mayor porcentaje de reemplazo de cascarilla de cafeacute con el fin de analizar su comportamiento
ante los disentildeos propuestos de formaleta De igual manera para evaluar la asimilacioacuten del
pigmento y su reaccioacuten ante las 3 variables de mineralizacioacuten de la cascarilla de cafeacute (el
cemento seleccionado es blanco)
Dimensiones de las formaletas 027 027 0035 = 000315 110 (desperdicio) = 00035
Los acabados fueron los siguientes
- Acabado liso
- Esferas de poliestireno expandido +PVC
- Acabado con hojas naturales
- Estampado
86
Tabla 39 Mineralizacioacuten reemplazo15 y acabados (autoriacutea propia)
MINERALIZACIOacuteN CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Aceite de linaza
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVL-15
Hidroacutexido de
Calcio
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVH-15
Cal
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVC-15
Mezcla patroacuten
Acabado liso
Esferas de poliestireno expandido +PVC
Acabado con hojas naturales
Estampado
CVP
Las proporciones para la mezcla se resumen en la tabla 40 con el fin de preparar las
cantidades necesarias para una formaleta de 027 027 0035 las cuales son utilizadas para
probar comportamiento reaccioacuten y posibles variables ante condiciones climaacuteticas externas
como luz directa del sol lluvia agentes contaminantes y vegetacioacuten
Tabla 40 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
placas
Cemento 368 1288
Agua 184 0644
Grava 8725 3053
Arena 861 3013
Reemplazo fibra 9997 0035
Previamente a la ejecucioacuten de la mezcla se mineralizo la cascarilla de cafeacute se pesaron los
agregados y se marcaron las formaletas con su nomenclatura correspondiente para su
identificacioacuten Se verificoacute el debido cerramiento de las formaletas los elementos necesarios
para los acabados a realizar y se aplicoacute desmoldante (aceite vegetal)
87
Il 12a Mineralizacioacuten aceite de linaza Il 12b Secado 24h mineralizacioacuten linaza
5min 80degC ndash 5min 24deg (Proceso 3 veces)
Il 12c Mineralizacioacuten Hidroacutexido de calcio Il 12d Mineralizacioacuten Cal agriacutecola
sumergido 24h agitacioacuten constante 30min
Posterior a la elaboracioacuten de la mezcla se procedioacute al llenado de formaletas previamente
aceitadas y marcadas y se desencofraron a las 24 horas de mezclado
Ilustracioacuten 12 Mineralizacioacuten de la cascarilla (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 13 Llenado de formaletas (autoriacutea propia)
88
Siendo este un ensayo para establecer cuaacuteles seriacutean las reacciones fiacutesicas y no mecaacutenicas de
estas placas a traveacutes de caracteriacutesticas como pigmentacioacuten y acabados continuo al
desencofrado se ubicaron en una superficie plana en el patio del edifico SINDU rodeada de
hierba donde estuvieron expuestas a las diferentes condiciones ambientales durante un periodo
de 3 meses
Il 14 a Placas con luz directa diacutea ndash sol (autoriacutea propia)
Ilustracioacuten 14 Colocacioacuten de placas a la intemperie parte trasera patio SINDU (autoriacutea
propia)
89
Tabla 41 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA PATROacuteN CP
Desmolde 24 horas
Acabado liso
Esferas de
poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
90
Tabla 42 Resultado placas mezcla tratamiento con aceite de linaza (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA ACEITE DE LINAZA 15 CFL-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales
Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de las
formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire contenido
en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo por cada
formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
El patron de acabado con hojas naturales se considero desde un principio que quizas no se tendria
el mejor resultado pero se obtuvo una muy buena adaptabilidad y aspecto
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Esta mezcla permite que las particulas se resalten y puedan ser vistas con facilidad dandole un
aspecto particular Se puede considerar que el aceite repela los demas materiales dejandose esta a la
vista y le deun efecto especial visualmente
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteristica
91
Tabla 43 Resultado placas mezcla con hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA HIDROacuteXIDO DE CALCIO 15 CFH-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
A diferencia de las placas con tratamiento a la fibra con aceite de linaza en este tratamiento con
hidroacutexido de calcio no se logra ver con facilidad las partiacuteculas estas quedan confundidas en la
mezcla
Con respecto al color puede considerarse que al hacer el uso de esta mineralizacion a la cascarilla
de cafeacute no sea homogeneo el color dejandose a la vista zonas con mayor concentracion y otras con
menor concentracioacuten
92
Tabla 44 Resultado placas mezcla patroacuten (autoriacutea propia)
PLACAS DISENtildeO MEZCLA CAL 15 CFC-15
Desmolde 24 horas
Acabado liso Esferas de poliestireno
expandido +PVC
Acabado con hojas
naturales Estampado
Exposicioacuten a la intemperie Periodo 3 meses
Las cuatro placas presentan una alta presencia de poros debido a que en el proceso de llenado de
las formaletas no se realizo el respectivo vibrado para poder evitar las burbujas y sacar el aire
contenido en la mezcla Sin embargo la mezcla se adapato a cada uno de los patrones de disentildeo
por cada formaleta incluso copiando las vetas de la madera del molde a excepcion del disentildeo con
tuvos de pvc por inadecuada manipulacioacuten al desmolde
Transcurrido este tiempo no se presenta un cambio significativo con respecto a su textura y color
Al igual que con el tratamiento de hidroacutexido de calcio este tratamiento con cal agriacutecola evita que
las partiacuteculas queden a la vista con facilidad y por el contrario sean recubiertas y mimetizadas en
la mezcla perdiendo el efecto visual interesante que si logra el tratamiento con aceite de linaza
Con respecto al color por ser una mezcla a mano no se logra total homogeneidad sin embargo se
puede notar que el material de las formaletas influyo a esta caracteriacutestica
93
52 Ensayo de Asentamiento
Caracteriacutesticas de la mezcla en estado fresco 521
Seguacuten la literatura la fibra vegetal es un material no convencional con algunos usos tanto
nacionales como internacionales A partir de estos antecedentes se inicia el proceso de
experimentacioacuten del disentildeo de mezcla con esta fibra que previamente fue mineralizada con
tres componentes diferentes (aceite de linaza cal agriacutecola hidroacutexido de calcio) a la cual se
tomoacute el asentamiento en sus tres diferentes tratamientos para asiacute identificar caracteriacutesticas
como trabajabilidad consistencia homogeneidad y segregacioacuten
La ejecucioacuten de la mezcla se realizoacute bajo los paraacutemetros de la norma NTC 5171 y expuesta a
cielo abierto en el patio del edificio SINDU de la Universidad Nacional
Tabla 45 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
ENSAYO DE ASENTAMIENTO
Tratamiento fibra Muestra Reemplazo Asentamiento
obtenido
Aceite de Linaza
CFL-15 15 47mm
CFL-10 10 42mm
CFL-05 05 45mm
Hidroacutexido de
Calcio
CFH-15 15 40mm
CFH-10 10 78mm
CFH-05 05 56mm
Cal Agriacutecola
CFC-15 15 53mm
CFC-10 10 51mm
CFC-05 05 47mm
Mezcla Patroacuten
(Testigo) CP -- 53mm
94
Graacutefica 4 Resultados asentamientos de las 3 variables y reemplazos (autoriacutea propia)
5211 Trabajabilidad
Durante la ejecucioacuten de las mezclas se aprecioacute una muy leve dificultad para la manipulacioacuten de
estas considerando que se llevariacutea con mayor rigurosidad los pasos de la norma para poder
hacer la medicioacuten de la prueba de Abrams y continua fundicioacuten de probetas Con respecto a los
tratamientos previos efectuados en la cascarilla de cafeacute no incidieron notablemente en la
manipulacioacuten de la mezcla ni en el porcentaje de reemplazo por agregado grueso
5212 Consistencia
Se hace uso del cono de Abrams o ensayo de ldquoslumprdquo para determinar el comportamiento del
concreto fresco y asiacute determinar trabajabilidad y consistencia de acuerdo a la NTC 396
Il 3a Divisioacuten dela mezcla en Il 3b Llenado del cono Il 3c Medicioacuten del
3 partes asentamiento
0
20
40
60
80
150 100 050 Pmd CP
Ase
nta
mie
nto
(m
m)
Reemplazo
Asentamiento
aceite de linaza
hidroxido de calcio
cal agricola
Testigo
Ilustracioacuten 15 Ensayo de asentamiento (autoriacutea propia)
95
Se determina que la consistencia de mezcla es media (plaacutestica) lo que se habiacutea determinado
para el disentildeo a excepcioacuten de la mezcla que lleva la fibra con tratamiento aceite de linaza el
asentamiento se presenta de manera levemente menor Puede considerarse una mezcla
ldquonormalrdquo el concreto no sufre grandes deformaciones ni hay separacioacuten de elementos
5213 Homogeneidad
Se procedioacute inicialmente a la incorporacioacuten de los materiales fino grueso y cemento despueacutes
de integrar los materiales entre siacute el siguiente paso fue el vaciado de agua por partes para ir
teniendo una mezcla homogeacutenea Terminado la unificacioacuten de todos los materiales se adiciono
la fibra previamente tratada las partiacuteculas de la cascarilla de cafeacute se incorporaron sin ninguna
muestra aparente de dificultad por lo tanto no hubo segregacioacuten de los componentes de la
mezcla
Il 16a Incorporacioacuten de la fibra a la mezcla Il 16b Homogeneidad de la mezcla
53 Ensayo de compresioacuten
Para la comprobacioacuten de resistencia a compresioacuten las pruebas se llevaron a cabo en
especiacutemenes ciliacutendricos de 10cm de diaacutemetro x 30cm de longitud Todos los especiacutemenes se
desencofraron a las 24 horas de mezclado se marcaron y fueron curados por un periodo de 28
diacuteas por el meacutetodo de inmersioacuten en agua potable con el fin de no perder contenido de agua
cuando inicien sus reacciones quiacutemicas endurecimiento y resistencia
Ilustracioacuten 16 Mezcla en patio (autoriacutea propia)
96
Para cada disentildeo de mezcla de acuerdo al tratamiento previo de la fibra y sus respectivos
porcentajes de reemplazo de cascarilla de cafeacute se realizaron 3 especiacutemenes para efectos de la
prueba Para el ensayo de compresioacuten se realizaron en total 29 especiacutemenes con los testigos
CP)
Il 17a Cilindros en formaleta (24h) Il 17b Curado Cilindros en piscina (28diacuteas)
Tabla 46 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8725 1535
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 9997 001759
Tabla 47 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 8769 1543
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 6678 001175
Ilustracioacuten 17 Proceso de fundicioacuten y curado de cilindros (autoriacutea propia)
97
Tabla 48 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 0647
Agua 184 0323
Grava 88133 1551
Arena 861 1515
Reemplazo fibra 3339 000596
Se determinoacute un registro de apariencia de los especiacutemenes ciliacutendricos y se observoacute que en la
construccioacuten de cada uno teniendo auacuten asiacute la misma composicioacuten y el mismo procedimiento
existiacutean variaciones en la apariencia con presencia de hormigueo y medianos poros sobre todo
se tuvo presente que esto sucediacutea en los cilindros que se fundiacutean de uacuteltimo pudiendo asiacute
concluir que se presentaba una ligera peacuterdida de agua en el proceso de fundir del primero al
uacuteltimo
Resultados 531
Tabla 49 Resultados mezcla patroacuten a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
Para este ensayo resistencia a la compresioacuten de cilindros de 10x15cm el promedio de la
resistencia Real Mpa es de 2254 resultado que seraacute comparativo con los disentildeos de mezcla
dados a partir de las variables de tratamiento a la cascarilla y porcentaje de reemplazo por fibra
vegetal
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Peso(gr) Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
Testigo CP (A) 3746 17690 2252
2254 CP (B) 3548 17720 2256
98
5311 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 50 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFL-15(A) 1536 0018 3413 9150 1165
1094 CFL-15(B) 1536 0018 3478 8320 1059
CFL-15(C) 1536 0018 3465 8250 1050
10
CFL-10(A) 1543 0012 3634 10680 1360
1386 CFL-10(B) 1543 0012 3627 11220 1429
CFL-10(C) 1543 0012 3654 10760 1370
05
CFL-05(A) 1551 0006 3480 10760 1370
1295 CFL-05(B) 1551 0006 3522 9610 1224
CFL-05(C) 1551 0006 3478 10140 1291
Graacutefica 5 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Para el disentildeo de mezcla con tratamiento previo a la cascarilla con aceite de linaza se infiere
que los resultados se reducen en comparacioacuten a los valores de resistencia para los testigos
mezcla patroacuten
Entre las tres variables de porcentajes utilizados para este disentildeo de mezcla se tiene que la
mayor resistencia se presenta en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra
vegetal es del 10 concluyendo que para este disentildeo superar este porcentaje reduciraacute
notablemente la resistencia a la compresioacuten
1094
1386 1295
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Resistencia
R
eal
MP
a
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Aceite de Linaza
Aceite de Linaza
Testigo
99
5312 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 51 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFH-15(A) 1536 0018 3516 10840 1380
1376 CFH-15(B) 1536 0018 3504 10650 1356
CFH-15(C) 1536 0018 3508 10950 1394
10
CFH-10(A) 1543 0012 3708 9000 1146
115 CFH-10(B) 1543 0012 3519 9210 1173
CFH-10(C) 1543 0012 3521 8880 1131
05
CFH-05(A) 1551 0006 3642 13390 1705
1654 CFH-05(B) 1551 0006 3614 11650 1483
CFH-05(C) 1551 0006 3671 13940 1775
Graacutefica 6 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Este tratamiento arroja resultados de forma inferior a los establecidos por las probetas testigos
mezcla patroacuten sin ninguacuten tipo de adicioacuten ni reemplazo Para este caso en el que se obtuvo una
mejor resistencia es en la mezcla cuyo reemplazo de agregado grueso por fibra vegetal es del
05 el menor valor de reemplazo seguido de este el reemplazo 15 tuvo una mayor
resistencia en comparacioacuten del 10
1376
115
1654
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra Hidroacutexido de Calcio
Resistencia
Testigo
100
5313 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con cal agriacutecola
Tabla 52 Resultados mezcla tratamiento aceite de linaza a los 28 diacuteas (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra Agregado
grueso
Cascarilla
de cafeacute Peso(gr)
Carga
(kN)
Resistencia
Real MPa Promedio
15
CFC-15(A) 1536 0018 3439 8120 1034
1176 CFC-15(B) 1536 0018 3568 9460 1204
CFC-15(C) 1536 0018 3475 10150 1292
10
CFC-10(A) 1543 0012 3575 11880 1513
1575 CFC-10(B) 1543 0012 3559 12350 1572
CFC-10(C) 1543 0012 3562 12880 1640
05
CFC-05(A) 1551 0006 3494 12240 1558
1449 CFC-05(B) 1551 0006 3515 10770 1371
CFC-05(C) 1551 0006 3493 11140 1418
Graacutefica 7 Resultados promedio mezcla tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
Simultaacuteneamente al tratamiento con aceite de linaza e hidroacutexido de calcio la proteccioacuten a la
fibra con cal agriacutecola mantiene sus valores debajo de los comparados con la mezcla patroacuten
Con este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla se obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso determinando que el aumento de
porcentaje por el reemplazo de la cascarilla reduciraacute notablemente la resistencia
1176
1575 1449
2254 2254 2254
10
12
14
16
18
20
22
24
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de reemplazo
Tramiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Cal Agricola
Testigo
101
5314 Promedio resistencias de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 8 Resultados promedio mezclas (autoriacutea propia)
Realizando una comparacioacuten de los resultados obtenidos a partir de los promedios en los
disentildeos de mezcla planteados es claro que los porcentajes arrojan resultados con peacuterdida de
resistencia en comparacioacuten con los valores dados por los cilindros testigos (CP) en los que la
mezcla no posee ninguacuten tipo de agregado ni reemplazo
Para cada uno de los porcentajes cada tratamiento sobresale uno maacutes que el otro Se puede
apreciar que el mejor resultado lo arroja el tratamiento con hidroacutexido de calcio con un
porcentaje del 05 y el tratamiento con cal agriacutecola al 10 asiacute como el hidroacutexido de calcio al
15
El uso de aceite de linaza como tratamiento genera una mayor resistencia en la sustitucioacuten de
fibra vegetal en el 10 estando por encima del tratamiento de hidroacutexido de calcio pero es el
menor de las otras dos variables en los otros porcentajes de reemplazo
0
5
10
15
20
25
150 100 050
Re
sist
en
cia
Re
al M
Pa
Porcentaje de Reemplazo
Promedio Resistencias Real MPa
Aceite de Linaza
Hidroxido de calcio
Cal
Testigo
5 Capiacutetulo Ensayos y resultados 85
102
54 Ensayo de Sortividad
Se desarrolla este ensayo tomando como referente la norma ASTM C1585 ndash 04 que determina
poner en contacto con el agua una de las superficies del espeacutecimen (en este caso fue la cara
expuesta durante la fundida) y de esta manera lograr determinar la capacidad de absorcioacuten del
agua a diferentes intervalos de tiempo Para la ejecucioacuten se utilizaron especiacutemenes ciliacutendricos
de 10cm de diaacutemetro x 20cm de altura previamente al desarrollo de la prueba se colocaron los
especiacutemenes a secar al horno a una temperatura de 80degC con el fin de garantizar que el mismo
grado de saturacioacuten para todas las muestras
La norma bajo la cual se desarrolla esta prueba establece que los especiacutemenes sean sellados
por su periacutemetro con un material impermeable y con dimensiones especiacuteficas de 5cm de altura
y 10cm de diaacutemetro sin embargo dado que se trata de un ejercicio donde se busca comprobar
las 3 variables de mezclas seguacuten el curado y sus respectivos porcentajes de reemplazo de
agregado grueso por fibra vegetal se optoacute por hacer uso de los cilindros completos sin hacer
uso de alguacuten impermeabilizante perimetral garantizando la laacutemina de agua de 2plusmn1mm
establecida por la norma
Il 18a Secado de cilindros a 80degC (24h) Il 18b Ensayo de sortividad intervalos de tiempo
El ensayo se desarrolloacute en las instalaciones del laboratorio de tecnologiacutea del concreto del
edificio IEI el procedimiento se efectuoacute siguiendo lo dictado por la norma
Ilustracioacuten 18 Proceso de ensayo sortividad (autoriacutea propia)
103
Se Se tomaron pesos a los especiacutemenes en diferentes intervalos de tiempo con el fin de tomar
la sortividad inicial se parte por tomar el peso de los cilindros en estado seco tomado como
tiempo cero a partir del cual se podraacute medir el cambio en el peso de los especiacutemenes de
acuerdo a los tiempos establecidos Tambieacuten se toman cuatro (4) medidas a los diaacutemetros de
los cilindros de las caras que estaraacuten en contacto con el agua para que realizado el caacutelculo de
diferencia de peso de cada intervalo de tiempo este sea dividido entre el aacuterea obtenida con el
promedio de los diaacutemetros y se define la absorcioacuten en mm3mm2 para graficar la relacioacuten entre
la raiacutez cuadrada del tiempo en segundos y la absorcioacuten obtenida
Tabla 53 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia) MUESTRA 1 Reemplazo 05 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 1037 Aacuterea expuesta 8446m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3289 00000 00000
60 8 32915 00010 00010
300 17 3293 00006 00017
600 24 3294 00004 00021
1200 35 329525 00004 00025
1800 42 32958 00003 00028
3600 60 329715 00005 00033
7200 85 329965 00010 00044
10800 104 33014 00007 00051
14400 120 330195 00003 00054
18000 134 330285 00004 00057
21600 147 330405 00005 00062
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00 500 1000 1500 2000
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-05
Sortividad
Graacutefica 9 Sortividad inicial CFL-05 (autoriacutea propia)
104
Tabla 54 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 2 Reemplazo 10 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10036 Aacuterea expuesta 7910m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3402333 00000 00000
60 8 34046 00014 00014
300 17 34051 00002 00016
600 24 3405533 00004 00020
1200 35 34065 00005 00025
1800 42 3406667 00001 00026
3600 60 3407033 00003 00029
7200 85 3408333 00008 00037
10800 104 34091 00006 00043
14400 120 3409167 00001 00044
18000 134 3410 00004 00048
21600 147 3410067 00005 00053
Graacutefica 10 Sortividad inicial CFL-10 (autoriacutea propia)
Tabla 55 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 3 Reemplazo 15 - Aceite de Linaza Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10106 Aacuterea expuesta 8021m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3300 00000 00000
60 8 3302 00012 00012
300 17 33025 00003 00016
600 24 33036 00007 00022
1200 35 330435 00005 00027
1800 42 330485 00003 00030
3600 60 330585 00006 00036
7200 85 330755 00011 00047
10800 104 330905 00009 00056
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-10
Sortividad I
105
14400 120 33097 00004 00060
18000 134 330985 00002 00062
21600 147 331095 00006 00068
Graacutefica 11 Sortividad inicial CFL-15 (autoriacutea propia)
Tabla 56 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 4 Reemplazo 05 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10213 Aacuterea expuesta 8190m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33965 00000 00000
60 8 3400 00022 00022
300 17 3402 00012 00034
600 24 340345 00009 00043
1200 35 340605 00016 00059
1800 42 340675 00004 00064
3600 60 341035 00022 00086
7200 85 341335 00019 00105
10800 104 341595 00016 00121
14400 120 341675 00005 00126
18000 134 34178 00007 00133
21600 147 34193 00009 00142
00000
00010
00020
00030
00040
00050
00060
00070
00080
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFL-15
Sortividad I
106
Graacutefica 12 Sortividad inicial CFC-05 (autoriacutea propia)
Tabla 57 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 10 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00026 00026
300 17 3512 00009 00034
600 24 35145 00016 00050
1200 35 35163 00011 00061
1800 42 351745 00007 00068
3600 60 35203 00018 00086
7200 85 3523 00017 00103
10800 104 35251 00013 00116
14400 120 35263 00007 00123
18000 134 35278 00009 00133
21600 147 352865 00005 00138
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500 2000
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-05
Sortividad I
107
Graacutefica 13 Sortividad inicial CFC-10 (autoriacutea propia)
Tabla 58 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 5 Reemplazo 15 - Cal Agriacutecola Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro(mm) 10198 Aacuterea expuesta 8168m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 35065 00000 00000
60 8 35106 00021 00021
300 17 3512 00016 00036
600 24 35145 00025 00061
1200 35 35163 00014 00075
1800 42 351745 00012 00087
3600 60 35203 00025 00112
7200 85 3523 00023 00134
10800 104 35251 00016 00150
14400 120 35263 00011 00161
18000 134 35278 00011 00172
21600 147 352865 00005 00176
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
L (m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-10
Sortividad I
108
Graacutefica 14 Sortividad inicial CFC-15 (autoriacutea propia)
Tabla 59 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
MUESTRA 7 Reemplazo 05 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10129 Aacuterea expuesta 8056m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 33505 00000 00000
60 8 3354 00022 00022
300 17 335665 00016 00038
600 24 33598 00020 00058
1200 35 33641 00027 00085
1800 42 336475 00004 00089
3600 60 336565 00006 00094
7200 85 336985 00026 00120
10800 104 3372 00013 00134
14400 120 337325 00008 00142
18000 134 33751 00012 00153
21600 147 33756 00003 00156
00000
00050
00100
00150
00200
00 200 400 600 8001000120014001600
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFC-15
Sortividad I
109
Graacutefica 15 Sortividad inicial CFH-05 (autoriacutea propia)
Tabla 60 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
MUESTRA 8 Reemplazo 10 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 10146 Aacuterea expuesta 8085m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3346 00000 00000
60 8 335115 00032 00032
300 17 335395 00017 00049
600 24 335725 00021 00070
1200 35 336175 00028 00098
1800 42 33623 00003 00101
3600 60 336315 00005 00107
7200 85 3367 00024 00131
10800 104 33689 00012 00142
14400 120 337005 00007 00150
18000 134 33718 00011 00161
21600 147 33725 00004 00165
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-05
Sortividad I
110
Graacutefica 16 Sortividad inicial CFH-10 (autoriacutea propia)
Tabla 61 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
MUESTRA 9 Reemplazo 15 - Hidroacutexido de Calcio Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9991 Aacuterea expuesta 7838m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 3376 00000 00000
60 8 337965 00023 00023
300 17 33812 00010 00032
600 24 338365 00015 00048
1200 35 338735 00023 00071
1800 42 338785 00003 00074
3600 60 338865 00005 00079
7200 85 33927 00025 00104
10800 104 33946 00012 00116
14400 120 339565 00007 00122
18000 134 33974 00011 00133
21600 147 33979 00003 00136
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00160
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-10
Sortividad I
111
Graacutefica 17 Sortividad inicial CFH-15 (autoriacutea propia)
Tabla 62 Resultado intervalos de tiempo sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
MUESTRA 10 Testigos Ensayo Superficie superior
Edad de la muestra 28 Diacuteas Diaacutemetro (mm) 9945 Aacuterea expuesta 7766m2
Tiempo
ensayo (s)
Raiacutez C tiempo
(s⅟sup2) Masa (gr) Δ Masa (gr)
Δ Masaaacutereadensidad
del agua = l(mm)
0 0 36705 00000 00000
60 8 36751 00029 00029
300 17 36764 00008 00037
600 24 36783 00012 00049
1200 35 368045 00013 00062
1800 42 36807 00002 00063
3600 60 36811 00002 00066
7200 85 368315 00013 00079
10800 104 36838 -00307 -00228
14400 120 36842 00314 00085
18000 134 368545 00008 00093
21600 147 368565 00001 00094
00000
00020
00040
00060
00080
00100
00120
00140
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CFH-15
Sortividad I
112
Graacutefica 18 Sortividad inicial CP (autoriacutea propia)
Se calculan todos los valores dados por cada una de las variables tanto tratamiento como
porcentaje de reemplazo en los intervalos de tiempo establecidos para medir la capacidad de
absorcioacuten por capilaridad Estos resultados fueron obtenidos de especiacutemenes curados durante
28 diacuteas
-00250
-00200
-00150
-00100
-00050
00000
00050
00100
00 500 1000 1500
L(m
m)
Tiempo (s⅟sup2)
CP
Sortividad I
113
Graacutefica 19 Sortividad Inicial promedio (autoriacutea propia)
Se presentan notables variaciones con respecto a los porcentajes de reemplazo y los
tratamientos Para el tratamiento con aceite de linaza el grado de absorcioacuten es el menor en
relacioacuten a los otros tratamientos siendo el porcentaje 10 el mejor resultado para esta
variable Los tratamientos hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola determinan en relacioacuten a la mezcla
patroacuten y aceite de linaza una alta capacidad de absorcioacuten
0
0002
0004
0006
0008
001
050 1 150
Pro
me
dio
so
rtiv
idad
Porcentaje de reemplazo
Sortividad Inicial
Aceite de linaza
Cal agriacutecola
Hidroacutexido de C
Aceite Linaza Cal Agriacutecola H de Calcio Testigo
Sortividad I Pmd 00038 0009 00085 00036
0
0001
0002
0003
0004
0005
0006
0007
0008
0009
001
SOR
TIV
IDA
D
Sortividad I Pmd
Graacutefica 20 Sortividad promedio entre los tres tratamientos (autoriacutea propia)
114
55 Ensayo moacutedulo de rotura
Este ensayo suministra el valor de la resistencia a la traccioacuten del concreto en forma indirecta
Medida que se toma a una viga de concreto no reforzado Para ello se mide mediante la
aplicacioacuten de cargas a vigas de concreto de 6rdquo 6rdquo (150150mm) de seccioacuten transversal y con
luz de tres veces el espesor o sea 18rdquo (450mm) La resistencia a la traccioacuten se expresa como
el moacutedulo de rotura (MR) y se determina mediante el meacutetodo de ensayo en este caso ASTM
C78 la carga se aplica en los tercios de la luz libre
Il 19a Momento de aplicacioacuten Il 19b Viga fallada Il 19c Cara de la fractura
de fuerza a la viga
Para este ensayo se fundieron vigas de 50cm de longitud con seccioacuten prismaacutetica cuadrada de
15cm x 15cm pasados 28 diacuteas de su elaboracioacuten Se realizaron 20 vigas correspondiendo a
las 3 variables de tratamiento previo a la fibra vegetal a los porcentajes de reemplazo (05 -
10 - 15) y las vigas testigo sin ninguacuten tipo de reemplazo ni adicioacuten
Los pesos de los materiales fueron multiplicados por 00123 (00112 volumen de la formaleta
de la viga x 110 desperdicio)
Ilustracioacuten 19 Procedimiento flexioacuten a vigas (autoriacutea propia)
115
Tabla 63 Proporciones de mezcla Reemplazo al 15 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 15
Material Peso kgm3 Cantidad para
vigas
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8725 10609
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 9997 0123
Tabla 64 Proporciones de mezcla Reemplazo al 10 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 10
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 8769 10650
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 6678 0082
Tabla 65 Proporciones de mezcla Reemplazo al 05 (autoriacutea propia)
REEMPLAZO CASCARILLA DE CAFEacute AL 05
Material Peso kgm3 Cantidad para
cilindros
Cemento 368 4526
Agua 184 2263
Grava 88133 10691
Arena 861 10590
Reemplazo fibra 3339 0041
116
Resultados 551
A continuacioacuten se presentan los resultados obtenidos a partir del desarrollo de la prueba
aplicada a las vigas de concreto falladas a flexioacuten
Tabla 66 Resultados ensayo flexioacuten a vigas CP (autoriacutea propia)
MEZCLA PATROacuteN (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada(
N)
Moacutedulo de
Rotura
(MPa)
Testigos CP(A)
450 150 150 178633
176754 68 CP(B) 174875
Graacutefica 21 Promedio fuerza aplicada a CP (programa digital del ensayo)
La carga maacutexima alcanzada por el concreto con disentildeo de mezcla sin adiciones ni reemplazos
(CP) es en promedio de 1767 54 (2356 MPa) resultado que seraacute utilizado como referente
para los datos arrojados por disentildeos de mezclas con reemplazo de fibra vegetal ya planteados
117
5511 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Aceite de Linaza
Tabla 67 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento aceite de linaza (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO ACEITE DE LINAZA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFL-15(A)
450 150 150 157067
150205 58 CFL-15(B) 143343
10 CFL-10(A)
450 150 150 152581
1494 57 CFL-10(B) 14622
05 CFL-05(A)
450 150 150 166496
168301 65 CFL-05(B) 170107
Promedio 6
En la variable tratamiento a la fibra con aceite de linaza se obtiene como resultado cifras
inferiores a las dadas por la mezcla patroacuten perdiendo resistencia todos los porcentajes ante el
ensayo de flexioacuten de vigas De acuerdo a los datos generados se puede establecer que el
porcentaje de sustitucioacuten para este disentildeo de mezcla con mayor resistencia a la flexioacuten es del
05
1400
1500
1600
1700
1800
1900
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento aceite de linaza
Resistencia ala flexioacuten
Testigos
Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo) Graacutefica 24 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica 22 Promedio fuerza aplicada
(programa digital del ensayo)
Graacutefica 23 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
118
5512 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Hidroacutexido de Calcio
Tabla 68 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento hidroacutexido de calcio (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO HIDROacuteXIDO DE CALCIO (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre
apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFH-15(A)
450 150 150 185633
177788 68 CFH-15(B) 169943
10 CFH-10(A)
450 150 150 216523
20103 78 CFH-10(B) 185536
05 CFH-05(A)
450 150 150 189638
188012 72 CFH-05(B) 186387
Promedio 72
Este disentildeo de mezcla con el previo tratamiento a la cascarilla de cafeacute con Hidroacutexido de calcio
supero en los tres porcentajes de sustitucioacuten de agregado grueso la resistencia a la flexioacuten de
las probetas testigo El mejor resultado para este disentildeo de mezcla lo obtuvo el 10 de
sustitucioacuten seguido por el 05 y la menor resistencia la obtuvo la mezcla con el 15 de
reemplazo
1700
1800
1900
2000
2100
000 050 100 150 200
Maacutex
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento hidroacutexido de calcio
Resistencia a laflexioacuten
Testigos
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia) Graacutefica24 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 26 Promedio fuerza aplicada (programa
digital del ensayo)
Graacutefica 25 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
119
5513 Disentildeo de Mezcla con previo tratamiento a la fibra con Cal Agriacutecola
Tabla 69 Resultados ensayo flexioacuten a vigas tratamiento cal agriacutecola (autoriacutea propia)
TRATAMIENTO CAL AGRIacuteCOLA (Facutec 28 diacuteas)
Muestra
Distancia
entre apoyos
(mm)
Ancho
promedio
probeta
(mm)
Altura
promedio
probeta
(mm)
Resistencia
a la flexioacuten
de la viga
(N)
Promedio
de carga
maacutexima
soportada
(N)
Moacutedulo
de Rotura
(MPa)
15 CFC-15(A)
450 150 150 178901
180590 69 CFC-15(B) 182278
10 CFC-10(A)
450 150 150 205321
213658 81 CFC-10(B) 221996
05 CFC-05(A)
450 150 150 178884
176244 67 CFC-05(B) 173604
Promedio 72
Esta variable tratamiento a la cascarilla con cal agriacutecola obtuvo igualmente que el hidroacutexido de
calcio resultados superiores que la mezcla patroacuten
Este tratamiento previo a la ejecucioacuten de la mezcla obtuvo una mayor resistencia en la
sustitucioacuten del 10 de fibra vegetal por agregado grueso paralelamente los porcentajes 05
y 15 son notablemente inferiores
1700
1800
1900
2000
2100
2200
000 050 100 150 200
Maacute
Fu
erz
a kg
f
Porcentaje reemplazo
Tratamiento cal agriacutecola
Resistenciaa la flexioacutenTestigos
Graacutefica 27 Promedio a cada porcentaje (autoriacutea propia)
120
5514 Promedio resistencia a la flexioacuten de vigas de las 3 variables con sus respectivos porcentajes de reemplazos
Graacutefica 28 Promedio resultado de los porcentajes en las tres variables y testigo (autoriacutea propia)
De acuerdo a los resultados obtenidos en el ensayo de flexioacuten de vigas se determinan los
resultados promedio de los disentildeos de mezcla establecidos teniendo asiacute dos variables que
superan los resultados de las vigas testigo el tratamiento hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola
aunque en el reemplazo del 05 la mezcla patroacuten supera por unas miacutenimas unidades al
tratamiento con cal agriacutecola
El tratamiento con aceite de linaza no supera la variable mezcla patroacuten esta queda por debajo
de los resultados en todos los porcentajes de sustitucioacuten En cuanto al porcentaje de reemplazo
que arrojo mejores resultados para el ensayo de flexioacuten de vigas es 10 esto para las
variables hidroacutexido de calcio y cal agriacutecola el tratamiento con aceite de linaza se ubica por
debajo de la mezcla patroacuten
58
57
65
68
78
72
69
81
67
68
68
68
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
150 100 050
MaacuteX
Fu
erza
kgf
Porcentaje de reemplazo
Promedio resistencia a la flexioacuten de la viga
Aceite de linaza
Hidroxido decalcio
Cal agricola
Testigos
121
57 Eleccioacuten de muestra a desarrollar en prototipo de formaleta
A partir de los resultados obtenidos en los ensayos realizados a los disentildeos de mezclas
planteados se establece en conjunto una relacioacuten comparativa que permite simplificar y tomar
el mejor resultado con las mejores caracteriacutesticas fiacutesicas y mecaacutenicas para lograr realizar dos
prototipos de placas y de disentildeo respectivamente uno con una mezcla resultado de las
mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas y otro con las mejores cualidades fiacutesicas a la vista
Seleccioacuten de mezcla comportamiento mecaacutenico 571
Tabla 70 Promedio de mejores caracteriacutesticas mecaacutenicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA 15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilidad
Resistencia
M Rotura
La mezcla con mejores caracteriacutesticas en su comportamiento mecaacutenico para el desarrollo del
prototipo de formaleta es la del tratamiento con hidroacutexido de calcio a pesar de tener resultados
similares con el tratamiento de cal agriacutecola los resultados en especiacutefico son superiores por el
tratamiento con hidroacutexido y el porcentaje con las cifras en promedio maacutes altas es del 10
A partir de estos resultados se utiliza la mezcla con reemplazo al 10 y tratamiento previo a
la cascarilla con hidroacutexido de calcio
Cumple
No cumple
122
Seleccioacuten de mezcla comportamiento fiacutesico 572
Tabla 71 Promedio de mejores caracteriacutesticas fiacutesicas (autoriacutea propia)
ENSAYO
T
ACEITE DE
LINAZA
T
HIDROacuteXIDO
DE CALCIO
T
CAL
AGRIacuteCOLA
15
10
05
15
10
05
15
10
05
Trabajabilid
ad
Apariencia
Pigmentacioacute
n
Formaleta
Sortividad
El tratamiento aceite de linaza es utilizado para el prototipo de formaleta porque sus
caracteriacutesticas son superiores en comparacioacuten con las otras dos variables de tratamiento El
tratamiento con cal agriacutecola cumple de forma similar con las caracteriacutesticas fiacutesicas para este
prototipo pero teniendo en cuenta factores como la apariencia particular que dejaron los
resultados de exposicioacuten a la intemperie y ensayo de sortividad el uso de aceite de linaza para
la proteccioacuten de cascarilla es superior a los demaacutes
El tratamiento con aceite de linaza y sustitucioacuten de agregado grueso por fibra vegetal al 10
es utilizado para el desarrollo de prototipo de formaleta
Cumple
No cumple
123
58 Desarrollo de prototipos
Se fabricaron dos prototipos de formaleta uno para el disentildeo de mezcla que cumple con las
caracteriacutesticas fiacutesicas y otro para el disentildeo de mezcla con las caracteriacutesticas mecaacutenicas
Tabla 72 Mezclas prototipo final (autoriacutea propia)
MEZCLAS DE CONCRETO SUSTITUCIOacuteN 10
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
FIacuteSICAS
PROTOTIPO PARA PROPIEDADES
MECAacuteNICAS
Formaleta con poliestireno expandido Formaleta con elementos en balso
Desmolde Desmolde
124
59 Resultados
Prototipo para propiedades fiacutesicas 591
El prototipo de formaleta para explorar las propiedades fiacutesicas se ajustoacute a los requerimientos
del disentildeo de formaleta la copia de textura modelo y pigmentacioacuten se pueden visualizar en el
concreto final haciendo uso de cemento blanco y pigmento color amarillo En este disentildeo no es
observable a simple vista como en el ejercicio experimental las partiacuteculas de cascarilla quizaacutes
esto dependa de la cantidad de cascarilla ya que en este ejercicio se utilizoacute uacutenicamente el 1
de reemplazo
Con menor cantidad de poros los existentes dados en su mayoriacutea a la porosidad de la
formaleta esta mezcla se adaptoacute a los objetivos de esta investigacioacuten el lograr homogeneidad
en la pigmentacioacuten y adherencia a los diferentes prototipos de disentildeo de formaleta
Prototipo para propiedades mecaacutenicas 592
Para este prototipo se hizo uso de cemento gris sin ninguacuten tipo de aditivo colorante De igual
manera que al anterior prototipo este se ajustoacute a los paraacutemetros exigidos al disentildeo de
formaleta con facilidad se pudo retirar del molde se le pudieron retirar los elementos en balso
y en este proceso no hubo dantildeos de filos al contrario copia con exactitud el disentildeo de la
formaleta
125
A pesar de hacer una estricta ejecucioacuten de vibrado para este prototipo teniendo presente lo
sucedido en el ejercicio experimental se obtuvo nuevamente porosidad en esta cara de la
placa en menor cantidad pero siguen presente las burbujas que dificultan en alguna medida a
obtener una superficie maacutes homogeacutenea con menor porosidad
6 Capiacutetulo Conclusiones y Recomendaciones
61 Conclusiones
La fibra vegetal cascarilla de cafeacute proveniente de la trilla del grano de cafeacute como reemplazo
del agregado grueso cumple con los paraacutemetros de resistencia para elementos no estructurales
como se planteoacute al inicio de investigacioacuten cumple con las condiciones de trabajabilidad de la
mezcla y acabado oacuteptimo y particular para el desarrollo como concreto arquitectoacutenico
Se tuvo en cuenta la literatura investigaciones anteriores donde las recomendaciones se
basaban en no tener altos porcentajes de sustitucioacuten dado que la resistencia tiende abajar
significativamente y de tal manera conservar la manejabilidad y propiedades mecaacutenicas de la
mezcla
A partir de los anaacutelisis realizados a las placas para evaluar la adherencia al color al estampado
y a la textura se puede concluir que por apariencia aplicar el tratamiento de aceite de linaza a
la cascarilla permite que estas partiacuteculas queden a la vista generando una caracteriacutestica
particular a la visual del concreto para las diferentes aplicaciones arquitectoacutenicas El
tratamiento con cal agriacutecola no genera el mismo efecto en las partiacuteculas de la cascarilla como
lo genera el aceite de linaza sin embargo tuvo una oacuteptima adherencia al color y a los patrones
de disentildeo de formaletas que se establecieron A diferencia del tratamiento con hidroacutexido de
calcio no hubo una homogeneidad en la pigmentacioacuten y al igual que con la cal agriacutecola las
partiacuteculas no son visibles a la cara del concreto como si lo logra el tratamiento con aceite de
linaza sin embargo se adaptoacute de forma oacuteptima a los patrones de formaleta establecidos
126
Se recomienda un buen procedimiento y ejecucioacuten para el vibrado para lograr retirar la mayor
parte de aire contenido en la mezcla y evitar porosidad en la cara principal del concreto como
acabado arquitectoacutenico
El reemplazo que sustituye al agregado grueso por agregado vegetal refleja una disminucioacuten
del peso debido a las caracteriacutesticas propias de la fibra vegetal la reduccioacuten del peso variacutea
entre el 013 y 534 en comparacioacuten con la mezcla patroacuten No hay una variacioacuten notable en
la consistencia de la mezcla por parte de la fibra vegetal y entre la mezcla patroacuten lo que
permite una mezcla manejable sin dificultad conservando los valores de asentamiento
establecidos para el disentildeo de mezcla
Los resultados obtenidos para el ensayo de resistencia a compresioacuten fueron menores con
respecto a la mezcla patroacuten entre el 4853 y 7360 obteniendo un menor desempentildeo para la
sustitucioacuten del 15 y el mejor resultado de resistencia fue el reemplazo del 05 con la
variable tratamiento hidroacutexido de calcio considerando que esta variable fue la que tuvo mejores
resultados con respecto al aceite de linaza y a la cal agriacutecola sin embargo en el porcentaje de
sustitucioacuten 1 la cal agriacutecola supero en resistencia a la compresioacuten al ensayo con hidroacutexido de
calcio del mismo porcentaje
Se puede concluir que los mejores resultados a la resistencia se encuentran entre los
porcentajes 05 y 10
Para el ensayo de sortividad inicial el porcentaje con mayor absorcioacuten con respecto a la
mezcla patroacuten incluso superando a esta es la sustitucioacuten de 05 y el porcentaje con menor
absorcioacuten de agua es la del 10 teniendo en cuenta el tipo de tratamiento que se le dio a la
cascarilla El aceite de linaza fue de entre las tres variables de tratamiento a la cascarilla la que
menos tuvo absorcioacuten de agua se podriacutea decir que debido a sus propiedades repelentes contra
el agua no se facilitoacute la succioacuten por capilaridad del agua en este ensayo El porcentaje y
tratamiento con mayor absorcioacuten de agua fue el 15 con hidroacutexido de calcio superando a
todas las demaacutes variables
Los resultados obtenidos para el ensayo de flexioacuten de vigas son muy oacuteptimos la adicioacuten de
fibra vegetal genera posesividad entre las partiacuteculas la sustitucioacuten del agregado grueso por la
fibra vegetal estaacute por encima delos valores dados por la mezcla patroacuten entre 056 y 1727
127
a excepcioacuten de la mezcla con tratamiento a la fibra con aceite de linaza esta mostroacute resultados
inferiores entre el 47 y 15 Claramente el tratamiento aplicado a la fibra vegetal influye
notoriamente en estos resultados siendo la cal agriacutecola al 10 la que tiene mayor resistencia
a la flexioacuten de vigas
En general se puede decir que realizar mezclas con adicioacuten de la fibra vegetal cascarilla de
cafeacute para el uso y aplicaciones como concreto arquitectoacutenico es posible obteniendo
paraacutemetros de resistencia durabilidad cohesioacuten entre los materiales homogeneidad entre la
pigmentacioacuten los tratamientos efectuados a la cascarilla en relacioacuten a los demaacutes materiales de
la mezcla lo cual se obtiene al igual que con el concreto de agregado convencional siempre
que se lleven a cabo los procedimientos correctamente y un exhaustivo curado
62 Recomendaciones
Se recomienda estudiar el efecto de las variables de tratamiento a la cascarilla de cafeacute a
edades de 7 14 y 56 diacuteas para observar si existe una relacioacuten entre el tiempo de curado y el
proceso de mineralizacioacuten de la fibra asiacute como estudiar el curado con bosa plaacutestica
Teniendo presente los resultados obtenidos y despueacutes de comprobar que el uso del tratamiento
con hidroacutexido de calcio tiene mejores cualidades mecaacutenicas que las otras mezclas y el
tratamiento con aceite de linaza mejores cualidades fiacutesicas se podriacutean realizar un estudio con
las dos variables en una misma mezcla cada una al 05y analizar su comportamiento
Considerando que los resultados para la prueba de sortividad inicial fue optimo uacutenicamente en
la variable de aceite de linaza se recomienda realizar maacutes pruebas de durabilidad y obtener la
sortividad secundaria para determinar si las variables de proteccioacuten a la fibra mejoran la
resistencia frente a todo tipo de agentes externos que afecten la vida de servicio como el
desgaste contaminacioacuten agua luz solar los sulfatos y los aacutecidos
Es importante estudiar el moacutedulo de elasticidad estaacutetico y dinaacutemico del material con el fin de
observar si la adicioacuten en estudio causa una variacioacuten en la influencia y la elasticidad del
concreto con el fin de ampliar las aplicaciones a esta tecnologiacutea
128
Para obtener una menor cantidad de porosidad se recomienda agregar a la mezcla un 5 maacutes
de agua o poner a prueba algunos aditivos que favorezcan su reduccioacuten
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8 Anexos
81 Ficha teacutecnica ACEITE DE LINAZA REFINADO
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82 Ficha teacutecnica CAL AGRIacuteCOLA
httpswwwcalcocomcowp-contentuploads201809ficha-tecnica-cal-agricola-cales-oct-222pdf
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83 Ficha teacutecnica HIDROacuteXIDO DE CALCIO
httpwwwcaldelvallecompdfConstruccionFRpdf
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84 Entrevista
1 DE QUE POBLACIOacuteN ES PROVENIENTE EL CAFEacute Y SU ALTITUD
Para el caso del cafeacute que ingresa a Almacafeacute Sucursal Pasto el 100 del cafeacute corresponde al departamento de Narintildeo generalmente no se separa por municipio o regioacuten sin embargo se hace separacioacuten seguacuten el tipo de cafeacute si es certificado (Rainforest 4C Regional Nespresso AAA) solo en algunos negocios puntuales se puede separar por origen especifico La mayoriacutea de cafeacute de Narintildeo se produce entre los 1600 y 1900 msnm aunque se puede encontrar cafeacute desde los 1100 metros hasta los 2300 metros El promedio de altura es de 1765 msnm En Narintildeo 41 municipios producen cafeacute
2 QUEacute TIPO DE CAFEacute ES
El cisco proviene de trilla de diferentes tipos de cafeacute principalmente cafeacute Regional 4C y Nespresso Pero no se hace separacioacuten del cisco por tipo de cafeacute
3 EN QUE MES SE HACE LA SIEMBRA Y EN QUE MES SE HACE LA COSECHA
Las etapas de cafeacute son Germinador (alrededor de 2 meses) Almacigo (6- 8 meses) y finalmente Siembra en el terreno donde estaraacute por 7 antildeos aprox tiempo al cual se renueva por zoca (cortar tallo principal a 30 cm del suelo de donde brota una nueva planta) o siembra de una nueva planta El mes de siembra del germinador en Narintildeo generalmente es febrero Es decir la plaacutentula de cafeacute se siembra en el lote definitivo entre octubre y noviembre
4 PROPIEDADES GENERALES DE LA TIERRA
ldquoEl Cafeacute de Narintildeo es 100 araacutebicohelliprdquo (es decir las variedades sembradas son de esta especie) ldquohellipsembrado a altas alturas recolectado selectivamente y procesado por la viacutea huacutemeda en las parcelas cafeteras de los productores La ubicacioacuten de Narintildeo en Colombia hace de su zona cafetera un lugar sin duda especial Estas condiciones hacen que en la Zona de Produccioacuten de Cafeacute de Narintildeo se presente una combinacioacuten de factores tales como la radiacioacuten solar de 1666 horas en promedio durante el antildeo los ciclos de lluvia de 1866 miliacutemetros al antildeo y los suelos con alto contenido de materia orgaacutenica que hacen posible el cultivo del cafeacute a grandes alturas y temperaturas en promedio de 199 degC con valores promedio maacuteximo de 259 y miacutenima de 16degC Estos diferentes factores explican que el Cafeacute de Narintildeo se produzca en alturas que alcanzan hasta los 2300 metros sobre el nivel del mar en zonas que presentan en promedio temperaturas bajas comparadas con el resto de zonas cafeteras de Colombia y de buena parte del mundo Producir cafeacute a esta altura podriacutea ser casi imposible si el calor que se acumula durante el diacutea en el fondo de los cantildeones y de los profundos valles no ascendiera en las noches para atenuar el frio de las partes maacutes altas de las montantildeasrdquo Tomado de Cafedecolombiacom En este enlace se puede encontrar toda la informacioacuten sobre los factores agroclimaacuteticos de la regioacuten httpnarinocafedecolombiacomnarino
5 CANTIDAD APROXIMADA DEL AacuteREA DE CULTIVO
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38400 hectaacutereas sembradas en Narintildeo
6 A TODO TIPO DE CAFEacute SE LE RETIRA LA CASCARILLA Siacute Colombia produce cafeacutes suaves lavados lo que significa que el grano de cafeacute se recolecta en cereza luego en la finca es despulpado (es decir se retira la cascara o cereza) fermentado (para quitar un mucilago o baba que estaacute prendida al pergamino que es la capa siguiente) lavado y secado (hasta que la humedad del cafeacute en pergamino seco esteacute entre 10 y 12) Posterior el productor lo lleva a vender al comercio o cooperativa Luego se consolidan cantidades determinadas que son entregadas a Almacafeacute o alguacuten otro comerciante particular para posterior ser trillado es decir retirar el cisco de la almendra la cual se tuesta para obtener el cafeacute tostado y molido y finalmente la bebida Lo anterior significa que el cisco es necesariamente retirado para poder tostar el cafeacute
7 QUE CANTIDAD APROXIMADA SE RECIBE DE CISCO ANUAL El cisco no se recibe se obtiene del proceso de trilla y depende del volumen de cafeacute pergamino seco asignado para trilla en nuestra trilladora El antildeo pasado se trillaron 3 millones de kilos de cafeacute pergamino y generalmente el de cisco corresponde a un 18 - 20 es decir unos 500000 kilos de cisco en el antildeo anterior Cifras aproximadas
8 QUE REALIZAN CON LAS CASCARILLA QUE USOS TIENE La totalidad del cisco producido se entrega para uso como combustible en silos secadores de cafeacute que tienen los mismos productores (para secar el cafeacute en la finca el productor tiene dos opciones Secado al sol oacute Mecaacutenico es decir en silos que usan combustible como carboacuten coque ACPM gas o cisco) Sin embargo tambieacuten lo usan empresas ladrilleras en los hornos para elaborar ladrillo y tejas de barro Tambieacuten al ser un producto orgaacutenico puede ser incorporado a procesos de elaboracioacuten de abonos orgaacutenicos
9 CUAL ES EL MERCADO QUE MAS SE BENEFICIA DE ESTE RESIDUO Y EL QUE MAYOR DEMANDA TIENE
Los Caficultores y las cooperativas quienes lo usan como combustible Ver punto anterior
10 SE LLEGA A BOTAR ESTE RESIDUO PORQUE RAZOacuteN Anteriormente maacutes de 20 antildeos se usaban en gran medida para abono orgaacutenico pero actualmente su uso es como combustible Es decir no hay registro que se llegaraacute a botar
11 LE DAN ALGUacuteN OTRO USO EN LA EMPRESA
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Hasta el momento no se incorpora en ninguacuten proceso En alguacuten momento hace maacutes de 20 antildeos se pensaba usar en construccioacuten de planchas para casas con colboacuten o pegamento sin embargo no se llevoacute a cabo el proyecto
12 TRABAJAN CON GRANDES CAFICULTORES O CON PEQUENtildeAS FINCAS O AMBAS
En el departamento el 99 de los caficultores son pequentildeos con un promedio de 098 hectaacutereas Pero no hay ninguacuten tipo de sectorizacioacuten si son grandes medianos o pequentildeos oacutesea se trabaja con todos
13 CUANTO PAGAN POR BULTO (SI ES POSIBLE SABER EL VALOR EXACTO O PROMEDIO)
Un bulto de cisco se vendioacute en promedio en 4600 pesos partiendo de un peso promedio de 60 kilos
14 DEL DEPARTAMENTO DE NARINtildeO QUE PORCENTAJE DE CULTIVOS LLEGAN A ALMACAFEacute
Aproximadamente un 30 a 35 del total de la produccioacuten del departamento Produccioacuten Total del Departamento = 35 millones de kilos tambieacuten aproximado
15 LA MAQUINA TRILLADORA FUNCIONA A GASOLINA O ES ELEacuteCTRICA QUE CONSUMO PROMEDIO TIENE
Eleacutectrica aunque tiene una planta a gasolina que funciona cuando no hay suministro de electricidad La maacutequina trilladora como tal se llama Apolo 4 y funciona con un motor de 100 HP tiene un consumo aproximado de 300Kvahora pero todo el sistema de trilla que incluye recibo de pergamino trilla monitor de almendra mesas densimeacutetricas electroacutenicas de color y ensaque puede tener consumir promedio 500 Kvahora
16 QUE POSICIOacuteN TIENE NUESTRO CAFEacute A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL El cafeacute colombiano y en especial el cafeacute de Narintildeo tienen una excelente calidad que lo ha posicionado como uno de los mejores del mundo Colombia ocupa el primer lugar en produccioacuten de Cafeacutes Suaves Lavados y es el tercer productor mundial de cafeacute despueacutes de Brasil y Vietnam
17 A QUE LUGARES ES EXPORTADO Los destinos principales de exportacioacuten son EEUU Europa y Japoacuten
18 A ESCUCHADO O LE HAN SOLICITADO ALGUacuteN RESIDUO DEL CAFEacute PARA ALGUacuteN TEMA RELACIONADO CON LA CONSTRUCCIOacuteN O PARA CREAR UN NUEVO MATERIAL
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Solicitudes no pero si he visto y escuchado sobre el uso del residuo de la preparacioacuten de la bebida para elaborar artesaniacuteas e incluso ropa Hablo de la borra o Cuncho
19 CUAacuteL ES SU OPINIOacuteN ACERCA DEL DESARROLLO DE ESTA INVESTIGACIOacuteN No habiacutea escuchado antes sobre este tipo de investigacioacuten uacutenicamente la de elaborar planchas de casas en conjunto con pegamento lo cual me comentaron justo para responder esta encuesta Considero muy vaacutelida este tipo de propuestas de innovacioacuten en la medida que sea validada desde lo comercial se tendraacute que analizar el costo dado que el cisco es muy necesario para el caficultor en el secado del grano y al momento de competir con el mercado de la construccioacuten seguramente se elevaraacute el precio del mismo Manuel Fernando Pentildea Jefe de Operaciones Almacafeacute Pasto (2017)