Concreto reforzado con fibra de bagazo de caña

Urie
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
REGIÓN XALAPA
“Concreto Reforzado con Fibra de Bagazo de Caña “
MEMORIA
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
PRESENTA
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
DIRECTOR
M.I. Rabindranarth Romero López
Xalapa Enríquez Veracruz
2008
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
INDICE
Agradecimientos----------------------------------------------------iv
Introducción---------------------------------------------------------- 2
Capítulo I: Orígenes e historia del concreto --------------- 4
1.1
Historia del Concreto-------------------------------------------------------------------5
1.2 El concreto como material estructural ----------------------------------------------------7
1.2.1 Características del concreto moderno -----------------------------------------------9
1.2.2 Clasificación y tipos de concreto -------------------------------------------------- 10
1.3 Propiedades mecánicas del concreto---------------------------------------------------- 11
1.4 Agregados para el concreto -------------------------------------------------------------- 15
1.4.1 Granulometría ------------------------------------------------------------------------ 18
1.4.2 Contaminación de los agregados--------------------------------------------------- 21
1.5 Agrietamiento ------------------------------------------------------------------------------ 24
1.5.1 Factores que afectan el agrietamiento --------------------------------------------- 26
1.6 Uso de fibras como agregado para el concreto---------------------------------------- 27
1.6.1 Ventajas y desventajas del uso de fibras ------------------------------------------ 30
1.6.2 Tipos de fibras ------------------------------------------------------------------------ 31
Capítulo II: Usos comunes del bagazo de caña----------38
2.1 El bagazo de caña ------------------------------------------------------------------------- 41
2.1.1 Propiedades del bagazo-------------------------------------------------------------- 42
2.1.2 Desmedulado del bagazo------------------------------------------------------------ 46
2.1.3 Almacenamiento del bagazo. ------------------------------------------------------- 46
2.1.4 El bagazo como materia prima ----------------------------------------------------- 48
2.1.5 Derivados del bagazo ---------------------------------------------------------------- 48
2.2 Usos del bagazo de caña------------------------------------------------------------------ 50
2.2.1 Fabricación de papel y cartón ------------------------------------------------------ 50
2.2.2 Uso del bagazo en la producción de biomasa ------------------------------------ 52
2.2.3 El bagazo como combustible ------------------------------------------------------- 54
2.2.4 Producción de electricidad a partir del bagazo de caña------------------------- 55
2.2.5 Fabricación de cemento con bagazo de caña------------------------------------- 56
2.2.6 Fibra alimenticia a partir del bagazo ---------------------------------------------- 57
2.2.7 Edulcorante de bagazo de caña----------------------------------------------------- 58
2.2.8 Medio para corrugar ----------------------------------------------------------------- 59
2.2.9 Medios filtrantes---------------------------------------------------------------------- 59
2.3 Productos para la construcción utilizando fibras naturales -------------------------- 61
2.3.1 Ferrocemento con fibras de coco -------------------------------------------------- 61
2.3.2 Concreto reforzado con fibra de lechuguilla ------------------------------------- 62
2.3.3 Concreto con fibra de coco --------------------------------------------------------- 63
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Capítulo III: Experimentación en laboratorio con
especímenes adicionados con fibra. ------------------------64
3.1 Pruebas realizadas en agregados finos. ------------------------------------------------ 67
3.1.1 Análisis granulométrico ------------------------------------------------------------- 69
3.1.2 Módulo de finura. -------------------------------------------------------------------- 69
3.1.3 Impurezas orgánicas e inorgánicas.------------------------------------------------ 70
3.1.4 Densidad relativa --------------------------------------------------------------------- 72
3.1.5 Porciento de absorción -------------------------------------------------------------- 75
3.1.6 Contenido de humedad de la arena. ----------------------------------------------- 76
3.1.7 Pesos volumétricos secos: suelto y compactado --------------------------------- 77
3.1.8 Sanidad -------------------------------------------------------------------------------- 81
3.2 Pruebas en agregado grueso (grava) ---------------------------------------------------- 82
3.2.1 Características generales. Muestreo ----------------------------------------------- 82
3.2.2 Densidad relativa y absorción de la grava. --------------------------------------- 83
3.2.3 Contenido de humedad -------------------------------------------------------------- 84
3.2.4 Peso volumétrico seco suelto y seco compacto ---------------------------------- 85
3.3 Proporcionamiento de la mezcla -------------------------------------------------------- 86
3.3.1 Diseño de proporcionamiento de materiales para concreto hidráulico ------- 86
3.4 Realización de la mezcla ----------------------------------------------------------------- 90
Capítulo IV. Realización de pruebas a los especímenes
y análisis de resultados -----------------------------------------95
4.1 Generalidades de las pruebas ------------------------------------------------------------ 96
4.2 Pruebas para resistencia a la compresión ---------------------------------------------- 96
4.2.1 Pruebas en cubos --------------------------------------------------------------------- 98
4.2.2 Pruebas en cilindros------------------------------------------------------------------ 98
4.2.3 Evaluación de resultados de las pruebas a compresión ------------------------101
4.3 Pruebas para resistencia en tensión ----------------------------------------------------102
4.3.1 Prueba de resistencia a flexión ----------------------------------------------------103
4.3.2 Prueba de tensión indirecta --------------------------------------------------------104
4.4 Realización de las pruebas --------------------------------------------------------------104
4.5 Análisis de los resultados obtenidos ---------------------------------------------------107
Conclusiones ----------------------------------------------------- 118
Recomendaciones----------------------------------------------- 121
GLOSARIO --------------------------------------------------------- 122
GLOSARIO DE SIGLAS ---------------------------------------- 125
Bibliografía: ------------------------------------------------------- 129
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Agradecimientos
En ningún momento de la vida estamos solos y entre las personas que nos
rodean siempre habrá quien nos brinde apoyo para salir adelante. Este es el
momento de agradecer a todas aquellas personas que con sus palabras, apoyo
moral, económico y con el simple hecho de estar a nuestro lado nos hacen la
tarea más fácil.
En primera quiero agradecer a Dios por permitirme llegar a este punto en mi
vida, en el cual termino una etapa de formación, una etapa que me servirá para
desarrollarme en la sociedad y para seguir mi vida solo, de aquí en adelante
será mi esfuerzo el que me permita salir adelante, ganarme la vida con mis
propias manos, sudor y sangre.
En segundo lugar, agradezco a mis padres, tío, hermanos y demás familiares
que en el transcurso de mi carrera siempre estuvieron a mi lado para darme los
consejos que me hicieron no salir por la puerta de atrás y continuar dando
pasos hacia delante.
A mi tutor, Dr. Rabindranath Romero López, que siempre estuvo al pendiente
de mis avances en esta investigación, se que sin su constante vigilancia y
motivación, tal vez no lo hubiera logrado.
A mis amigos, los de hace años y a los nuevos, gracias por hacer mi estadía en
la universidad una experiencia que vale la pena recordar, ojalá se pudiera
volver el tiempo atrás para volver a vivir esta etapa.
Un agradecimiento especial al laboratorio de la planta de concreto de CEMEX
Xalapa, por su apoyo en el momento de realizar los ensayos de los cilindros. Al
gerente, y al jefe del laboratorio les doy las gracias por su apoyo desinteresado.
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
A todos y cada uno de los que por falta de memoria he olvidado mencionar,
muchas gracias, por las palabras o gestos de apoyo, que sin necesidad de
hacerlo, me brindaron.
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Introducción
Son tiempos en los que todo lo que se realiza se hace pensando en el medio
ambiente. Es conocida la situación actual del planeta, se sabe que poco a poco
con las acciones que se llevan a cabo y el uso desmedido de los recursos
naturales para beneficio de la humanidad, ha degradando el planeta.
Los impresionantes cambios climáticos y los ya cada vez más devastadores
fenómenos naturales, han hecho que se tome conciencia, más bien generada
por el miedo, y se esta tratando de contrarrestar y remediar el daño hecho
desde hace miles de años
En la actualidad se han tomado medidas como el reciclaje, reuso, y sustitución
de materias primas naturales, por otras que no afectan las condiciones
terrestres.
Otra realidad que no podemos ocultar es el desmedido crecimiento de la
población mundial, y por ende, la creciente urbanización. Ésto aparte de estar
acabando con las zonas naturales, genera un gran consumo de materia prima
para la construcción de los medios urbanos.
A lo largo de la historia se han utilizado muchos elementos para construir;
desde las rocas, lodo, y muchos productos que con errores y aciertos se han
ido probando. Actualmente el concreto es el material más usado.
Este trabajo de investigación tiene como objetivo buscar una alternativa natural
para sustituir las fibras usadas en el concreto para mejorar sus características.
La hipótesis manejada es el aumento del a resistencia a la tensión del concreto
y disminución de agrietamiento. Para tal efecto se utilizó fibra de bagazo de
caña. El bagazo de caña es prácticamente un desperdicio de los ingenios
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
1
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Concreto reforzado con bagazo de caña
azucareros y de los trapiches. Este desecho se reusa de distintas formas, tanto
en el mismo ingenio como por otro tipo de industrias.
Se han hecho estudios similares utilizando fibras naturales de otras
procedencias, tal es el caso de la fibra de coco y la fibra de lechuguilla en el
norte del país.
Los resultados arrojados por esas investigaciones han sido favorables sólo por
el hecho de no afectar de manera negativa las características del concreto, y
en ambos casos se obtuvieron aumentos pequeños el la resistencia a la
tensión.
La industria de la construcción siempre será indispensable y tomar acciones
para construir sin dañar más el planeta, es algo que no se debe hacer esperar.
La investigación se efectúa con el fin de obtener una mejora en la resistencia
del concreto mediante la utilización del bagazo de caña como fibra en el
concreto.
En el capítulo I se hace una reseña del concreto, mencionando como surgió de
entre tantos experimentos con materiales naturales que se tenían en la
antigüedad, se menciona los orígenes a muchos términos y nombres que hasta
la actualidad se siguen manejando.
En otro apartado se menciona la importancia que tiene el concreto en la
actualidad. El porque es el material más usado para la construcción en
nuestros días. Sus propiedades mecánicas, que factores las afectan, que
relación hay entre ellos, etc.
También se hace referencia a los agregados utilizados en la elaboración, que
características deben tener, las especificaciones y reglas que deben seguirse
para su selección, entre muchas cosas que se debe saber de ellos.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
2
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Se menciona la problemática del concreto y sus posibles causas y soluciones.
Se habla de la fibra, el porque se usa y se compraran distintos tipos de ellas de
diferente procedencia.
El capítulo II está redactado única y exclusivamente para mencionar al bagazo.
En este capítulo se habla de los orígenes, extracción, composición química y
física, propiedades, manejo, almacenado, etc.
Se hace comparación entre el valor energético del bagazo con el de otros
combustibles derivados del petróleo. Y se hace reseña de algunos usos que en
la actualidad se le dan a este desecho.
El capítulo III está hecho en base a la experimentación y pruebas de
laboratorio. En él se describe la metodología de cada una de las pruebas
realizadas a los agregados que se utilizaron en la elaboración de las mezclas
de concreto.
Se describe paso a paso cada una de las pruebas, y se ilustra con algunas
imágenes el proceso que se siguió.
El proporcionamiento de la mezcla es descrito en este capítulo. Se describen
uno a uno los pasos para realizar el dicho proporcionamiento.
En el cuarto y último capítulo se describe el proceso de ensayo de los
especímenes elaborados con cada una de las mezclas que se fabricaron. Se
menciona el proceso de cabeceo, el porque debe hacerse y en que forma.
Se muestran los resultados obtenidos mediante tablas y gráficas, tanto para la
resistencia a la compresión, como para la resistencia a la tensión. Todo esto
acompañado de imágenes para dar fe de que se hicieron los ensayos y los
resultados son verídicos.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
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Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Capítulo I: Orígenes e historia del concreto
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Concreto reforzado con bagazo de caña
El presente capítulo se hace una mención general sobre el concreto, se hace
una pequeña reseña histórica sobre los materiales que se usaban antes y
como fue que se obtuvo el concreto que conocemos en la actualidad.
Se menciona la importancia del concreto en la actualidad, y su importancia
como material estructural, sus características, clasificación y propiedades
mecánicas.
Los agregados y la normatividad para elegirlos ocupan un apartado en este
primer capítulo. De ellos depende mucho la forma como trabaje el concreto en
su vida útil. Se menciona lo que es la granulometría para los agregados, las
normas y reglamentos que deben seguirse para realizarla.
Así mismo se comenta la problemática de agrietamiento en el concreto, las
causas y los efectos negativos que provoca.
Este trabajo tiene como tema la inclusión de fibras naturales en el concreto, por
tal motivo se hace mención de las fibras sintéticas que en la actualidad se
utilizan. Se hace una comparación entre las características de cada una. Y se
analizan las ventajas y desventajas.
1.1 Historia del Concreto
La historia del concreto es la historia misma del hombre en la búsqueda de un
espacio para vivir con la mayor comodidad, seguridad y protección posible.
Desde que el ser humano supero la época de las cavernas, ha aplicado sus
mayores esfuerzos a delimitar su espacio vital, satisfaciendo primero sus
necesidades
de
vivienda
y
después
levantando
construcciones
con
requerimientos específicos.
Templos, palacios, museos son el resultado del esfuerzo que constituye las
bases para el progreso de la humanidad.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
5
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
El pueblo egipcio ya utilizaba un mortero – mezcla de arena con material
cementante – para unir bloques y lozas de piedra al elegir sus asombrosas
construcciones.
Los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos depósitos
volcánicos, mezclados con caliza y arena producían un mortero de gran fuerza,
capaz de resistir la acción del agua, dulce o salada.
Un material volcánico muy apropiado para estas aplicaciones lo encontraron los
romanos en un lugar llamado Pozzuoli con el que aun actualmente lo
conocemos como puzolana
Investigaciones y descubrimientos a lo largo de miles de años, nos conducen a
principios del año pasado, cuando en Inglaterra fue patentada una mezcla de
caliza dura, molida y calcinada con arcilla, al agregársele agua, producía una
pasta que de nuevo se calcinaba se molía y batía hasta producir un polvo fino
que es el antecedente directo de nuestro tiempo.
El concreto básicamente se compone de agregados y una pasta formada por
cemento Pórtland y agua. Los agregados son básicamente arena (finos) y
piedra triturada o grava (gruesos).
El concreto de cemento Pórtland es actualmente el material manufacturado
más utilizado y su futuro es muy prometedor debido a que para la mayoría de
las aplicaciones ofrece propiedades de ingeniería adecuadas a bajo costo,
combinadas con el ahorro de energía y los beneficios ecológicos.
En 1824, un albañil Inglés llamado Joseph Aspdin, patentó un producto que él
llamó cemento Pórtland, pues al endurecerse adquiría un color semejante al de
una piedra de la isla Pórtland en Inglaterra1.
A diferencia de otros materiales naturales, a pesar de la aparente simplicidad
del concreto, tiene una estructura altamente compleja, por lo que las relaciones
estructura-propiedades, que son generalmente tan útiles para entender y
controlar las propiedades del material, no pueden ser aplicadas tan fácilmente.
1
Sara Guadalupe Reyes Echevarria, Ing. Químico UV Poza Rica., “Manufactura del cemento
Pórtland”
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
En comparación con otros materiales, la estructura del concreto no es una
propiedad estática del material. Esto es debido a que dos de los tres diferentes
componentes de la estructura: la pasta de cemento y la zona de transición
entre el agregado y dicha pasta, continúan cambiando con el tiempo. A este
respecto el concreto se asemeja a la madera y a otros sistemas vivientes; de
hecho, la palabra concreto viene del termino latino concretus que significa
crecer.
Actualmente al hablar de construcción o edificación, muchas cosas vienen a la
mente, y si se adentra en el tema de materiales o elementos de construcción,
una de las primeras cosas de las que se hace memoria es el concreto. Este
elemento estructural es ya una constante en cualquier construcción, se puede
ver en cualquier parte de la obra y en la mayoría de las etapas constructivas se
trabaja con el.
Es común verlo desde la cimentación, los elementos resistentes (trabes y
columnas), muros, losas, etc.
También expone las problemáticas que presenta el concreto cuando se le
somete a los distintos tipos de cargas.
1.2 El concreto como material estructural
En un artículo publicado por el Scientific American en abril de 1964, S. Brauner
y L.E. Copeland, dos reconocidos científicos en el campo del concreto y del
cemento, escribieron lo siguiente:
“El material de construcción más extensamente usado es el concreto, que se
hace generalmente mezclando cemento Pórtland con arena, pierda triturada y
agua……En muchos países la proporción del consumo de concreto excede
diez a uno el del acero. El consumo mundial total de concreto se ha estimado el
año pasado en tres mil millones de toneladas, o sea una tonelada por cada ser
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
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humano viviente. El hombre no consume otro material, con la excepción del
agua, en tan tremendas cantidades”.2
Ésto no difiere con lo que sucede en la actualidad, se estima que hoy en día el
consumo mundial de concreto es del orden de cinco mil quinientos millones de
toneladas cada año.
Es sabido que el concreto no es tan resistente y tenaz como el acero,
entonces,
¿Por qué es el material más usado en la construcción?
Muchas razones podrían responder esta pregunta.
Primero, el concreto posee una excelente resistencia al agua, a diferencia de la
madera y el acero común. Es por ello que el concreto es ideal para la
construcción de estructuras destinadas al control, almacenamiento y transporte
de agua; algunos ejemplos claros son. Las presas, canales, tuberías de agua y
tanques.
Es común que muchos de los elementos estructurales están expuestos a una
humedad considerable, tales como los pilotes, las cimentaciones, las zapatas,
los pisos, las vigas, columnas, techos, y muros exteriores.
La segunda razón por la que el concreto es el elemento más comúnmente
usado en la construcción es la facilidad con la que los elementos de concreto
estructural pueden moldearse para dar una gran variedad de formas y
tamaños.
La tercera razón de la popularidad del concreto entre los ingenieros es que
constituye el material más económico y más rápidamente disponible en las
obras.
2
Kumar Mehta y Paulo Monteiro. Concreto. Estructura, propiedades y materiales. Pág. 1
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
1.2.1 Características del concreto moderno
El concreto es un material compuesto que consiste esencialmente en un medio
conglomerante dentro del cual se hallan ahogadas partículas o fragmentos de
agregados.
El agregado es el material granular, tal como la arena, la grava, la piedra
triturada o la escoria de acero de alto horno, la cual además puede ser utilizada
como un medio cementante para formar concreto o mortero de cemento
hidráulico. Se consideran generalmente dos tipos de agregado, el agregado
grueso, se refiere a las partículas de agregado mayores a 4.75 mm (malla No.
4) y el término agregado fino, se refiere a las partículas de agregado menores
de 4.75 mm pero no mayores de 75µm (malla No. 200).
Los agregados constituyen el 75% o más del volumen del concreto. En
consecuencia, la granulometría y la calidad de los agregados ejercen
propiedades determinantes en las características del concreto. Los agregados
adecuados para concretos de calidad, pueden obtenerse de depósitos
naturales, de bancos de roca para ser triturados o de la combinación de ambos.
La grava es el agregado grueso que resulta de la desintegración natural y de
abrasión de la roca o del procedimiento de conglomeramiento de adherencia
débil.3
El termino arena es comúnmente utilizado para el agregado fino que resulta de
la desintegraron natural y de la abrasión de la roca o del proceso de la roca
caliza deleznable. La piedra triturada es el producto que resulta del triturado
industrial de piedras bola, de rocas, o de grandes pedruscos.
El mortero es una mezcla de arena, cemento y agua. En esencia concreto sin
agregado grueso.
3
Kumar Mehta y Paulo Monteiro. Concreto. Estructura, propiedades y materiales. 1998
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
El cemento es un material finamente pulverizado que no es en sí mismo un
conglomerante, sino que desarrolla la propiedad conglomerante como resultado
de la hidratación (es decir, por las reacciones químicas entre los minerales del
cemento y el agua).
1.2.2 Clasificación y tipos de concreto
Con base en su peso unitario, el concreto se puede clasificar en tres grandes
categorías.
El concreto que tiene arena natural y grava o agregados de roca triturada, que
pesa aproximadamente 2 400 Kg. /m3, es conocido como concreto de peso
normal y es el concreto más comúnmente usado para propósitos estructurales.
Para aplicaciones en donde se desea una relación más alta de resistencia
contra peso, es posible reducir el peso unitario del concreto utilizando ciertos
agregados naturales o piro-procesados que tienen una densidad de masa más
baja. El término de concreto ligero se utiliza para un concreto que pesa menos
de 1 800 Kg/m3.
Por otra parte, el concreto pesado que se utiliza, por ejemplo, para escudos
contra radiación, es un concreto producido con agregados de alta densidad y
pesa, en general, más de 3 200 Kg./m3.
El concreto también se clasifica por su resistencia a la compresión, esta
clasificación por resistencia prevalece en Europa, pero haremos mención de
ella en este capítulo.
Concreto de baja resistencia: Menos de 20 MPa (204 kgf/cm2) de
resistencia a la compresión.
Concreto de resistencia moderada: De 20 a 40 MPa (204 a 408 kgf/cm2)
de resistencia a la compresión.
Concreto de alta resistencia: más de 40 MPa (408 kgf/cm2) de
resistencia a la compresión.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
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Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
El concreto de resistencia moderada es un concreto ordinario o normal que se
utiliza en la mayor parte de los trabajos estructurales.
1.3 Propiedades mecánicas del concreto
La selección de un material de ingeniería para una aplicación en particular,
tiene que tomar en cuenta su capacidad para resistir la fuerza aplicada.
Tradicionalmente, la deformación que ocurre como resultado de una carga
aplicada se conoce como deformación unitaria, la cual es definida como el
cambio de longitud por unidad de longitud; la carga se expresa como esfuerzo,
que se define como la fuerza por unidad de área. Dependiendo de cómo el
esfuerzo actúe sobre el material, los esfuerzos también son distintos uno de
otro, por ejemplo, en compresión, tensión, flexión, cortante y torsión. Las
relaciones esfuerzo-deformación unitaria en los materiales se expresa
generalmente en términos de resistencia, módulo de elasticidad, ductilidad y
tenacidad.
La resistencia es una medida de la cantidad de esfuerzo requerido para hacer
fallar un material.
“En la práctica, el diseño estructural se realiza con base en una determinada
resistencia mecánica del concreto y se especifica la edad a la que debe
lograrse esta resistencia, en función del tiempo previsto para que el concreto
en la estructura deba soportar los esfuerzos de diseño. La mayoría de las
veces, la resistencia de diseño del concreto se considera a compresión,
aunque para ciertas estructuras como los pavimentos de concreto hidráulico se
emplea la de tensión. Se puede mencionar aquí que generalmente las
resistencias a la tensión y a la flexión del concreto son del orden de 10 a 15 por
ciento, respectivamente, de la resistencia a la compresión. La razón para tan
gran diferencia entre la resistencia a la tensión y a la compresión se atribuye a
la compleja y heterogénea estructura del concreto”.4
4
Concreto. Estructura, propiedades y materiales. Kumar Mehta y Paulo Monteiro.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
En cuanto a la edad especificada, lo usual es que sea de 28 días considerando
que en este lapso el concreto normalmente adquiere cerca del 80% de su
resistencia potencial, sin embargo en estructuras donde se emplea una
puzolana5 y/o que deben prestar servicio a más largo plazo, como es el caso
de las presas de concreto y otras estructuras hidráulica, es bastante común
que se difiera la edad especificada para obtener la resistencia de diseño.
(Como por ejemplo a 90 días).
La resistencia a la compresión del concreto se puede definir como la máxima
carga axial que puede resistir un especímen hecho de concreto, esta se mide
en kg/cm2 y a los 28 días de fraguado se le denomina f’c.
La resistencia a la compresión es una propiedad física fundamental del
concreto y se usa generalmente en el diseño de estructuras como edificios y
puentes.
El concreto también posee cierta resistencia a la flexión y esta se usa
generalmente para diseñar pavimentos u otras losas sobre terreno. La
resistencia a la compresión se puede utilizar como índice de la resistencia a la
flexión, una vez que entre ellas se ha establecido la relación empírica para los
materiales y el tamaño del elemento en cuestión. La resistencia a la flexión,
también llamada módulo de ruptura, para un concreto de peso normal se
aproxima a menudo de1.99 a 2.65 veces el valor de la raíz cuadrada de la
resistencia a la compresión.
Fr = 1.99 √ f´c
Hay otro tipo de resistencias que se consideran en el concreto, como la de
tensión que oscila entre un 8% y un 12% de la resistencia a la compresión.
Podemos mencionar también la resistencia a la torsión, ésta se relaciona
directamente con el módulo de ruptura y con las dimensiones del miembro de
5
Las puzolanas son materiales siliceos o aluminio-siliceos que por si solos no presentan
propiedades cementantes, pero dividido finamente y en presencia de cal y agua desarrolla
propiedades cementantes. Según el ASTM
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Concreto reforzado con bagazo de caña
concreto que se esta analizando. Y la resistencia al esfuerzo cortante que
puede variar entre 35 y 80% de la resistencia a la compresión.
El módulo de elasticidad, denotando por medio del símbolo E, se puede definir
como la relación del esfuerzo normal la deformación correspondiente para
esfuerzos de tensión o de compresión por debajo del límite de proporcionalidad
de un material. Para concretos de peso normal, E fluctúa entre 140,600 y
422,000 kg/cm2, y se puede aproximar como 15,100 veces el valor de la raíz
cuadrada de la resistencia a compresión.
E= 15,100.00 √ f´c
Los principales factores que afectan la resistencia son, la relación aguacemento y la edad del concreto.
Para muchos materiales de ingeniería tales, como el acero, el comportamiento
observado de esfuerzo-deformación unitaria, cuando un especímen es sujeto a
cargas incrementadas, puede dividirse en dos partes. Inicialmente, cuando la
deformación unitaria es proporcional al esfuerzo aplicado y es reversible al
descargar el especímen, se le llama deformación elástica. El módulo de
elasticidad se define como la relación entre el esfuerzo y esta deformación
unitaria reversible. En materiales homogéneos, el módulo de elasticidad es una
medida de las fuerzas de adherencia interatómicas y no es afectado por
cambios microestructurales. Esto no es verdad para materiales heterogéneos
multifaceticos tales como el concreto. El módulo de elasticidad del concreto a la
compresión varía de 14 x 103 al 40 x 103 Mpa.
A un alto nivel de esfuerzo, la deformación unitaria permanece proporcional al
esfuerzo aplicado y también se vuelve permanente, (es decir, no será revertida
si la muestra es descargada). Esta deformación es llamada plástica o
inelástica. La cantidad de deformación inelástica que puede ocurrir antes de la
falla es una medida de ductilidad del material. La energía requerida para que
Facultad de Ingeniería Civil
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Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
falle el material, el producto de fuerza por distancia, es representada por el
área bajo la curva de esfuerzo deformación unitaria.
El termino tenacidad se utiliza como una medida de esta energía. La diferencia
entre tenacidad y resistencia debe entenderse: la primera es una medida de
energía, mientras que la segunda es una medida del esfuerzo requerido para
romper el material. De esta manera, dos materiales distintos pueden tener la
misma resistencia, pero diferentes valores de tenacidad.
Fig1.1 Grafica de esfuerzo-deformación
Fuente: Manual de practicas de laboratorio. Miguel Ángel Baltazar Zamora
Sin embargo, generalmente cuando la resistencia de un material aumenta, la
ductilidad y la tenacidad disminuyen.
De acuerdo con la observación del comportamiento elástico-plástico del
concreto, éste parece ser un material complejo. Además la resistencia del
concreto es menor que las resistencias individuales de sus componentes.
La durabilidad es definida como la vida de servicio de un material bajo ciertas
condiciones ambientales. En general, los concretos densos o impermeables
tienes una durabilidad de largo plazo.
Es pertinente hacer notar que el uso de la resistencia mecánica del concreto
como índice
general
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de su aptitud para prestar un
Xalapa, Ver.
buen servicio
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Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
permanentemente, no siempre es aceptado porque hay ocasiones en que
pueden ser más importantes otras características y propiedades del concreto,
de acuerdo con las condiciones específicas en que opera la estructura. Se ha
llegado a mencionar que la costumbre de especificar y aceptar la calidad del
concreto con base solamente en su resistencia mecánica, es una de las causas
que suelen originar problemas de durabilidad en las estructuras.
1.4 Agregados para el concreto
Los agregados forman más del 70% del volumen total de concreto, por lo cual
no pueden ser tomados a la ligera. Como ya se mencionó en este capítulo,
cuando se trata de escoger los agregados estos deben cumplir con una serie
de características o especificaciones de acuerdo al tipo de concreto que se
desea elaborar. Estos deben ser sustancias limpias, durables, duras,
resistentes y libres de productos químicos absorbidos, revestimiento de arcilla u
otros materiales finos en cantidades que puedan afectar la hidratación y la
adherencia de la pasta de cemento. También deben evitarse aquellas rocas
que sean susceptibles a disgregarse, desmenuzarse o que sean deleznables.
En la actualidad, gracias a los avances de la tecnología se pueden fabricar
agregados artificiales que pueden tener mayor o menor peso que el de los
agregados naturales, con el fin de obtener mejores resultados o más bien, los
resultados que se desean en un concreto. Por ahora sólo se menciona a los
agregados de origen natural.
Los agregados se suelen dividir desde un punto de vista geológico en varios
grupos de rocas que posean características similares. La clasificación no
menciona que un grupo u otro posee rocas de mejor calidad que otras para la
elaboración de concreto, en cualquiera de ellos se pueden encontrar rocas con
características indeseables.
Para conocer las propiedades de un agregado es necesario conocer su
clasificación mineralógica, aunque esta no dirá el comportamiento de dicho
agregado en el concreto.
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15
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Concreto reforzado con bagazo de caña
La norma ASTM C 294-86 (inválida desde 1991) proporcionaba las
características de algunos agregados, pero como no hay minerales de utilidad
universal fue reprobada.
Aquí el resumen de dicha clasificación:
•
Minerales silicios (cuarzo, ópalo, calcedonia, tridimita, cristobalita)
•
Feldespatos
•
Minerales de mica
•
Minerales de carbonato
•
Minerales de sulfato
•
Minerales de sulfato de hierro
•
Minerales ferromagnesicos
•
Zeolitas
•
Óxidos de hierro
•
Minerales arcillosos
La tabla siguiente muestra la clasificación de los agregados en base a su
origen.
Tabla 1.1 Clasificación de las rocas según su origen.
Minerales
Rocas ígneas
Rocas metamórficas
Granito
Mármol
Cuarzo
Sienita
Metacuarcita
Ópalo
Diorita
Pizarra
Calcedonia
Gabro
Filita
Tridimita
Periodita
Esquisto
Cristobalita
Pegmatita
Anfibolita
Vidrio volcánico
Hornfels (roca córnea)
Sílice
Silicatos
Feldepasto
Obsidiana
Gneis
Ferromagnesiano
Piedra pómez
Serpentinita
Hornblenda
Augita
Arcilla
(pumita)
Tufa (toba volcánica)
Cagafierro
Ilitas
Perlita
Caolines
Vidrio volcánico
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Cloritas
Felsita
Montmorinollita
Basalto
Mica
Ceolita
Carbonato
Rocas sedimentarias
Conglomerado
Arenisca
Calcita
Cuarcita
Dolomita
Grauvaca
Sulfato
Yeso
Anhidrita
Sulfato de hierro
Pirita
Marcasita
Pirolita
Oxido de hierro
Subgrauvaca (molasa)
Arcosa
Piedra arcillosa
Limonita
Argilita y esquisto
Carbonatos
Caliza
Dolomita
Magnetita
Marga
Hematina
Greda (creta)
Goetita
Chert
Ilmenita
Limonita
Fuente: Diseño y control de mezclas de concreto.
Se pueden utilizar agregados de diferente peso para producir concreto; por
ejemplo, los agregados que más comúnmente se utilizan como la arena, grava
y escoria de alto horno enfriada al aire producen concreto con un peso
volumétrico (masa unitaria) de 2200 a 2400 kg/m3. Otros agregados, como el
esquisto, arcilla, pizarra y escoria expandidos, se usan para producir
estructuras de peso ligero o liviano, con un peso volumétrico que se encuentra
entre 1350 y 1850 kg/m3. Con la piedra pómez (pumita), cagafierro, perlita,
vermiculita y diatomita se logra producir concreto ligero aislante, con un peso
volumétrico de 250 a 1450 kg/m3. Por último, con materiales pesados como la
barita, limonita, magnetita, ilmenita, hematina, y esferas de hierro se puede
fabricar concreto de densidad elevada (gran peso) y blindaje para la radiación.
Los agregados son más económicos que el cemento, por lo cual es más
económico poner mayor cantidad de ellos que de éste, sin embargo no es la
economía la única razón por la cual se elige utilizar cierto tipo de agregados,
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17
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Concreto reforzado con bagazo de caña
estos proporcionan al concreto cierta ventaja técnica, al darle mayor estabilidad
volumétrica y más durabilidad que si se empleara solamente pasta de cemento.
1.4.1 Granulometría
Cuando se hace concreto es muy importante clasificar el material de acuerdo
con el tamaño de sus partículas, con el fin de tener un concreto con tamaños
de agregado en un rango establecido mediante unas curvas graficadas por la
American
Association
of
State
Highway
and
Transportation
Officials
(A.A.S.H.T.O.) Es común que el material se triture mientras se transporta o se
extrae del banco de material, por lo se van dividiendo y formando partículas de
menor tamaño. En el agregado grueso (grava) se llegan a encontrar partículas
finas, cuando se trata de un material poroso como el caso de la grava volcánica
la trituración es mayor y se llega a formar mucho agregado fino.
Fig. 1.2 Curvas de los límites granulométricos
Fuente: Concreto para técnicos en la construcción. IMCYC
Cuando se está realizando el concreto, el agregado se divide en dos grupos de
tamaño, los gruesos y los finos. Las partículas con tamaño mayor a 5 mm se
consideran dentro del rango de los gruesos y los que tienen un tamaño menor
a 5 mm se consideran dentro de los agregados finos. Es necesario y
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18
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Concreto reforzado con bagazo de caña
recomendable que el concreto posea un cierto equilibrio entre ambos grupos de
agregados, debido a que así habrá un menor número de vacíos que si se
utilizara mayoritariamente y sólo un grupo de ellos.
El proceso de clasificación granulométrica se realiza haciendo pasar el
agregado a través de unos tamices (cedazos, cribas o mallas) (ASTM C 136,
AASHTO T 27, COVENIN 0255, IRAM 1505, NCh165, NMX-C-077, NTC 77,
NTE 0696, NTP 400.012 y UNIT 48). Los tamices son mallas con aberturas
cuadradas, van numeradas y aumentan o disminuyen los tamaños de las
aberturas según sea el número del tamiz. Normalmente se miden en pulgadas
o en milímetros.
Especificaciones para el agregado fino.
Según
las
normas
mencionadas
en
párrafos
anteriores,
los
limites
granulométricos del agregado fino son los siguientes:
Tabla 1.2 Porcentajes recomendados por las normas para granulometría de agregado fino.
Tamiz
Porcentaje que pasa (en masa)
9.5 mm (3/8 plg.)
100
4.75 mm (No. 4)
95 a 100
2.36 mm (No. 8)
80 a 100
1.18 mm (No. 16)
50 a 85
600 µm (No. 30)
25 a 60
300 µm (No.50)
10 a 30
150 µm (No. 100)
2 a 10
Fuente: Diseño y control de mezclas de concreto.
No se puede dar una generalización sobre la granulometría del agregado fino,
ya que ésta depende mucho del tipo de obra que está en proceso, su
importancia, el tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas pobres se
recomienda usar la granulometría que se acerque al máximo que pasa por
cada tamiz. Se pueden considerar distintas granulometrías mientras la relación
agua-cemento y la relación agregado grueso-agregado fino se mantengan
estables.
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Según el
Concreto reforzado con bagazo de caña
decreto No. 10854-MEIC Norma oficial de especificaciones para
agregados gruesos y finos para concreto “el agregado fino deberá ser arena
natural, manufacturada o una combinación de ambas que pase el tamiz Nº 4
(4.75 mm) y es predominante retenido en el tamiz Nº 200”.
Este mismo decreto recomienda que el agregado fino tenga un módulo de
finura no menor de 2.3 ni mayor de 3.6, además de que no se debe tener más
del 45% del agregado en dos tamices consecutivos.
Especificaciones para el agregado grueso.
Para el agregado grueso,
el
decreto No. 10854-MEIC Norma oficial de
especificaciones para agregados gruesos y finos para concreto señala lo
siguiente: “el agregado grueso consistirá de grava, piedra o grava quebrada o
una mezcla de los materiales anteriores, este agregado es retenido casi en su
totalidad en el tamiz Nº 4 (4.75mm).”
Tabla 1.3 Porcentajes recomendados en la granulometría del agregado grueso.
Tamaño
Tipo de
piedra
Porcentajes en peso que pasan por los diferentes tamices
nominal
(tamices con
aberturas
75
63
50
37.5
25
19
12.5
9.5
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
90 a
35 a
100
70
cuadradas)
1ª
2ª
3ª
4ª
4 tilla
5ª
5 tilla
63 a 37.5 mm
100
50 a 4.75 mm
(No. 4)
37.5 a 4.75
mm (No. 4)
25 a 4.75 mm
(No. 4)
100
0 a 15
35 a
10 a
100
70
30
35 a
10 a
100
70
30
19 a 4.75 mm
95 a
25 a
100
60
100
(No. 4)
12.5 a 4.75
90 a
20 a
100
55
100
mm (No. 4)
9.5 a 2.36
90 a
40 a
100
70
100
mm (No. 8)
mm)
mm)
0a5
95 a
100
No.8
(2.36
0a5
95 a
100
No.4
(4.75
0a5
0a 10
0a5
0 a 10
0a5
0 a 15
0a5
85 a
10 a
100
30
0 a 10
Fuente: Diseño y control de mezclas de concreto.
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Otro concepto que se debe tomar en cuenta es el módulo de finura del material,
que se obtiene una vez que se ha hecho la granulometría del material y se
obtiene sumando los porcentajes retenidos acumulados de los tamices Nº 100,
Nº 50, Nº 30, Nº 16, Nº 8, Nº 4, 9.5 mm, 19.0 mm y 37.5 mm y al final la suma
se divide entre 100.
El módulo de finura, es como su nombre lo indica, el índice de cuan fino es el
agregado: entre mayor sea este número quiere decir que el agregado es más
fino, y es aplicable tanto para agregado grueso como para agregado fino. Cabe
mencionar que puede haber agregados con un mismo módulo de finura (MF),
pero con una granulometría distinta.
1.4.2 Contaminación de los agregados
Los agregados se obtienen de bancos cercanos a la región donde se está
construyendo y es sabido que no son completamente puros: se encuentran
revueltos o contaminados con otro tipo de materiales que por su
comportamiento, ya sea al contacto con la humedad o a los componentes del
cemento llegan a ser perjudiciales para el concreto. Por lo cual se busca que
los agregados tengan en la medida de lo posible, la menor cantidad de dichas
sustancias. Es imposible separar totalmente los contaminantes porque por lo
regular se van desprendiendo poco a poco, pero sí es posible reducir la
cantidad mediante la granulometría.
Sustancias deletéreas en el agregado fino:
Los agregados finos contienen, entre ellos, partículas muy pequeñas que son
indeseables en la construcción, la arena natural tiene como limite inferior de
tamaño los 60 o 70 µm. Los materiales entre 60 y 2 µm se clasifican como
limos y si sus particulas son más pequeñas aún, se clasifican como arcilla.
Antes que nada, debe quedar claro que es una sustancia deletérea. Según el
diccionario de la Real Academia de la Lengua Española, una sustancia
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21
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deletérea es toda aquella que es mortífera o venenosa6. Para el caso del
agregado podemos decir que ese tipo de sustancias son aquellas que podrían
dañar el buen funcionamiento del concreto.
Como ya se mencionó, las arenas poseen ciertas partículas muy pequeñas que
pasan por el tamiz No. 300, son clasificadas como limos o arcillas y, por ser
pequeñas y de composición diferente, influyen en las propiedades del concreto,
por lo cual se establecen límites de contenido de estas sustancias en el
agregado, como lo muestra la siguiente tabla.
Tabla 1.4 Límites máximos de sustancias deletéreas en el agregado fino.
Límites máximos de sustancias deletéreas contenidas en agregados finos
para concreto
item
Porcentaje por peso en la muestra total.
Máx.
Terrones de arcilla y partículas friables
a) Arenas de río y mar
3.0
b) Arenas de tajo
4.0
Material que pasa por el tamiz No. 200
a) Arenas de río y mar
4.0
(1)
b) Arenas manufacturadas
5.0
c) Arenas de tajo
7.0(1)
Carbón y lignito
a) Cuando la apariencia de la superficie
del concreto es de importancia
b) Todos los otros concretos
0.5
1.0
(1) Se considera que el material pasado por el tamiz No.200 esta libre de arcilla o pizarra.
Si llegara a contener arcilla el límite debe bajarse un 3% en b) y un 5% en c)
Fuente: Norma oficial para agregados gruesos y finos para concreto
6
Diccionario de la Real Academia de la Lengua Española
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Impurezas orgánicas:
Las impurezas orgánicas en cantidades grandes pueden ser muy perjudiciales
para el concreto, en casos donde el concreto estará expuesto a la humedad,
ambiente húmedo o un suelo húmedo, el álcalis del cemento puede generar
una expansión del mortero o concreto. Cuando es inevitable el contenido de
esas sustancias, se recomienda utilizar cementos que contenga menos de 0.6
% de álcalis7
Sustancias deletéreas en el agregado grueso.
Al igual que en el agregado fino, en el grueso se encuentran sustancias no
deseables para la elaboración de concreto. La norma antes mencionada
recomienda que la cantidad de ese tipo de sustancias no sobrepase los límites
establecidos en la siguiente tabla.
Tabla 1.5 Límites máximos de sustancias deletéreas en el agregado grueso.
Límites máximos de sustancias deletéreas y propiedades físicas en el agregado grueso
para concreto
Item
Porcentaje por peso en la muestra total máx.
Terrones de arcilla y partículas
5.0
desmenuzables
Material que pasa en tamiz No. 200
1.0(1)
Carbón y lignito
0.5
Porcentaje de pérdida por abrasión
50
Sanidad (porcentaje de pérdida en cinco ciclos
con sulfato de sodio)
(1)
(2)
18
En caso de ser piedra triturada, si el material que pasa la malla 200 es polvo de la misma
roca, el porcentaje indicado podrá incrementarse un 2%
(2)
Si el agregado no cumple con el requisito de sanidad ahí indicado solo podrá utilizarse si se
comprueba que se han obtenido concretos con la calidad deseada usando el mismo agregado.
Fuente: Norma oficial para agregados gruesos y finos para concreto
7
Def. Hidróxido de amonio o de los metales alcalinos, que pueden actuar como bases enérgicas debido a
que son muy solubles en agua. Diccionario de la lengua española
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23
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Al igual que en el agregado fino, si el agregado grueso contiene sustancias que
reaccionen con el álcalis del cemento, y el concreto se encuentra en contacto
con la humedad, deberá usarse un cemento con menos porcentaje de álcalis.
1.5 Agrietamiento
Hay dos causas principales por las cuales el concreto se agrieta, una de ellas
es por los esfuerzos aplicados y la otra por la contracción debida al secado o a
cambios de temperatura en condiciones de restricción. La contracción por
secado es una propiedad inevitable del concreto, por lo cual se utiliza acero de
refuerzo en las posiciones adecuadas para reducir los anchos de la grieta o
bien, juntas que predeterminen y controlen la ubicación de las grietas. Si no
existe una causa que impida el movimiento del concreto y ocurren
contracciones, el concreto no se agrieta. Las restricciones pueden ser
provocadas por causas diversas. La contracción por secado siempre es mayor
cerca de la superficie del concreto; las porciones húmedas interiores restringen
al concreto en las cercanías de la superficie, con lo que se pueden producir
agrietamientos.
Las juntas son el método más eficaz de controlar las grietas. Si en una
superficie considerable de concreto no se realizan juntas de contracción el
concreto se agrietará de manera aleatoria.
En el concreto endurecido hay otras causas de agrietamiento, entre las que
están8:
Causas químicas:
•
Composición del cemento o carbonatacion
•
Oxidación del acero de refuerzo
•
Reactividad de los agregados
8
Flores Castro Lorenzo, Sáenz Miera Manuel, (2003). Articulo: El agrietamiento en losas apoyadas
sobre el suelo.
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Causas físicas:
•
Contracción por secado
•
Contracción térmica
•
Calor de hidratación
•
Variaciones externas de temperatura
•
Concentraciones de esfuerzos
•
Refuerzo
•
Forma estructural
•
Flujo plástico
Diseño estructural
•
Cargas mal consideradas
•
Asentamientos diferenciales
•
Mala disposición de juntas
•
ACCIDENTALES:
•
Sobrecargas
•
Vibraciones
•
Sismos
•
Incendios
Proceso de Agrietamiento
Como se mencionó, para poder encontrar la solución es necesario primero
conocer la causa. Por ejemplo, si una barra de concreto, de una longitud L, en
una condición de temperatura y humedad y libre de esfuerzos, se seca y se
enfría sin restricciones, sufrirá una contracción, disminuyendo su longitud, sin
desarrollar esfuerzos, por lo tanto, sin agrietamiento. Pero, si la misma barra,
antes de someterla a un proceso de secado o enfriamiento, se empotra en los
extremos, al ocurrir la contracción se produce un esfuerzo de tensión y si éste
resulta mayor que la resistencia a tensión del concreto se produce el
agrietamiento, pues durante el secado además de producirse la contracción, el
concreto desarrolla resistencia y, simultáneamente, el fenómeno de flujo
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25
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plástico que tiende a disminuir el esfuerzo a tensión: cuando el esfuerzo a
tensión neto a cualquier edad iguala a la resistencia del concreto, se genera la
grieta.
1.5.1 Factores que afectan el agrietamiento
Sucede por dos tipos de variables: las debidas al concreto mismo, sus
componentes y, en segundo lugar, por las variables externas.
Variables en el concreto
a) Agua: a mayor cantidad de agua se incrementa la posibilidad de
agrietamiento, pues a mayor cantidad de agua se aumenta la
contracción y se reduce la resistencia.
b) Cemento: Entre más consumo de cemento se tenga, mayor será la
tendencia del concreto a agrietarse.
c) Agregados: La forma y granulometría de los agregados afecta
igualmente en el agrietamiento del concreto. Para agregados con un
tamaño máximo no muy grande la contracción será mayor para una
resistencia igual, debido a que se requiere más pasta para cubrirlos.
d) Aditivos: Los reductores de agua disminuyen la contracción por secado,
los retardantes aumentan la deformabilidad del concreto en estado
plástico disminuyendo el agrietamiento. Los aditivos acelerantes, en
general, aumentan la contracción, pero como sube la resistencia y el
flujo plástico, no siempre causan agrietamiento.
e) Sangrado: Cuando el agua fluye hacia arriba se producen zonas de
pasta blanda por debajo de las partículas de grava grandes y del acero
de refuerzo, principalmente en losas de mucho peralte donde se
generan zonas débiles y por consiguiente grietas internas.
f) Curado: cuando la velocidad de evaporación supera a la de sangrado, la
capa superficial del concreto sufre contracción, ésta se restringe por la
capa inferior y se producen grietas por contracción plástica.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Temperatura
La temperatura ambiente afecta la velocidad de secado del concreto en estado
fresco, así como la velocidad de endurecimiento; por otra parte, establece la
longitud base durante las primeras horas, hasta que el concreto desarrolla
cierta rigidez. A partir de esta longitud base, los cambios de temperatura
producen cambios volumétricos y, por consiguiente, un agrietamiento.
Las losas de piso o pavimentos colados en clima frío son menos susceptibles al
agrietamiento que cuando el trabajo se efectúa en clima caliente, pues los
cambios de temperatura afectan la longitud base, generalmente produciendo
expansión que no es tan crítica como la contracción.
1.6 Uso de fibras como agregado para el concreto
Se ha señalado antes que la resistencia a la compresión y a la tensión del
concreto están íntimamente relacionadas; sin embargo, no hay una
proporcionalidad directa. Cuando la resistencia a la compresión del concreto se
incrementa, la resistencia a la tensión también se incrementa, pero a una
velocidad decreciente. En otras palabras, la relación de la resistencia
tensión/compresión depende del nivel general de la resistencia a la
compresión.
Ordinariamente,
el concreto contiene numerosas microgrietas. La rápida
propagación de las microgrietas bajo un esfuerzo aplicado, es la responsable
de la baja resistencia del concreto a la tensión del material. Inicialmente, se
suponía que la resistencia a la tensión, igual que a la flexión del concreto,
podían incrementarse sustancialmente introduciendo fibras cercanamente
espaciadas que obstruirían la propagación de las microgrietas, retrasando así
el inicio de las grietas pos tensión, e incrementando la resistencia a la tensión
del material.
La debilidad en tensión puede ser superada por el uso de refuerzo
convencional de varilla y, en cierta medida, por la inclusión de un volumen
suficiente de ciertas fibras.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Fig. 1.3 Comparación entre resistencia a la tensión y a la compresión.
Fuente: El concreto en la obra. Problemas, causas y soluciones. Artículo del IMCYC.
¿Cuándo se utilizó por primera vez el concepto de refuerzo con fibra en los
materiales para construcción?
Se tiene evidencia de que los antiguos egipcios usaron paja para reforzar los
ladrillos de lodo. Estén evidencias de que la fibra de asbesto fue utilizada para
reforzar los postes de arcilla hace aproximadamente 5 000 años.
En la naturaleza también se ha utilizado la fibra como refuerzo. El hornero es
un pequeño pájaro nativo de Argentina, Chile, Bolivia y otros países de
Sudamérica; este pájaro ha estado construyendo afanosamente nidos de arcilla
reforzados con paja, en las cimas de los árboles antes de que apareciera el
hombre.
Las fibras son generalmente utilizadas en el concreto para controlar el
encogimiento, las grietas y resquebrajamiento por efecto del secado. Asimismo,
la menor permeabilidad del concreto y, por tanto, reducir el escurrimiento de
agua. En general, las fibras no aumentan la flexión del concreto, por lo que no
puede sustituir el refuerzo estructural de acero. Algunas fibras pueden reducir
la resistencia del concreto.
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28
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Los beneficios de la fibra en el concreto son:
-
Mejorar la cohesión de la mezcla
-
Mejorar la resistencia a ciclos de congelación-deshielo
-
Mejorar la resistencia a explosiones en caso de un gran incendio
-
Mejoran la resistencia al impacto
-
Aumentar la resistencia a la reducción plástica
En la actualidad se sabe que el asbesto es relacionado con potenciales
peligros para la salud; antes se usaban fibras de dicho material como refuerzo
para el concreto, pero después de haberse descubierto que era peligroso se
inició la búsqueda de posibles sustitutos que le proporcionaran al concreto las
propiedades tan favorables que el asbesto le daba, además de ser competitivos
en calidad.
Actualmente, las fibras de acero, de vidrio y, más recientemente, las de
polipropileno, son alternativas viables para reforzar al concreto. Pero
últimamente se han realizado estudios a otro grupo de fibras llamadas
“naturales” para verificar si se obtenían los resultados que se tenían con las
fibras de asbesto.
Las fibras de acero, plástico, vidrio y materiales naturales podemos
encontrarlas con diferentes características, como la forma; pueden ser
cilíndricas, llanas, onduladas (rizadas) y deformadas con longitud típica de 60
mm a 150 mm y espesor variado de 0.005 mm a 0.075 mm.
Los concretos convencionales y los que llevan un porcentaje de fibra funcionan
de la misma manera, sólo existen algunas cosas que los diferencian:
1. El sistema convencional, el acero sólo se coloca donde el análisis lo
determina necesario, en cambio las fibras se distribuyen de manera
aleatoria en la sección transversal del concreto.
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29
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
2. Las fibras son relativamente cortas y el espaciamiento es muy corto
entre ellas, a diferencia de las barras de acero continuo que se utilizan
en el sistema convencional.
3. Con el uso de fibras no es posible lograr la misma relación área de
refuerzo-área de concreto si se compara con la red de refuerzo de
barras.
Las fibras se agregan al concreto en porcentajes pequeños, por lo general
menos del 1%, y esto ha mostrado eficiencia en el control de la fisuración por
contracción.
La
contracción
natural
del
concreto
no
se
altera
considerablemente con la utilización de las fibras pero si se usan cantidades
adecuadas, sí es posible logra la reducción del agrietamiento y la disminución
de las fisuras.
1.6.1 Ventajas y desventajas del uso de fibras
Debido al mezclado, la distribución de las fibras en la sección transversal del
concreto es aleatoria y no todas llegan a trabajar como refuerzo ante los
esfuerzos de tensión provocados por las cargas. Aunque la orientación
depende mucho del método de fabricación del concreto, ya que puede ser
bidimensional (2-D) o tridimensional (3-D). El método de rociado promueve una
orientación 2-D, mientras que el método de fabricación con mezcladora
promueve la orientación en 3-D.
Además, es común que las fibras atraviesen las fisuras con un ángulo que no
favorece para evitar el agrietamiento, o su anclaje no es el suficiente para
obtener la perfecta unión
fibra-matriz. Debido a esto, el porcentaje de fibras
que ayudan a absorber las tensiones de tracción (esfuerzos de tensión) es
reducido. Por tales motivos, la eficiencia de un sistema con fibras no es tan
eficiente, y se puede decir que un sistema así no mejora en gran medida la
resistencia del compuesto.
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30
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Los concretos con fibra son más adecuados para secciones delgadas de
concreto, donde la armadura de refuerzo tiene una difícil colocación. Se puede
reducir el peso usando secciones más delgadas de concreto reforzado con
fibra que posea una resistencia equivalente a la de secciones más gruesas
reforzadas con la armadura convencional.
1.6.2 Tipos de fibras
Fibras de acero.
Las fibras de acero son pedazos cortos y discontinuos de acero con aspecto y
esbeltez entre 20 y 100 y con variadas secciones transversales.
Las fibras de acero se pueden clasificas por su manufactura, según la norma
de la American Society for Testing and Materials (ASTM) A 820 de la siguiente
manera:
Tipo 1.- Estas son fibras de alambre de acero conformado en frío y son las más
fáciles de encontrar en el mercado.
Tipo 2.- Estas son fibras cortadas de la chapa de acero.
Tipo 3.- Estas fibras son extraídas de la fundición, se fabrican por métodos muy
complicados donde una rueda en rotación levanta el metal líquido. El metal se
congela rápidamente y toma la forma de las fibras. Estas fibras tienen forma de
medialuna.
Tipo 4.- Otras fibras.
Las fibras de acero se agregan en volúmenes que oscilan entre 0.25% y 2%,
volúmenes mayores reducen la trabajabilidad y la dispersión de éstas en la
mezcla. La adición de 1.5% de fibras de acero puede aumentar un 40% la
resistencia a la tracción directa.
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31
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Concreto reforzado con bagazo de caña
La durabilidad del concreto reforzado con fibras de acero depende de los
mismos factores que un concreto convencional. Estas fibras están protegidas
ante la alta corrosión y se puede aumentar su adherencia a la matriz por medio
de la rugosidad que se les dé9.
Algunos de los usos de las fibras de acero en concretos son: pavimentos de
aeropuertos, capas de revestimiento de las pistas, tableros de puentes
(cubiertas para puentes), pisos industriales, pavimentos de autopistas, entre
otras.
Fibras de vidrio.
Se han realizado constantes estudios sobre las fibras de vidrio, en los años 60
se usaron fibras de acero convencional de borosilicato (fibras de vidrio-E) y
fibras de vidrio de sílice-cal-soda (fibra de vidrio-A). Las pruebas realizadas en
estas fibras dieron como resultado que reaccionáran de manera negativa con la
pasta de cemento y reducían la resistencia de concreto.
Esto condujo a la fabricación de fibras resistentes a los álcalis del cemento, que
aumentaron la resistencia a largo plazo pero se encontraron otros factores que
disminuían la resistencia. Uno de esos factores es la rigidizacion de los
filamentos por la infiltración de hidróxido de calcio (producto de la hidratación
del cemento) entre las fibras.
Las teorías más aceptadas sobre la perdida de la resistencia y ductilidad en
concreto reforzado con fibras de vidrio se basan en la reactividad con los álcalis
y la hidratación del cemento.
•
Cuando el álcali ataca las fibras de vidrio, se reduce la resistencia a la
tracción (tensión) y, consecuentemente, la resistencia a la compresión
también baja.
9
kosmakta Steven H. et. al., (2004), Diseño y control de mezclas de concreto, Portland Cement
Association
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
32
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
•
Concreto reforzado con bagazo de caña
La hidratación del cemento provoca la infiltración de hidróxido de calcio
en la fibra, provocando con esto la adherencia a la matriz del concreto y
la rigidizacion, que provoca la disminución a la tensión debido a que se
inhibe el arrancamiento de la fibra.
Fibras sintéticas.
Estas fibras son producidas por el hombre y son resultado de investigación y de
las industrias petroquímicas y textiles. Algunos tipos de estas son: acrílicas,
aramida, carbón, nylon, poliéster, polietileno y polipropileno.
A diferencia de otras fibras, éstas poseen la cualidad de reducir la contracción
plástica y, consecuentemente, la fisuración y pueden ayudar al concreto
después de que se fisura.
Algunos de los problemas asociados con las fibras sintéticas son:10
1.- Baja adherencia fibra-matriz
2.- Pruebas de desempeño no concluyentes para volúmenes bajos de fibras de
polipropileno, polietileno, poliéster y nylon.
3.- Bajo módulo de elasticidad de las fibras de polipropileno y polietileno
4.- Alto costo de las fibras de carbón y de aramida
Las fibras sintéticas más usadas son las de polipropileno, que son
químicamente
inertes,
hidrofóbicas
y
ligeras
(livianas).
Estas
son
monofilamentos cilíndricos que se pueden cortar en longitudes específicas.
Además estas fibras pueden reducir el revendimiento y el asentamiento de las
partículas de los agregados, y reducen el descascaramiento del concreto de
alta resistencia y del concreto de baja permeabilidad expuestos al fuego y a un
ambiente muy húmedo.
10
kosmakta Steven H. et. al., (2004), Diseño y control de mezclas de concreto, Portland Cement
Association
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
33
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Las fibras acrílicas se usan para la fabricación de tablones de cemento y tejas.
El porcentaje de fibras es hasta de 3% para que se comporte como un
compuesto de asbesto-cemento y es que las fibras acrílicas van a ser el
sustituto de las fibras de asbesto.
Las fibras de aramida son de las más resistentes que existen, especialmente a
la tensión (tracción). Este tipo de fibras son 2.5 veces más resistentes que las
de vidrio-E y 5 veces más resistentes que las de acero, además de que en
altas temperaturas trabajan de manera excelente, retienen resistencia, tienen
estabilidad dimensional resistencia a la fatiga estática, dinámica y resistencia a
la fluencia.
Las fibras de carbón fueron desarrolladas principalmente por sus propiedades
de alta resistencia y elasticidad y propiedades de rigidez para la aplicación en
la industria aeroespacial. Estas fibras son de fabricacion muy costosa si se
comparan con las otras fibras sintéticas y su desarrollo comercial es limitado.
Las fibras de carbón son resistentes a casi la mayoría de químicos.
Las fibras de nylon se producen generalmente para uso en vestuario, muebles,
y aplicaciones textiles, pero sólo hay dos tipos de éstas para uso en concreto:
las de nylon 6 y las de nylon 66. Estas se tejen de polímetros de nylon y, por
medio de extrusión, estiramiento y calentamiento, se transforman. Para usos en
concreto, se tejen hilos de alta tenacidad o resistencia a la tensión. Las fibras
presentan alta tenacidad, ductilidad y recuperación de la elasticidad. Suelen ser
fibras hidrófilas, por lo que la cantidad de agua en el concreto debe
incrementarse, sin embargo esto no afecta la hidratación y trabajabilidad del
concreto.
Fibras naturales
Estas han sido utilizadas desde los primeros tiempos puesto que no se conocía
el refuerzo convencional de acero que ahora existe, algunos ejemplos son los
ladrillos de barro con paja y los morteros reforzados con excremento de
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
34
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
caballo. Las fibras naturales, por lo general, se usan para concretos con bajo
contenido de fibras.
Las fibras naturales se dividen, a su vez, en procesadas y no procesadas. Los
concretos fabricados con fibras naturales han presentado buenas propiedades
mecánicas, pero tienen problemas de durabilidad. Algunas de las fibras
naturales que se han utilizado son las del coco, sisal, bambú, yute, madera y
fibras vegetales estas fibras son típicamente llamadas
fibras naturales no
11
procesadas . Sin embargo, las fibras naturales pueden ser procesadas
químicamente para mejorar sus propiedades. Estas fibras son generalmente
derivadas de la madera.
Las fibras de madera son obtienen mediante un proceso llamado reducción a
pulpa. Uno de los procesos más usados en la extracción de fibras de celulosa
es el llamado “Kraft”. Este proceso consiste en cocinar la viruta de la madera
en una solución de hidróxido de sodio, carbonato de sodio y sulfuro de sodio. Si
se les compara con las fibras obtenidas industrialmente, como las de
polipropileno, polietileno, poliéster y acrílicas, las fibras de celulosa poseen
buenas propiedades mecánicas.
Debido a que los procesos no son altamente industrializados se dispone de
fibras naturales en los países en desarrollo. Aunque históricamente muchas
fibras han sido usadas para reforzar varios materiales de construcción, ha sido
hasta ahora que se han estudiado las fibras naturales como refuerzo, ya que
anteriormente su uso se limitaba exclusivamente a la producción de ropa,
colchones y cobijas. Las fibras naturales están disponibles en grandes
cantidades en muchos países en desarrollo y representan una fuente renovable
continua. México es un país que posee abundante producción de fibras
naturales.
A finales de los años 60, se llevó a cabo en otros países una evaluación
sistemática de las propiedades de ingeniería de las fibras naturales y de los
11
Juarez Alvarado Cesar et. Al., (2004). Uso de fibras naturales de lechuguilla como refuerzo en
concreto.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
35
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
compuestos formados por estas fibras con el cemento. Los resultados de las
investigaciones indican que las fibras pueden ser usadas con éxito para
fabricar materiales de construcción.
Los productos hechos con cemento Pórtland y fibras naturales no procesadas
tal como el sisal, coco, caña de azúcar, bambú, yute, madera etc., se han
probado para determinar sus propiedades de ingeniería y su posible uso en la
construcción en, al menos, 40 diferentes países.
Sin embargo se han encontrado deficiencias, producto de la reacción entre la
alcalinidad de la pasta y las fibras, además de la susceptibilidad del ataque de
microorganismos.
La siguiente tabla muestra la comparación entre las fibras que en este apartado
se estudiaron.
Tabla 1.6 Comparación entre las propiedades de los distintos tipos de fibras.
Masa
Tipo de fibra
especifica
relativa
Diámetro, µm
(0.001 plg.)
Resistencia a la
Módulo de
Deformació
tracción, MPa
elasticidad MPa
n en la
2
rotura, %
2
[kg/cm ] (Ksi)
500-2600
Acero
7.80
100–1000 (4-40)
[5100-27000]
(70-380)
2000-4000
Vidrio E
2.54
8-15 (0.3-0.6)
[20000-41000]
(290-580)
1500-3700
RA
2.70
12-20 (0.5-0.8)
[15000-38000]
(220-540)
Sintética
Acrílica
Aramida
Carbón
1.18
1.44
1.90
8-9 (0.3-0.35)
Facultad de Ingeniería Civil
210000 [2100000]
(30000)
72000 [730000]
(10400)
80000 [820000]
(11600)
200-1000
17000-19000
[2000-10000]
[170000-190000]
(30-145)
(2500-2800)
2000-3100
62000-120000
[20000-32000]
[630000-1220000]
(300-450)
(9000-17000)
1800-2600
230000-380000
[18000-27000]
[2300000-3900000]
(260-380)
(33400-55100)
5.17 (0.2-0.7)
10-12 (0.4-0.47)
[kg/cm ] (Ksi)
Xalapa, Ver.
0.5 – 3.5
3.0 – 4.8
2.5 – 3.6
28 – 50
2 – 3.5
0.5 – 1.5
36
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Nylon
Poliéster
1.14
1.38
Concreto reforzado con bagazo de caña
23 (0.9)
1000 [10000] (140)
5000 [50000] (750)
280-1200
10000-18000
[2900-12000]
[100000-180000]
(40-170)
(1500-2500)
10-80 (0.4-3.0)
20
10 – 50
80-600
Polietileno
0.96
25-1000 (1-40)
[800-6100]
5000 [50000] (725)
12 - 100
(11-85)
Polipropileno
0.90
450-700
3500-5200
[4600-7100]
[36000-53000]
(65-100)
(500-750)
350-2000
10000-40000
[3600-20000]
[100000-400000]
(51-290)
(1500-5800)
280-600
13000-25000
[2900-6100]
[130000-250000]
(40-85)
(1900-3800)
120-200
19000-25000
[1200-2000]
[190000-250000]
(17-29)
(1900-3800)
350-500
33000-40000
[3600-5100]
[340000-410000]
(51-73)
(4800-5800)
250-350
25000-32000
[2500-3600]
[250000-330000]
(36-51)
(3800-4600)
180 [1800] (26)
4900 [50000] (710)
20-200 (0.8-8)
Natural
Celulosa de
1.50
25-125 (1-5)
madera
Sisal
Coco
Bambú
Yute
Pasto
elefante
1.12 – 1.15
1.50
1.02 – 1.04
100-400 (4-16)
50-400 (2-16)
100-200 (4-8)
425 (17)
6 – 15
3.5
10 – 25
1.5 – 1.9
3.6
Fuente: Diseño y control de mezclas de concreto.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
37
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Capítulo II: Usos comunes del bagazo de caña
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
38
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
En este capítulo se describe de manera extensa lo que es el bagazo. Se habla
de su origen, los lugares donde se genera y algunos de los usos que se le dan.
La primera parte aborda las generalidades del bagazo, como son sus
propiedades, su proceso de desmedulado, las formas en las que se almacena
en los lugares donde se utilizará y los derivados que directamente se obtienen
de él.
Se hace mención de muchos productos que se fabrican utilizando el bagazo,
como papel, cartón, cemento, edulcorante, filtros, entre otros.
Hay otros usos en los cuales no se obtiene un producto físico, sino se generan
beneficios, un ejemplo de ellos es la producción de energía eléctrica a partir del
bagazo. Otro claro ejemplo es la producción de la biomasa.
Sabiendo la situación actual del petróleo, muchas industrias están buscando
alternativas para generar combustibles a partir de vegetales. En el caso de la
caña, se produce etanol.
Este capítulo también habla sobre la utilización de otro tipo de fibras en la
industria de la construcción.
La caña de azúcar es una hierba gigante que proviene de la India.12
Antiguamente, sólo se sembraba en las zonas tropicales y semitropicales del
mundo, hasta que se introdujeron aquellas variedades que nacen de semilla.
Los colonizadores fueron quienes introdujeron la caña al continente americano.
La caña esta compuesta por una parte sólida llamada fibra y el jugo que
contiene agua y sacarosa.
La tabla siguiente muestra los porcentajes que los componentes de la caña
tienen.13
12
13
Cortés García Raúl. et. Al., (2007), El bagazo de la caña de azúcar, Universidad veracruzana
Cortés García Raúl. et. Al., (2007), El bagazo de la caña de azúcar, Universidad veracruzana
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
39
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Tabla 2.1 Componentes principales del bagazo de caña.
Componente
Porcentaje
Agua
73 – 76
Sacarosa
15 – 8
Fibra
12 – 16
Fuente: El bagazo de la caña de azúcar. Shaila Guadalupe Hernández García.
Una vez que la caña se muele la sacarosa es cristalizada y de ahí se obtiene el
azúcar, y a la fibra sin jugo se le denomina bagazo.
La caña de azúcar no sólamente da como resultado el azúcar que se obtiene
del ingenio, se obtienen en total 8 productos, a los cuales se les dan usos y
destinos distintos.
o Residuos de la cosecha que se quedan en el campo
o Residuos de la cosecha separados en los centros
o Agua vegetal
o Cachaza
o Miel final
o Azúcar
o Cenizas
o Bagazo
Anteriormente, los subproductos de la caña eran desechados porque no se les
veía el gran potencial que tienen como materia prima. Fue hasta la década de
los años 50 que estos productos dejaron de ser un desecho y se convirtieron
en productos de interés económico.
En la actualidad es posible escuchar en los diferentes medios y leer en libros y
revistas que se están buscando alternativas de combustibles para que en el
futuro no lejano, cuando el petróleo se termine, sea posible seguir utilizando las
máquinas que funcionan a base de combustibles y aceites.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
40
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Una de esas alternativas es el etanol que, mediante procesos industrializados,
se obtiene a partir de la caña de azúcar.
Para hablar de la gran cantidad de usos que en la actualidad se le da a los
subproductos que se obtienen de la caña de azúcar es necesario un gran libro.
Por ahora se hablará exclusivamente del bagazo, que como ya se menciono,
es la fibra que no posee ya el jugo.
2.1 El bagazo de caña
El estado de Veracruz es, a nivel nacional, el primer productor de caña de
azúcar, teniendo dentro de su territorio 22 ingenios azucareros.
El bagazo es producido principalmente en los ingenios azucareros o en los
trapiches14.
Anteriormente el termino bagazo se empleaba para definir el residuo de las
aceitunas que eran molidas para la extracción del aceite de oliva.
Una vez que se extrajo la mayor cantidad de jugo al hacer pasar la caña por
varios molinos y ser rociado con agua, nos queda solamente el bagazo. Este
tiene un color que varia entre amarillo-gris sucio y verde pálido.
Tiende a ser muy voluminoso y sus partículas no tienen un tamaño uniforme,
todo eso depende del tipo de caña molida y la eficacia de la molienda.
En la actualidad existen especificaciones sobre la extracción del bagazo y
hacerlo fuera de estas puede traer consecuencias como:
a) Disminución de la eficiencia de desmedulado y aumento de pérdida
b) Dificultades para el mezclado y bombeo del bagazo en soluciones
acuosas
14
Un trapiche es un molino donde se le saca el jugo a la caña de azúcar. El trapiche del cual obtuve el
bagazo saca el jugo para la fabricación de panelas.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
41
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
c) En la producción de papel puede haber dificultades en la impregnación
del bagazo con productos químicos
El bagazo esta compuesto por dos partes celulares, una de ellas es la fracción
de fibras largas de paredes gruesas y la otra son haces fibrovasculares
dispersos en el tallo.
Cuatro fracciones componen al bagazo de caña: el agua que se encuentra en
un 50%, los sólidos solubles que se encuentran en un 2 o 3 % el total del
bagazo, los sólidos insolubles que también se encuentran en un 2 o 3% y por
último la fibra de bagazo que esta en un 45%.
2.1.1 Propiedades del bagazo
Densidad y humedad
Éstas son dos de las principales propiedades que se requieren para realizar
cualquier cálculo de ingeniería en cuanto a la fabricación de concreto.
La densidad de un bulto de bagazo, en condición, suelta es una referencia que
se toma en cuenta para el diseño y construcción de algunos equipos en las
industrias donde se le dará un segundo uso al bagazo.
La tabla 2.2 muestra las densidades de un bulto de bagazo en las condiciones
más frecuentes en la industria de los derivados.15
15
Cortés García Raúl. et. Al., (2007), El bagazo de la caña de azúcar, Universidad veracruzana
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
42
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Tabla 2.2 Comparación entre las densidades de un bulto de bagazo en diferentes condiciones.
3
Humedad (%)
Compactación (m)
Densidad en bulto (kg/m )
90 – 10
Suelto
60
50
Suelto
70
75
Suelto
85
75
Compactado (h=20m)
150
75
Compactado (h=20m)
250
Fuente: El bagazo de la caña de azúcar. Shaila Guadalupe Hernández García.
Características morfológicas.
Las fibras suelen ser muy rígidas y las que provienen de especímenes
maderables, en ocasiones, tienen una longitud menor a la usual, esto
representa una limitante en algunas producciones, como la de papeles de alta
resistencia.
Las propiedades biométricas de las fibras de distintos tipos de bagazo se
muestran en la tabla 2.3
Tabla 2.3 Propiedades biométricas de distintos tipos de bagazo.
Longitud
Diámetro
promedio
promedio
(mm)
(mm)
J-60-5
1.3
B-4362
Variedad de
Ancho de
Relación de
Índice de
pared
delgadez
flexibilidad
23
9.9
49.1
0.56
1.26
22
11.2
57.2
0.49
328560
-
-
-
-
Hawaii
0.81
18
-
-
caña
-
443098
-
-
-
45
-
Hawaii
1.97
19
-
56.3
-
Fuente: El bagazo de la caña de azúcar. Shaila Guadalupe Hernández García.
En la tabla 2.4 se hace una comparación entre el bagazo de caña y otro tipo de
fibras naturales.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
43
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Tabla 2.4. Comparación de las propiedades de distintos tipos de fibras naturales.
Tipo de
fibra
Bagazo
Longitud
Largo de
Relación
pared
de
(m)
delgadez
12.0
4.0
75
0.60
14
7.4
3.3
107
0.2
2
28
21.0
3.0
100
0.75
1.0
13
9.8
1.6
77
0.75
Diámetro
Diámetro
promedio(mm)
lumen (m)
1.5
20
1.5
promedio
(mm)
Índice de
flexibilidad
Haya
(Fagus
silvatica)
Pino
Eucalipto
Fuente: El bagazo de la caña de azúcar. Shaila Guadalupe Hernández García.
Contenido de fibra y medula.
Al agrupar las fibras de la corteza y las fibras cortadas en el interior del tallo en
una sola fracción denominada fibra útil, queda una parte formada por la médula
y una tercera que aglutina finos, tierra y solubles.
Tabla 2.5 Componentes de la fibra.
Componente
%
Fibras largas de la corteza
50
Parénquima
30
Haces fibrovasculares
15
Células epidérmicas
5
Fuente: El bagazo de la caña de azúcar. Shaila Guadalupe Hernández García.
Cuado el bagazo está en condición seca posee alrededor de 60 % de fibra,
30% de medula y el 10% restante de la fracción mencionada antes. Estos
porcentajes se han visto afectados, por la mecanización y por el uso de
variedades de fibra relativamente más blandos con bajo contenido de fibra y
alto porcentaje de sacarosa. Esto se expresa en la tabla 2.6
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
44
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Tabla 2.6 Componentes de la fibra en estado seco.
Fracción
Rango (%)
Fibra
55.0 – 60.6
Medula
30.0 – 35.0
Finos, tierras y solubles
10.0 – 15.0
Fuente: El bagazo de la caña de azúcar. Shaila Guadalupe Hernández García.
Composición química.
El bagazo está compuesto de celulosa, hemicelulosa y lignina, como
principales polímetros naturales. El resto son componentes en pequeñas
cantidades que, en conjunto, se consideran componentes extraños. Esto se
muestra en las tablas 2.7 y 2.8.
Tabla 2.7 Componentes químicos del bagazo.
Bagazo integral %
fracción fibra %
fracción medula
Celulosa
46.6
47.7
41.2
Pentosanos
25.2
25
26
Lignina (klason)
20.7
19.5
21.7
Tabla 2.8 Componentes químicos del bagazo.
Bagazo entero
Fibra de
Medula de
%
bagazo
bagazo %
40
46
56.6
55.4
Gomas
24.4
29.3
26.11
29.3
Proteínas
1.8
-
-
-
Azucares
-
-
-
-
Sacarosa
14
-
-
-
Glucosa
1.4
-
-
-
Ácidos
0.4
-
-
-
Grasas y ceras
0.6
3.45
2.25
3.55
Cenizas
2.4
20.4
1.3
3.02
Lignina
15
19.95
19.15
22.3
Sílice
-
2
0.46
2.42
Componentes
Bagazo seco %
Celulosa
Fuente: El bagazo de la caña de azúcar. Shaila Guadalupe Hernández García.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
45
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
2.1.2 Desmedulado del bagazo
El desmedulado es el proceso de enriquecimiento de la fibra extrayendo una
corriente rica en médula. Las diversas variantes del desmedulado de acuerdo
con el contenido de humedad del material pueden clasificarse de la siguiente
forma:
a) Seco: Se realiza entre 20 y 40 % de humedad, empleando cernidores,
zarandas y molinos de martillos.
b) Húmedo: en éste la separación de la medula se efectúa a la humedad
de 48 a 50%, a la salida del tándem azucarero.
c) En suspensión o mojado: se realiza con el bagazo a una consistencia de
2 a 3% con una combinación de hidropulpeadores y conductores de
drenaje.
2.1.3 Almacenamiento del bagazo.
Solamente durante la época de zafra, que por lo general dura entre 4 y 5
meses, es cuando el bagazo se puede producir; por tal motivo las industrias
que lo utilizan como materia prima se ven en la necesidad de almacenarlo en
grandes cantidades para garantizar su producción todo el año. Los métodos de
almacenamiento se clasifican en: compactos y a granel.
Hace algunos años, el almacenamiento de manera compacta era el único
sistema utilizado en las fábricas de papel, tableros, furfural y otros.
Tipos de almacenamiento.
En pacas húmedas
Este método consiste en empacar el bagazo húmedo, antes o después del
desmedulado parcial. Estas pacas son almacenadas en forma piramidal con
ayuda de grúas y dispositivos que permiten manipularlas.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
46
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
El lugar donde se almacenen debe contar con canales de ventilación que
permitan la circulación del aire para la disipación del calor y los gases formados
por a fermentación.
En pacas presecadas
En este sistema el presecado sirve para evitar que el proceso de fermentación
y pudrición del bagazo haga que se pierda materia prima. Al no existir
problemas fermentativos en el bagazo presecado, es posible reducir pacas de
hasta cuatro veces el tamaño convencional empleado en el sistema húmedo.
Con esto, se reducen los costos de manipulación y se logran mayores
capacidades en la estiba.
En briquetas
En la industria, la utilización de briquetas de bagazo no se acostumbra tanto
debido al alto costo y a los altos consumos energéticos de las maquinas. Esta
forma de almacenamiento se puede ver como una forma de utilizar el bagazo
como combustible.
Las briquetas poseen una alta densidad sólo comparable con la de las maderas
duras. Sus longitudes van desde 130 a 150 mm.
A granel
Aquí el bagazo se almacena en patios destinados para este fin, se forman pilas
que pueden contener hasta 25 000 toneladas con una altura de 20 a 25 metros.
Casi en todos los sistemas de almacenamiento a granes se utiliza algún agente
liquido en la pila, éste es usado en la formación de las pilas al mezclarse con el
bagazo y servir como vía de transporte; en otros casos, se agrega en forma de
riego antes o después de formada la pila.
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47
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Concreto reforzado con bagazo de caña
2.1.4 El bagazo como materia prima
Se ha encontrado que el bagazo gracias a sus características es una materia
prima superior a otras. Tiene la ventaja sobre otros residuos agrícolas debido a
que su recolección, transporte, molido y lavado, se cargan directamente a la
producción de azúcar y, cuando se entrega el bagazo a la planta de
elaboración, este requiere poco tratamiento preliminar.
En la utilización industrial de bagazo se deben tomar en cuenta los siguientes
cuatro principios fundamentales.16
1. Arreglar la adquisición del material sobre bases económicas firmes. Esto
incluye
la
recolección,
empaque,
transporte,
almacenamiento
y
preservación y relaciones contractuales firmes con los proveedores.
2. Estudiar completamente las propiedades del material, para establecer si
se puede usar de manera industrial con ventajas sobre otras materias
primas, y con esto establecer su empleo basado en las posibilidades
superiores.
3. Al utilizar el bagazo se deben eliminar los subproductos hasta donde sea
posible. Se debe intentar obtener el mayor beneficio posible de la
materia prima, obteniendo la mayor cantidad de coproductos en lugar de
subproductos de desecho.
4. Tener presente la necesidad de explotar los mercados, perfeccionar
planes comerciales adecuados y hacer los debidos arreglos financieros
antes de hacer gastos en instalaciones industriales.
2.1.5 Derivados del bagazo
Pulpa quimimecanica del bagazo
Esta presenta una combinación de propiedades de resistencia y opacidad que
le permite su incorporación en forma mayoritaria a la pasta de papel
16
Los 4 principios fundamentales fueron establecidos por el Dr. Lathorp, jefe de la división de recursos
agrícolas del laboratorio regional de investigación norte del departamento de agricultura de Estados
Unidos.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
periódico17; también, reduce el peso básico en papeles de imprenta y para
escribir baratos, y les brinda rigidez necesaria para su empleo en la formulación
de cartón ondulado de alta calidad.
Sus usos son principalmente en la industria de elaboración de papel y cartón.
Pulpa para disolver
También denominada pasta alfa especial o pasta soluble, ocupa los primeros
lugares en volúmenes de producción entre el tipo de pastas no papeleras del
mundo.18
Se caracteriza por su elevada pureza química expresada en el alto contenido
de alfa celulosa y bajos contenidos de iones metálicos y de productos solubles
en soluciones alcalinas. Las propiedades de la pulpa se muestran en la tabla
2.9.
Tabla 2.9 Componentes y propiedades de la pulpa para disolver.
Propiedades de la pulpa para disolver
Celulosa (%)
90 – 91
Pentosanos (%)
3.5
Cenizas (%)
0.08
Silicio (%)
0.0075
Hierro (%)
0.0010
Viscosidad (cp)
12
Reactividad CS2/ NAOH
80 / 12
Fuente: El bagazo de la caña de azúcar. Shaila Guadalupe Hernández García.
La fibra para disolver se emplea en la fabricación de fibraza e hilaza destinada
a la producción de tejidos y artículos sanitarios absorbentes.
17
Cortés García Raúl. et. Al., (2007), El bagazo de la caña de azúcar, Universidad veracruzana
18
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Este producto puede ser también empleado en la obtención de celulosa
macrocristalina
para
tabletas
medicinales,
carboximetilcelulosa
grado
farmacéutico y grado alimenticio y en la producción de otros éteres.
Pulpa absorbente
Esta pulpa es diseñada para la rápida y abundante absorción de líquido
fisiológico, después de ser sometida a un proceso de desintegración en seco.
Estas pulpas son químicamente semejantes a las pulpas convencionales
producidas para la fabricación de papel, pero diferentes de éstas en las
propiedades físicas.
La pulpa absorbente se usa el la producción de pañales desechables los cuales
consumen el 80% de la pulpa producida; artículos de uso femenino, como
toallas sanitarias y tampones.
2.2 Usos del bagazo de caña
Ahora se sabe que el bagazo no es desperdiciado en su totalidad. Mucho
provecho se ha obtenido de este subproducto, desde la fabricación de papel,
hasta proyectos de generación de electricidad usando bagazo de caña. De
todos estos aprovechamientos se hará mención a continuación.
2.2.1 Fabricación de papel y cartón
Recientemente la Universidad Veracruzana realizó una investigación sobre la
crisis que actualmente pasa la industria azucarera y se llegó a la conclusión de
que la fabricación de papel y cartón mediante el uso del bagazo de la caña
podría ayudar a resolver dicha crisis.
Una de las ventajas que se obtendrían de la utilización del bagazo como
materia para producir papel es la disminución de la deforestación.
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50
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
El responsable de la investigación, el doctor Noé Aguilar Rivera investigador de
la Maestría en Manejo y Explotación de los Agrosistemas de la Caña de Azúcar
de la UV, explicó que no se ha extendido mucho el uso del bagazo debido a
que es de fibras cortas.
Para solucionar la deficiencia del bagazo, el equipo de investigación realizó
análisis químicos y morfológicos de ese producto, así como procedimientos
para la limpieza y acondicionamiento de cartón kraft de desecho, entre otros
estudios.
El proceso hasta hoy empleado para la fabricación de papel con bagazo de
caña consiste en la recolección y secado de este, luego viene la etapa de
cocción, lavado de pulpa y blanqueado. Concluido esto, se pasa a la fase de
preparación de pastas, y es cuando se le adicionan químicos y la fibra larga
que proviene de árboles, en una cantidad que dependerá del tipo de papel que
se desea obtener, de aquí sigue la formación y prensado de hojas, por último
se cortan y embalan.
En cambio, la propuesta del doctor Noé Aguilar Rivera consiste en dos
modificaciones: primero es reemplazar las fibras de árbol por el cartón de
desecho, la segunda es aplicarlo en la etapa de cocción junto con el bagazo,
así, al salir de ésta, la pulpa ya contiene las fibras largas en su composición lo
que mejora las propiedades de drenado, resistencia mecánica y formación.
Para obtener papel blanco realizaron una serie de estudios y encontraron un
químico que les permitió obtener una buena calidad en el acabado, y a su vez
elimina el uso de agentes clorados empleados por la industria y que son
agresivos al medio ambiente.
Este proceso, destaca el investigador, actualmente se encuentra en su fase de
planta piloto y su implantación a escala industrial requiere de ligeras
modificaciones en los sistemas ya instalados.
La tabla 2.10 muestra la comparación de la longitud de la fibra del bagazo con
otras para la producción de papel.
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51
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Tabla 2.10 Longitudes y diámetros de las fibras utilizadas para fabricar papel.
Longitud en milímetros
Diámetro en milímetros
Relación de
Origen de
la fibra
Promedio
Máxima
Minima
Promedio
Máxima
Minima
la long.
media al
diám.
Bagazo
1.7
2.8
0.8
0.020
0.034
0.010
85
1.1
1.6
0.51
0.009
0.13
0.0068
120
1.48
3.12
0.68
0.013
0.24
0.0068
111
Pino
2
4.4
2.6
-
0.75
0.030
60
Abeto
-
4.2
2.3
-
-
-
-
3
-
-
0.4
-
-
75
Álamo
1
-
-
-
0.46
-
38
Abedul
-
1.6
0.8
0.32
-
-
50
Eucalipto
1
-
-
-
0.40
0.014
40
de caña
Esparto
Paja de
trigo
Pino
banksiana
Fuente: El bagazo de la caña de azúcar. Shaila Guadalupe Hernández García.
2.2.2 Uso del bagazo en la producción de biomasa
Antes que nada se debe dar a conocer la definición de biomasa. La biomasa
es toda aquella materia orgánica que se produce de manera natural y es de
origen animal o vegetal.
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52
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Hay tres clasificaciones para la biomasa:
La biomasa natural.- es aquella que se produce sin la intervención del hombre
La biomasa residual.- que es el residuo de alguna actividad humana
La biomasa producida.- es aquella que es cultivada con el fin de obtener
biomasa transformable en combustible y no en alimentos, tal es el caso de la
caña de azúcar en Brasil, que se utiliza para extraer etanol.
Su naturaleza es variada, puede ser de origen animal o vegetal, y su uso como
energético también varia, ya sea como combustible para producir calor o como
materia prima para convertirla en energético o combustible.
La biomasa que sirve para generar combustibles es una opción sustentable ya
que los energéticos de origen fósil actualmente producen demasiada
contaminación.
En México y, particularmente, en el estado de Veracruz, el bagazo de caña es
utilizado como combustible en muchos lugares, tal es el caso de los ingenios
azucareros, que lo utilizan para calentar las calderas y así ahorran en
combustibles fósiles, ya que la biomasa del bagazo ahí mismo se obtiene, y es
del tipo residual.
En el caso de los ingenios azucareros la biomasa aprovechable es el bagazo y
los residuos agrícolas cañeros. El bagazo representa 30% de los tallos verdes
molidos y es el residuo fibroso.
En promedio, se pueden obtener alrededor de 21 millones de toneladas de
bagazo en una zafra, que equivale a 4.2 millones de tce (toneladas de
combustible equivalente) y 6 millones de toneladas de residuos agrícolas
equivalentes a 1 millón de tce.
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53
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
2.2.3 El bagazo como combustible
Como ya se mencionó, en los ingenios azucareros se puede obtener una gran
cantidad de biomasa.
Desde siglos pasados cuando ya existían problemas con respecto a los
bosques, el bagazo se convirtió en el principal combustible para los ingenios
azucareros, esto aunado a que en aquellos tiempos no se contaba con la
tecnología para utilizar el bagazo en la elaboración de otros productos como los
ya mencionados.
Ademas era tan abundante que tenia que ser quemado para que no hubiera
tanto sobrante y se tuvieran problemas por su acumulación por lo cual el
método más rápido para deshacerse de él era quemándolo en las calderas.
Una de las ventajas del uso del bagazo como combustible es que su
combustión no aumenta la cantidad de gases como el bióxido de carbono, ya
que solo se genera el carbono que la planta obtuvo durante su crecimiento.
Con esto se reafirma que ademas de no renunciar al desarrollo de nuevas
formas de energía, usar la biomasa como combustible protege al medio
ambiente.
En la tabla 2.11 se compara el valor del bagazo con el de otros combustibles,
considerando su valor como tal.
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54
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Tabla 2.11 Comparación entre el bagazo y otros combustibles en cuanto a contenido energético.
Combustible
Contenido energético
Bagazo
3 024 000 calorías por tonelada
Petróleo
1 512 000 calorías por barril
3
252 000 calorías por 1000 ft
Gas natural
Fuente: El bagazo de la caña de azúcar. Shaila Guadalupe Hernández García.
2.2.4 Producción de electricidad a partir del bagazo de caña
Este proyecto no es realizado en nuestro país, pero se consideró hacer
mención debido a que es un proyecto que tiene muchos beneficios
ambientales.
Este tipo de energía no produce contaminantes y ayuda a reducir los gases de
efecto invernadero en la atmósfera.
El proceso consiste en utilizar el bagazo que es desechado en la producción de
azúcar para generar vapor, este vapor después de un largo proceso es
convertido en energía limpia.
Una parte de esa energía es utilizada para hacer funcionar la empresa
azucarera y la restante la venden a una distribuidora eléctrica.
Se han establecido unas variantes para que se aproveche de la mejor manera
la biomasa de los ingenios en la producción de energía.
1. Aprovechamiento óptimo de la capacidad instalada: esto puede
entenderse tomando en cuenta que mientras más contínuamente la
maquinaria esté trabajando, más será la energía que se produzca, esto
depende de la cantidad de toneladas de caña que lleguen al ingenio y de
las veces que la maquinaria permanezca parada.
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Xalapa, Ver.
55
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
2. Aumento de la eficiencia de la generación de electricidad utilizando
calderas de baja presión: La eficiencia del ciclo térmico de la generación
de electricidad está determinado por las características del generador y
de la turbina de vapor. En este caso, el mantenimiento o la sustitución
de los generadores de vapor y el remplazo de las turbinas de contrapresión por turbinas de extracción condensación pueden ser una
solución eficiente.
3. Centrales termoeléctricas en las industrias azucareras: Un aumento
significativo de la generación de electricidad en la industria azucarera se
puede lograr mediante la introducción de generadores de vapor a alta
presión (80 kg/cm²), lo cual requiere sistemas de generación muy
similares a los utilizados en las centrales termoeléctricas.
4. Utilización de ciclos con turbinas de gas: estos ciclos alcanzan un alto
nivel comercial cuando se utilizan gases naturales o combustibles
líquidos. El uso de la biomasa cañera como combustible en estos ciclos
está frenada por estar aún en etapa de investigación y desarrollo los
gasificadores de biomasa requeridos para estas aplicaciones y se
trabaja en el perfeccionamiento de los sistemas de limpieza de los
gases, además las turbinas aeroderivadoras no han sido evaluadas en
las condiciones de trabajo de estos ciclos termodinámicos.
2.2.5 Fabricación de cemento con bagazo de caña
Este nuevo
producto
es
un
proyecto
de INDUSTRIA
CEMENTERA
HERMOSILLO S.A. DE C.V.
El nombre del producto será: cemento bagazo
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Xalapa, Ver.
56
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
“Ya adquiridos los bagazos de caña de azúcar, se mezclan con el
componente119 en considerable cantidad y se activan por calcinación cuya
estructura depende de la temperatura de combustión. El compuesto1 calcinado
es molido y obtenemos un residuo mineral rico en sílice y alumina, el cual se
mezclara con otras sustancias para obtener un producto cementicio de igual
calidad que el tradicional.” 20
Este proyecto está fundamentado en que actualmente se ha demostrado que a
través del bagazo se puede obtener material cementicio. El proyecto realizado
por
la
cementera
de
Hermosillo
bajo
una
conciencia
ecológica
y
responsabilidad social.
2.2.6 Fibra alimenticia a partir del bagazo
La obtención de fibra de bagazo como alimento, ha sido el tema de
investigación de la alumna Rubí Viveros Contreras, estudiante de la maestría
en ciencias alimentarias en el Instituto de Ciencias Básicas de la Universidad
Veracruzana.
El proyecto se denomina “Caracterización y uso de mezclas de fibra de caña,
almidón de maíz y concentrados de proteína de suero de leche desarrollado
mediante la técnica de extrusión en la elaboración de yogurt y galletas” y es
realizado en colaboración con el Centro de Investigación y de Estudios
Avanzados (CINVESTAV) perteneciente al Instituto Politécnico Nacional (IPN)
de Querétaro.
Esta investigación se justifica en que como se mencionó anteriormente que
Veracruz es el primer productor de caña de azúcar a nivel nacional, y el bagazo
no costaría obtenerlo.
19
El componente 1 es secreto de la empresa creadora del cemento, por tal motivo solo se menciona de esa
manera, al igual que “compuesto1”
20
Procedimiento tomado del artículo publicado en la página
http://www.angelfire.com/ult/bagazo/
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
57
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
En la tesis de esta joven se dice que si el bagazo es tratado de cierta manera,
se puede obtener la fibra que se menciona y esta se podría combinar con los
alimentos aportando muchos beneficios para la alimentación.
“Utilizamos como fuente de fibra el bagazo de caña, hacemos mezclas para
que pueda pasar por el extrusor, que es una tecnología que utiliza cortos
tiempos, se pasa la caña en mezclas a temperaturas altas y salen extrudidos
de caña”. 21
La extrusión consiste en mezclar el bagazo de caña enriquecido con suero de
leche y almidón de maíz y se trabaja en un equipo parecido al que sirve para
hacer pasta, con un tornillo sin fin y varias zonas de temperatura.
Este proyecto ya lleva dos años de investigación y se han obtenido buenos
resultados, los yogures que ellos presentan tienen altos valores alimenticios y a
muchos investigadores les ha gustado.
2.2.7 Edulcorante de bagazo de caña
La Universidad Veracruzana, conjuntamente con el Instituto Tecnológico de
Veracruz, trabajan en un proceso para obtener un edulcorante llamado Xilitol a
partir del bagazo de caña, la principal ventaja es que este edulcorante tiene la
mitad de calorías por gramo de las que contiene la sacarosa22.
En Europa el Xilitol es muy demandado y esta vigente el proceso de extracción,
pero en México no se ha establecido porque se prefiere dar otro uso al bagazo,
ya sea como combustible en los ingenios o para la fabricación de papel.
La catedrática dijo que los beneficios de usar edulcorantes en lugar de azúcar,
es que no perjudican tanto a la salud, y que son buenos para las personas que
necesitan una ingesta baja o nula de calorías.
21
22
Cortés García Raúl. et. Al., (2007), El bagazo de la caña de azúcar, Universidad veracruzana
Sacarosa, def.: disacárido que contiene una molécula de glucosa y otra de fructosa
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
58
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Estas personas son las que tienen diabetes, obesidad, sobrepeso y las que no
quieren tener caries. Otra de las razones de su consumo es porque está de
moda tener una figura delgada; sin embargo, por esta razón muchas personas
consumen productos con edulcorantes (todos los light y de dieta) sin una
necesidad real porque pueden bajar de peso al reducir su consumo de azúcar.
2.2.8 Medio para corrugar
El medio para corrugar obtenido de la quimimecanica del bagazo de caña se
caracteriza por su rigidez. Al mezclarlo con el papel de desecho conformado en
su mayoría por cajas corrugadas y desechos de corrugadotas, el papel
resultante presenta una resistencia a la compresión, y un balance adecuado
de resistencia mecánica necesarios para su procesamiento en la maquina
corrugadora.
El medio para corrugar es uno de los integrantes del cartón corrugado y
constituye la capa central del mismo, su función, es la de amortiguar los
impactos que sufren las cajas durante su manipulación.
2.2.9 Medios filtrantes
Se ha comprobado que con el uso de la pulpa química blanqueada del bagazo
como componente principal o en combinación con otros tipos de pulpas de
madera, incluidos también desechos textiles y pulpa de papeles de desecho, se
pueden obtener medios filtrantes con diversidad de aplicaciones.
Con las materias primas mencionadas se pueden obtener materiales filtrantes
con las siguientes características.
1. Elevada superficie especifica
2. Pureza, que evita cualquier aporte de contaminantes solubles al liquido
filtrado
3. Resistencia a elevadas cargas hidráulicas durante la filtración
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
59
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
4. Estructura porosa interna muy uniforme
5. No desprendimiento de fibras durante la filtración
6. Menor perdida de liquido por absorción de la propia placa filtrante
7. menor tiempo en el montaje y desmontaje del filtro prensa
8. inercia química no afectando as características de color, aroma y sabor
del líquido filtrado.
Los usos de los medios filtrantes (FILTEC) son bastantes, estos se enlistan en
la siguiente tabla.
Tabla 2.12 Usos de los diferentes tipos de filtros que se obtienen del bagazo.
Medio filtrante
Aplicaciones
FILTEC 00
Filtración de cervezas, prefiltro para soluciones
FILTEC FF
Filtración de rones y cervezas
Filtraciones de superior calidad de rones,
cervezas, siropes azucarados, vinagre, vino seco,
FILTEC FD
preparados farmacéuticos y biotecnológicos
Filtración de aceites lubricantes. En general,
FILTEC AL
productos de alta viscosidad
Papeles de filtro para laboratorios científicos,
FILTEC FR
clínicos e industriales, entre otros.
FILTEC FM
Determinación de pol en la industria azucarera
Prefiltro clarificante en producciones
FILTEC FA
biotecnológicas, químicas, farmacéuticas y e
filtraciones masivas de aguardiente con carbón
FILTEC PB
Filtración de pinturas y barnices
Fuente: El bagazo de la caña de azúcar. Shaila Guadalupe Hernández García.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
60
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
2.3 Productos para la construcción utilizando fibras naturales
Al igual que el bagazo de caña, en la actualidad hay muchas fibras que se han
utilizado y se están utilizando para la creación de productos o simplemente
como agregados en la construcción. A continuación se mencionan algunas de
las muchas utilizaciones de las fibras naturales.
2.3.1 Ferrocemento con fibras de coco
El ferrocemento es un material para construcción que consiste de una capa
delgada de concreto que esta reforzado con mallas de alambre de diámetro
delgado que se encuentran distribuidas uniformemente a lo largo de la sección
transversal23.
La fibra de coco posee una longitud y espesor que la hacen ideal para este
uso. Pero antes se le debe dar un lavado para eliminar las impurezas que
pueda contener.
La fibra de coco pertenece al grupo de las fibras duras, tales como el sisal, el
henequén y abaca. Es una fibra multicelular que tiene como principales
componentes la celulosa y el leño, lo que le da elevados índices de rigidez y
dureza. Entre sus características principales podemos mencionar la baja
conductividad al calor, la resistencia al impacto, a las bacterias y al agua. La
resistencia, durabilidad y resiliencia, convierten a la fibra de coco en un material
versátil y perfectamente indicado para los mercados del aislamiento (térmico y
acústico).
Ventajas24:
23
•
No electrostática
•
Inodora
Autosuficiencia, revista digital, (2007), Artículo: Como hacer ferrocemento con fibras de coco
24
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Xalapa, Ver.
61
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
•
Resistente a la humedad
•
No es atacada por roedores e insectos
•
No se pudre ni produce hongos
•
Difusión del vapor de agua
•
Poca conductividad térmica
•
Reduce los ruidos de percusión
•
Reduce los ruidos aéreos
2.3.2 Concreto reforzado con fibra de lechuguilla
En el 2004 se realizó un estudio en la UANL en el que se utilizaron fibras de
lechuguilla como refuerzo en el concreto25.
Para este estudio se compraron las fibras a una compañía ixtlera del estado de
Nuevo León, a esta fibra se le dio un pre-tratamiento para eliminar todos
aquellos componentes que pudieran dañar al concreto, como los carbohidratos
libres. Posteriormente se le realizaron mediciones a las fibras para determinar
su diámetro y longitud y se les realizaron algunas pruebas.
Después de realizar muchas pruebas y ensayes, se llegaron a las siguientes
conclusiones:
1. Las fibras de lechuguilla poseen algunas propiedades que le permiten ser
considerada como un refuerzo para el concreto.
2. La fibra le proporciono al concreto un comportamiento dúctil después de
haber un agrietamiento de la matriz de este.
3. Las fibras largas adicionadas en pequeñas cantidades proporcionan al
concreto un comportamiento más flexible en comparación al concreto simple.
25
Juárez Alvarado Cesar A. et. Al., (2004), Artículo: Uso de fibras naturales de lechuguilla como
refuerzo en concreto
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
62
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
2.3.3 Concreto con fibra de coco
Este estudio fue realizado por la Universidad del norte de Barranquilla
Colombia en el 2006.
Para tal estudio se fabricaron 5 tipos de mezclas con 2 longitudes de fibra
distintos uno de 2 cm y otra de 5 cm con porcentajes de 0.5 y 1.5 de fibra
incluida en cada una, se elaboraron para cada una dos tipos distintos de
especímenes (cilindros y vigas).26
El estudio comparo la deformación, resistencia a la compresión, a la tensión y
la flexión.
Las conclusiones a las que se llegaron son:
a) Las deformaciones menores se registraron el los especímenes
elaborados con 1.5% de fibra con longitud de 5 cm.
b) La resistencia a la compresión más elevada se registro en los
especímenes elaborados con 1.5% de fibra con longitud de 2 cm
c) La única mezcla que registro un aumento en la resistencia a la tensión
fue la que se elaboró con 0.5% de fibra con longitud de 5cm.
d) La adición de fibra afectó positivamente la resistencia a la flexión, siendo
la mezcla más beneficiada la que se elaboro con 0.5% de fibra.
26
Quintero García Sandra L. et. al.(2006), Artículo: Uso de fibras de estopa de coco para mejorar las
propiedades mecánicas del concreto
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
63
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Capítulo III: Experimentación en laboratorio con
especímenes adicionados con fibra.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
64
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
En este capítulo se describen los ensayos realizados a especímenes a los
cuales se lea adicionara fibra de bagazo de caña.
Debe mencionarse que antes de realizar el concreto, se debe dar un
tratamiento previo a la fibra, el cual consiste en lavar y secar la fibra con el fin
de eliminar la mayor cantidad posible de contaminantes como el azúcar; el
tratamiento es con el fin de mejorar su comportamiento dentro de la mezcla
porque si no se le realiza, en lugar de ayudar podría perjudicar el
comportamiento del concreto.
El bagazo que se utilizó es proveniente del ingenio de La Concepción,
municipio de Jilotepec Ver.
En las figuras 3.1a) y 3.1b) se observa el bagazo que se utilizó
Img. 3.1 a) y b) Eliminación de grumos en el bagazo
La fibra de caña posee gran cantidad de glucosa, la cual podría dañar el
concreto y alterar su comportamiento, por lo cual antes que nada se lavó la
fibra con el fin de limpiarla lo más posible.
A la fibra también se le separó mediante la malla número 6, para que no se
mezclaran en el concreto los polvos que contenía el bagazo y pudieran afectar
de manera negativa. La separación se observa en las figuras 3.2 a) y 3.2 b)
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
65
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Img. 3.2 a) y b) Cribado del bagazo con la malla No. 4
Para este caso la fibra será agregada en estado natural, sin recubrirse de
ningún polímero; con esto se pretende observar las diferencias que existen en
el comportamiento en los diferentes periodos de ensayo respecto a otros
cilindros que se elaboraron utilizando la fibra cubierta con parafina.
La fibra, por su estructura, tiene la característica de absorber agua, por lo cual
si se agrega en condiciones naturales absorbería una cantidad del agua que
se utiliza en la mezcla, alterando así la relación agua/cemento (A/C). En una
investigación muy similar a la que se ésta realizando, a la fibra se le trató con
diferentes sustancias con el fin de evitar lo más posible la absorción de agua.
En ese estudio se encontró que si se saturaba a la fibra con parafina, ésta
aparte de reducir la absorción de agua, mantenía las propiedades elásticas de
la fibra en comparación con las demás sustancias con las cuales se saturó.
El concreto esta formado además del cemento, por otros agregados, los cuales
deben ser de muy buena calidad para que el concreto funcione correctamente y
sea lo más duradero posible.
Para saber si un agregado cumple con los requisitos que necesita para el tipo
de concreto y la resistencia que se desea deben realizarse algunas pruebas de
laboratorio con el agregado que se posee a la mano o en la zona en que se
este trabajando, ya que en el País así como en el mundo los materiales
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
66
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
pétreos27
poseen
Concreto reforzado con bagazo de caña
características
distintas
y
pueden
o
no
funcionar
adecuadamente.
Con base en los resultados obtenidos de estas pruebas, se realizó un
proporcionamiento adecuado para que la mezcla de concreto sea de las
características que se requieren. Dicho proporcionamiento se muestra al final
de este capítulo.
En este capítulo se describirá la metodología de cada una de las pruebas que
se le realizaron a los agregados y se expondrán los resultados obtenidos.
3.1 Pruebas realizadas en agregados finos.
Los agregados finos tienen por lo general un tamaño menor a los 5 mm y
pueden ser arenas naturales o piedra triturada.
Se desea que este tipo de agregado posea características como la durabilidad,
limpieza, resistencia y que esté libre de impurezas, entre otras.
Antes de realizar cualquier prueba a un agregado es indispensable obtener una
muestra representativa del mismo, para que la prueba sea válida, ya que en
algunas ocasiones por el reposo del agregado u otros factores, éste no se
encuentre homogenizado.
El muestreo se realiza de la siguiente manera:
1.- Se toma una cantidad suficiente del agregado para cuartearlo
2.- Antes de cuartearlo, el material se cambia de lugar tres veces mediante una
pala. El material se va colocando en su nueva posición mientras la persona que
lo realiza gira alrededor del lugar, esto con la finalidad de una mejor
homogenización,
27
Materiales pétreos. (Petreus = pedregoso). Son los materiales naturales, o estos adaptados por el
hombre, que sirven como base para elaborar elementos componentes de una obra civil o arquitectónica.
Definición de Nael Herrera.
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Xalapa, Ver.
67
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
3.- Se realiza el paso anterior hasta que el material seleccionado esté en la
nueva posición.
4.- Se realiza este proceso hasta que el material se haya movido 3 veces de
lugar.
5.- Una vez que se logró esto, se procede a quitar la punta que pudo haber
quedado en el montón y mediante un cuarteador (en caso de no tener
cuarteador se usa una tabla) se divide el material en 4 partes aproximadamente
iguales.
Una vez que se obtienen los cuartos, se toma uno de ellos para realizar la
prueba que se desee. En las figuras 3.3a), 3.3b), 3.4a), 3.4b) se muestra el
cuarteo del agregado grueso pero el procedimiento es exactamente igual para
agregados finos.
Img. 3.3 a) y b) Procedimiento de traspaso de la muestra de un lugar a otro. (Paso 2 del proceso).
Img. 3.4 a) Despuntado del montón de material. b) Cuarteo del material.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Otro aspecto que se debe tomar en cuenta es que antes de realizar cualquier
prueba, el material debe ser secado al sol como lo muestran las imágenes
3.5a) y 3.5b).
Img. 3.5 a) y b) Secado en el sol de los agregados.
3.1.1 Análisis granulométrico
La
granulometría
del
agregado fino
está reglamentada
por muchas
instituciones, aunque también depende de lo que se desee en cuanto a riqueza
y resistencia en el concreto y del tamaño de agregados gruesos que se tengan.
Mientras la relación agua/cemento se mantenga en equilibrio se puede utilizar
una amplia gama de combinaciones en cuanto a las granulometrías de los
agregados.
3.1.2 Módulo de finura.
El módulo de finura de un agregado indica el tamaño que este posee. Si el
módulo de finura es grande, quiere decir que el agregado es grueso, esto no
quiere decir que sea de gran tamaño ya que puede haber agregados de
diferentes tamaños que poseen el mismo módulo de finura.
Este módulo se obtiene sumando el porcentaje en pesos de lo que se va
reteniendo en cada malla durante el cribado, el resultado de la suma se divide
entre 10028.
28
Baltazar Zamora Miguel Ángel, Manual de prácticas de laboratorio de concreto, UV, Fac I.C. Xalapa
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Xalapa, Ver.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Las mallas que se emplean para determinar el módulo de finura son la de 0.15
mm (No.100), 0.30 mm (No. 50), 0.60 mm (No. 30), 1.18 mm (No.16), 2.36 mm
(No. 8), 4.75 mm (No. 4), 9.52 mm (3/8”), 19.05 mm (3/4”), 38.10 mm (1”),
76.20 mm (3”) y 152.40 mm (6”).
Este procedimiento es conforme a la norma ASTM C 125.
Las imágenes 3.6a) Y 3.6b) muestran la granulometería de la arena.
Img. 3.6 a) y b) Prueba de granulometría de la arena y su distribución por mallas. De ahí se obtiene
también el módulo de finura
3.1.3 Impurezas orgánicas e inorgánicas.
a) Ensayo de impurezas orgánicas presentes en la arena
Objetivo:
Determinar la cantidad de materia orgánica en la arena para elaborar concreto
por medio de calorimetría.
Equipo y material que se utiliza:
Frasco graduado en ml. Solución de Hidróxido de sodio (sosa cáustica)
Agua arena en estudio, solución de acido Tànico, representa el color No. 3
(amarillo paja).
Procedimiento:
1. Se llena el frasco graduado de 300 ml. hasta la marca de 110 ml. con la
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
70
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
muestra de arena que se va ensayar.
2. Añadir la solución de Hidróxido de sodio al 3%, hasta la marca de 175 ml.
3. Se agita el frasco fuertemente durante de un minuto.
4. Pasadas las 24 hrs. Observar el color del liquido y se compara con la
solución patrón, si el color es más oscuro que el amarillo paja; esta arena
tendrá exceso de materia orgánica.
El exceso de materia orgánica en el concreto, inhibe una reacción química
completa entre el cemento y el agua.
b) Ensayo de impurezas inorgánicas en la arena para concreto
Objetivo:
Determinar la cantidad de finos (arcillas y limos) presentes en la arena para
concreto; los cuales, arriba de cierta cantidad se consideran nocivos en la
elaboración de concreto.
Equipo y material que se utiliza:
• Probeta graduada, de 250 ml de capacidad
• Solución de sal al 1%
• Agua
• Regla o vernier
Procedimiento:
1. Colocar 50 ml. de la solución de sal al 1% en la probeta graduada.
2. Añadir arena hasta que su altura sea de 100 ml.
3. Agregar solución hasta llegar a la marca de 150 ml., se tapa la boca de la
probeta y se agita manualmente por minuto.
4. Dejar la probeta en sedimentación por 3 hrs. Como los granos de arena son
más pesados se asientan primero que los finos.
5. Se mide la capa de arcilla y se obtiene el porcentaje que ésta representa con
respecto a la altura inicial. Esta capa no deberá exceder el 6%.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
71
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Un agregado puede ser muy dañino con el concreto si contiene compuestos
que reacciones químicamente con el cemento Pórtland y que afecten
significativamente el volumen de la pasta o del agregado mismo y que interfiera
con la hidratación normal del cemento.
3.1.4 Densidad relativa
La densidad relativa (peso específico) es la relación entre el peso de un
material y el peso de un volumen absoluto igual de agua, o sea el volumen de
agua que se desplaza por la inmersión del material. Se usa en los cálculos de
proporcionamiento para determinar el volumen ocupado por el agregado en la
mezcla.
Objetivo:
Determinar la densidad relativa de la arena para elaborar concreto hidráulico
empleando un matraz de fondo plano de 500 ml de capacidad y su
correspondiente curva de calibración.
Equipo y material que se utiliza:
• Matraz aforado a 500 ml.
• Balanza con aproximación al 0.1 gr.
• Cono truncado
• Pison
• Termómetro
• Embudo
• Probeta de 500 ml. de capacidad
• Pizeta o gotero
• Pipeta
• Bomba de vacíos
• Horno o estufa
• Franela o papel absorberte
• Curva de calibración del matraz
• Charola de aluminio
• Espátula
Facultad de Ingeniería Civil
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72
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Concreto reforzado con bagazo de caña
• Cristal de reloj
• Arena saturada y superficialmente seca
Procedimiento:
Para la determinación de la densidad relativa de arena
1.- Se satura la arena por 24 hrs., se le retira el agua y se lora un estado de
saturado superficialmente seco; esto se logra al tener la arena en una
superficie limpia y seca, moviéndola de un lugar a otro, para que por efecto del
sol y el viento se logre el estado superficialmente seco (figuras 3.7a) y 3.7b)),
para lograr esto se utiliza el cono truncado, se llena con arena en dos capas,
dándole 15 golpes con el pisón a la primera capa y 10 golpes a la segunda, se
enrasa y se retira el cono sin hacer movimientos laterales; si la arena se queda
con la forma del cono quiere decir que tiene exceso de humedad, por lo cual se
sigue secando y se repite el proceso antes mencionado hasta que al quitar el
cono la arena se desmorone lentamente, esto será cuando la arena se
encuentre en el estado saturado superficialmente seco. (figura 3.8a) y 3.8b))
Img. 3.7 a) y b) Secado de la arena después de la saturación para obtener el estado superficialmente
seco
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73
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Img.3.8 a) y b) Llenado del como para la obtención del estado saturado sup. Seco (se realizaron varios
ensayes hasta que se logro
2.- Se pesan dos muestras de arena de 200 gramos cada una (Wsss), como se
observa en las figuras 3.9 a) Y 3.9 b). Se vierte agua en el matraz hasta la
mitad de la parte curva, se vacía una muestra en el embudo utilizando un
embudo y en la parte inferior del matras se coloca un fólder por si se cae parte
de la muestra poder recogerla y vaciarla al matraz.
En las figuras 3.10a) y 3.10b) se oberva el matraz con la arena y el agua.
Img. 3.9. a) y b) pesado de las muestras para realizar la prueba de absorción y humedad.
3.- Se extrae el aire atrapado en el suelo empleando una bomba de vacíos; el
material con el agua se agita sobre su eje longitudinal, se conecta a la bomba
de vacíos por 30 segundos.
4.- Se repite el paso anterior unas 5 veces.
5.- Se completa la capacidad del matraz con agua hasta la marca de aforo, de
tal manera que la parte inferior del menisco coincida con la marca de 500 ml.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
74
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Img. 3.10 a) y b) Llenado del frasco Chapman con la arena para la obtención de la densidad
6.- Se pesa el matraz + arena + agua (Wmwa)
7.- Se toma la temperatura de la suspensión, con esta, se entra en la curva de
calibración del matraz y se obtiene el peso del matraz + agua hasta la marca
de aforo (Wmw)
8.- Se sustituyen los valores obtenidos en la formula siguiente y se obtiene la
densidad.
DR= Ws / [(Ws + Wmw) – Wmwa];
Donde:
DR.- Densidad relativa o gravedad especifica
DR= 199.00gr / [(199.00gr + 775.45gr) – 870.00gr] = 1.91
3.1.5 Porciento de absorción
Objetivo:
Determinar la cantidad de agua que absorbe la arena para concreto
expresando esa cantidad en porciento con respecto a su peso seco.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Procedimiento:
1.- De la muestra que se puso a secar en la prueba anterior, se revisa con el
cristal de reloj para verificar que la arena ya haya perdido toda el agua, de ser
así se deja enfriar y se obtiene su peso seco (Ws)
2.- Se obtiene el porcentaje de absorción por medio de la siguiente formula:
Porcentaje de absorción = [(Wsss – Ws) / Ws] x 100
Absorción= [(200.00gr – 199.00gr) / 199.00gr] x 100 = 0.50%
3.1.6 Contenido de humedad de la arena.
Objetivo:
Comprobar la cantidad de humedad que tiene una muestra de arena, con
respecto al peso seco de la muestra. Esta prueba se realiza antes de hacer una
mezcla de concreto, con la finalidad de hacer los ajustes en la cantidad de
agua para la mezcla.
Procedimiento:
a) Método rápido.
1.- Se anota el número de la charola y se pesa, anotándola como tara (T).
2.- Se vacía la arena húmeda en la charola y se pesa, anotándola como tara +
arena húmeda (T + Ah).
3.- Se pone a secar la arena en la estufa moviéndola algunas veces para que
sea más rápido el secado, se coloca encima el vidrio de reloj para comprobar
que la arena ya no tiene humedad; Esto ocurrirá cuado ya no se empañe el
cristal.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
4. Posteriormente, se deja enfriar (charola y suelo)
5. Se procede a pesar, lo que seria charola + arena seca (T + A´s)
6.- Y se realizan los cálculos para comprobar el contenido de humedad por el
método rápido.
[(T + Ah) − (T + A´s)] / [(T + A´s) − T] x 100 =[( Ww – Ws) / Ws] x 100
La absorción y la humedad superficial de la arena deben determinarse para
saber que cantidad de agua debe agregársele a la mezcla porque muchos
agregados poseen poros que pueden contener agua y esto altera la proporción
de la mezcla.
El contenido de agua de la mezcla debe ajustarse a las características de
humedad de los agregados para cumplir los requerimientos de agua. Si el
contenido de agua no se mantiene constante, la resistencia a la compresión,
trabajabilidad y otras propiedades varían de una mezcla a otra.
En esta investigación se tomo la humedad de la arena cada vez que se realizo
la mezcla para poder ajustar la cantidad de agua que se necesitaba. Por tal
motivo solo se pondrá un ejemplo de cómo se calculaba la cantidad de
humedad de la arena ya que fue variando de acuerdo a los días en que se
realizaba el concreto.
Hum. = [(400.00gr – 372.00gr) / 372.00gr] x 100 = 7.53%
3.1.7 Pesos volumétricos secos: suelto y compactado
El peso volumétrico, también llamado peso unitario o densidad de masa, es el
peso de un material que ocupa un volumen unitario especificado.
El peso volumétrico aproximado de un agregado usado en un concreto de peso
normal varia de aproximadamente 1,200 kg/m3 a 1,760 kg/m3.
La cantidad de vacíos entre los agregados hace que se requiera más mortero
en la mezcla. La geometría de las partículas influye mucho en la cantidad de
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
77
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
vacíos; un agregado anguloso hace que se generen mayor cantidad de vacíos,
mientras que un agregado redondeado disminuye la cantidad. La granulometría
también es factor determinante, ya que una granulometría mejorada es
recomendable para reducir la cantidad de vacíos.
Los métodos para conocer los pesos volumétricos de los agregados y el
contenido de vacíos están dados por la norma ASTM C 29.
a) Peso volumétrico seco y suelto de la arena
Objetivo:
Obtener la cantidad de suelo en kilogramos que se puede obtener por metro
cúbico, al vaciar material en un recipiente de volumen conocido y sin darle
acomodo a las partículas.
Equipo y material que se utiliza:
• Cucharón de lámina
• Recipiente de volumen conocido
• Regla o solera de 30 cms.
• Balanza de 20 kgs. de capacidad y 5 grs. de aproximación.
Procedimiento:
1. La arena se seca al sol y se cuartea.
2. Se pesa el recipiente vacío.
3. Empleando el cucharón se toma material y se deja caer dentro del recipiente,
desde una altura de 5 cm., hasta que se llene, evitando que el material se
reacomode por movimientos indebidos; después se procede a enrasar
utilizando la regla de 30 cm.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
78
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Concreto reforzado con bagazo de caña
.
Img. 3.11 a) y b) Llenado de la tara de peso volumétrico con el cucharón
4. Se pesa el recipiente conteniendo el material y se anota el peso con
aproximación de 5 gr.
Img. 3.12 a) y b) Enrasado de la tara para el pesado
5. Se calcula el peso volumétrico del material, seco y suelto con la siguiente
formula:
P.V.S.S. = Wm / Vr → P.V.S.S. = (6.65 – 4.55) / 0.00281 = 747.33 kg/m3
Donde:
Wm = Peso del material = kgs.
Wm = (Peso del recip. + mat.) – (Peso del recip.)
Vr = Volumen del recipiente = m3
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Concreto reforzado con bagazo de caña
b) Peso volumétrico seco y compactado
Objetivo:
Obtener la cantidad de arena en kilogramos que se puede lograr por metro
cúbico, al vaciar material en un recipiente de volumen conocido y dándole
reacomodo a las partículas por medio de golpes con una varilla punta de bala.
Equipo y material que se utiliza:
• Cucharón de lámina
• Recipiente de volumen conocido
• Regla o solera de 30 cms.
• Balanza de 20 kgs. de capacidad y 5 grs. de aproximación
• Varilla punta de bala
Procedimiento:
1. La arena se seca al sol y se cuartea.
2. Se pesa el recipiente vacío.
3. Empleando el cucharón se toma material y se deja caer dentro del recipiente
desde una altura de aproximadamente 5 cms., se llena el recipiente en 3
capas, dándole 25 golpes a cada capa con la varilla punta de bala, una vez
lleno se procede a enrazar con la regla de 30 cm.
4. Se pesa el recipiente conteniendo el material y se registra el peso con una
aproximación de 5 gr.
5.- Se calcula el peso del material seco compactado con la siguiente formula:
P.V.S.C.= Wm / Vr → P.V.S.C. = (7.20 – 4.55) / 0.00281= 943.06 kg/m3
Donde:
Wm = Peso del material = kgs.
Wm = (Peso del recip. + mat.) – (Peso del recip.)
Vr = Volumen del recipiente = m3
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Xalapa, Ver.
80
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
3.1.8 Sanidad
El procesamiento del agregado se divide en 2 pasos:
1.- Procesamiento básico: Triturado, lavado y cribado para obtener una
granulometría y limpieza del material adecuadas.
2.-
Beneficio:
el
mejoramiento
del
material
por
otros
métodos
de
procesamiento, como lo son:
- Separación en un medio pesado
- Cribado en agua
- Clasificación en un medio ascendente
- Trituración
En la separación a través de un medio pesado se hace pasar los agregados en
una medio pesado compuesta por minerales pesados finamente y agua en
proporciones de tal manera que tenga un peso especifico menor que el de las
partículas de los agregados y mayor al de las partículas deletéreas29. Las
partículas de mayor peso se hunden y las más pesadas flotan, de esta manera
se consigue la separación.
En el cribado en agua se separan las partículas con pequeñas diferencias en
peso especifico pulsando una corriente de agua. Las pulsaciones de agua
hacia arriba a través de una criba mueven el material más ligero para formar
una capa arriba del material más pesado, posteriormente se quita la capa de
arriba.
El triturado sirve para quitar las partículas blandad del agregado grueso.
29
Partículas venenosas o dañinas. Real Academia Española
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
81
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
3.2 Pruebas en agregado grueso (grava)
3.2.1 Características generales. Muestreo
Los agregados gruesos son gravas o combinación de estas, o material triturado
cuyo tamaño es mayor a 5mm y generalmente entre 9.5mm y 38mm.
Los agregados gruesos al igual que los finos, deben cumplir con ciertas
características para darles un uso ingenieril óptimo.
Deben consistir en partículas durables, limpias, durables y libres de productos
químicos absorbidos, recubrimiento de arcilla y otros materiales finos que
pudieran afectar la hidratación y la adherencia de la pasta de cemento.
El tamaño máximo del agregado se basa en el menor tamaño de malla por el
cual todo el agregado debe pasar. El tamaño máximo depende mucho de la
economía, ya que para agregados pequeños la cantidad de agua y de cemento
que se utilice será mayor que para agregados grandes.
También deben considerarse otros aspectos para determinar el tamaño
máximo del agregado grueso, como lo son, la forma del elemento de concreto,
el tamaño de dicho elemento y la cantidad de acero de refuerzo y su
distribución. Por lo común, el tamaño máximo del agregado grueso no debe
sobrepasar:
1. Un quinto de la dimensión más pequeña del miembro de concreto.
2. Tres cuartos del espaciamiento libre entre barras de refuerzo.
3. Un tercio del peralte de las losas.
Estas reglas se pueden omitir si en la opinión del ingeniero, el concreto tendrá
la manejabilidad y fluidez suficiente para colocarse sin que se formen huecos o
vacíos.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
82
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
3.2.2 Densidad relativa y absorción de la grava.
Objetivo:
Determinar la densidad de la grava utilizando el principio de Arquímedes pasa
saber el volumen que ocupa la grava y también el porcentaje de absorción de
la grava. Ambos resultados tienen aplicación en la elaboración de la mezcla de
concreto.
Equipo y material que se utiliza:
• Balanza con aproximación al 0.1 gr.
• Horno o estufa
• Franela
• Canastilla
• Charola de aluminio
• Espátula
• Cristal de reloj
Procedimiento:
1. Se dejan las gravas en saturación por 24 hrs.
2. Se les retira el agua y se secan superficialmente con una franela
ligeramente húmeda, se pesa una cantidad de material cercana a los
500 gr., obteniéndose de esa forma el estado saturado superficialmente
seco de la grava (Wsss), como se observa en las figuras 3.13a) y 3.13b)
Img.3.13 a) y b) Secado del a grava saturada para obtener el estado superficialmente seco
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
83
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
3. Se procede a determinar el volumen desalojado de la grava (Vdes), para
esto se utiliza le principio de Arquímedes, pesando el material en una
canastilla sumergidas en agua, obteniendo así el peso del material
sumergido (Wsum).
Vdes= (Wsss –Wsum) / peso esp. Del agua
4. Sin que haya pérdidas de material se vacía la grava en una charola para
ponerla al secado total en horno o estufa, para así obtener el peso seco
del material (Ws).
5. Con los siguientes datos se obtiene el porciento de absorción de las
gravas mediante la siguiente formula.
Por. De absorción = (Wsss –Ws) / Ws * 100
Absorción = [(884.6 gr – 792.00 gr) / 792.00 gr] x 100 = 11.69 %
6. Se determina la densidad relativa (Dr) o gravedad especifica del material
mediante la sig. formula:
Dr = Ws / [(Vol. des – Vol. abs.) * peso Vol. del agua]
Dr = 792.00 gr / [(467.00 ml – 92.6 ml) x 1.00] = 2.12
3.2.3 Contenido de humedad
Objetivo:
Conocer la cantidad de agua que posee el material con respecto a su peso
seco. Esta prueba se hace antes de realizar la mezcla para hacer los
ajustes correspondientes a la cantidad de agua que se agregara.
Formula: hum. = (Ww / Ws) *100
Donde: Ww.- peso del agua, Ws.- peso de la grava seca.
Equipo y material que se utiliza:
Manual de Practicas de Laboratorio de Concreto
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
84
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
• Estufa
• Balanza con aproximación al 0.1 gr.
• Charola y capsula de aluminio
• Espátula
• Cristal de reloj
Procedimiento:
1. Se anota el número de la charola y se pesa, anotándola como Tara (T)
2. Se vacía el material húmedo y se pesa, anotándolo como Tara +
Material húmedo (T+Sh)
3. Se pone a secar el suelo en la estufa, moviéndola algunas veces para
que sea más rápido el secado, se coloca encima el cristal de reloj para
comprobar cuando el suelo ya no tenga humedad, esto ocurrirá cuando
el cristal ya no se empañe.
4. Posteriormente se deja enfriar (charola y suelo).
5. Se pesa todo, charola y suelo seco (T + S’s)
6. Se realizan los cálculos para saber la cantidad de humedad por el
método rápido.
Al igual que paso con la arena, la grava tenia humedades distintas al pasar los
días por lo cual fue necesario obtener su humedad varias veces, este es solo el
ejemplo de una de ellas.
Hum= {[(T+Sh) – (T+S´s)] / (T+S’s) – T} * 100
Hum = [(600gr – 569.8gr) / 569.8] x 100 = 5.30 %
3.2.4 Peso volumétrico seco suelto y seco compacto
Estas pruebas se realizan de manera similar a como se realizaron con la arena
y las formulas son exactamente las mismas, solo cambian los pesos del
material y el peso y volumen de la tara.
P.V.S.S. = 904.94 kg/m3
P.V.S.C. = 949.85 kg/m3
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
85
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
3.3 Proporcionamiento de la mezcla
Antes de comenzar con el procedimiento, es necesario mencionar que el
proporcionamiento se realiza para que se utilicen las cantidades adecuadas de
materiales y agregados para lograr cierta resistencia del concreto. Cabe
mencionar que puede haber distintos porcentajes de agregados y aun así
lograremos la resistencia que deseamos.
En un proporcionamiento lo que se considera principalmente es la relación
agua-cemento, en base a ella se realizan los demás cálculos.
A continuación se va a explicar como fue que se obtuvieron las cantidades de
material que se utilizaron para la mezcla que se realizo. Para ello se utilizaron
los datos generados por las pruebas descritas anteriormente en este capítulo.
El proporcionamiento se realizara mediante el método de Abrahams
3.3.1 Diseño de proporcionamiento de materiales para concreto hidráulico
Datos de proyecto:
Condiciones de mezclado:
Comunes
F’c
250 kg/cm2
:
Revendimiento propuesto:
4” (10 cm)
Tamaño máximo del agregado:
1”
Características de los materiales:
Tabla 3.1 Cantidades necesarias de materiales para la elaboración de 1m3 de concreto
Material
Densidad
T. Max.
Mod. De
P.V.S.S.
Absorción Humedad
finura
Cemento
3.15
1520.00
Agua
1.00
1000.00
Grava
2.10
Arena
1.90
Facultad de Ingeniería Civil
1”
2.4
Xalapa, Ver.
1560.00
11.70%
5.30%
1360.00
0.50%
7.50%
86
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Teniendo esos datos y los datos obtenidos de las pruebas se procede a realizar
paso a paso el proporcionamiento.
Paso 1.
Se establece la resistencia del concreto para una relación agua-cemento de
0.45, la cual es de 250 kg/cm2
Paso 2.
Ahora con el módulo de finura de la arena y el tamaño máximo del agregado
grueso se entra a una grafica y se obtiene la relación grava-arena.
Para este caso la relación g/a es de: 1.75
Paso 3.
Ahora con la relación grava arena de 1.75 y un módulo de finura de arena de
2.4, se entra a otra grafica. Esta grafica nos va a dar el contenido de agua
requerida para realizar un metro cúbico de concreto en las condiciones de
resistencia que se requieren.
El resultado en este caso fue de: 177.00 kg/m3
Paso 4.
El siguiente paso es la corrección por revenimiento, en este caso no se realiza
porque el revenimiento que se desea es el que tenemos según los cálculos.
Paso 5.
A continuación se determinan los porcentajes de cada agregado mediante las
siguientes formulas.
% grava (%g)= (100 g/a)/(1+ g/a) =
% arena (%a)= 100/(1+ g/a) =
(100*1.75) / (1+1.75)= 63.64% de grava
100 / (1+1.75) = 36.36% de arena
Paso 6.
Ahora se debe sacar la densidad de la mezcla de agregados, para ello se
utiliza la siguiente formula.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
87
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Dag = 100/[(%g/Dg) + (%a/Da)]
Dag= 100/ [(63.64/2.10)+(36.36/1.9)]= 2.02
Paso 7.
En este paso se obtiene la cantidad de cemento a utilizar, para eso se utiliza la
cantidad de agua que se obtuvo de la tabla y la relación agua-cemento.
Cemento= agua / relación agua-cemento
También obtenemos la relación
=
177 / 0.45= 393.33 kg/m3
Agregado-Cemento (P)
P = [(1000/C)-(A/C)-(1/dc)]Dag
P= [1000/393.33)-(0.45)-(1/3.15)]2.02 = 3.59
Paso 8.
En pasos anteriores se obtuvo la cantidad de agregados pero en volumen,
ahora se obtendrá su equivalente en peso.
Grava = %g(P)C/100 =
63.64x3.59x393.33/100 = 898.56 kg
Arena = %a(P)C/100=
36.36x3.59x393.33/100 = 513.47 kg
Paso 9.
Para este paso ya se saben las cantidades de materiales necesarios para
construir 1m3 de concreto, las cantidades son las siguientes.
Cemento = 393.33 kg
Grava =
898.56 kg
Arena =
Agua=
177.00 kg
513.47 kg
El siguiente paso es la corrección por humedad, esto se refiere a quitar en los
cálculos la cantidad de agua que se tomó en cuenta en los pesos del material,
como es sabido y con base en los resultados que arrojó la prueba de absorción
y de humedad, la grava y la arena absorben una cierta cantidad de agua, y al
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momento de realizar la mezcla si los agregados no se encuentran en su estado
máximo de absorción, robaran agua a la mezcla dejándola poco manejable y
afectando directamente la relación agua-cemento y, por consiguiente, la
resistencia del concreto.
Paso 10.
Corrección por humedad
Grava:
Porcentaje de absorción = 11.70 %
grava corregida = 841.06 kg
Porcentaje de humedad= 5.30 %
Agua absorbida = 57.51 kg
Diferencia
= 6.4 %
Con este porcentaje de diferencia se hace la corrección. Si el porcentaje de
humedad en ese momento es menor al de absorción, lo que significa que la
grava aun absorberá agua, por lo cual es necesario restarse porcentaje de
diferencia al agregado debido a que se está pesando esa cantidad de agua en
la humedad, y al mismo tiempo ese mismo porcentaje sumárselo al agua de
mezclado para que sea la que absorba la grava y no se afecte la relación aguacemento.
Lo mismo que se realiza con la grava debe realizarse con la arena.
Arena:
Porcentaje de absorción = 0.5 %
Arena corregida = 549.41 kg
Porcentaje de humedad = 7.5 %
Agua absorbida = -35.94 kg
Diferencia
= -7.0%
Paso 11.
Ya se sabe que cantidades finales de material se requieren para 1 m3
Cemento :
393.33 kg
Grava :
841.06 kg
Agua .
198.57 lt
Arena :
549.41 kg
Ahora se obtienen las cantidades para los cilindros que se hicieron.
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89
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Tabla 3.2 Cantidades de materiales necesarias para realizar los cilindros
Material
cantidad
1 cilindro
9 cilindros
Cemento
2.09
2.09
31.3
Agua
1.05
1.05
15.8
Grava
4.46
2.86
42.9
Arena
2.91
2.14
32.1
3.4 Realización de la mezcla
En este apartado se describe el procedimiento de realización de la mezcla de
concreto, con los porcentajes de fibra y el que servirá de testigo (blanco).
Primero se calcularon las cantidades de fibra que se iban a utilizar, se sabe que
son 2% y 4%, y esto es en relación al peso del agregado grueso.
Si para 9 cilindros tenemos 42.9 kg de grava
2% de fibra equivalen a 0.858 kilogramos
4% de fibra equivalen a 1.716 kilogramos
Los cilindros se realizaron de 9 en 9 debido a que no se contaba con los
suficientes para hacer todos de una sola vez.
Primero se realizaron los que no llevan fibra. Se limpió la zona done se iba a
realizar el mezclado, y se le humedeció para evitar que el suelo absorbiera un
poco de agua.
A continuación después de pesar los materiales se procedió a realizar la
revoltura hasta lograr que la mezcla estuviera completamente homogénea.
Una vez que se llegó a ese estado se procedió a llenar los cilindros que
previamente fueron apretados y engrasados en su interior para evitar que al
descimbrar el concreto se quede pegado a ellos.
El llenado se realiza en tres capas, de aproximadamente el mismo tamaño,
cada vez que se llena una capa, se debe introducir el extremo redondeado de
la varilla punta de bala a la mezcla que se coloco en el cilindro para
homogenizarla aun más y después se le golpea a los costados al cilindro, a la
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90
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altura en que se encuentra la mezcla, con la finalidad de sacar las burbujas de
aire que pudieron haberse formado en la mezcla.
Img. 3.14 a) y b) Realización de la mezcla en blanco, llenado de los cilindros y golpeo para sacar aire.
Después de que se realizaron los cilindros de concreto blanco, se procedió a
realizar los cilindros con el porcentaje de fibra.
El proceso fue exactamente el mismo que se siguió para los anteriores, lo único
que varió fue el momento en el que se agrego la fibra, el cual fue después de
homogenizar la mezcla.
En las imágenes 3.15 a), b), c) y d) se observa en momento en el cual se
agregan las fibras a la mezcla. Se agregaron después de hacer la mezcla
normal para evitar que absorvieran mucho agua de mezclado
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Img. 3.15 a), b), c) y d) Momento en el cual se agregaba la fibra para la mezcla.
Las imágenes 3.16 a) y b) muestran el momento en el cual se realiza el colado
de las probetas que se ensayaron a los periodos de tiempo que se
establecieron
Img. 3.16 a) y b) llenado de los primeros 9 cilindros (concreto sin fibra).
Las figuras 3.17 a) y b) muestran la consistencia de la mezcla con 2% de fibra
Img. 3.17 a) y b) Consistencia de la mezcla con fibra al 2%
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Concreto reforzado con bagazo de caña
En las imágenes 3.18 a) y b) se observa como se curaron las probetas para
que mantuvieran la humedad hasta el momento de ensayarlos.
Img. 3.18 a) y b) Curado de los cilindros por inmersión en una cámara de curado.
Las imágenes 3.19 a), b) y c) y 3.20 a) y b), muestran el momento en el cual se
elaboraron algunas probetas y como se les sacó el aire que pudiera generar
espacios.
Img. 3.19 a), b) y c) Llenado y golpeo de los cilindros con 2 % de fibra.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Img. 3.20 a) y b) Llenado y golpeo de los cilindros con 4% de fibra.
Las imágenes 3.21 a) y b) muestran los diferentes acabados que tuvieron las
probetas que se elaboraron.
A la izquierda se observa un cilindro que no
contenía fibra, en medio se observa un cilindro con 2% de fibra y a la derecha
un cilindro con 4% de fibra.
Img. 3.21 a) y b) Comparación entre los acabados de los cilindros, se observa uno de cada porcentaje de
fibra.
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Capítulo IV. Realización de pruebas a los especímenes
y análisis de resultados
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4.1 Generalidades de las pruebas
Las propiedades del concreto son una función del tiempo y a humedad del
ambiente y esta es la principal razón por la cual para que estas propiedades
sean de valor deben realizarse distintas pruebas al concreto en condiciones
especificadas o conocidas.
Pueden realizarse pruebas para distintos propósitos, pero los dos principales
motivos por los cuales se realizan son el control de calidad y el cumplimiento
con especificaciones. Pueden realizarse pruebas para propósitos específicos
como pueden ser la de obtención de la resistencia a la compresión del concreto
al transferir preesfuerzo o en el momento de remover la cimbra.
Debe tenerse en cuenta que las pruebas no siempre son del todo confiables,
en muchos casos prácticos ellas no se prestan para una interpretación concisa
y clara, por tal motivo para que tengan un valor real, las pruebas siempre
deberán utilizarse con base en los antecedentes de la experiencia.
Con esto no quiere decirse que las pruebas no tengan importancia como tal.
Éstas se realizan con el propósito de comparar los resultados con valores
establecidos y cualquier desviación del procedimiento establecido es
inconveniente ya que puede producir una confusión.
Las pruebas se clasifican generalmente en pruebas mecánicas destructivas y
pruebas no destructivas, las cuales permiten pruebas repetidas del mismo
especímen y de esta manera hacen posible un estudio del cambio en las
propiedades con el tiempo. Las pruebas no destructivas permiten poder
realizarlas en concreto en una estructura real.
4.2 Pruebas para resistencia a la compresión
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96
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Antes que nada es necesario mencionar que para realizar un especímen que
se pondrá a prueba deben pasar no más de 15 minutos después de que se
obtuvo la mezcla.
El especímen (probeta) estándar para las pruebas es un cilindro de 150 mm de
diámetro por 300 mm de altura. Estas medidas son para concretos elaborados
con agregados con tamaño máximo no mayor a 2”. Para agregados mayores el
diámetro del cilindro deberá ser,
por lo menos, tres veces mayor que la
dimensión máxima del agregado y la altura debe ser el doble del diámetro.
Hay otro molde con dimensiones de 100 mm de diámetro por 200 mm de
altura. Éste es utilizado comúnmente para concretos de alta resistencia que
contienen agregado de tamaño máximo de 19 mm (3/4”).
Ésta es la más común de todas las pruebas sobre concreto endurecido, en
parte, porque es fácil de realizarse y por otro lado porque una de las
características más importantes y que más interesan en el concreto es la
resistencia, pero fundamentalmente por la importancia que tiene la resistencia
a la compresión del concreto en el diseño estructural.
Los resultados de la prueba pueden ser afectados por variaciones en el tipo de
especímen a prueba: el tamaño, tipo de molde, curado, preparación, rigidez de
la maquina de prueba y la rapidez de la aplicación de esfuerzo.
Las pruebas realizadas en especímenes tratados de manera normal, con
compactado completo y curado húmedo durante un tiempo establecido arrojan
resultados que representan la cualidad potencial del concreto.
La edad a la que se ensayarán los especímenes está fijada con base en la
información que se requiera. Los especímenes estandarizados se ensayan
generalmente a los 28 días, que es cuando el concreto tiene ya el 85% de su
resistencia total, aunque se realizan ensayos en periodos de 3, 5, 7, 14 y 21
días, con la finalidad de ver los porcentajes de incremento en la resistencia de
un periodo a otro.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Se utilizan dos tipos de especímenes para la prueba a la compresión: cubos y
cilindros, el especímen normalmente varia de acuerdo al país en el que se
realice la prueba, algunos reglamentan que solo se hagan en cubos, otros
recomiendan la utilización de cilindros y en otros casos se utilizan los dos tipos
de especímenes.
4.2.1 Pruebas en cubos
Los especímenes se cuelan en moldes de acero o de fierro, generalmente son
cubos de 150 mm.
En la prueba de compresión se coloca el cubo aun húmedo con las caras en
contacto con las platinas de la maquina de compresión, la posición del cubo al
momento de la prueba es perpendicular con respecto a aquella como se coló.
4.2.2 Pruebas en cilindros
Los especímenes son colados en moldes cilíndricos de dimensiones ya
mencionadas. Estos moldes están sujetos en la parte inferior por abrazaderas.
Los moldes del cilindro son especificados por la norma ASTM C 470-94, la cual
permite el uso de moldes de un solo uso, hechos de plástico, placa de acero y
cartulina tratada.
Las especificaciones para los moldes podrían parecer insignificantes pero los
moldes no convencionales pueden dar lugar a resultados poco confiables. Por
ejemplo, si el molde tiene baja rigidez, un porcentaje de los esfuerzos de
compactación se disiparían dando como resultado una compactación
inadecuada y por consiguiente una baja resistencia.
En caso contrario, si el molde permite la salida de agua de mezclado hará que
se incremente la resistencia del concreto.
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Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Cuando se realiza la prueba a compresión del cilindro este se debe colocar
sobre la maquina y la parte superior del cilindro esta en contacto con una
platina. Esta parte aun estando terminada con una llana, no es lo
suficientemente lisa para las pruebas y requiere mayor preparación.
Si no se realiza esa preparación, debido a la irregularidad de la superficie
superior del cilindro, cuando se aplica la presión se llegan a presentar
concentraciones de esfuerzos en las partes más sobresalientes de la cara y la
resistencia evidente del concreto se reduce.
Además de no tener “puntos altos”, las superficies de contacto deberán estar
libres de granos de arena u otras partículas o restos de pruebas anteriores, los
cuales provocarían una falla prematura o una falla repentina.
Existen 3 medios para mejorar la superficie de un especímen que será probado
a la compresión, éstas son: cabecear, pulir o rematar con un material de
relleno, capa o asiento.
El cabeceo es el proceso en el cual se cubre la parte superior del cilindro con
una sustancia o material que por medio de un molde obtiene una superficie lisa.
Cabecear el especímen con un material adecuado no reduce adversamente la
resistencia medida y reduce su dispersión en comparación con los
especímenes no cabeceados. Aquel material que se utilice para cabecear
deberá tener la resistencia y las propiedades elásticas similares a las del
concreto del especímen que se va a ensayar. Comúnmente se utiliza azufre
para realizar el cabeceado.
El azufre se calienta hasta que se encuentra en estado líquido, una vez en ese
estado se vierte sobre el cabeceador, que es un aparato que tiene un plato
metálico con un hueco cóncavo y una parte vertical que posee puntos de apoyo
para que al momento de colocar el cilindro este no quede inclinado. El plato se
impregna previamente con aceite o grasa, con la finalidad de que al momento
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
99
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
de quitar el cilindro, el azufre no se quede pegado al plato y ocasione la ruptura
de la superficie de azufre.
El cabeceado se puede realizar justamente antes de ensayar el especímen o
alternativamente inmediatamente después de colar el especímen. En ambos
casos se utilizan diferentes materiales, pero cualquiera que sea el material a
utilizar, es esencial que el cabeceo sea delgado, de preferencia de 1.5 a 3 mm
de espesor.30
El material de cabeceo no deberá ser más débil que el concreto del especímen,
aunque la resistencia del cabeceo depende de su espesor. Se ha llegado a
concluir que no es conveniente que haya una gran diferencia en las
resistencias, puesto que un cabeceo muy resistente puede producir una gran
restricción lateral y conducir así a un aparente aumento de la resistencia.
Los procedimientos de cabeceo están escritos en la norma ASTM C 617-94.
Cuando el cabeceo se va a realizar rápidamente después del colado, se utiliza
cemento Portland. Antes de su aplicación, se recomienda dejar pasar de 2 a 4
horas para permitir que el concreto tenga su retracción plástica y el
asentamiento resultante de la superficie superior del material dentro del molde.
Es recomendable terminar el concreto a 1.5 o 3 mm por debajo del borde del
molde para que cuando se proceda a cabecear, se llene este espacio con una
pasta rígida de cemento. Después de eso se enrasa gradualmente con vidrio o
una placa de acero maquinada para obtener una superficie plana.
El otro método consiste en cabecear el cilindro instantes antes de ensayarlo: el
tiempo de reposo depende de las propiedades de endurecimiento del material
de cabeceo. El cabeceo debe tener entre 3 y 8 mm de espesor y debe tener
una buena adherencia con el concreto subyacente. Los materiales de cabeceo
apropiados son el yeso e alta resistencia y el mortero de azufre fundido,
aunque también se ha utilizado cemento de fraguado regulado.
30
N. Neville Adam, (1999), Tecnología del concreto, IMCYC
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
100
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
El mortero de azufre y un granular tal como la arcilla molida refractaria. La
mezcla se aplica fundida y se deja endurecer con el especímen en un
dispositivo que asegure una superficie de extremo plana y a escuadra. Es
necesario utilizar un gabinete para humo porque en el proceso de fundido del
azufre se producen emanaciones toxicas. La mezcla de azufre de los cilindros
se puede reutilizar hasta en 5 ocasiones.
Una opción más de cabeceo es pulir la superficie de apoyo del cilindro
utilizando una abrasión con carburo de silicio, de manera que esta quede plana
y a escuadra. Este método resulta muy satisfactorio pero resulta costoso.
Existen otros métodos de cabeceo, denominados como “cabeceo sin
adherencia”, que surgieron a razón de que el cabeceo con mortero de azufre o
cemento, pueden resultar muy agotadores y hasta peligrosos por la cantidad de
emanaciones toxicas que se producen. En los cabeceos sin adherencia se
utiliza un cojín elastomérico insertado dentro de un remate metálico rígido. Se
han encontrado satisfactorios los cojines de neopreno utilizados dentro de
remates de acero.31
Este método a pesar de ser novedoso, se ha limitado su uso en algunos
países, por lo cual no se tienen comparaciones de las resistencias obtenidas
con este tipo de cabeceo y con cilindros cabeceados con azufre y cemento.
4.2.3 Evaluación de resultados de las pruebas a compresión
El código de construcción, ACI 318 dice que la resistencia del concreto se
puede considerar satisfactoria si se logran las siguientes condiciones:
1.- El promedio del conjunto de tres ensayos consecutivos e resistencia igual o
mayor al especificado para la resistencia a los 28 días f´c y ningún ensayo
individual con resistencia menor a la especificada.
31
N. Neville Adam, (1999), Tecnología del concreto, IMCYC
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
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Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Si no se cumplen esos criterios en especímenes hechos en laboratorio, se
debe evaluar la resistencia del concreto elaborado in situ a través de corazones
(testigos, núcleos) aserrados.
Según especificaciones de obra, aparte de los 2 cilindros con edad de 28 días,
se deben evaluar uno o dos cilindros con 7 días o más cilindros “de espera”.
Los cilindros a 7 días controlan la resistencia del concreto a edades tempranas.
Estos cilindros “de espera” se usan para ofrecer información en caso de que los
cilindros a 28 días llegaran a dañarse o no logren la resistencia a la compresión
que se requiere.
Cuando los resultados a 28 días son bajos los cilindros de espera se ensayan a
los 56 días de edad.
4.3 Pruebas para resistencia en tensión
Normalmente el concreto no se diseña para resistir tensión directa, a pesar de
eso vale la pena conocer la resistencia a la tensión al estimar la carga bajo la
cual se desarrolla el agrietamiento. La ausencia de agrietamiento es de real
importancia apara el mantenimiento de una estructura de concreto y, en
ocasiones, esta misma ausencia de agrietamiento puede servir en la
prevención de la corrosión del acero de refuerzo.
Los agrietamientos se presentan comúnmente cuando se desarrolla una
tensión diagonal por
medio de esfuerzos cortantes, aunque el caso más
frecuente para la formación de grietas es la contracción restringida y por
gradientes de temperatura.
Tener conocimientos de la resistencia a la tensión del concreto ayuda a
comprender el comportamiento del concreto reforzado aunque en los diseños
estructurales no se tome en cuenta el valor de la resistencia.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
102
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Hay casos donde es importante la resistencia a la tensión, algunos ejemplos
son las presas elaboradas de concreto sin refuerzo en condiciones de sismo,
otro caso son los pavimentos de carreteras y de autopistas que se diseñan en
base a la resistencia a la flexión lo que implica resistencia a tensión.
Hay tres tipos de pruebas para obtener la resistencia a la tensión: prueba de
tensión directa, prueba de tensión indirecta y prueba de flexión.
4.3.1 Prueba de resistencia a flexión
Esta se realiza sobre una viga de concreto sin refuerzo que se sujeta a flexión
usando una carga de dos puntos y simétrica hasta donde ocurre la falla. Los
puntos de apoyo están separados a una distancia de un tercio del claro de la
viga; esta prueba se le llama “prueba de carga en los tercios”.
Las vigas se prueban normalmente sobre el lado con relación a la forma en que
se cuela. Esto no afecta el módulo de ruptura siempre y cuando sea concreto
sin segregación.
Antes de realizar la prueba la viga se marca con divisiones en tres partes
iguales. Si la fractura ocurre dentro del tercio medio el módulo de ruptura se
calcula sobre la base de la teoría elástica ordinaria y es igual a:
PL / bd2
Donde:
P.- Carga máxima total sobre la viga
b.- ancho de la viga
L.- Claro libre
d.- peralte de la viga
En caso de que la fractura ocurriera fuera de los puntos de carga, a una
distancia cercana al apoyo, siendo la distancia promedio medida sobre la
Facultad de Ingeniería Civil
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103
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
superficie de tensión de la viga, pero no más de 5 % del claro libre, entonces el
módulo de ruptura se calcula por 3Pa/ bd2.
4.3.2 Prueba de tensión indirecta
Para realizar esta prueba se utiliza un cilindro como los utilizados en las
pruebas a compresión pero en esta ocasión su eje horizontal es el que se
coloca entre las platinas de la maquina de pruebas. Una vez colocado se va
aumentando la carga hasta que se produce una falla por tensión indirecta en
forma de separación a lo largo del diámetro vertical.
Si la carga es aplicada a lo largo de la generatriz, entonces el cilindro se
encuentra sometido a una compresión vertical de:
[2P/ πLD] [(D2 / r (d - r) - 1]
Y un esfuerzo de tensión horizontal de:
2P / (πLD)
Donde:
P.- carga de compresión sobre el cilindro
L.- Longitud del cilindro
D.- Diámetro
r y (D-r).- Distancias del elemento a lo largo de las dos cargas,
respectivamente.
4.4 Realización de las pruebas
Una vez que se llegaron las fechas destinadas para el ensaye de los cilindros
fabricados se procedió a la realización de las pruebas.
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Xalapa, Ver.
104
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Como ya se mencionó en este capítulo, fue necesario cabecear cada cilindro
para lograr la superficie lisa que se recomienda. En este caso se utilizó mortero
de azufre que se fundió en una estufa de gas en un recipiente metálico.
Img. 4.1 Momento en el cual es fundido el azufre para cabecear los cilindros.
Una vez que se fundió el azufre y se aseguró de que no quedaran grumos se
procedió a cabecear los cilindros uno a uno en el cabeceador que se puede ver
en las imágenes.
Img. 4.2 a) y b) Cilindros que se van a cabecear esperando mientras el azufre se funde.
Facultad de Ingeniería Civil
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105
Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Img. 4.3 a) y b) Cilindros colocados en el cabeceador después de que se le engraso. Esperando que el
azufre se endurezca para retirarlo.
Después de cabeceados los cilindros deben esperar por lo menos una hora
antes de ser sometidos a la prensa. Esto debido a que el azufre debe enfriarse
y adquirir su resistencia máxima para evitar que a la hora de ensayarlos el
mortero de azufre falle antes de tiempo y el valor registrado en la maquina no
sea el correcto.
Otra cosa que debe realizarse antes de someter los cilindros a su ensayo, es
golpear los cilindros levemente en la parte superior del mortero de azufre, ya
que por un mal proceso a la hora de cabecear se pueden formar burbujas de
aire o huecos entre la superficie del cilindro y el mortero de azufre. Si esto
llegara a ocurrir, también perjudicaría la resistencia registrada.
Cuando el tiempo necesario para que el azufre tome su resistencia ya se ha
cumplido los cilindros se colocan en una prensa automatizada o manual, la cual
poco a poco va incrementando la presión ejercida sobre el cilindro, hasta
hacerlo fallar. Esta prensa tiene dos agujas, una que sirve como guía y la otra
que indica la fuerza que hizo fallar el cilindro.
Se ensayaron 3 cilindros de cada porcentaje en cada periodo establecido, en
este documento solo se pone una imagen para demostrar que los resultados
son reales. La resistencia registrada en las graficas que más adelante se
muestra es el promedio de esos 3 ensayes.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Los ensayes de los cilindros se realizaron en un laboratorio autorizado por
CEMEX, que cumple con toda la normatividad y cuenta con el equipo
debidamente calibrado y en condiciones de operación satisfactorias.
Img. 4.4 Ensayo de los cilindros de concreto blanco (sin fibra) a los 7 días.
Img. 4.5 Ensayo de los cilindros e concreto con 4% de fibra a los 7 días.
4.5 Análisis de los resultados obtenidos
En la siguiente gráfica podemos observar la comparación entre la resistencia
que se obtuvo de los tres especímenes de concreto simple a los 7, 14 y 28 días
de fraguado.
La tabla 4.1 contiene los valores que se registraron de los ensayos a los
especímenes de concreto simple (sin bagazo) en los periodos de tiempo
indicados.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Tabla 4.1 Comparación de las resistencias a los 7, 14 y 28 días del concreto sin fibra
%
Edad
Contenido
de Bagazo
7
14
28
0.00%
346.22
380.84
398.16
0.00%
324.29
373.92
367.00
0.00%
310.45
355.45
356.61
Resistencia en kg/cm2
Resistencias registradas
450.00
400.00
350.00
300.00
250.00
0.00%
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
0.00%
0.00%
7
14
28
Edad
Gráfica 4.1 Comparación de las resistencias del concreto sin fibra a los 7, 14 y 28 días
En la gráfica podemos ver que los especímenes no variaron mucho en su
resistencia uno con respecto de otro. Observamos que a los 7 días tuvieron
una resistencia promedio de 325 kg/cm2. A los 14 días la resistencia se
incrementó un 14% por ciento con respecto a lo registrado a los 7 días, dando
una resistencia promedio de 360 kg/cm2. Por último observamos el registro de
la resistencia a los 28 días, la cual se incremento un 5% con respecto a la
resistencia a los 14 días.
La imagen 4.6 muestra el ensayo de los cilindros sin fibra a los 14 días de
fraguado. En ese momento se pudo observar que el incremento en la
resistencia con respecto al periodo anterior fue del 10%.
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Img. 4.6 Ensayo de cilindro sin fibra a los 14 días
La siguiente gráfica muestra la comparación de las resistencias registradas a
los 7, 14 y 28 días por los tres especímenes con 2% de fibra.
Tabla 4.2 Comparación de las resistencias a los 7, 14 y 28 días del concreto con 2% de fibra
Edad
% Contenido
de Bagazo
7
14
28
2.00%
321.99
343.91
365.84
2.00%
294.29
335.84
335.84
2.00%
241.20
298.90
326.60
Resistencias registradas
Resistencia en kg/cm2
400.00
350.00
300.00
250.00
200.00
2.00%
150.00
2.00%
100.00
2.00%
50.00
0.00
7
14
28
Edad
Gráfica 4.2 Comparación de las resistencias del concreto con 2% de fibra a los 7, 14 y 28 días
Aquí se muestran las gráficas comparativas de los 3 cilindros con 2%, a los 7
días la resistencia promedio fue de 285.2 kg/cm2. A los 14 días el incremento
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fue 14%, mismo valor que se incrementó con los cilindros de concreto simple,
dando una resistencia promedio de 326.21 kg/cm2. A los 28 días el incremento
de resistencia fue de 5%, mismo valor que aumentó en los cilindros testigo
(concreto simple), dando por resultado promedio un valor de 342.73 kg/cm2.
La siguiente fotografía muestra el ensayo de uno de los cilindros con 4% de
fibra.
Img. 4.7 Ensayo de cilindro con 4% de fibra.
A continuación se muestra la grafica que compara los resultados obtenidos de
los cilindros con 4% de fibra en sus tres periodos de ensayo.
Tabla 4.3 Comparación de las resistencias a los 7, 14 y 28 días del concreto con 4% de fibra
Edad
% Contenido
de Bagazo
7
14
28
4.00%
325.45
349.68
379.69
4.00%
319.68
336.99
373.92
4.00%
236.58
322.56
364.69
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Resistencias registradas
Resistencia en kg/cm2
400.00
350.00
300.00
250.00
200.00
4.00%
150.00
4.00%
100.00
4.00%
50.00
0.00
7
14
28
Edad
Gráfica 4.3 Comparación de las resistencias del concreto con 4% de fibra a los 7, 14 y 28 días
La gráfica muestra el comportamiento de cada uno de los especímenes. A los 7
días se obtuvo una resistencia promedio de 293.9 kg/cm2. La resistencia
promedio a los 14 días fue de 336.41 kg/cm2 donde el incremento con respecto
a los 7 días fue de 14%. Por ultimo se observa la resistencia a los 28 días la
cual fue de 372.76 kg/cm2, aumentando un 10% con respecto a lo registrado a
los 14 días.
Img. 4.8 Cilindro con 4% de fibra ensayado a los 28 días.
A continuación se muestra la comparación de resultados entre los distintos
tipos de mezclas.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Tabla 4.4 Comparación de las resistencias a los 7, 14 y 28 días de los 3 tipos de mezclas
Edad
% Contenido
de Bagazo
7
14
28
0.00%
326.99
370.07
373.92
2.00%
285.83
326.22
342.76
4.00%
293.90
336.41
372.77
La tabla 4.4 muestra los resultados obtenidos para cada tipo de mezcla en los
periodos de ensaye definidos. Se puede ver que los resultados no fueron tan
diferentes.
Resistencias registradas
Resistencia en kg/cm2
400.00
350.00
300.00
250.00
200.00
0.00%
150.00
2.00%
100.00
4.00%
50.00
0.00
7
14
28
Edad
Gráfica 4.4 Comparación de las resistencias de las tres mezclas diferentes, a los 7, 14 y 28 días
Esta gráfica es la más representativa, aquí se observa como se comportó cada
tipo de mezcla. La línea azul representa la mezcla de concreto que no posee
fibra, esta mezcla registró una resistencia de 326.99 kg/cm2 a los 7 días, a los
14 aumentó hasta llegar a los 370.07 kg/cm2, para por último registrar los
373.92 kg/cm2 a los 28 días de edad.
La línea de color morado representa la mezcla que contenía 2% de fibra, esta
mezcla registro a los 7 días de edad 285.83 kg/cm2de resistencia a la
compresión, incrementándose un 14% a los 14 días para obtener una
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resistencia de 326.22 kg/cm2, por último se obtuvo a los 28 días una resistencia
de 342.76 kg/cm2.
La línea de color verde representa en esta gráfica la mezcla con 4% de fibra
adicionada. La resistencia de esta mezcla a los 7 días fue de 293.9 kg/cm2, a
los 14 días de fraguado registro una resistencia promedio de 336.41 kg/cm2
aumentando un 14% con respecto a la resistencia que registro a los 7 días. La
resistencia obtenida a la edad de garantía (28 días) fue de 372.77 kg/cm2.
Ahora observaremos el comportamiento de las resistencias a la tensión
obtenidas.
La tabla 4.5 muestra las resistencias que se obtuvieron por la mezcla de
concreto sin fibra.
Tabla 4.5 Comparación de las resistencias a tensión del concreto sin fibra a los 7, 14 y 28 días
Edad
% Contenido
de Bagazo
7
14
28
0.00%
30.88
32.40
33.12
0.00%
29.89
32.09
31.08
0.00%
29.24
31.29
31.34
Resistencia en kg/cm2
Resistencias registradas
38.00
35.00
32.00
0.00%
29.00
0.00%
26.00
0.00%
23.00
20.00
7
14
28
Edad
Gráfica 4.5 Comparación de las resistencias a tensión del concreto sin fibra, a los 7, 14 y 28 días
Facultad de Ingeniería Civil
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En la tabla 4.6 se muestran lo resultados obtenidos de los ensayos a los
cilindros con la mezcla que poseía 2% de fibra.
Tabla 4.6 Comparación de las resistencias a tensión del concreto con 2% de fibra a los 7, 14 y 28 días
Edad
% Contenido
de Bagazo
7
14
28
2.00%
29.78
30.78
31.75
2.00%
28.47
30.42
30.42
2.00%
25.78
26.69
29.99
Resistencia en kg/cm2
Resistencias registradas
38.00
35.00
32.00
2.00%
29.00
2.00%
26.00
2.00%
23.00
20.00
7
14
28
Edad
Gráfica 4.6 Comparación de las resistencias a tensión del concreto con 2% de fibra, a los 7, 14 y 28 días
La gráfica 4.7 es la que representa los valores registrados por la mezcla con
4% de fibra adicionada.
Tabla 4.7 Comparación de las resistencias a tensión del concreto con 4% de fibra a los 7, 14 y 28 días
Edad
% Contenido
de Bagazo
7
14
28
4.00%
29.94
31.04
32.21
4.00%
26.68
30.47
32.09
4.00%
25.53
29.81
31.70
Gráfica 4.7 Comparación de las resistencias a tensión del concreto con 4% de fibra, a los 7, 14 y 28 días
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Resistencia en kg/cm2
Resistencias registradas
38.00
35.00
32.00
4.00%
29.00
4.00%
26.00
4.00%
23.00
20.00
7
14
28
Edad
Por último vemos los resultados finales, en la gráfica 4.8 y la tabla 4.8, se
comparan los tres tipos de mezclas en cuanto a la resistencia a tensión que se
obtuvo.
Tabla 4.8 Comparación de las resistencias a tensión de las tres mezclas a los 7, 14 y 28 días
Edad
% Contenido
de Bagazo
7
14
28
0.00%
30.01
31.93
32.10
2.00%
28.06
29.98
30.73
4.00%
28.45
30.44
32.05
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Resistencia en kg/cm2
Resistencias registradas
38.00
35.00
32.00
0.00%
29.00
2.00%
26.00
4.00%
23.00
20.00
7
14
28
Edad
Gráfica 4.8 Comparación de las resistencias a tensión de las tres mezclas distintas, a los 7, 14 y 28 días
Como se logra observar, los resultados fueron muy semejantes, las diferencias
que existen no son tan considerables. A pesar de que no se mejoró la
resistencia a la tensión, se logra ver que la adición de fibra al concreto no le
ocasionó una disminución de su resistencia. Lo que se logró fue que se redujo
el agrietamiento del concreto y a la hora de los ensayos el especímen
permaneció unido, no hubo desprendimiento de partes, eso fue debido a que la
fibra sirvió como unión.
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Gráfica de Pesos comparativos
Tabla 4.9 Tabla comparativa de los pesos de cada especímen ensayado.
Pesos de los especímenes de concreto en kilogramos (3 probetas)
Tipo de
A los 7 días
A los 14 días
A los 28 días
mezcla
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Sin fibra
9.38
9.42
9.67
9.40
9.35
9.60
9.29
9.45
9.80
Con 2%
9.32
9.26
9.20
9.45
9.55
9.40
9.70
9.60
9.45
Con 4%
9.45
9.60
9.30
9.20
9.56
9.75
9.50
9.65
9.70
En esta tabla se puede observar que los pesos de los cilindros no se vieron
afectados por la inclusión de fibra. Tal vez en volúmenes más grandes si haya
un cambio apreciable en los pesos.
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117
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Conclusiones
Después
de
realizar
las
pruebas
antes
mencionadas
y
expresadas
gráficamente se ha observado que las tres mezclas tienen un comportamiento
similar. Los resultados que se obtuvieron no sufrieron variaciones muy
significativas, al final los tres resultados entran en un margen entre 340 y 375
kg/cm2.
Por lo que se puede observar, la mezcla con 4% de fibra registró el
comportamiento más parecido con el de los especímenes de concreto blanco.
A continuación se muestra una tabla comparativa, en la cual se observan los
valores finales de los ensayos y los porcentajes que aumentó o disminuyó cada
mezcla en cada periodo, con respecto a los especímenes testigo.
Tabla 4.9 Tabla comparativa de los porcentajes de aumento en las resistencias a compresión en los 3
periodos distintos.
Tipo de mezcla
testigo
Mezcla con 2% de fibra
Edad
% de
Mezcla con 4% de fibra.
Resistencia
7 días
326.99
285.83
- 12.58
293.90
- 10.12
14 días
370.07
326.22
- 11.85
336.41
- 9.1
28 días
373.92
342.76
- 8.33
372.77
-0.3
aumento
Resistencia
% de
Resistencia
aumento
Como se observa en la tabla 4.9, las resistencias registradas por las mezclas a
las cuales se les adicionó bagazo estuvieron un poco por debajo de las que se
registraron por la mezcla testigo. La diferencia no fue tan grande, los
porcentajes de aumento, que en este caso fueron negativos, representando
que fueron resistencias menores, podrían considerarse muy semejantes.
Muchos factores pudieron haber intervenido en los resultados finales de la
resistencia, la descomposición de la fibra, el contenido de sustancias dañinas
en los agregados, la calidad de los mismos, el método de elaboración, la
calidad del cabeceado, la precisión de la prensa, etc. Pero aun así, los
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118
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resultados obtenidos son considerados validos y para objeto de esta
investigación son satisfactorios, algo a lo que se puede llegar en conclusión, es
que la inclusión de bagazo de caña como fibra natural no afecto negativamente
la resistencia que puede llegar a obtener el concreto en su edad de garantía.
El mundo del concreto es inmenso y los experimentos que se pueden realizar
siempre arrojarán resultados de interés ya que aunque no se obtengan
beneficios, si se obtendrán experiencias y datos que sirven como fuente de
información para experimentaciones futuras.
Trabajar
en un proyecto
de
investigación como
este deja
muchas
satisfacciones, el hecho de obtener un titulo profesional es una de ellas y la
principal,
pero
esta
investigación
deja
muchos
conocimientos
que
anteriormente se ignoraban y que no se aprenden en las aulas.
Anteriormente era desconocida la forma de realizar una investigación de
calidad, ahora es sabido que todo requiere un esfuerzo, y horas de cansancio,
perder horas de sueño, horas de diversión, convivir con los amigos, familiares,
entre otras cosas.
La experiencia de trabajar con concreto ha dejado algunas conclusiones, como
la de saber que el procedimiento de realizaron afecta de manera considerable
la resistencia y las propiedades del concreto, una mala elaboración, o el omitir
reglas y recomendaciones, ya que todo lo que esta establecido en los
manuales ha salido de experimentaciones y pruebas.
Algo más que se debe concluir sobre esta investigación, es el beneficio que se
hace al medio ambiente al utilizar algo considerado como residuo para la
elaboración de concreto. En la actualidad, el bagazo que se produce en los
ingenios, es abundante y a pesar de ser utilizado por la industria del papel, el
volumen que queda es muy grande. Y tarda en degradarse, aparte de que
genera un olor poco agradable.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
En la actualidad se han tomado muchas medidas ambientales para reutilizar o
aprovechar los residuos y también para reciclar. Es bien sabida la situación
actual sobre el medio ambiente, y las medidas correctivas y preventivas no
deben hacerse esperar. De todos depende que el planeta nos dure más.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Recomendaciones
Este trabajo se realizó en un lapso de 6 meses, de los cuales uno sólo fue para
la elaboración de la mezcla. Obviamente no se puede decir que sucederá con
el concreto en un lapso mayor de tiempo.
Por tal motivo se recomienda en caso de que se haga un trabajo similar a este,
que los periodos de monitoreo de las mezclas sean mayores, y en condiciones
diferentes, como podría ser en un medio salino, analizar también el efecto del
acero de refuerzo y de la corrosión del mismo.
Otro aspecto recomendable, puede ser, medir la durabilidad de un concreto
elaborado con fibra natural como la del bagazo.
Aquí se utilizo la fibra que se retuvo en la malla No. 4, sería interesante
conocer que resultados se obtienen si se utiliza la fibra que no se retiene, o
utilizar otro tipo de malla para la clasificación del bagazo.
En este trabajo de investigación, los valores de la resistencia a la tensión
fueron obtenidos mediante fórmula, esta fórmula expresa que la resistencia a la
tensión es 1.66√f´c, esto debido al tiempo tan reducido que se tenia para
realizar los ensayos.
Por tal motivo se recomienda realizar pruebas a tensión en vigas elaboradas
con el tipo de concreto que se utilizo en esta ocasión.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
GLOSARIO
Acero de refuerzo.- Se define así a las varillas utilizadas en la elaboración de
concreto y que son las que reciben los esfuerzos de tensión.
Agregado fino.- Es el material que resulta de la desintegraron natural y de la
abrasión de la roca o del proceso de la roca caliza deleznable.
Agregado grueso.- Es el material que resulta de la desintegración natural y de
abrasión de la roca o del procedimiento de conglomeramiento de adherencia
débil
Álcalis.- Hidróxido de amonio o de los metales alcalinos, que pueden actuar
como bases enérgicas debido a que son muy solubles en agua.
Arcilla.- Tierra finamente dividida, constituida por agregados de silicatos de
aluminio hidratados, que procede de la descomposición de minerales de
aluminio, blanca cuando es pura y con coloraciones diversas según las
impurezas que contiene.
Briquetas.- Conglomerado en forma de ladrillo
Caliza.- Roca formada de carbonato de cal
Carbonatación.- Estos procesos son el resultado de la insolubilidad de los
carbonatos en contraste con la solubilidad de los bicarbonatos.
Cimentación.- Estructura que recibe directamente la carga de una obra civil, y
que la transmite directamente al suelo.
Concreto.- Mezcla formada por cemento, arena, agua, grava y e ocasiones
algún aditivo especial.
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Uriel Isaac Reyes Bañuelos
Concreto reforzado con bagazo de caña
Conglomerante.- Dicho de un material: Capaz de unir fragmentos de una o
varias sustancias y dar cohesión al conjunto por efecto de transformaciones
químicas en su masa, que originan nuevos compuestos.
Contracción plástica.- Son las fisuras que se llegan a presentar en la
superficie del concreto por las difecencias por cambios bruscos de temperatura
o humedad.
Deletéreas.- Una sustancia deletérea es toda aquella que es mortífera o
venenosa.
Ductilidad.- Propiedad de deformarse sin llegar a la ruptura.
Edulcorante.- Sustancia que proporciona a un alimento un gusto dulce.
Enrasar.- Procedimiento de quitar el sobrante de material que se encuentra en
un recipiente, de tal manera que el material quede al mismo nivel, que el que
tiene el borde.
Escoria.- Residuo que se obtiene en los hornos donde se funden los metales,
esta suele provenir de la parte menos pura de los metales.
Especímen.- Muestra, modelo, ejemplar, normalmente con las características
de su especie muy bien definidas.
Flujo plástico.- Es la propiedad de muchos materiales mediante la cual ellos
continúan deformándose a través de lapsos considerables bajo un estado
constante de esfuerzo o carga.
Gradiente.- Normalmente denota una dirección en el espacio según la cual se
aprecia una variación de una determinada propiedad o magnitud física.
Granulometría.- Clasificación de un material por tamaños
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Heterogéneo.- Todo aquello que esta compuesto por partes o cosas diferentes
Homogéneo.- Mezcla cuya composición o estructura son uniformes
Material granular.- Es un material compuesto por granos o materias
independientes
Módulo de elasticidad.- Parámetro que caracteriza el comportamiento de un
material elástico.
Mortero.- Es una mezcla de arena, cemento y agua. En esencia concreto sin
agregado grueso.
Pilotes.- Tipo de cimentación profunda, la cual se hinca en el suelo de manera
que mande la carga a un estrato resistente, cuando los superficiales son de
poca resistencia para nuestra estructura.
Proporcionamiento.- Diseño de una mezcla numéricamente. En este proceso
se obtienen en teoría, las cantidades de material necesario para elaborar cierta
cantidad de concreto o mortero, según las características que deseemos.
Puzolana.- Materiales silicios o aluminio-silicios que por si solos no presentan
propiedades cementantes, pero dividido finamente y en presencia de cal y agua
desarrolla propiedades cementantes.
Revendimiento.- Prueba realizada para verificar la consistencia del concreto.
Tenacidad.- Es la resistencia que opone un mineral u otro material a ser roto,
molido, doblado o desgarrado, siendo una medida de su cohesión.
Zapatas.- Tipo de cimentación superficial, que se puede dividir en: aisladas o
corridas.
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
GLOSARIO DE SIGLAS
ACI.- American Concrete Institute Instituto Americano del Concreto).
ASTM.- American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana de
Pruebas y Materiales).
A.S.S.H.T.O.- American Association of State Highway and Transportation
Officials
(Asociación Americana de transportes del Estado y Transportes
oficiales).
C.- Cantidad de cemento a utilizar
cm.- Centímetros
COVENIN.- Comisión Venezolana de Normas Industriales
Da.- Densidad de la arena
Dag.- Densidad de la mezcla grava-arena
Dg.- Densidad de la grava
dc.- Densidad del cemento
f´c.- Resistencia a la compresión
ft.- Pie (Longitud)
gr.- Gramo
g/a.- Relación grava-arena
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Xalapa, Ver.
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IMCYC.- Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto
Img.- Imagen
IRAM.- Instituto Argentino de Normalización y Certificación
Kg.- Kilogramo
kg/m3.- Unidad que representa peso volumétrico
kgf/cm2.- Unidad que representa una fuerza aplicada en kilogramos, sobre un
área determinada en centímetros
kg/cm2.- Unidad que representa el peso que se ejerce sobre un área
determinada en centímetros
Ksi.- Libra sobre pulgada cuadrada (por sus siglas en ingles)
lt.- Litro
Mpa.- Mega pascales
m.- Metro
ml.- Mililitros
mm.- Milímetros
NCh.- Norma chilena
NMX.- Normas Mexicanas
NTC.- Normas Técnicas Complementarias (del reglamento de construcción del
DF).
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
126
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NTE.- Normas Técnicas Ecuatorianas
NTP.- Normas Técnicas Peruanas
P.- Relación Agregado-cemento
Plg.- Pulgada
P.V.S.C.- Peso volumétrico seco compacto
P.V.S.S.- Peso volumétrico seco suelto
T. máx. Tamaño máximo del agregado grueso
T.- Peso de la tara (recipiente) utilizado para la obtención del peso volumétrico
T+Ah.- Peso de la tara + el peso de la arena húmeda
T + A´s.- Peso de la tara + el peso de la arena seca
T+Sh.- Peso de la tara + el peso del suelo húmedo
T + S’s.- Peso de la tara + el peso de el suelo seco
UANL.- Universidad Autónoma de Nuevo León
UNIT.- Instituto Uruguayo de Normas Técnicas
Vdes.- Volumen desalojado
Vr.- Volumen del recipiente
Wm.- Peso del material
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Xalapa, Ver.
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Concreto reforzado con bagazo de caña
Wmwa.- Peso del matraz + el agua + la arena
Wmw.- Peso del matraz + el agua
Ws.- Peso seco del material
Wsum.- Peso del material sumergido
Wsss.- Peso del material saturado, superficialmente seco
Ww.- Peso del agua
µm.- Micrómetro (millonésima parte de un metro).
(”).- Representación de 1 pulgada
Facultad de Ingeniería Civil
Xalapa, Ver.
128
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Concreto reforzado con bagazo de caña
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Norma NMX-C-077: ” Agregados para concreto- Análisis granulométrico.
Método de prueba”.
Norma NTC 77: “Método para el análisis por tamizado de los agregados
gruesos y finos”
Norma NTE 0696: “áridos para hormigón. Determinación de granulometría”
Norma NTP 400.012: “Análisis granulométrico del agregado fino, grueso y
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