USO DEL HUESO DE RES TRITURADO COMO ADITIVO DE …

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USO DEL HUESO DE RES TRITURADO COMO ADITIVO DE REEMPLAZO DEL

AGREGADO GRUESO EN PORCENTAJES DE CAMBIO DE 0%, 10% Y 13%. PARA

ENSAYOS A COMPRESIÓN EN CONCRETO DE 14MPa.

Beltrán Martínez Diego Alejandro C.C 1030625774 Código Estudiantil 1311356.

Chacón Manrique Johan Sebastián C.C 1018478051. Código Estudiantil 1311488.

Vigoya Munevar Miguel Ángel C.C 1073511521. Código Estudiantil 1120321.

Trabajo de grado para obtener el título de Ingeniero civil.

Director: MORA SAMACÁ JAIME IVÁN

Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

BOGOTÁ D.C SEGUNDO SEMESTRE 2021

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AGRADECIMIENTO Y DEDICATORIA

Primero agradecer a Dios por brindarnos la vida, salud y

determinación para cumplir nuestro ciclo académico y

culminarlo por medio de este proyecto. A nuestras familias

quienes nos brindaron su apoyo incondicional durante todo

el proceso y a nuestros docentes quienes nos han allegado las

herramientas necesarias para continuar nuestro camino

profesional, en especial al ingeniero Iván Mora quien con

compromiso nos asesoró a lo largo del desarrollo del

proyecto de grado. A los laboratoristas y demás cuerpo

auxiliar y administrativo de la Universidad que nos

recibieron y apoyaron a pesar de las dificultades acontecidas.

3

TABLA DE CONTENIDO

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

1.1. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................................ 16

1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ..................................................................................................... 18

1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ....................................................................................................... 20

1.3.1. OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................................... 20

1.3.2. Objetivos Específicos .............................................................................................................. 20

2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................. 21

2.1 ANTECEDENTES – ESTADO DEL ARTE. ........................................................................................................... 21

2.2. TEJIDO ÓSEO: PROPIEDADES .................................................................................................................... 23

2.3. COMPONENTES ORGÁNICOS E INORGÁNICOS DEL TEJIDO ÓSEO ....................................................................... 23

2.4. PROPIEDADES MECÁNICAS DE TEJIDO ÓSEO ................................................................................................. 24

TABLA1. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL TEJIDO ÓSEO (COMPRESIÓN) ......................................... 24

TABLA2. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL TEJIDO ÓSEO (TRACCIÓN) .............................................. 25

2.5. RESULTADOS EN INVESTIGACIONES PREVIAS DE LA EVALUACIÓN DEL HUESO COMO AGREGADO EN LA MEZCLA DE

CONCRETO ................................................................................................................................................................. 26

TABLA3. COMPARACIÓN ENTRE LOS MOMENTOS FLECTORES EXPERIMENTALES Y TEÓRICOS ...... 27

TABLA4. PROYECCIONES DE RESISTENCIAS A LA COMPRESIÓN EN CORRELACIÓN CON DÍAS DE

ENSAYO. 29

3. MARCO METODOLÓGICO ................................................................................................ 30

3.1. DISEÑO METODOLÓGICO PRELIMINAR ................................................................................................. 30

3.2. PROCEDIMIENTOS............................................................................................................................ 32

3.2.1. Selección del hueso Como Material de Reemplazo................................................................ 32

4

3.2.2. Selección del Hueso a Trabajar (Tibia) ................................................................................... 41

3.2.2.1. Propiedades Mecánicas del hueso de la Tibia ..................................................................... 42

3.2.3. Procesos De Preparación Del Hueso para la Mezcla .............................................................. 43

3.2.4. Diseño De Mezcla de Concreto Convencional ....................................................................... 48

4. PESOS TOTALES Y VOLUMENES ABSOLUTOS ................................................................... 55

4.1. VOLÚMENES TOTALES UTILIZADOS POR M3 DE CONCRETO. ..................................................................... 55

4.1.2. Procedimiento de Fundición y Curado de los Cilindros .......................................................... 61

TABLA5. CANTIDAD DE CILINDROS DE MUESTRA PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE CONCRETO EN

0%,10% Y 13% DE HUESO TRITURADO. ................................................................................................................ 62

4.1.3. Procedimiento para Ensayo de Resistencia a la Compresión de Los Cilindros ....................... 64

5. RESULTADOS ................................................................................................................... 67

5.1. RESULTADOS A COMPRESIÓN DE LOS CILINDROS DE CONCRETO CONVENCIONAL. .............................................. 67

5.1.1. Cilindros de concreto convencional 0% de hueso de res triturado como reemplazo del

agregado grueso (28 días). ................................................................................................................................ 67

TABLA6. RESULTADOS DE ENSAYO DE CILINDROS DE CONCRETO FALLADOS A LOS 28 DÍAS .......... 67

DE 28 DÍAS. 68



TABLA7. RESULTADOS DE ENSAYO DE CILINDROS DE CONCRETO FALLADOS A LOS 42 DÍAS. ......... 69

DE 42 DÍAS. 70



TABLA8. RESULTADOS DE ENSAYO DE CILINDROS DE CONCRETO FALLADOS A LOS 56 DÍAS .......... 70

DE 56 DÍAS 71

5

5.2. RESULTADOS DE ENSAYO DE COMPRESIÓN DE LAS MUESTRAS FUNDIDAS CON DISEÑO DE MEZCLA MODIFICADO AL

10% DE AGREGADO GRUESO CON HUESO TRITURADO. ....................................................................................................... 72

5.2.1. Cilindros de concreto modificado10% de hueso de res triturado como reemplazo del agregado

grueso (28 días). ................................................................................................................................................. 72

TABLA9. RESULTADOS DE ENSAYO DE CILINDROS DE CONCRETO CON 10% DE ADITIVOFALLADOS A

LOS 28 DÍAS 73


grueso (42 días). ................................................................................................................................................. 74

TABLA10. RESULTADOS DE ENSAYO DE CILINDROS DE CONCRETO CON 10% DE ADITIVO FALLADOS A

LOS 42 DÍAS. 75

EDAD DE 42 DÍAS. .................................................................................................................................. 76


grueso (56 días). ................................................................................................................................................. 76


LOS 56 DÍAS. 77

5.3. RESULTADOS DE ENSAYO DE COMPRESIÓN DE LAS MUESTRAS FUNDIDAS CON DISEÑO DE MEZCLA MODIFICADO AL

13% DE AGREGADO GRUESO CON HUESO TRITURADO. ....................................................................................................... 79

5.3.1. CILINDROS DE CONCRETO MODIFICADO13 % DE HUESO DE RES TRITURADO COMO REEMPLAZO DEL AGREGADO

GRUESO (28 DÍAS). ...................................................................................................................................................... 79


LOS 28 DÍAS 80

5.3.2. Cilindros de concreto modificado13 % de hueso de res triturado como reemplazo del agregado

grueso (42 días). ................................................................................................................................................. 82

6


LOS 42 DÍAS 82

5.3.3. Cilindros de concreto modificado13 % de hueso de res triturado como reemplazo del agregado

grueso (56 días). ................................................................................................................................................. 84

TABLA14. RESULTADOS DE ENSAYO DE CILINDROS DE CONCRETO CON 13% DE AGREGADO FALLADOS

A LOS 56 DÍAS 84

5.4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................................................................ 86

TABLA15. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EVALUADA EN AGREGADOS DE 0%, 10% Y 13% PARA

DIFERENTES EDADES (28, 42 Y 56 DÍAS) ............................................................................................................... 86

TABLA16. COMPARATIVO DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EVALUADA EN AGREGADOS DE 0%,

10% Y 13% PARA DIFERENTES EDADES (28, 42 Y 56 DÍAS) .................................................................................... 87

5.4.1. Comportamiento de la Mezcla Modificada en Presencia de Triturado de Hueso como

Porcentaje de Agregado Grueso. ....................................................................................................................... 88

TABLA17. COMPARATIVO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LAS MUESTRAS CON PORCENTAJES

DE AGREGADO DE 10% Y 13%, A LOS 42 DÍAS ...................................................................................................... 94

6. CONCLUSIONES .............................................................................................................. 98

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................... 101

8. ANEXOS ......................................................................................................................... 106

7

LISTADO DE FIGURAS

FIGURA1. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL TEJIDO ÓSEO (COMPRESIÓN) ............................ 25

FIGURA2. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL TEJIDO ÓSEO (TRACCIÓN) ................................. 26




FIGURA6. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL A CAUSA DE RESIDUOS SÓLIDOS (HUESO) ........ 34

FIGURA7. CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES EN COLOMBIA .............................................. 35

FIGURA8. GRAFICA CURVA CARGA VS DESPLAZAMIENTO DE LOS DISTINTOS TIPOS DE

HUESOS………………… .......................................................................................................................................... 38

FUENTE: (J.R., P., & D., 2013).................................................................................................................... 38

FIGURA 9. GRÁFICA CURVA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN PARA LOS ENSAYOS DE

FLEXIÓN, COMPRESIÓN Y TRACCIÓN PARA HUESOS COMPACTOS. ......................................................... 40

FIGURA10. PARTES DE LA TIBIA. ....................................................................................................... 42

FIGURA11. DESMEMBRAMIENTO DEL HUESO ............................................................................... 44

FIGURA12. SELECCIÓN DEL HUESO A TRABAJAR ......................................................................... 44

FIGURA13. ESTADO DEL HUESO ANTES DE TRITURAR ............................................................... 46

FIGURA14. TRITURACIÓN DEL HUESO ............................................................................................. 46

FIGURA15. HUESO TRITURADO .......................................................................................................... 46

FIGURA16. ESTADO DEL HUESO DESPUÉS DE LA TRITURACIÓN .............................................. 46

FIGURA17. PURIFICACIÓN DEL HUESO ............................................................................................ 47

FIGURA18. PORCENTAJE DE AGREGADO GRUESO Y FINO DESTINADO PARA LA MEZCLA

DE CONCRETO……………………………………………………………………………………………………...52

FIGURA19. CILINDROS DE CONCRETO CON %13 DE AGREGADO DE HUESO DE RES

TRITURADO EN FORMALETA, PENDIENTES POR DESENCOFRAR .............................................................. 64

FIGURA20. PROCESO DE CURADO DE LOS CILINDROS DE CONCRETO CON HUESO

TRITURADO COMO REEMPLAZO DE AGREGADO GRUESO .......................................................................... 64

8

FIGURA21. FORMA DE LA FALLA TRANSVERSAL DE UN CILINDRO CON 10% DE AGREGADO

DE HUESO

TRITURADO……………………………………………………………………………………………………….65

FIGURA22. TIPOS DE FALLAS TÍPICOS PARA LOS CILINDROS A COMPRESIÓN. .................... 66

FIGURA23. CARGA VS TIEMPO DE ENSAYO DE CILINDROS DE CONCRETO CONVENCIONAL

CON EDAD DE 28 DÍAS………………………………………................................................................................ 68


CON EDAD DE 42 DÍAS………………………… ................................................................................................... 70


CON EDAD DE 56 DÍAS………………………… ................................................................................................... 71

FIGURA26. CARGA VS TIEMPO DE ENSAYO DE CILINDROS DE CONCRETO MODIFICADO AL

10% CON EDAD DE 28 DÍAS………………….. ..................................................................................................... 74


10% CON EDAD DE 42 DÍAS………………………… ........................................................................................... 76


10% CON EDAD DE 56 DÍAS.................... ............................................................................................................... 78


13% CON EDAD DE 28 DÍAS……………………….. ............................................................................................. 81


13% CON EDAD DE 42 DÍAS……………………….. ............................................................................................. 83


13% CON EDAD DE 56 DÍAS………... ................................................ ……………………………………………85

9

LISTADO DE TABLAS

TABLA1. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL TEJIDO ÓSEO (COMPRESIÓN) ............................ 24

TABLA2. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL TEJIDO ÓSEO (TRACCIÓN) ................................. 25

TABLA3. COMPARACIÓN ENTRE LOS MOMENTOS FLECTORES EXPERIMENTALES Y

TEÓRICOS…………. 27

TABLA4. PROYECCIONES DE RESISTENCIAS A LA COMPRESIÓN EN CORRELACIÓN CON

DÍAS DE ENSAYO. 29

TABLA5. CANTIDAD DE CILINDROS DE MUESTRA PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE

CONCRETO EN 0%,10% Y 13% DE HUESO TRITURADO. ................................................................................. 62

TABLA6. RESULTADOS DE ENSAYO DE CILINDROS DE CONCRETO FALLADOS A LOS 28

DÍAS………………. 67


DÍAS…………………… ............................................................................................................................................ 69


DÍAS…………………… ............................................................................................................................................ 70

TABLA9. RESULTADOS DE ENSAYO DE CILINDROS DE CONCRETO CON 10% DE

AGREGADO FALLADOS A LOS 28 DÍAS ............................................................................................................. 73




AGREGADO FALLADOS A LOS 56 DÍAS. ............................................................................................................ 77







10

TABLA15. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EVALUADA EN AGREGADOS DE 0%, 10% Y

13% PARA DIFERENTES EDADES (28, 42 Y 56 DÍAS) ........................................................................................ 86

TABLA16. COMPARATIVO DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EVALUADA EN

AGREGADOS DE 0%, 10% Y 13% PARA DIFERENTES EDADES (28, 42 Y 56 DÍAS) ..................................... 87

TABLA17. COMPARATIVO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LAS MUESTRAS CON

PORCENTAJES DE AGREGADO DE 10% Y 13%, A LOS 42 D ........................................................................... 94

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RESUMEN

Antecedentes: Se identificaron diferentes estudios de referencia en la Universidad Piloto de

Colombia, específicamente dentro del programa de Ingeniería Civil, donde se postula al tejido

óseo como alternativa en agregados para el concreto, se tienen avances importantes en la viabilidad

del uso del material. Sin embargo, se requiere mayor profundidad y ejecución de ensayos para

determinar todos los beneficios que puede aportar en cuanto a las propiedades del concreto y las

posibles deficiencias que de su utilización se puedan derivar.

Metodología: Se formuló un diseño de mezcla de 14MPa, edades del concreto de 28,42 y 56 días,

con el fin de reemplazar en proporciones de 0%, 10% y 13% el agregado grueso por hueso de res

triturado y purificado (específicamente la parte cortical de la tibia). Teniendo 3 edades y 3

porcentajes de reemplazo se obtuvo 9 escenarios de análisis (28 días con 0%, 10% y 13% de aditivo

de reemplazo, 42 días con 0%, 10% y 13% de aditivo de reemplazo y 56 días con 0%, 10% y 13%

de aditivo de reemplazo) para cada escenario se fundieron y fallaron 9 probetas para eliminar

posibles errores por desviación estándar de la muestra.

Resultados: Se obtuvo resultados positivos en cuanto al posible uso de la tibia de res triturada

como reemplazo de algunos porcentajes de agregado grueso desde el punto de vista mecánico, ya

que en los especímenes y escenarios donde se tuvo una adecuada cohesión de los agregados se

presentaron resistencias por encima de la resistencia de diseño entre 1.11 MPa y 7.33Mpa, en

porcentajes de aditivo de reemplazo de 10% y 1% y en edades entre 28,42 y 56 días. Sin embargo,

desde la perspectiva física la morfología del triturado presenta generalmente caras alargadas,

12

aplanadas y lisas lo que no favorece la adherencia y aglutinamiento de los agregados y genera

fallas en las probetas antes de llegar a la resistencia de diseño. Para los escenarios y probetas donde

se identificó esta falencia se presentan resistencias entre -3.06 y 4.41MPa en promedio, por debajo

de la resistencia de diseño.

Discusión: Se sugiere utilizar en futuras investigaciones el triturado de hueso de res reemplazando

algunos porcentajes del agregado fino, a fin de identificar sus características mecánicas, físicas y

disminuir desperdicio de material. Se sugiere realizar ensayos tanto de tracción como de

compresión a fin de identificar si la resistencia a la tracción en relación a la de la compresión que

presenta el concreto mejoras a partir de la inclusión de hueso de res triturado como aditivo al

diseño de mezcla convencional. Se sugiere utilizar en próximos ensayos la parte porosa de la tibia,

compuesta en más de un 99% de minerales.

Conclusiones: Se concluye que el uso de hueso de res triturado como reemplazo de porcentajes

entre el 10% y el 13% del agregado grueso en los diseños de mezcla de concreto es viable siempre

y cuando se cumplan adecuadas condiciones de purificación del material, caracterización de los

agregados y se cuente con gran disponibilidad del mismo. Respecto a las edades, se concluye que

a 42 días se presentan los mejores resultados, superiores a los presentados en el diseño de mezcla

y en las muestras fundidas con la mezcla convencional.

PALABRAS CLAVE: Resistencia a la Compresión, Diseño de Mezcla, Mezcla de Concreto

Modificado, Hueso de res Triturado, Impacto Ambiental, Tibia.

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ABSTRACT

Background: Different reference studies were identified at the Universidad Piloto de Colombia,

specifically within the Civil Engineering program, where bone tissue is postulated as an alternative

in aggregates for concrete, there are important advances in the feasibility of using the material.

However, more depth and execution of tests are required to determine all the benefits that can

provide in terms of concrete properties and the possible deficiencies that may arise from its use.

Methodology: A mix of 14MPa was designed, with concrete ages of 28, 42 and 56 days, in order

to replace in proportions of 0%, 10% and 13% the coarse aggregate with crushed and purified beef

bone (specifically the cortical part of the tibia). Having 3 ages and 3 replacement percentages, 9

analysis scenarios were obtained (28 days with 0%, 10% and 13% replacement admixture, 42 days

with 0%, 10% and 13% replacement admixture and 56 days with 0%, 10% and 13% replacement

admixture). For each stage, 9 specimens were cast and failed to eliminate possible errors due to

standard deviation of the sample.

Results: Positive results were obtained regarding the possible use of crushed beef tibia as a

replacement for some percentages of coarse aggregate from the mechanical point of view, since in

the specimens and scenarios where there was an adequate cohesion of the aggregates, resistances

above were presented above the design resistance between 1.11 MPa and 7.33 MPa, in replacement

additive percentages of 10% and 1% and at ages between 28, 42 and 56 days. However, from the

physical perspective, the morphology of the crushed material generally presents elongated,

flattened and smooth faces, which does not favor the adherence and agglutination of the aggregates

14

and generates failures in the specimens before reaching the design strength. For the scenarios and

specimens where this failure was identified, resistances between -3.06 and 4.41MPa on average,

below the design strength, were found.

Discussion: It is suggested to use crushed beef bone replacing some percentages of the thin

aggregate, to identify its mechanical and physical characteristics and to reduce material waste. It

is suggested to carry out both tensile and compression tests in order to identify if the tensile

strength in relation to the compressive strength of the concrete improves with the inclusion of

crushed beef bone as an additive to the conventional mix design. It is suggested that the porous

part of the tibia, composed of more than 99% minerals, be used in future tests.

Conclusions: It is concluded that the use of crushed beef bone as a replacement for percentages

between 10% and 13% of the coarse aggregate in concrete mix designs is viable as long as adequate

conditions of material purification, aggregate characterization and high availability of the

aggregate are met.

1. INTRODUCCIÓN

En el transcurso del último siglo, el concreto ha sido el elemento más importante y de mayor

utilidad en el sector de la construcción debido a lo característico en su nivel estructural, siendo

muy maleable en estado líquido, permitiendo su cohesión con otros elementos como el acero, lo

que facilita el desarrollo de altas resistencias a la compresión por las características del concreto y

a tensión por las características del acero haciéndolo ideal para su uso en estructuras civiles en

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estado sólido y presentando una fácil adaptación y durabilidad en diferentes entornos ambientales

y climáticos. En el análisis del concreto y de los nuevos materiales a utilizar en la actualidad para

mejorar sus propiedades, es de vital importancia observar el comportamiento mecánico y las

propiedades que estos materiales adicionales pueden aportar, además de las posibles consecuencias

en su utilización. Estas características deben ser evaluadas y monitoreadas a fin de que

constantemente se presenten mejoras a nivel estructural desde la ciencia de los materiales y se

logre paralelamente mejor utilización de los productos alternativos disponibles, que

preferiblemente deben ser deshechos o residuos de otras industrias que pueden ser reutilizados

dadas sus propiedades. Enfocando los análisis en la resistencia de los materiales que componen el

concreto, y en la resistencia de diseño una vez trabajan de forma homogénea sus agregados y

fundamentándose en los requerimientos técnicos de la Norma Técnica Colombiana para la

obtención de resultados confiables, por medio de la ejecución de los ensayos según los

lineamientos establecidos.

El sector de la construcción es prometedor en cuanto a la posibilidad de encontrar nuevos

materiales que puedan optimizar la calidad y propiedades del concreto. Se observa que la mejora

en características como el módulo de elasticidad y la resistencia a la tracción, dependen mucho de

los aditivos o agregados que componen la mezcla, que por lo general son componentes que elevan

los costos (Mora, 2019). En búsqueda de mejorar las propiedades estructurales del concreto

(elásticas y mecánicas) y al mismo tiempo disminuyendo costos, se encuentra en el hueso de res

un material de fácil acceso que permite incluirse en la mezcla del concreto como lo indica (Mora,

2019) al mencionar que se encontró en el tejido óseo un material que cuenta con las propiedades

físicas y químicas de varios de los agregados del concreto, cuyas deficiencias deben evaluarse a

16

profundidad para que pueda ser un aditivo o un agregado dentro de la mezcla del concreto que

mejore sus propiedades. En ese sentido, la investigación se fundamenta en la viabilidad del uso de

hueso de res triturado como aditivo en la mezcla de concreto, en porcentajes de reemplazo del

agregado grueso de 10% y 13, con el fin de evaluar principalmente sus condiciones mecánicas de

resistencia a la compresión, carga máxima. Por medio del análisis de datos obtenidos en el

laboratorio y de la gráfica de esfuerzo vs tiempo. Evaluando diferentes características como

presencia de materia orgánica, carbonatación, revisión de pH, en búsqueda de establecer algunos

beneficios y deficiencias dentro del uso del material que pueda aportar avances a los estudios

realizados por los autores de referencia. En el (Anexo 1) se pueden encontrar las gráficas de carga

vs deformación, que, si bien no se utilizarán como parte del desarrollo de la investigación, brindan

un concepto más amplio del documento y los resultados que se obtengan.

1.1. Justificación

La propuesta se desarrolla en el marco de las investigaciones anteriormente realizadas, donde los

autores de diversas publicaciones han utilizado y comprobado la efectividad y posibles falencias

en la utilización de materiales adicionales a los utilizados normalmente en un diseño de mezcla de

concreto convencional, los aditivos más estudiados son aquellos que en sus componentes físicos,

químicos o en sus propiedades mecánicas puedan aportar mejoras en las características típicas de

los elementos que componen las estructuras actuales, especialmente vigas y columnas.

La presente investigación propone al hueso de res triturado como aditivo al diseño de mezcla,

reemplazando el 10% y 13%, al agregado grueso para ser sometido a pruebas de compresión a los

28, 42 y 56 días de fraguado. Se tuvo en cuenta para la definición del material y de los ensayos a

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aplicar varios aspectos, como literatura de referencia que permitió encontrar investigaciones como

las de (Mora, 2019) donde se postula al hueso de res como una nueva alternativa en agregados

para el concreto, (Mendoza, 1998) el cual evidencia la alta resistencia a la compresión y a la tensión

el tejido óseo humano y (Ardila & Echeverry, 2018) cuya investigación utilizó el hueso de res

como aditivo de reemplazo del agregado grueso en el diseño de mezcla en porcentajes de

reemplazo de 10%, 20% y 30. Además de las referencias se analizaron otras características acorde

con el desarrollo de la investigación como el componente biológico, teniendo en cuenta que una

res promedio puede llegar a pesar 750 kg y que este peso debe ser soportado por sus piernas, se

llega al planteamiento que sus tibias deben soportar considerables cargas de compresión e impactos

laterales que pueda recibir, asimilándose su comportamiento al de una columna. Físicos, teniendo

en cuenta que adicionar hueso de res triturado puede llevar a una variación en el peso de las

muestras y la adherencia de los elementos a fundir. Mecánica, esperando variaciones

específicamente en la resistencia a la compresión. Ambiental, reemplazando material de cantera y

agregando el aditivo se fomenta un doble propósito ambiental reduciendo la explotación de

materiales y disminuyendo los deshechos producidos por la industria cárnica.

Los resultados de esta investigación brindarán un marco de referencia a futuros procedimientos

que se quieran ejecutar con el fin de utilizar aditivos a las mezclas de concreto y sus diferentes

comportamientos. Para un adecuado desarrollo del proyecto es importante traer a consideración

diversos conocimientos adquiridos a lo largo del proceso académico, a todas luces necesarios para

el transcurso de la investigación pero específicamente para procesos como la definición de los

porcentajes en el diseño de mezcla y en los porcentajes de aditivo a incluir, definición de cantidad

de días de fraguado de las muestras, análisis técnico de los comportamientos físicos y mecánicos

18

de las muestras y conocimiento en la línea de estructuras para argumentar los resultados y concluir

el desarrollo del proyecto.

1.2. Planteamiento del Problema.

Existen diversas investigaciones sobre el análisis de las propiedades mecánicas del concreto

mediante la adición o reemplazo de sus componentes tradicionales buscando una mejora en las

características físicas y mecánicas. El concreto está compuesto básicamente de cemento, agua,

agregado grueso (grava) y agregado fino (arena). Sin embargo, actualmente se pueden incorporar

otros materiales tales como acelerantes, plastificantes fibras y muchos más que generan

modificaciones en el comportamiento del material como su manejabilidad durante su vaciado y

sus propiedades físicas disminuyendo problemas patológicos, químicos en el ámbito de combatir

su deterioro, mecánicas mejorando y aumentando su resistencia. Teniendo en cuenta estas mejoras

continuas, se llevan a cabo estudios e investigaciones que buscan continuar con la innovación en

el desarrollo y uso de nuevos materiales que aporten mejoras en las propiedades del concreto

maximizando las características mecánicas e impactando positivamente factores transversales

como económicos, ambientales y sociales principalmente.

La acumulación y descomposición sin ningún control de los desechos de la industria cárnica puede

convertirse en un peligro biológico substancial que amenaza al medio ambiente, la salud humana

y animal. Estos materiales proveen condiciones óptimas para el desarrollo de organismos

causantes de enfermedades, permiten el refugio de roedores, insectos y predadores en áreas

densamente pobladas. La acumulación en botaderos de basura, entierro, incineración y abandono

de ellos generan un alto riesgo de contaminación en suelos y aguas superficiales por lo cual al

19

incinerar es una opción de reducir el riesgo de la exposición humana a microorganismos patógenos,

pero genera otras problemáticas ambientales de similares o peores consecuencias que la mala

disposición del residuo.

En la última década el avance de la tecnología ha sido clave en la ciencia de los materiales y la

búsqueda necesaria para mejorar diferentes características del concreto. Por ello este proyecto

busca postular al hueso de res triturado como aditivo al diseño de mezcla convencional,

reemplazando diferentes porcentajes del agregado grueso por este material, con el fin de

determinar los puntos a favor y en contra de su uso, aportando en la generación estructuras con un

contenido de materiales innovador respecto a las diseñadas con una mezcla de concreto

convencional, además de avanzar en la investigación para conocer su comportamiento y posible

aplicación real en las estructuras, buscando una mezcla de concreto resistente y duradera., que

además en el futuro pueda presentar posibles mejoras en el diseño de mezcla como una relación

de compresión – tensión más alta y mejorar aspectos como el módulo de elasticidad, basados

inicialmente en el análisis las propiedades mecánicas del hueso. Teniendo en cuenta el fácil acceso

al hueso de res, sus propiedades mecánicas y las condiciones en la que los huesos son dispuestos

en un proceso hacen posible la postulación de este material para modificar el concreto. Enfocando

la investigación en ensayos de laboratorio en los cuales se obtendrá una caracterización de los

materiales a utilizar, incluido el aditivo de reemplazo, obteniendo resultados sobre los cuales se

pueden establecer comportamientos físicos y mecánicos del concreto con el material aditivo

incluido. Lo anterior basado en estudios realizados a la composición del hueso y su

comportamiento en el concreto.

20

1.3. Objetivos de La Investigación

1.3.1. Objetivo General

Analizar los comportamientos físicos y mecánicos que se obtienen en el concreto al utilizar hueso

de res triturado y purificado, como aditivo en reemplazo del 10% y 13% del agregado grueso sobre

un diseño de mezcla de concreto convencional y establecer su conveniencia a partir de los

resultados obtenidos en la investigación y la aplicación de ensayos a compresión de las muestras.

1.3.2. Objetivos Específicos

1. Identificar los puntos a favor y en contra de utilizar hueso de res como aditivo de reemplazo

del agregado grueso en 10% y 13%, sobre un diseño de mezcla de 14 MPa y tiempos de

fraguado de 28, 42 y 56 días, para comprobar resultados de resistencia posteriores a los 28

días sin el uso de proyecciones, desde una perspectiva técnica.

2. Determinar la viabilidad de utilizar hueso de res triturado como agregado al diseño de

mezcla en todo tipo de estructuras, con base en el análisis de los resultados mecánicos y

procedimentales obtenidos en ensayos a compresión de la mezcla adicionada.

3. Establecer el porcentaje de reemplazo del aditivo (hueso de res triturado) más adecuado

para maximizar las propiedades de la mezcla de concreto.

21

4. Emitir una serie de conclusiones y recomendaciones, que detallen las lecciones aprendidas

y aspectos a mejorar en futuras investigaciones que utilicen en hueso de res triturado como

aditivo de reemplazo del agregado grueso en un diseño de mezcla convencional.

2. MARCO TEÓRICO

2.1 Antecedentes – Estado del Arte.

Los procesos de investigación en cuanto la búsqueda de nuevos materiales como agregados y

aditivos en el sector de la construcción, viene ya de varias décadas, basándose principalmente en

la mejora en las propiedades de los materiales, reduciendo considerablemente el peso de la

estructura y teniendo en cuenta la conservación del medio ambiente y la adecuada utilización de

los residuos derivados de las diferentes industrias. En este sentido, se realizó una búsqueda

detallada de proyectos investigativos que permitieron evaluar los agregados con distintos

materiales de todo tipo de residuos, haciendo énfasis en investigaciones que aborden la resistencia

y características mecánicas del tejido óseo y el uso del hueso de res como aditivo de reemplazo en

los agregados del diseño de mezcla de concreto convencional.

Uno de los estudios realizados tuvo como objetivo promover la utilización de materiales naturales

como el bagazo de caña de azúcar, para la realización de concreto, con la finalidad de demostrar

las ventajas que ofrece este agregado en la mezcla de concreto, y como puede aportar de forma

positiva en el impacto ambiental en el sector de la construcción (Jimenez & Torres, 2020). Este

estudio presento resultados inversamente proporcionales, dado que a medida que aumentaba el

porcentaje de agregado de fibra de bagazo de caña de azúcar, la resistencia a la compresión

22

disminuía, y se concluyó que el porcentaje óptimo de fibra en la mezcla del concreto se encontró

entre 0,5% -2,5%. Mientras que en el análisis del concreto convencional al adicionar material

reciclado como el triturado de cauchos provenientes de llantas como agregado fino, presenta un

resultado desfavorable en la resistencia a la compresión en porcentajes por encima del 15%,

mientras que por debajo de ese porcentaje la resistencia a la compresión aumenta (Hernández &

Sánchez, 2015). En cuanto al diseño experimental que se pretende realizar, se encontraron

procedimientos experimentales del diseño de hormigón biocompuesto a partir de hueso triturado

como agregado fino. Para este diseño experimental se obtuvieron resultados favorables con un

porcentaje de agregado fino menores o iguales al 5% en edades de 28 días, se obtuvieron resultados

de resistencia a la compresión por encima del diseño de mezcla de concreto convencional

(Changoluisa & Oña, 2018). Una investigación similar presento la modificación de la mezcla

convencional del concreto a partir del hueso triturado de la res como agregado grueso, presentando

resultados en una disminución del 3% en la resistencia de la compresión al realizar un aumento

aproximadamente del 10% del triturado en la mezcla, en el cual los autores realizaron ensayos de

resistencia a la compresión con cilindros en concreto, con 10%, 20% y 30% de agregado de hueso

de res, a edades de 7, 14 y 28 días de fraguado, donde se evidencio que la adición del 10% del

hueso procede a un resultado más favorable a comparación de los demás porcentajes, partiendo de

esta base investigativa del comportamiento del hueso en la resistencia del concreto, así dejando en

evidencia no solo el porcentaje sino la edad pertinente la cual se debe dejar curar el concreto,

recomendablemente superior a los 28 días, dando cabida y amplitud a la investigación y así poder

realizar pruebas en especímenes con porcentajes entre el 10% y 13% y edades de fraguado

superiores a los 28 días. (Ardila & Echeverry, 2018).

23

2.2. Tejido Óseo: Propiedades

Los huesos en los seres vivos cumplen la función de brindar la estructura en donde se establecen

los músculos y órganos, ya que resisten todo el peso del cuerpo, presentando una alta resistencia

tanto a la tensión como a la compresión, a comparación de otro tipo de órganos o tejidos.

(Mendoza, 1998) ha realizado investigaciones con el fin de probar las propiedades físico-

mecánicas del hueso, dando como resultado su alta resistencia a la compresión y tensión. Este

estudio presenta una viabilidad para trabajar con el hueso como parte de la materia prima con la

que se construye el concreto.

Realizando un comparativo entre las resistencias a la compresión y la tensión del hueso con una

variedad de tipos de concretos, se pudo probar que el hueso como material para realizar una mezcla

de concreto es viable (Mora, 2019). Presentando resultados de compresión y tensión, el concreto

que muestran una resistencia a la tensión más baja por 20Mpa en relación a la resistencia a tensión

una proporción más alta que la del concreto, cuya resistencia a la tensión es apenas el 12% de la

resistencia a la compresión.

2.3. Componentes Orgánicos e Inorgánicos del Tejido Óseo

El tejido óseo es un tipo especializado de tejido conectivo cuya matriz extracelular se halla

mineralizada en su mayor parte. Más del 99% en volumen de la matriz ósea se encuentra

mineralizado (hueso cortical 99,9%; hueso esponjoso 99,2%), al tener estos valores de

mineralización y la posibilidad de eliminar el 0.01% y 0.8% restantes de materia orgánica por

medio del proceso de purificación, al igual que la membrana y grasa que rodean el hueso, se tiene

un material mineral adecuado para su uso en diseños de mezcla de concreto. Siempre y cuando se

garantice la eliminación total de materia orgánica dentro de sus compuestos.

24

Los huesos son tejidos poco elásticos, lo que a una exposición de una fuerza externa puede

presentar fracturas. El hueso se compone de una sustancia fundamental llamada colágeno y agua

que comprende la parte orgánica del hueso, permitiendo dar flexibilidad y elasticidad en el hueso,

y se encuentra entre un 30% y 40% de la masa total del tejido. El componente inorgánico este

compuesto por sales minerales que se encuentran en una retícula formada por fibra de colágeno,

las cuales se encuentran formadas por un 60% y 70% de hidroxiapatita o fosfato tricálcico

(Ca10(PO4)6(OH)2, el cual cuenta con un 99% de depósito de calcio y un 80% de fosforo (Mora,

2019). La rigidez y consistencia típica del hueso se debe a que las fibras de colágeno forman

andamios sobre los cuales se depositan los cristales de las sales minerales.

2.4. Propiedades Mecánicas de Tejido Óseo

Una evaluación fiable de las propiedades mecánicas del hueso se obtuvo mediante una

investigación en la cual se presentaron pruebas de compresión y tracción utilizando muestras de

hueso fresco de humano como la tibia, peroné y fémur (Mendoza, 1998),(Ver figura1).

Tabla1. Propiedades Mecánicas del Tejido Óseo (Compresión)

PROPIEDAD MAGNITUD UN

RESISTENCIA ÚLTIMA 107, 5 MPa

ESFUERZO DE FLUENCIA 86,9 MPa

MÓDULO DE ELASTICIDAD 10,8 GPa

DEFORMACIÓN ELÁSTICA 0,85 %

DEFORMACIÓN TOTAL 180 %

Nota: Tomada de “Estudio de las propiedades mecánicas del sistema óseo” Á. Mendoza (1988), Ingeniería e

Investigación, no. 41 pp. Recuperado de: www.bdigital.unal.edu.co/23963/1/21059-71353-1-PB.pdf

25

Figura1. Propiedades Mecánicas del Tejido Óseo (Tracción)

Fuente: Mendoza. A (1988) “Estudio de las propiedades mecánicas del sistema óseo” [Figura]. Recuperado de:

www.bdigital.unal.edu.co/23963/1/21059-71353-1-PB.pdf.

Tabla2. Propiedades Mecánicas del Tejido Óseo (Tracción)

PROPIEDAD MAGNITUD UN

RESISTENCIA ÚLTIMA 107, 5 MPa

ESFUERZO DE FLUENCIA 86,9 MPa

MÓDULO DE ELASTICIDAD 10,8 GPa

DEFORMACIÓN ELÁSTICA 0,85 %

DEFORMACIÓN TOTAL 180 %

ENERGÍA ELASTICA 0,31 MJ/m3

ENERGÍA ABSORBIDA 0,17 MJ/m4


Investigación, no. 41 pp. Recuperado de: www.bdigital.unal.edu.co/23963/1/21059-71353-1-PB.pdf

http://www.bdigital.unal.edu.co/23963/1/21059-71353-1-PB.pdf

26


Fuente: Mendoza. A (1988) “Estudio de las propiedades mecánicas del sistema óseo” [Figura]. Recuperado de:

www.bdigital.unal.edu.co/23963/1/21059-71353-1-PB.pdf

2.5. Resultados en Investigaciones Previas de la Evaluación del Hueso como Agregado en

la Mezcla de Concreto

La investigación presentada por Fapohunda, Ikponmwrosa, & Falade, (2018), presenta la

evaluación del hueso como agregado fino en la mezcla de concreto. En la evaluación se toma el

hueso de res que inicialmente es calcinado una hora a 1200 °C para luego ser agregado en la mezcla

de concreto. La investigación arrojo resultados de flexión y compresión por debajo de los

resultados obtenidos por la mezcla de concreto convencional, en donde a porcentaje de agregado

de material óseo pulverizado en la mezcla, era proporcional a la aparición temprana de las fisuras

como se presenta en la tabla 3.

27

Tabla3. Comparación entre los momentos flectores experimentales y teóricos

%PIB

CARGA

PRIMERA

FISURA (KN)

CARGA DE

FALLA (KN)

%

DISMINUCIÓN

DE LA CARGA

DE FALLA (KN)

CARGA

DE

SERVICIO

(KN)

MOMENTO

DE DISEÑO

TEHORICO

(KN.m)

MOMENTO

DE DISEÑO

TEHORICO

(KN.m)

𝑀𝐸𝑋𝑃

𝑀𝐵𝑆

0 75,00 ± 0,50 95,50 ± 0,96 - 46,88 4,13 4,4 1,07

5 70,00 ± 1,50 87,50 ± 1,32 5,4 43,75 3,88 4,1 1,06

10 70,00 ± 0,87 85,00 ± 1,31 8,1 43,75 3,75 4,1 1,09

15 65,00 ± 0,50 87,50 ± 0,87 13,5 40,63 3,55 3,81 1,07

20 62,50 ± 0,50 87,50 ± 0,87 21,6 39,06 3,48 3,66 1,05


Investigación, no. 41 pp. Recuperado de: www.bdigital.unal.edu.

co/23963/1/21059-71353-1-PB.pdf


Fuente: Fapohunda, Ikponmwrosa, & Falade (2018) “Evaluación de relaciones de resistencia en hormigón celular

espumado que contiene hueso pulverizado (PB) como reemplazo parcial del cemento” [Figura]. Recuperado de:

https://www.semanticscholar.org/paper/Evaluation-of-strength-relations-in-foamed-aerated-Fapohunda-

Ikponmwrosa/6ec8920938b14b44cecab2f3313c5752cfc9c067

https://www.semanticscholar.org/paper/Evaluation-of-strength-relations-in-foamed-aerated-Fapohunda-Ikponmwrosa/6ec8920938b14b44cecab2f3313c5752cfc9c067

https://www.semanticscholar.org/paper/Evaluation-of-strength-relations-in-foamed-aerated-Fapohunda-Ikponmwrosa/6ec8920938b14b44cecab2f3313c5752cfc9c067

28

La evaluación presentada en la investigación de modificación de una mezcla de concreto

convencional, agregando hueso triturado como aditivo de la mezcla, reemplazando diferentes

porcentajes de agregado hueso (Ardila & Echeverry, 2018) evidencia resultados prometedores en

la resistencia a la compresión. La evaluación presenta una variedad de porcentajes de hueso como

agregado grueso, evidenciado cifras prometedoras en la mezcla con el 10% de agregado, a

comparación del concreto convencional. Al evaluar la resistencia de compresión con relación a los

días de ensayo (tabla 3), se presentaron resultados favorables a partir del día 35 en adelante;

arrojando resultados de 0,12 MPA en el día 35 hasta de 1.4 MPA en el día 56 por encima de la

resistencia de la mezcla de concreto convencional. Sin embargo, estos datos se han obtenido por

medio de proyecciones matemáticas que se realizan para diseños de mezcla convencionales, por

lo tanto, la presente investigación se diferencia de la realizada por Ardila y Echeverry en el ámbito

de los días de fraguado, pasando de 7, 14 y 28 días de fraguado a 28,42 y 56, buscando comprobar

lo que en la siguiente gráfica de proyección lineal se puede observar, ver (Figura 4).

Figura4. Proyección Concreto Convencional

Fuente: Ardila & Echeverry, (2018), “Modificación del Diseño de Mezcla del Concreto Convencional a partir del uso

del Hueso Triturado como Agregado Grueso para Ensayo de Resistencia a la Compresión” [Figura]. Recuperado de:

http://polux.unipiloto.edu.co:8080/00004849.pdf

29

Figura5. Propiedades Mecánicas del Tejido Óseo (Compresión)

Fuente: Ardila & Echeverry, (2018), “Modificación del Diseño de Mezcla del Concreto Convencional a partir del uso del Hueso

Triturado como Agregado Grueso para Ensayo de Resistencia a la Compresión” [Figura]. Recuperado de:

http://polux.unipiloto.edu.co:8080/00004849.pdf.

Tabla4. Proyecciones de resistencias a la compresión en correlación con días de

ensayo.

PROYECCIONES DE RESISTENCIAS A LA COMPRESIÓN EN CORRELACIÓN CON DÍAS DE ENSAYO

DÍAS 7 14 28 35 42 49 56

CONCRETO DE

10% 14,89 20,72 25,44 27,32 28,71 29,88 30,90

CONCRETO

CONVENCIONAL 19,00 22,8 26,00 27,20 28,10 28,9 29,60

Nota: Tomada de “Modificación del Diseño de Mezcla del Concreto Convencional a partir del uso del Hueso

Triturado como Agregado Grueso para Ensayo de Resistencia a la Compresión, (2018). Recuperado de:



30

3. MARCO METODOLÓGICO

3.1. Diseño metodológico Preliminar

El objeto de estudio de la investigación se lleva a cabo con la finalidad de realizar un ejercicio de

resistencia a la compresión de diferentes mezclas de concreto (mezcla de concreto convencional y

mezcla de concreto con 0%, 10% y 13% de hueso de res triturado en reemplazo del agregado

grueso), continuado los estudios adelantados (Ardila & Echeverry, 2018), proyecto fundamentado

sobre la línea de investigación de la Universidad Piloto de Colombia del uso de tejido óseo como

alternativa en agregados para el concreto y en general estudios previos que han trabajado en el uso

de aditivos para los diseños de mezcla del concreto. La investigación propone modificar un diseño

compuesto de agregados convencionales para la mezcla de concreto, utilizando como material de

reemplazo al agregado grueso el hueso de res en los porcentajes de cambio mencionados

anteriormente, y realizar procedimientos de laboratorio que permitan evaluar propiedades

mecánicas como la resistencia a compresión, carga máxima, deformación en función del esfuerzo.

Mediante ensayos destructivos a cilindros de prueba. Para la comparación se elaboran cilindros

testigo para evaluar las propiedades de la mezcla en el diseño del concreto convencional.

Para llevar a cabo un adecuado desarrollo de los ensayos de laboratorio pertinentes para determinar

los beneficios y posibles deficiencias del uso del hueso de res triturado en diseños de mezcla se ha

planteado el siguiente planteamiento metodológico:

Con el fin de evitar las proyecciones para determinar la resistencia de los especímenes a ensayar,

se han establecido 3 tiempos de fraguado para las probetas, definiendo en 28, 42 y 56 días los

tiempos de hidratación de la muestra lo que nos ayudará a comprobar si el modelo de proyección

31

lineal utilizado por (Ardila & Echeverry, 2018) es correcto o requiere ajustes en su

parametrización. En el proyecto de (Ardila & Echeverry, 2018) después de utilizar porcentajes de

reemplazo de hueso de res triturado sobre el de agregado grueso de 10%, 20% y 30%, se concluye

que a mayor porcentaje de reemplazo la resistencia de la mezcla disminuye al menos un 3%, pero

que sobre el 10% de reemplazo se encontraron resultados favorables de resistencia superior a la de

diseño para los 28 días y la proyección a 35 días de fraguado. Bajo este planteamiento, se

definieron en 10% y 13% los porcentajes de reemplazo y además se utilizará el diseño de mezcla

con 0% de hueso de res de reemplazo, con el fin de tener un marco de referencia para las

comparaciones a 10% y 13%. La NTC es clara en cuanto a la exigencia de al menos 3 especímenes

de prueba con el fin de disminuir la variación estándar de la muestra. Para garantizar el

cumplimiento de la totalidad de aspectos mencionados, se realizará la ejecución de 9 especímenes

por cada caso de estudio para garantizar la confiabilidad de la muestra, requiriéndose entonces, 9

cilindros de prueba de 0% de aditivo de reemplazo del agregado grueso (hueso de res triturado),

para fallar a los 28 días, 9 cilindros de las mismas características para fallar a los 42 días y 9

cilindros de muestra para fallar a los 56 días, para un total de 27 cilindros con porcentaje de

modificación de la mezcla diseñada inicialmente de 0%. Para el reemplazo del 10% de agregado

grueso por hueso de res triturado se emplearán igualmente 9 cilindros para el tiempo de fraguado

de 28 días, 9 cilindros para el tiempo de fraguado de 42 días y 9 cilindros para el tiempo de

fraguado de 56 días, para un total de 27 cilindros con modificación del 10% del agregado grueso

en la mezcla de concreto y la misma fórmula se aplicará para el 13% de reemplazo, teniendo 9

cilindros para fallar a los 28 días, 9 cilindros para fallar a los 42 días y 9 cilindros para fallar a los

56 días, para un total de 27 cilindros. El total del universo de la muestra corresponde a 81 cilindros.

27 para cada porcentaje de estudio distribuido en 3 tiempos de fraguado.

32

Los investigadores para la elaboración de las pruebas toman como referencia la norma técnica

colombiana NTC y la normatividad del Instituto Nacional de Vías (INVIAS), para basarse en los

principios técnicos del diseño de la mezcla y el desarrollo de los ensayos de laboratorio.

El desarrollo del proyecto consiste en delimitar el alcance de la investigación, consultar referencias

bibliográficas generales y específicas, definir el diseño de mezcla, los porcentajes a reemplazar,

número de cilindros a fundir, definición de días de hidratación y ejecución de ensayos físicos y

destructivos, análisis de resultados, comparándolos con los esperados y por último concluir los

planteamientos formulados. Además, se pretende formular una serie de recomendaciones para

investigaciones posteriores. El proyecto también centrara parte de su investigación a analizar el

aspecto de la problemática ambiental; en el trabajo de investigación se puede evidenciar resultados

no solo en el campo técnico, también en la disminución del impacto ambiental mediante la

disposición de material residual como materia prima.

3.2. Procedimientos

3.2.1. Selección del hueso Como Material de Reemplazo

El uso del hueso como materia prima para agregado grueso en la mezcla de concreto, es una buena

opción a la hora de obtener resultados que puedan mejorar o mantener las propiedades mecánicas

de la mezcla del concreto en estructuras, dado los resultados favorables en las investigaciones

previas en la evaluación de las propiedades físico-mecánicas en los huesos. Siendo el tejido óseo

un material de fácil acceso debido a que actualmente hace parte de los residuos sólidos que no

33

presentan un buen manejo ambiental; esto genera acumulación excesiva y descomposición (malos

olores y atracción de vectores que transmiten enfermedades), el uso como materia prima como

agregado, generaría un impacto ambiental positivo en cuanto a la reutilización de los residuos, al

igual que la sustitución de agregados minerales (materiales productos de minas o canteras) por

materiales biodegradables o de fácil descomposición que disminuye la contaminación y el daño

ambiental.

3.2.1.1. Accesibilidad al Hueso

El material óseo a trabajar en la investigación es de origen animal, específicamente de animales

bovinos o vacunos, debido a la gran disponibilidad de la materia prima (hueso); siendo un residuo

del proceso de desmembramiento y procesamiento a nivel industrial de ganado vacuno para la

obtención de carne como producto alimenticio. En estos procesos se realiza el deshuese que

permite retirar todo el tejido muscular del hueso, para posteriormente ser almacenado y vendido

en grandes cantidades como materia prima, con el fin de ser utilizado generalmente como agregado

para la producción de concentrado para alimento para pollos. Aproximadamente el 21% de los

huesos vacunos son destinados a este proceso, mientras que el 32% del hueso porcino se destina

al mismo fin de concentrado para el engorde de pollos y cerdos (Falla Cabrera, 1994).

34

3.2.1.2.Medio Ambiente

Problemática Ambiental

La acumulación y descomposición sin ningún control de los desechos de la industria cárnica puede

convertirse en un peligro biológico substancial que amenaza al medio ambiente, la salud humana

y animal. Estos materiales proveen condiciones óptimas para el desarrollo de organismos causantes

de enfermedades, permiten el refugio de roedores, insectos y predadores en áreas densamente

pobladas.

Figura6. Problemática Ambiental a causa de Residuos Sólidos (Hueso)

Fuente: Elaboración Propia

Investigaciones evidencian que en la mayor parte de las empresas dedicadas a la producción de

productos cárnicos carecen de programas de gestión ambiental, ni planes de aseguramiento del

proceso. Se presenta escasez de infraestructura y capacidad técnica para hacer un control del

vertimiento sólido y líquido que generan los procesos de sacrificio del ganado. En muchas plantas

los residuos fluyen a los cuerpos de agua, deterioran el recurso y afectan gravemente la calidad del

abastecimiento presente y futuro para las comunidades.

35

Otra problemática en la actualidad, es la alta demanda de materiales de construcción (ver figura

7), exigiendo una mayor tasa de explotación minera en canteras o minas, generando cada vez

mayor impacto en el suelo y cuerpos de agua; destruyendo ecosistemas que afectan el equilibrio

ambiental. Actualmente se trabaja en estudios que permitan proponer nuevas formas de suplir esta

demanda con investigaciones de nuevos productos utilizando materiales reciclables que permitan

mitigar el impacto ambiental.

Figura7. Clasificación de los Minerales en Colombia

Fuente: INGENOMINAS, Publicación Número 29 de 2007.

Mitigación al Impacto Ambiental

Un método eficaz para reducir el riesgo de la exposición humana a microorganismos patógenos es

la incineración. Sin embargo, resulta costosa debido al combustible que se requiere para tal efecto,

conjuntamente grandes cantidades de cenizas se acumulan después del proceso las mismas que

generan otro problema de desecho. Adicionalmente esta opción produce dioxinas que son

sustancias químicas toxicas para la piel, sistema inmunológico sistema reproductivo, sistema

36

endocrino y puede causar cáncer. Por lo tanto, tenemos en cuenta que el abandono de desechos

cárnicos es la solución más barata y tentativa para deslindarse de responsabilidades. sin embrago,

los seres vivos resultan expuestos a peligros biológicos.

Un procedimiento amigable con el medio ambiente es reutilizar los residuos cárnicos como materia

prima para agregado de concentrado alimenticio, siendo una forma aprovechable para este tipo de

residuos; al contener nutrientes que, mediante su procesamiento se puede incluir en la fórmula de

alimentos para diferentes especies de animales, principalmente caninos. Esta alternativa segura,

responsable y de alto valor económico presenta ventajas como el procesamiento inmediato de los

subproductos para evitar su descomposición prematura, reducción del volumen de basura,

disminución de la contaminación ambiental y el riesgo de enfermedades. El uso del hueso como

agregado grueso en el entorno actual, quiere lograr una mayor eficiencia y competitividad Sanitaria

del producto y reducción de los daños ambientales que generan las tecnologías actuales, lo cual

crea una ventaja para el ecosistema creando un ciclo de vida para el hueso, después de retirada su

carne se reutiliza y se usa como material de construcción dando una opción de reutilización del

mismo.

3.2.1.3. Propiedades Mecánicas

Si bien es cierto que el hueso tiene como función permitir el movimiento, darle forma al cuerpo y

proteger los órganos principales (Aguinaga, 2013) también tiene la función principal que es la de

proveer resistencia con el fin de soportar el peso de todo el cuerpo, pues al realizar movimientos

37

como caminar, correr, golpear y hacer ejercicio el hueso está recibiendo una fuerza que tiene que

resistir y/o superar, pues de lo contrario, se produciría una fractura o una fisura en el sistema óseo.

La resistencia biomecánica del hueso está fundamentada en un 80% por la cantidad ósea mientras

que el 20% restante se basa en la calidad del hueso (Caeiro, González, & D, 2013). En un estudio

realizado en la Universidad Camilo José Cela (España) se investigó sobre el efecto del índice de

rigidez del hueso sobre una muestra de 122 corredores de maratón, 81 corredores de media maratón

y un grupo de personas sedentarias. Los resultados reflejaban que índice de rigidez de personas

que frecuentaban correr era superior al índice que poseían los huesos de las personas sedentarias,

es decir, los huesos eran más resistentes pues poseían una densidad mayor (SINC, 2016).

En varios estudios se han puesto a prueba las propiedades mecánicas del hueso, es decir, se han

realizado ensayos en los cuales pruebas a tracción, pruebas a compresión y a flexión son las

encargadas de describir el comportamiento de los huesos con el fin de conocer más acerca de las

fuerzas actuantes sobre el material. A partir del tipo de hueso, su comportamiento es diferente,

puesto que la respectiva composición hace que el hueso tenga una mayor elasticidad que otros. El

hueso compacto o cortical poseen una mayor elasticidad que los huesos esponjosos mientras que

la plasticidad del hueso es mayor en los huesos esponjosos que en los huesos compactos y a partir

de esto, resisten mayores deformaciones (Sanzana Salamanca, 2005). Varias fuentes han obtenido

distintos módulos de elasticidad de ambos tipos de huesos. Para el módulo de elasticidad del hueso

cortical se han encontrado valores de alrededor de 20 GPa (Sanzana Salamanca, 2005), de 17 GPa

y de 11.5 GPa (Sociedad Mexicana de Ortopedia 1946, 1999), siendo estos dos últimos valores

hallados en el fémur en donde la parte de la diáfisis obtiene el valor más alto y la parte de los ejes

38

transversales el valor más bajo. En los huesos trabeculares los valores del módulo están entre los

valores de 0,1 GPa (Sanzana Salamanca, 2005) y 1 GPa (Sociedad Mexicana de Ortopedia 1946,

1999) siempre concluyendo que el módulo de elasticidad del hueso compacto es mayor al del

hueso esponjoso.

El módulo de elasticidad es mayor en los huesos corticales que en los huesos esponjosos o

trabeculares haciendo la salvedad de que la desviación de los resultados se basa en que el hueso

no es totalmente perfecto; es por esto por lo que como se describe en la (Figura 8) la pendiente es

más pronunciada resistiendo cargas mayores con deformaciones bajas antes de alcanzar el punto

de rotura. Por otro lado, el hueso trabecular, aunque no posee un módulo de elasticidad alto, la

elasticidad es mayor haciendo que las deformaciones sean mayores antes del punto máximo de

rotura. Cabe resaltar que todas las propiedades se realizan con muestras que integran los diferentes

niveles de composición del hueso, es decir, muestras que contengan desde la Nanoestructura que

contiene las fibras y moléculas de colágeno y los componentes minerales hasta la Macroestructura

la cual contiene la estructura compuesta del hueso (Caeiro, González, & D, 2013).

Figura8. Grafica Curva Carga Vs Desplazamiento de los distintos tipos de huesos.

Fuente: Caeiro, J., González, P., & D, G. (2013).” Biomecánica y hueso (y II): Ensayos en los distintos niveles

jerárquicos del hueso y técnicas alternativas para la determinación de la resistencia ósea Recuperado de:

https://scielo.isciii.es/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1889-836X2013000200007.

39

Resistencia a la tracción en el Hueso

Con respecto a la resistencia a la tensión, se dice que el hueso posee una resistencia parecida a la

que se ha presentado en el hierro, pero teniendo como factor favorable que el hueso es más flexible

y más ligero siendo la fuente principal de esta resistencia el colágeno presente, llegando a tener

una magnitud que varía entre 78 y 151 MPa (Sanzana Salamanca, 2005). Existen otros valores que

se han hallado en los huesos corticales a través de pruebas de laboratorio las cuales dictan valores

que varían entre 107 y 170 MPa (Caeiro, González, & D, 2013) y otras fuentes que resultan en

valores de 76.6 MPa (Mendoza, 1998).

Resistencia a la flexión en el Hueso

La resistencia a la flexión está ligada a varios factores como lo son la longitud y la forma pues

cuanto mayor sea la cantidad de tejido óseo a lo largo del eje neutro, será mayor la resistencia

cuando el hueso flecta (Viladot Voegeli, 2001). Los valores de referencia para este ensayo fueron

90,4 MPa (Mendoza, 1998) y de 103 MPa (Caeiro, González, & D, 2013).

Resistencia a la compresión en el Hueso

Para el caso de la compresión del hueso, es necesario aclarar que los resultados son variados pues

algunos de los valores corresponden a ensayos realizados sobre el hueso trabecular o esponjoso

llegando a tener valores entre 1,5 MPa y 10 MPa, mientras que en los huesos corticales los

resultados varían entre 131 MPa y 224 MPa (Sanzana Salamanca, 2005). Otros resultados de

40

estudios y ensayos realizados sobre los huesos corticales para encontrar la resistencia a la

compresión mostraron una magnitud de 107,5 MPa (Mendoza, 1998).

La (Figura 9) obtenida de un artículo científico propuesto por Álvaro Mendoza de la Universidad

Nacional De Colombia en 1998 muestra el desarrollo de los ensayos de flexión, compresión y

tracción sobre huesos compactos de humanos tanto mujeres como hombres connacionalidad

colombiana. Se muestra una superioridad en los resultados de la resistencia a la compresión del

hueso teniendo a la vez la mayor deformación inmediatamente antes del punto de rotura. Todos

los ensayos mostraron lo que se aproxima a la ley de Hooke sin embargo en los resultados

obtenidos en los ensayos de flexión y tracción no se observa de manera detallada la parte plástica

del hueso antes de la falla a los 90 MPa y los 76 MPa respectivamente. En cuanto a la pendiente

de las curvas, se proyectan de manera similar puesto que los 3 ensayos se realizaron sobre el mismo

tipo de material (Hueso Cortical o Compacto).

Figura9. . Gráfica curva esfuerzo vs deformación para los ensayos de flexión, compresión y

tracción para huesos compactos. Fuente: (Mendoza 1998)

41

3.2.2. Selección del Hueso a Trabajar (Tibia)

La selección del hueso con el que se va a reemplazar parte del agregado grueso del concreto se

hizo a partir de las características físicas o forma del hueso y por la composición osteología del

hueso del animal, en este caso de un bovino. A partir de las características físicas o forma, los

huesos más adecuados son aquellos denominados como Huesos Largos, que son aquellos que

presentan una forma cilíndrica y sobre el cual predomina la longitud sobre el ancho (Rivera, 2011),

este tipo de huesos proporciona resistencia, debido a que soporta el peso de bovino, movilidad y

estructura.

En cuanto a la composición molecular, el hueso apropiado es el hueso compacto debido a que la

cantidad de espacios o vacíos entre las fibras que componen el hueso son mínimas, se ubican en

forma de lámina y de forma concéntrica (Pacheco, Molist García, & Pombal Diego, 2016)- Los

huesos largos se componen en un 80% de hueso compacto y un 20% de hueso esponjoso (Sanchez,

2016), ese porcentaje de hueso esponjoso se ubica en su mayoría en las epífisis mientras que la

parte compacta se ubica en la diáfisis. La tibia se clasifica como un hueso largo y voluminoso

(Gloobe, 1989), ubicado en las extremidades posteriores de los bovinos. Por esta descripción, la

tibia como hueso largo y compacto se escogió como un hueso adecuado el cual podría servir como

un material de reemplazo en la mezcla del concreto con el fin de que, así como en los humanos y

animales, proporcione resistencia por su composición osteológica.

42

Figura10. Partes de la Tibia.

Fuente: Virgínia Moreno - Fisioterapia, (2020) “PERIOSTITIS O SÍNDROME DE ESTRÉS MEDIAL DE

LATIBIA”.Recuperado de: https://www.vmfisioterapeuta.com/periostitis-o-sindrome-de-estres-medial-de-la-tibia/

3.2.2.1. Propiedades Mecánicas del hueso de la Tibia.

Siendo un hueso largo y cumpliendo con optimas propiedades mecánicas a comparación de otros

huesos, la tibia fue seleccionada como hueso a utilizar para la investigación. Se presentaron

investigaciones que evalúan las propiedades mecánicas de la tibia (Modulo de impacto, flexión y

compresión) en diferentes animales como perros y ratones.

Para la medición de la resistencia al impacto, se encontró investigaciones científicas como por

ejemplo la evaluación de huesos de perro para realizar la prueba de resistencia, teniendo en cuenta

el método de Ensayo de Charpy. Esta práctica corresponde en utilizar un martillo en forma de

péndulo el cual golpea la probeta quien está apoyada con el material para el cual se requiere medir

la resistencia al impacto, mediante la energía absorbida producida por el golpe hasta producir

ruptura (Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, 2011). Para el módulo de flexibilidad,

https://www.vmfisioterapeuta.com/periostitis-o-sindrome-de-estres-medial-de-la-tibia/



43

se basaron en el uso las diáfisis de los huesos de ratones machos, a los cuales se les aplicaba una

presión constante en su parte central, dando como resultado una fuerza máxima de 21,1 N como

el promedio de los huesos, arrojando una resistencia a la elasticidad de 3.75 GPa (Jämsä, Jalovaara,

Peng, Väänänen, & Tuukkanen, 1998). Finalmente, en la evaluación de la compresión manejaron

únicamente la diáfisis del hueso aplicando 10,62 KN para el ensayo de compresión, dando como

resultado una deformación de 1.40 mm (Fioretti Fessia, Rolando Giordano, Galán Macagno, &

Maricel Moine, 2016).

3.2.3. Procesos De Preparación Del Hueso para la Mezcla

3.2.3.1. Obtención del Hueso

Se realizó una obtención de la materia prima, realizando recorridos en los establecimientos de

proceso de desmembramiento para obtención de carne de animal bovino o vacuno (Mataderos,

carnicerías, lugares de almacenamiento de residuos sólidos orgánicos) donde se obtuvo 70kg de

hueso de la res, específicamente la tibia. Esta materia prima se adquirió en la carrera 83 con

calle16ª quinta bodega, la cual se encarga de recoger todos los desmembramientos y desperdicios

de los frigoríficos san Martin y nos permite un fácil acceso a este residuo. Posteriormente se

realizó el proceso de limpieza del hueso, con el fin de retirar todo residuo orgánico presente al

hueso que pueda perjudicar en la obtención del triturado y pueda alterar en las propiedades de la

mezcla.

44

Figura11. Desmembramiento

del Hueso

Figura12. Selección del

Hueso a Trabajar


3.2.3.2. Trituración y purificación del Hueso

Habiendo cortado los extremos porosos del hueso se procede a realizar una remoción de del

material orgánico (células adiposas) a nivel más profundo mediante un método llamado

purificación. Este proceso es utilizado para realizar desinfección y eliminación de materia orgánica

sumergiendo el triturado de hueso en una solución de hipoclorito de sodio (NACLO) que

comúnmente se lo conoce como cloro; utilizado en la purificación del agua, al igual que en la

purificación de superficies, blanqueamiento y eliminación de olores. El hipoclorito al tener la

función de desinfectante y purificante, elimina todo microorganismo y residuales de tejidos

adiposos almacenadas en las partes porosas de los huesos (Sánchez Saldaña & Sáenz Anduaga,

2005), con la finalidad de que residuos contenidos en él no alteren de manera significativa la

mezcla de concreto. De acuerdo a investigaciones realizadas. Una vez realizados los cortes Cada

45

fracción que se obtuvo se dividió en 2 o 3 partes realizando cortes transversales. Los trozos

obtenidos se sometieron a un primer proceso de purificación. Por lo cual el primer procedimiento

de purificación se obtuvo de la siguiente manera, Se sumerge cada fracción que se obtuvo del

hueso en un recipiente grande, se vertió una cantidad de cloro suficiente para que todo el material

quedara sumergido en la sustancia. El tiempo de exposición del material al cloro fue de 30 minutos.

Partiendo de una observación cada 10 minutos durante dos horas, luego durante cada dos horas

con una observación de 30 minutos durante 5 horas y luego rangos de observación de cada 3 horas

en 19 horas. La capa de espuma y el olor son directamente proporcional a la cantidad de materia

orgánica presente. En las (Figuras 13 a 17), se puede apreciar el estado del hueso mientras es

sometido a las diferentes etapas del proceso de trituración.

Posterior a esto se realizó la trituración del hueso, mediante el corte golpeteo de masetas o martillos

que puedan dejar la diáfisis del hueso en un tamaño aproximado a lo que se busca tamaño de

partícula requerido, que en este caso debe pasar el tamiz de ¾ de pulgada y retenerse en el tamiz

de ½ pulgada, ya que el material de reemplazo debe cumplir condiciones de caracterización y

tamaño máximo de la partícula del agregado grueso como se observa en la (Figura 16), donde el

agregado presente cumple con los requisitos anteriormente expuestos. En los (Anexos 3 y 4) se

puede evidenciar la caracterización, tamaños máximos, tamaños máximos nominales de partícula,

entre otros aspectos específicos del diseño de mezcla. Luego se toma el triturado y se pasa por un

equipo de tamizaje que se encuentra en laboratorio, y se procede a obtener un tamaño de partícula

que no esté fuera del rango con el cual se define el agregado grueso, la cual establece como

partículas que pasan sobre un tamiz de 19 mm o tamiz ¾ de pulgada y se retienen en ½ pulgada

(Figura 16), teniendo en cuenta la normativa para la medición de partícula del agregado grueso del

46

concreto en una mezcla de concreto convencional (Anexo 5). Y se genera el segundo proceso de

purificación en el cual se sumerge una muestra de 500gr del material triturado En un tiempo de

exposición del material al cloro fue de 15 minutos a lo máximo, a partir de la observación cada 10

minutos durante una hora y luego cada media hora durante dos horas y luego rangos de observación

de cada dos horas en 12 horas, llegando a un punto de material ya purificado sin ningún tipo de

partícula orgánica obteniendo una mejor purificación del hueso.

Figura13. Estado del Hueso

Antes de Triturar

Figura14. Trituración del Hueso


Figura15. Hueso Triturado

Figura16. Estado del Hueso

después de la Trituración


47

Figura17. Purificación del Hueso


3.2.3.3. Determinación de Propiedades Físicas del Hueso (PH)

Según la normatividad, el pH del concreto debe encontrarse en un punto de alcalinidad superior a

10 en la escala de pH, para ello sus diferentes agregados deben encontrarse entre aproximadamente

un pH neutro y un pH alcalino (10 – 14). Para esto se realizan pruebas de pH al hueso triturado en

el laboratorio de análisis químico de la universidad. Se procedió a medir el pH de la muestra

obtenida mediante la purificación del hueso triturado, posteriormente se pasó a realizar el lavado

de las muestras y toma del pH en cada lavado, el resultado de este ensayo arrojó un valor de

alcalinidad después de purificado superior al mínimo permitido. Adicionalmente a la muestra de

concreto una vez fallada se le tomó la muestra de pH por el método de medición con la paleta de

color por medio de la aplicación de fenoftaleina, arrojando un valor de alcalinidad de

aproximadamente 11, para ver el detalle de estos ensayos remítase al (Anexo 2).

48

3.2.4. Diseño De Mezcla de Concreto Convencional.

El concreto se ha convertido en el material de construcción más ampliamente utilizado en todo el

mundo debido a su extraordinaria versatilidad. Las adiciones, en la elaboración de morteros y

concretos se emplean cada día en mayor escala, previéndose para el futuro un trabajo aún más

importante, principalmente en la fabricación de productos de alta calidad. La adición no actúa

únicamente sobre el cemento, sino que ejerce acciones sobre los tres componentes principales del

concreto hidráulico, como son los agregados pétreos, el cemento hidráulico y el agua, mejorando

las características del concreto. En esta investigación se estudió el comportamiento de mezclas de

concreto hidráulico al adicionarse hueso triturado como reemplazo de diferentes porcentajes del

agregado grueso, para así determinar si la adición de esta material mejora la resistencia a la

compresión y otras características del concreto como relación de resistencia tensión-compresión,

módulo de elasticidad, presencia de contenido orgánico, afectación por reacciones químicas. Como

se indica en el (Anexo 3), Después de la caracterización de los agregados finos y de los agregados

gruesos junto con el material de reemplazo, se procedió a realizar el diseño de mezcla convencional

con el cual se obtendrán las diferentes proporciones de materiales para la fundición de los cilindros.

Se obtuvieron las cantidades de material necesario para la fundición de los respectivos cilindros

convencionales luego de realizar el diseño de mezcla según lo establecen las normas NTC 92 ,98,

174, 176, 237, 1776 entre otras, para mayor detalle sobre estos procedimientos, ver el detalle del

diseño de mezcla en el (Anexo 4) y la referencia normativa (Anexo 5). Sobre las cantidades

estimadas inicialmente se efectúo un porcentaje de reemplazo del agregado grueso de 10% y otro

de 13%. Esto con el fin de identificar cuál de estos 2 valores de reemplazo se adecua a la mezcla

de concreto siempre buscando mejorar o igualar la resistencia con la cual se calculó el diseño.

49

Los diferentes procedimientos se obtuvieron a partir de la metodología descrita en el libro

Tecnología del Concreto y del Mortero escrito por Diego Sánchez de Guzmán en 1987 en el cual

establece dos metodologías por las cuales se puede determinar las cantidades o proporciones para

el diseño de mezcla de concreto. Para este trabajo de investigación se desarrolló el diseño por el

método grafico el cual tiene como referencia una curva de gradación recomendada. No se utilizó

la metodología A.C.I 211 pues este método se usa cuando los agregados están bien gradados y son

considerados como Agregados Controlados los cuales tienen estrictos estándares de calidad y son

producidos en planta que realizan este tipo de controles (Snachez De Guzman, 2001).Para este

caso, el agregado tanto fino como grueso se adquirió en una ferretería, por lo cual, la procedencia

de este agregado no es conocida ni tampoco es sabido si el material tiene controles de calidad. Por

esto se seleccionó el método grafico como el adecuado para realizar el diseño, tanto para el

concreto sin material de reemplazo como para el concreto con 2 diferentes porcentajes de material

de reemplazo con hueso triturado.

Durante el procedimiento, fue necesario escoger algunos valores de tablas especificadas en el libro

Tecnología del Concreto y del Mortero:

a. Selección del Asentamiento: Se seleccionó un asentamiento dentro el rango de 50-

100 milímetros, dado que el sistema de colocación es manual y se desea obtener

una consistencia media.

b. Selección del Tamaño Máximo del Agregado: El agregado que se dispone es

apropiado pues tiene un tamaño máximo nominal de 12,5 mm y un tamaño máximo

de 19.0 mm lo que dio resultado del ensayo de granulometría de agregado grueso,

en el (Anexo 3), se puede ver el detalle de la caracterización de los agregados. El

50

tamaño máximo del agregado se seleccionó previamente a la elaboración del diseño

de mezcla por medio de la caracterización de los materiales (Anexo 3) puesto que

era necesario cumplir con un parámetro importante de la Norma Técnica

Colombiana (NTC) – 1377. Elaboración y Curado de Especímenes de Concreto

para Ensayos de Laboratorio, numeral 4.4 donde se especifica el tamaño del

espécimen de acuerdo con el tamaño del agregado. Allí se establece que el tamaño

mínimo del espécimen tiene que ser 3 veces el tamaño máximo nominal del

agregado. el tamaño máximo nominal es menor que el tamaño máximo del

agregado por lo cual se cumple lo especificado por la norma debido a que el tamaño

del espécimen es de 4 pulgadas x 8 pulgadas (10cm x 20cm).

c. Estimación del Contenido de Aire: Este concreto no va a tener aire incluido ya

que su desarrollo se dará en condiciones controladas (laboratorio), por lo cual

contendrá únicamente el aire naturalmente atrapado. De acuerdo con esta

especificación y según el tamaño máximo nominal del agregado que es de 1/2”

(12.5mm), se determinó el porcentaje en volumen del contenido de aire

naturalmente atrapado, equivalente a un 2.5%.

d. Estimación del Contenido de Agua de Mezclado: De acuerdo con el

asentamiento escogido, el tamaño máximo del agregado, además de la presencia de

aire naturalmente atrapado, se determina el contenido de agua para la mezcla. Como

se tienen agregados de caras fracturadas para el agregado grueso y textura irregular

por ser de río, además, para esto, el tamaño máximo del agregado grueso es de ¾”

51

(19,0 mm) con un asentamiento de 5.0 cm y obtuvimos que el contenido de agua

para esta mezcla por metro cubico de concreto es de 187 Kg/m3.

e. Determinación de la Resistencia de Diseño: Para el presente ensayo, se ha

determinado una resistencia del concreto de 14Mpa (2000 PSI), a fin de utilizar y

evaluar las probetas, esto con el fin de brindar análisis adicionales a los ejecutados

anteriormente y establecer una resistencia de diseño baja, donde se garantiza una

proporción de cemento más baja y se pueden observar mejor las características o

debilidades que puede presentar el uso de hueso de res triturado como aditivo a los

diseños de mezcla convencionales.

𝑓´(𝑐) = 142.76 Kg/cm^2

f. Selección de la Relación Agua-Cemento: Con base a los resultados obtenidos en

los ensayos de clasificación para el cemento se f´(c)= 142.76 Kg/cm^2 obtenida,

por lo cual se estableció una relación agua-cemento de A/C =0.558

g. Cálculo del Contenido de Cemento: Este valor se obtiene de la división del

contenido de agua de mezclado y la relación agua-cemento. En este caso, el

contenido de agua de mezclado es de 187 Kg/m3 y la relación agua-cemento se

estableció en 0,558; por lo cual el valor del contenido de cemento corresponde a

335.12 (Kg/cm3) por cada m3 de concreto.

52

Estimación de las Proporciones de los Agregados: Para obtener las debidas

proporciones de agregados, se utilizó el método grafico puesto que, como se había

aclarado, la procedencia del agregado es desconocida por lo cual se considera un

Agregado No Controlado y Desconocido. En la (Figura 18) se muestran los

porcentajes de agregado grueso y agregado fino correspondiente a la mezcla de

concreto con la cual se describe que el 44% del agregado total usado para la mezcla

es agregado grueso natural y el 56% se destina para el agregado fino de la mezcla,

esto después de someter los porcentajes que pasan de agregado grueso y fino a las

condiciones dadas por el método gráfico obteniendo la siguiente figura:

Figura18. Porcentaje de Agregado Grueso y Fino Destinado

para la Mezcla de Concreto.


h. Ajuste por Humedad en los Agregados: Se realizan las respectivas correcciones

por humedad natural de los agregados puesto que poseen cierta humedad que está

53

presente y que puedan alterar de cierta manera las proporciones que se necesitan de

los materiales al momento de realizar el proceso de fundición. Los valores de

humedad, absorción y demás se encuentran en la caracterización de los agregados

en donde se establecieron las densidades, pesos secos, pesos húmedos, entre otros.

% ARENA = 56 % =0,56

% GRAVA = 44 % = 0,44

Para el siguiente cálculo los datos de volumen de agregados los encontramos en el diseño de

mezcla anterior.

Volumen de los agregados por metro cúbico de concreto:

V agregados= 1- (Vcemento + Vaire + Vagua)

V agregados= 1- ( 0.138+ 0.025 + 0.187) = 0.65m3 / m3

Para calcular los pesos secos respectivos ser debe conocer la densidad aparente promedio.

Como la densidad aparente de la grava (dg = 2240 Kg/m3) y la densidad aparente de la arena (df

= 2520 Kg/m3), se emplea la expresión:

dprom= (% ƒ)*(d ƒ)+(% g)*(d g)

dprom= (0,56*2520) + (0,44*2240)

dprom= 1411 + 98.56

dprom= 2396 Kg/m3

Ahora:

Wgrava = (d prom)*(Vt )*(%g)

Warena =(d prom)*(Vt )*(%f )

54

Vt = volumen de agregados.

Wgrava =2396*065*0.44= 685,52Kg /m3

Warena =2396*065*0.56=872,14Kg /m3

De esta forma queda determinados todos los ingredientes de la mezcla.

Ajuste por Humedad de los Agregados Para la Mezcla # 1

GRAVA: Absorción = 4.2%, Humedad = 1,74%

ARENA: Absorción = 0.7%, Humedad = 4,2%

Los pesos húmedos de los agregados son:

MHgrava =685,52*(1+0.0174) = 697,44Kg / m3

MHarena = 872,14*(1+ 0.0420) = 908,76Kg / m3

Entonces el agua en exceso o defecto es:

Para la grava:

Agrava = 685,52*(0,0174-0,042) =16,863Kg

Para la arena:

Aarena =872,14*(0,0420-0,007) = 30,524Kg

Entonces

A =30,524-16,863=13,661Kg

Por lo tanto, el agua de mezclado será:

Amezclado =187-13,661=173,33Kg /m3

55

3.2.4.1. Proporción de Agregados para el Diseño de Mezcla Convencional

4. PESOS TOTALES Y VOLUMENES ABSOLUTOS

4.1.Volúmenes Totales Utilizados por m3 de Concreto.

A continuación, se presenta el cálculo obtenido por m3 de concreto según el diseño

de mezcla y las proporciones definidas en el numeral 3.2.4 del presente documento :

INGREDIENTES

PESO

SECO Kg/m3

PESO

ESPECIFICO

gr/cm3

VOLUMEN

ABSOLUTO L/m3

Cemento 415 3 138

Agua 187 1 187

Contenido de aire 0 0 0.025

Agregado grueso 685,52 2240 306

Agregado fino 872,14 2520 346

Total 2159,66 980

CORRECCION POR HUMEDAD

MATERIAL CANTIDAD KG

Cemento 415 Kg

Agua 173,33Kg

Agregado Grueso 697,44Kg

Agregado Fino 908,76Kg

Tabla 5. Peso Seco, Gravedad Especifica y Volumen Absoluto por 1 Metro Cubico de Concreto

Convencional y Corrección por humedad.

56

Reemplazo de Agregado Grueso Por Hueso De Res Triturado:

Teniendo los valores de la cantidad exacta de agregado grueso para el diseño de la mezcla, se

procede a hacer los respectivos reemplazos de agregado por hueso de res triturado.

W1 agregado grueso=685,52Kg/m3

Los porcentajes de reemplazo para el proyecto son: 10%, 13% entonces:

W10% = 685,52- (685,52*10%) =616,96Kg /m3

Wag grueso10% =616,96Kg /m3

WHueso 10% = 68,55 Kg /m3

W13% = 685,52- (685,52*13%) =596,40Kg /m3

Wag grueso 13% =596,40Kg /m3

WHueso 13% = 89,11 Kg /m

Control de la Humedad de los Materiales Pétreos

Los materiales pétreos (grava y arena) cambian de humedad, por esta razón se hicieron varios

ensayos de humedad y sus correspondientes ajustes.

Ajuste de la Humedad de los Materiales de la Mezcla

La nueva humedad de los agregados gruesos y finos es:

WGrava = 1,121 % = 0,01121

57

wArena = 3,57 % = 0,0357

Ensayos de Humedad de los Materiales Pétreos

Los materiales pétreos (grava y arena) cambian de humedad, por esta razón se hicieron varios

ensayos de humedad y sus correspondientes ajustes. Los pesos húmedos de los agregados son:

MHgrava =685,52*(1+ 0,01121) =693,20Kg / m3

MHarena =872,14*(1+ 0,0357) = 903,27Kg / m3


Para la grava:

Agrava =685,52*(0,01121-0,042) =21,10Kg

Para la arena:

Aarena =872,14*(0,0357- 0,007) = 25,03Kg

Entonces:

Atotal =25,03- 21,10= 3,93Kg


Amezclado =187-3,93=183.07Kg / m3

Amezclado =183,07Kg / m3

58

4.1.1.1. Proporciones de Agregados en Mezcla de Concreto Modificado

Teniendo en cuenta el procedimiento para realizar la mezcla de concreto convencional, se pretende

realizar el paso a paso del diseño de la mezcla de concreto modificado usando hueso triturado

como parte del agregado grueso de la mezcla. Para esta investigación se realizaron pruebas para

mezclas con hueso triturado como agregado grueso con porcentajes de 10% y 13% del total del

agregado.

Proporciones y Cantidades Concreto Modificado Con 10% De Agregado Grueso De Hueso

Triturado Y 90% De Agregado Grueso Natural.

INGREDIENTES

PESO SECO

Kg/m3

PESO ESPECIFICO

gr/cm3

VOLUMEN

ABSOLUTO L/m3

Cemento 415 300 138

Agua 187 100 187



Hueso de res triturado 10% 68,55 169 40,56


Total 2227,69 1017

59



Cemento 415Kg

Agua 183,07Kg


Agregado Fino 903,27Kg

Agregado grueso hueso triturado 69,31 Kg

Tabla 6. Proporciones y Cantidades Concreto Modificado Con 10% De Agregado Grueso de Hueso


Ajuste de la Humedad de los Materiales de la Mezcla #2

La nueva humedad de los agregados gruesos y finos es:

WGrava = 0,77 % = 0,0077

WArena = 4,16 % = 0,0416

Los pesos húmedos de los agregados son:

MHgrava =685,52*(1+ 0,0077) =690,79Kg / m3

MHarena =872,14*(1+ 0,0416) = 908,42Kg / m3


Para la grava:

Agrava = 685,52*(0,0077-0,042) = 23,99Kg

Para la arena:

Aarena =872,14*(0,0416- 0,007) = 30,17Kg

Entonces

60

Atotal = 30,17- 23,99 = 6,18Kg


Amezclado =187-6,18=180,82Kg /m3

Proporciones y Cantidades Concreto Modificado Con 13% De Agregado Grueso De Hueso


INGREDIENTES

PESO SECO

Kg/m3

PESO ESPECIFICO

gr/cm3

VOLUMEN

ABSOLUTO L/m3

Cemento 415 300 138

Agua 187 100 187



Hueso de res triturado 13% 89,11 169 52,72


Total 2248,77 1029

61



Cemento 415 Kg

Agua 180,82Kg


Agregado Fino 908,42 Kg

Agregado grueso hueso triturado 89,79 Kg

Tabla 7. Proporciones y Cantidades Concreto Modificado Con 13% De Agregado Grueso de Hueso


4.1.2. Procedimiento de Fundición y Curado de los Cilindros

Para el procedimiento de fundición de los cilindros, se tuvo en cuenta la norma técnica NTC –

1377 numeral 4.5 como guía para la determinación de cilindros que fueron fundidos teniendo en

cuenta cada porcentaje de agregado y los cilindros testigos. La norma establece que, para estas

pruebas, el número mínimo de cilindros por cada edad de ensayo son 3.

Para el estudio establecieron 9 cilindros para cada edad de ensayo (28,42 y 56 días) y 9 cilindros

para cada porcentaje de variación del agregado grueso con respecto al contenido de hueso de res

triturado (0%, 10% y 13% de reemplazo del agregado grueso), para un total de 81 cilindros,

distribuidos de la siguiente forma:

62

Tabla5. Cantidad de Cilindros de Muestra para el Diseño de Mezcla de Concreto en

0%,10% y 13% de hueso triturado.

Cilindros de Concreto para los Diferentes Diseños de Mezcla (piscinas de laboratorio)

Número de Muestras Edad de ensayo (días)

27 (9 para 0%, 9 para 10% y 9 para 13%) 28

27 (9 para 0%, 9 para 10% y 9 para 13%) 42

27 (9 para 0%, 9 para 10% y 9 para 13%) 56

Nota: Elaboración Propia

Para la investigación se resolvió utilizar 9 cilindros de muestra para cada porcentaje de agregado

a evaluar, y para cada edad definida, con el fin de obtener un rango más alto de evaluación y valorar

cualquier cambio que puedan presentarse en la prueba de resistencia a la compresión. Inicialmente

se procedió a realizar la fundición de los cilindros testigos para evaluar la resistencia a la

compresión y realizar la verificación resistencia de diseño determinada.

Procedimiento de Diseño de Mezcla

Basándose en la norma técnica NTC 1377 que especifica la manera adecuada para la elaboración

de muestras para ensayos de laboratorio, se procedió a realizar la mezcla de los materiales. Para el

proceso de mezclado se utiliza un equipo mezclador y se tiene en cuenta de principio a fin cuales

son los agregados que se debe adicionar en proporción en su respectivo orden.

63

1. Inicialmente se adiciona el agregado grueso y una cantidad proporcional de agua a la

mezcladora.

2. Posteriormente se realiza el proceso de mezclado

3. Se adiciona el agregado fino y el cemento y se mezcla por un tiempo

4. Se adiciona el agua restante

5. Se procede a mezclar durante 3 minutos los agregados completos en la mezcladora, luego

se para la mezcladora durante 3 minutos y finalmente se mezcla nuevamente durante 2

minutos.

Medida de Asentamiento

Conforme a la norma técnica NTC 396, para dar seguridad de que la medida estipulada en el diseño

de la mezcla corresponda a la medida de la mezcla (50 – 100 milímetros).

La mezcla se vertió en 3 capas, apisonado cada capa con 25 golpes usando la varilla y golpeando

cada capa con el mazo. Después de las 3 capas, se enrasó la superficie con una capa delgada de

pasta de cemento y con ayuda de un palustre. El desencofrado de los moldes se hizo también

conforme a la norma la cual estipula que se tiene que realizar el desencofre de los cilindros 24

horas +/- 8 horas después de la fundición, ver (Figura 19).

64

Figura19. Cilindros de Concreto con %13

de Agregado de Hueso de Res Triturado en

Formaleta, Pendientes por Desencofrar


Proceso de Curado

Posteriormente al desencofrado de los cilindros, se sumergieron en una piscina para realizar el

proceso de curado. Para esto, se llenó una piscina de agua mezclada con oxido de calcio (3 gramos

por cada litro de agua) para introducir los cilindros durante un periodo de tiempo (periodo de

tiempo determinado para cada muestra).

Figura20. Proceso de Curado de los

Cilindros de Concreto con Hueso Triturado

como Reemplazo de Agregado Grueso


4.1.3. Procedimiento para Ensayo de Resistencia a la Compresión de Los Cilindros

Basándose en la norma técnica NTC – 673 se realizaron los ensayos a cada uno de los cilindros de

muestra para la determinación de la resistencia a la compresión. Con ayuda de un calibrador digital,

65

se calcularon las medidas de diámetro y altura, para los cuales se tomaron 3 datos para cada medida

y obtener una medida promedio, al igual que se obtuvo el peso para cada una de las nuestras.

Finalmente se realizó el montaje de los cilindros al equipo de compresión usando anillos de

retención en el cilindro en la parte superior e inferior para sujetarlo, ubicándolo en la parte central

de la placa del equipo para evitar una carga excéntrica al cilindro y evitar alterar los resultados de

resistencia a la compresión. Realizando el procedimiento de compresión de la muestra, se realizaba

la toma de los datos en cuanto a tiempo y carga suministrada por el equipo. Al llegar al punto de

falla de la muestra, el procedimiento terminaba con la obtención de la máxima carga en punto de

falla, ver (Figura 21). Se deben describir características físicas de la muestra como la forma de las

fracturas y el comportamiento de los agregados en la mezcla.

Figura21. Forma de la falla Transversal de un cilindro con 10% de

agregado de Hueso Triturado


4.1.3.1. Fallas Encontradas en Muestras Expuestas a Esfuerzos de Compresión

La norma técnica NTC 673 presenta el tipo de fallas que se generan al exponer una muestra de

concreto a un esfuerzo de compresión. Los tipos de fallas después de realizado el experimento con

66

la totalidad de los cilindros, se pueden clasificar en cualquiera de las que se presentan a

continuación:

1. Tipo 1: Conos razonablemente formados en ambos extremos, fisuras a través de los

cabezales de menos de 25 mm (1 pulgada).

2. Tipo 2: Conos bien formados en un extremo, fisuras verticales a través de los cabezales,

cono no bien definido en el otro extremo.

3. Tipo 3: Fisuras verticales en columna das a través de ambos extremos, conos mal formados

4. Tipo 4: Fractura diagonal sin fisura a través de los extremos; golpee suavemente con un

martillo para distinguir de tipo 1

5. Tipo 5: Fracturas en los lados en las partes superior o inferior (ocurre comúnmente con

cabezales no adheridos)

6. Tipo 6: Similar a tipo 5 pero el extremo del cilindro es puntiagudo

Figura22. Tipos de Fallas Típicos para los

Cilindros a Compresión.

Fuente: Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, (2010)

67

5. RESULTADOS

5.1. Resultados A Compresión De Los Cilindros De Concreto Convencional.


agregado grueso (28 días).

Las pruebas iniciales se realizaron para la mezcla de concreto convencional (sin ningún porcentaje

de reemplazo del agregado grueso en la mezcla) con el fin de comprobar que el diseño de la mezcla

es el adecuado conforme a las características de diseño, y evitar que se presenten alteraciones en

las pruebas posteriores en donde se utilizaran como aditivo al agregado grueso hueso de res

triturado en diferentes porcentajes de reemplazo.

Tabla6. Resultados de Ensayo de Cilindros de Concreto Fallados a los 28 días

RESULTADOS

ENSAYOS 28 DIAS 0% CONCRETO CONVENCIONAL

# DE CILINDRO 1 2 3 4 5 6 7 8 9

PESO (kg) 3,92 3,87 3,86 3,88 3,87 3,91 3,98 3,76 3,81

TIEMPO (S) 47 24,5 34,8 31,7 55,6 35,9 20,6 40,7 36,4

ALTURA (mm) 203,87 204,11 205,59 206,75 203,25 205,37 205,09 201,5 202,9

DIAMETRO(mm) 103,53 101,7 102,64 102,39 102,13 103,59 103,81 103,1 102,13

ÁREA (mm^2) 83103 81418 82799 82931 81556 83649 83771 81921 81444

EDAD DIAS 28 28 28 28 28 28 28 28 28

CARGA (KN) 126,9 137,3 119,4 137,4 154,3 129,7 146,8 113,2 156,9

RESISTENCIA(MPa) 15,65 16,94 14,76 16,95 19,03 16 18,11 13,96 19,35

TIPO DE FALLA 1 2 2 2 3 1 3 1 3


68

La tabulación de los datos realizada en la tabla anterior, representa los datos tomados a los 9

cilindros ensayados (cilindros de concreto sin ninguna modificación de la mezcla) a una edad de

28 días. En la prueba de resistencia a la compresión, el equipo que utilizó registro el tiempo de

duración y la carga sobre el cilindro. En este caso los cilindros estuvieron expuestos a una carga

dentro del rango de los 113.2 KN (Cilindro # 8) hasta los 156.9 KN (Cilindro # 9). De acuerdo

con los resultados obtenidos, los cilindros evaluados presentaron una resistencia a la compresión

con la que fueron diseñados (14 MPa) a excepción del cilindro # 8 que presento una resistencia de

13,96 MP. En promedio se alcanzó una resistencia a la compresión de 16.75 MPa (dato

obtenido a partir del promedio de resistencia de las diferentes probetas ensayadas para 0% de

aditivo de reemplazo y 28 días de fraguado.

Figura23. Carga Vs Tiempo de ensayo de cilindros de concreto convencional con edad de 28 días.


En cuanto al tipo de fallas, los cilindros presentaron una variedad de ellas, evidenciando una

tendencia entre fallas de tipo 1, 2 y 3. Las fallas de tipo 2 y 3 prevalecen presentando fisuras

verticales encolumnadas con conos definidos y no muy bien definidos en ambos casos.

0

50

100

150

200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Car

ga (

kN)

Tiempo (s)

28 DIAS 0% CONCRETO CONVENCIONAL

Cil 4 Cil 3 Cil 6 CIL 7 CIL 5 CIL 1 CIL 8 CIL 2 CIL 9

69



Tabla7. Resultados de Ensayo de Cilindros de Concreto Fallados a los 42 días.

RESULTADOS


# DE CILINDRO 1 2 3 4 5 6 7 8 9

PESO (kg) 3,65 3,76 3,76 3,73 3,76 3,65 3,84 3,77 3,78

TIEMPO (S) 57,4 34,2 47,8 55,1 17,3 87 38,5 18,4 54,6

ALTURA (mm) 201 205,1 207,25 202,62 204,2 197,41 205,05 202,9 204,8

DIAMETRO(mm) 103,67 101,25 102,16 102,15 101,01 103,5 104,14 102,38 103,35

ÁREA (mm^2) 82304 81301 82868 81373 80785 80975 84078 81683 83231

EDAD DIAS 42 42 42 42 42 42 42 42 42

CARGA (KN) 107,5 133,4 119,9 145,2 159,9 98,1 113 156,9 113,2

RESISTENCIA(MPa) 13,26 16,45 14,79 17,75 20,1 11,99 13,94 19,35 13,96

TIPO DE FALLA 2 1 1 4 1 4 4 3 2


Los cilindros con edades de 42 días estuvieron expuestos a una carga dentro del rango de los 98.1

KN (Cilindro # 6) hasta los 159.9 (Cilindro # 5), obteniendo en promedio resultados en

resistencia a la compresión de 15.73 MPa. Para el tipo de fallas al igual que el ensayo anterior

de 28 días, se presentó una el predominio de las fallas tipo 2 en donde se evidencia fisuras

verticales a través de los cabezales con formación de conos en uno de sus extremos. También se

presentó fallas tipo 4 que evidencian fractura diagonal sin fisura.

70

Figura24. Carga Vs Tiempo de ensayo de cilindros de concreto convencional con edad de 42 días.




Tabla8. Resultados de Ensayo de Cilindros de Concreto Fallados a los 56 días

RESULTADOS


# DE CILINDRO 1 2 3 4 5 6 7 8 9

PESO (kg) 3,72 3,66 3,68 3,73 3,76 3,66 3,81 3,77 3,87

TIEMPO (S) 18,4 31,2 42,3 62,1 88,1 36,9 28,6 50,7 55,3

ALTURA (mm) 203,5 204 202,81 202,66 201,83 204,78 204,76 201,13 203,25

DIAMETRO(mm) 101,8 101,8 102,97 102,16 101 104,7 102,8 103,38 101,84

ÁREA (mm^2) 81319 81479 82220 81395 80024 84534 82686 82069 81278

EDAD DIAS 56 56 56 56 56 56 56 56 56

CARGA (KN) 153,9 149,9 143,7 156,2 138,4 121,8 132,7 139,8 120,2

RESISTENCIA(MPa) 18,98 18,49 17,72 19,06 18,88 14,86 15,99 16,84 13,72

TIPO DE FALLA 1 1 4 3 1 4 3 2 3

Nota: Elaboración Propia.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Car

ga (

kN)

Tiempo (s)


CIL 1 CIL 2 CIL 3 CIL 4 CIL 5 CIL 6 CIL 7 CIL 8 CIL 9

71

Los cilindros de prueba de concreto convencional (cilindros de concreto sin ninguna modificación

de la mezcla) con una edad de 56 días, presentaron cargas aplicadas entre 120.2 KN (Cilindro #

9) hasta 156.2 KN (Cilindro # 4), y una resistencia promedio de 17.17 MPa. Los tipos de falla

que se presentaron, corresponden 2 y 3, con prevalencia de la falla tipo 2, presentando fisuras

verticales columnares y cono bien definido en uno de sus extremos.

Figura25. Carga Vs Tiempo de ensayo de cilindros de concreto convencional con edad de 56 días


Teniendo en cuenta los resultados de la evaluación para la mezcla de concreto convencional (0%

de aditivo de hueso de res) en las edades predeterminadas (28, 42,56 días), se pudo evidenciar que

la resistencia a la compresión presento un mejor resultado en cilindros muestra de 56 días de edad,

evidenciando un promedio de 17.17 MPa un valor 3 MPa por encima de la resistencia de diseño al

igual que la edad de falla de 28 días donde se obtuvo 16.75 MPa en promedio. para la edad de 42

días donde se obtuvo un promedio de resistencia de las muestras de 15.53 MPa, aunque un poco

menor cumple con las condiciones de diseño y las supera. Se evidenció al observar los tipos de

falla que a excepción de la edad de 28 días que presento fallas predominantes de tipo 1, las edades

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Car

ga (

kN)

Tiempo (s)



72

de 42 y 56 días presentaron en general fallas tipo 2, en las cuales evidencian fracturas verticales

de un extremo y conos bien definidos en el otro extremo. Esto puede presentarse debido a la

realización del proceso de mezcla (procedimiento en la adición de cada uno de los agregados y la

mezcla) no fue bien realizada, presentando una mala distribución de los agregados. Esto se pudo

presentar por el tipo de mezclado que en algunos casos se realizó de manera manual.

En general se pudieron presentar algunas fallas en la realización de la mezcla y producción de los

cilindros, pero que finalmente no influyeron en los resultados en cuanto que la resistencia a la

compresión de la mezcla realizada supera las condiciones de diseño en sus diferentes edades, lo

que concluye en que el diseño de mezcla calculado fue eficiente (en cuanto al porcentaje de

agregados gruesos y finos y su caracterización), por lo cual se puedo continuar con la construcción

de los cilindros con el mismo diseño de mezcla, pero con porcentajes de reemplazo del agregado

grueso y así evaluar de una manera más confiable los resultados siguientes que arroje la

investigación.

5.2. Resultados de Ensayo de Compresión de las Muestras Fundidas con Diseño de Mezcla

Modificado al 10% de Agregado Grueso con Hueso Triturado.

5.2.1. Cilindros de concreto modificado10% de hueso de res triturado como reemplazo del


Realizando las pruebas para los 9 cilindros fabricados con el diseño de mezcla modificada al 10%

de agregado grueso con hueso triturado de edad de 28 días, presentó los siguientes resultados:

73

Tabla9. Resultados de Ensayo de Cilindros de Concreto con 10% de Aditivo Fallados

a los 28 días

RESULTADOS

ENSAYOS 28 DIAS 10% DE AGREGADO GRUESO CON HUESO DE RES TRITURADO

# DE CILINDRO 1 2 3 4 5 6 7 8 9

PESO (kg) 3,85 3,78 3,78 3,8 3,81 3,61 3,83 3,78 3,8

TIEMPO (S) 57,5 23,8 28,1 28,3 19,2 45,5 30,9 42,8 40,8

ALTURA (mm) 203,18 203,18 201,52 203,72 204,25 203,95 203,4 206,72 203,37

DIAMETRO(mm) 101,42 102,42 103 103,2 102,11 102,6 103,17 102,07 101,2

ÁREA (mm^2) 80854 81812 81832 82736 81857 82232 82603 82610 80704

EDAD DIAS 28 28 28 28 28 28 28 28 28

CARGA (KN) 42,5 107 107,3 97,6 101,6 57,4 111 93 103,5

RESISTENCIA(MPa) 2,33 12,99 13,57 12,04 12,53 7,08 13,69 11,47 12,77

TIPO DE FALLA 2 2 2 4 2 2 1 2 2


Se pudo evidenciar cargas aplicadas en un intervalo de 42.5 KN (Cilindro #1) hasta 107.3 KN

(Cilindro # 3), es decir la resistencia a la compresión conseguida por los cilindros en la edad

de 28 días en promedio es de 10.94 MPa. Las fallas presentes en las muestras, predominaron las

fallas tipo 2, muy similares a las pruebas realizadas en la mezcla convencional, las cuales pueden

evidenciar inicialmente errores en el momento de la fabricación de los cilindros, principalmente

por la presencia de elementos (fragmentos de hueso triturados) con caras alargadas, aplanadas y

lisas. Se evidencia una caída del 21.9 % de la resistencia a la compresión en comparación con

el diseño de mezcla.

74

Figura26. Carga Vs Tiempo de ensayo de cilindros de concreto modificado al 10% con edad de 28

días.




Realizando las pruebas para los 9 cilindros de muestra fabricados con el diseño de mezcla

modificada al 10% de agregado grueso con hueso triturado de edad de 42 días, presento los

siguientes resultados:

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 110,00

Car

ga (

kN)

Tiempo (s)

28 DIAS 10% DE AGREGADO GRUESO CON HUESO DE RES TRITURADO


75


a los 42 días.

RESULTADOS


# DE CILINDRO 1 2 3 4 5 6 7 8 9

PESO (kg) 3,67 3,71 3,7 3,62 3,58 3,54 3,45 3,63 3,86

TIEMPO (S) 41,2 35,3 31,2 36,1 26,8 28,3 37,7 39,1 31,5

ALTURA (mm) 202,7 200,13 200,9 201,5 202,46 206,04 200,14 204,7 202,19

DIAMETRO(mm) 103,33 101,45 101,8 101,84 101,74 102,45 102 102,57 103,33

ÁREA (mm^2) 82530 79911 80488 80718 80930 82760 80435 82445 82365

EDAD DIAS 42 42 42 42 42 42 42 42 42

CARGA (KN) 283,4 87,1 67,1 78,1 103,5 101,58 269,9 232,8 164,8

RESISTENCIA(MPa) 34,96 10,74 8,2 9,63 12,77 11,88 33,29 28,71 20,33

TIPO DE FALLA 2 2 4 2 2 2 2 2 2


Se evidencian cargas aplicadas en un intervalo de 67.1 KN (Cilindro #3) hasta 269.9 KN

(Cilindro # 7), es decir la resistencia a la compresión conseguida por los cilindros en la edad

de 42 días en promedio es de 18.94 MPa. Igual la evaluación de las muestras de la mezcla

convencional (0% de agregado), las muestras presentan predominio en fallas tipo 1 y 2. Los

resultados presentan una variedad en la resistencia en la compresión de las muestras, con resultados

superiores a la compresión de la mezcla (14 MPa). Se exhiben resultados de 34,96 MPa como la

máxima resistencia a la compresión, presentando una resistencia muy por encima a la resistencia

del diseño de mezcla. En relación de la resistencia a la compresión entre el diseño de mezcla y el

promedio obtenido por la evaluación de los cilindros de prueba, hubo un aumento del 26% en la

compresión en los cilindros de prueba con el agregado. Presento un aumento del 16,9% en la

76

resistencia a la compresión de promedio a comparación con la obtenida en la mezcla convencional

(0% de presencia de hueso de res triturado) evaluada a la edad de 42 días. También se presentan

en mayor proporción muestras con resistencia a la compresión por debajo del diseño de mezcla,

presentando resultados de 8,2 MPa como la resistencia a la compresión más baja que se presentó

en las muestras evaluadas.


días.





modificada al 10% de presencia de hueso de res triturado en reemplazo del agregado grueso para

la edad de 56 días, presento los siguientes resultados.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220

Car

ga (

kN)

Tiempo (s)


Cil 1 Cil 2 Cil 9 cil 3 cil 4 cil 5 cil 7 cil 8

77


a los 56 días.

RESULTADOS


# DE CILINDRO 1 2 3 4 5 6 7 8 9

PESO (kg) 3,68 3,58 3,66 3,68 3,55 3,57 3,69 3,63 3,48

TIEMPO (S) 45,6 40,9 32,5 36,9 46,1 48,8 54,6 43,9 45,2

ALTURA (mm) 204,24 204,24 203,11 203,14 202,91 202,1 202,71 203,36 203,03

DIAMETRO(mm) 102,99 102,69 101,35 103,36 102,11 101,2 102,8 102,7 102,1

ÁREA (mm^2) 82702 82413 80764 82702 81428 80300 82025 82138 81457

EDAD DIAS 56 56 56 56 56 56 56 56 56

CARGA (KN) 67,6 86,9 73 79,8 96,9 76,3 78,7 57,9 79,8

RESISTENCIA(MPa) 8,34 10,72 9 9,51 11,55 9,09 9,48 6,98 9,84

TIPO DE FALLA 2 3 3 1 2 1 1 1 1


Se evidencian cargas aplicadas en un intervalo de 57.9 KN (Cilindro #1) hasta 96.9 KN (Cilindro

# 5), lo cual representa una resistencia a la compresión conseguida por los cilindros en la edad de

56 días en promedio es de 9.39MPa. Las muestras evaluadas presentan predominio en fallas tipo

1, evidenciado conos bien definidos en ambos extremos, al igual que falla tipo 2 y 3 en menor

proporción, posiblemente por baja segregación de los agregados.

Los resultados presentan una variedad en la resistencia a la compresión en los cilindros muestra,

con resultados inferiores al diseño de mezcla (14MPa). Se exhiben resultados de 6.98 MPa

(cilindro # 8) como la resistencia a la compresión más baja de las muestras evaluadas. La

compresión promedio tuvo una disminución del 45,3 % a comparación con la resistencia a

78

compresión de la mezcla convencional (0% de presencia de hueso de res triturado) a la edad

de 56 días. En general las muestras evaluadas no superaron la resistencia a la compresión del

diseño de mezcla (14MPa), exhibiendo 11.55 MPa (cilindro #5) su más alta compresión en la

evaluación de las muestras.


días.


En conclusión, para los cilindros fallados con 10% de material aditivo se encuentran dos puntos

de vista extremos a evaluar, por un lado, para la edad de 42 días se presentaron resultados de

resistencia promedio de 18.94 MPa, correspondiente a 4.94MPa por encima de la resistencia de

diseño. Sin embargo, para las edades de 28 y 56 días se presentaron valores promedio de resistencia

de 10.94 MPa y 9.39 MPa respectivamente, entre 3 y 4.4 MPa por debajo del diseño de mezcla,

para determinar los posibles factores de la ocurrencia de este evento, se procedió a revisar los tipos

de falla, encontrando que para la edad de 42 días los tipos de falla predominantes son 1 y 2,

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0

Car

ga (

kN)

Tiempo (s)


Cil 1 Cil 2 Cil 3 cil 4 cil 5 cil 6 cil 7 cil 8 cil 9

79

mostrando mayor cohesión entre los agregados. En las edades de 28 y 56 días predominaron los

tipos de falla 2 y en especial 3, lo que indica falla con muchas fisuras verticales posiblemente por

la inadecuada cohesión y adherencia entre los agregados de la mezcla, al realizar un análisis más

detallado de los registros fotográficos de las fallas se concluye que para las edades de 28 y 56 días,

el hueso de res triturado utilizado como aditivo de reemplazo en 10% del agregado grueso puede

ser un posible generador de las fisuras en muchos de los casos, evidenciado al no presentar el

fracturamiento de los agregados sino el desprendimiento de los mismos.

5.3. Resultados de Ensayo de Compresión de las Muestras Fundidas con Diseño de

Mezcla Modificado al 13% de Agregado Grueso con Hueso Triturado.

5.3.1. Cilindros de concreto modificado13 % de hueso de res triturado como reemplazo del


Realizando las pruebas para los cilindros de muestra fabricados con el diseño de mezcla

modificada al 13% presencia de hueso de res triturado como reemplazo del a agregado grueso,

presento los siguientes resultados:

80


a los 28 días

RESULTADOS


# DE CILINDRO 1 2 3 4 5 6 7 8 9

PESO (kg) 3440 3450 3560 3650 3730 3690 3790 3690 3480

TIEMPO (S) 23,8 33,4 21,5 35,6 82,1 76,8 60,2 66 17,5

ALTURA (mm) 204,3 204,9 204,8 203,14 203,6 203,6 203,5 205 204,1

DIAMETRO(mm) 101,83 102,77 102,16 102,4 104,27 102,61 103,34 102,4 102,03

ÁREA (mm^2) 81604 82703 82082 81779 83730 82129 82800 82378 81732

EDAD DIAS 28 28 28 28 28 28 28 28 28

CARGA (KN) 63,42 42,73 156,8 143,1 121 120,2 107,7 114 216

RESISTENCIA(MPa) 7,8 5,88 20,99 17,65 14,93 14,83 13,28 14,06 26,64

TIPO DE FALLA 1 3 1 1 3 1 1 3 2


Se evidencian cargas aplicadas en un intervalo de 42.73 KN (Cilindro #2) hasta 216 KN

(Cilindro # 9), lo cual representa una resistencia a la compresión conseguida por los cilindros

en la edad de 28 días en promedio de 15.11 MPa. Las muestras evaluadas presentan predominio

en fallas tipo 1, evidenciado conos bien definidos en ambos extremos. Presentan fallas tipo 1 donde

se visualizan conos razonablemente formados en ambos extremos y una adecuada cohesión de los

agregados

Se presentan una variedad de resultados en la resistencia a la compresión para la evaluación de los

cilindros muestra, con resultados de 26,64 MPa como la máxima resistencia a la compresión. La

81

resistencia promedio tuvo una disminución del 9.8% en comparación con la resistencia de la

mezcla convencional (0% de presencia de hueso de res triturado). En cambio, la resistencia

promedio presento un aumento del 7,3% en comparación con el diseño de mezcla. También se

presentan en menor proporción muestras con resistencia a la compresión por debajo del

diseño de mezcla, presentando resultados de 5,88 MPa como la resistencia a la compresión más

baja presentada en la evaluación de las muestras.


días.


0

50

100

150

200

250

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00

Car

ga (

kN)

Tiempo (s)


Cil 7 Cil 8 Cil 9 cil 4 cil 5 cil 6 cil 1 cil 2 cil 3

82




modificada añadiendo 13% de hueso de res triturado en reemplazo del agregado grueso a la edad

de 42 días, presentó los siguientes resultados:


a los 42 días

RESULTADOS


# DE CILINDRO 1 2 3 4 5 6 7 8 9

PESO (kg) 3430 3450 3650 3680 3740 3760 3750 3710 3530

TIEMPO (S) 58,7 41,3 99,8 49,6 66 91 96,7 50,2 99,4

ALTURA (mm) 204,9 205,2 206,7 206 206,3 207 206,7 206,4 206,3

DIAMETRO(mm) 102,3 100,8 102,0 102,6 104,7 101,4 103,6 102,0 100,4

ÁREA (mm^2) 82248,9 80881,3 82536,2 82912,2 84984,4 82070,0 84061,9 82469,1 80882,4

EDAD DIAS 42 42 42 42 42 42 42 42 42

CARGA (KN) 218,1 85,2 250,4 150,4 114,2 153,2 156 179,9 249,3

RESISTENCIA(MPa) 26,9 10,51 30,89 18,55 14,09 18,9 19,24 22,19 30,75

TIPO DE FALLA 2 4 2 1 1 3 1 1 2


Se evidencian cargas aplicadas en un intervalo de 85.2 KN (Cilindro #2) hasta 250 KN (Cilindro

# 3), lo cual representa una resistencia a la compresión conseguida por los cilindros en la edad

de 42 días en promedio de 21,33 MPa. Las muestras evaluadas presentan predominio en fallas

tipo 1, evidenciado conos bien definidos en ambos extremos. Presentan fallas tipo 1 donde se

83

visualizan conos razonablemente formados en ambos extremos y una adecuada cohesión de los

agregados.


cilindros muestra, con resultados de 30,89 MPa como la máxima resistencia a la compresión. La

resistencia promedio tuvo un aumento de la resistencia a la compresión del 26,3% en

comparación con la resistencia de la mezcla convencional (0% de aditivo de reemplazo). En

cambio, la resistencia promedio presento un aumento del 52.35 % en comparación con el

diseño de mezcla. También se presentan una única muestra (cilindro #2) con resistencia a la

compresión por debajo del diseño de mezcla de 10,51 MPa.


días.


0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210

Car

ga (

kN)

Tiempo (s)



84




modificada añadiendo 13% de hueso de res triturado en reemplazo del agregado grueso a la edad

de 56 días, presentó los siguientes resultados:

Tabla14. Resultados de Ensayo de Cilindros de Concreto con 13% de Agregado

Fallados a los 56 días

RESULTADOS


# DE CILINDRO 1 2 3 4 5 6 7 8 9

PESO (kg) 3473,5 3478,8 3480 3670 3650 3720 3740 3710 3540

TIEMPO (S) 42,6 40,1 60,8 51,9 61,3 64,5 53,5 79,1 87,5

ALTURA (mm) 203,98 205,74 205,6 206,6 206,37 206,36 206,25 205,93 205,86

DIAMETRO(mm) 102,68 103,3 101,95 102,6 102,32 102,86 103,42 103,81 102,88

ÁREA (mm^2) 82319,0 83487,5 82135,6 83086,1 82740,5 83261,1 83769,6 84044,8 83119,0

EDAD DIAS 56 56 56 56 56 56 56 56 56

CARGA (KN) 87,5 83,1 226 148,1 144,6 184,3 102,4 133,6 274,6

RESISTENCIA(MPa) 10,79 10,25 27,88 18,27 17,84 22,73 12,63 16,48 32,65

TIPO DE FALLA 4 3 1 1 1 3 1 3 3


Se evidencian cargas aplicadas en un intervalo de 83.1 KN (Cilindro #2) hasta 274,6 KN

(Cilindro # 9), lo cual representa una resistencia a la compresión conseguida por los cilindros

en la edad de 56 días en promedio de 18.83 MPa. Las muestras evaluadas presentan predominio

85

en fallas tipo 1, evidenciado conos bien definidos en ambos extremos y presencia de fallas tipo 3

lo que indica fisuras verticales e inadecuada cohesión de los agregados.


cilindros muestra, con resultados de 32.65 MPa como la máxima resistencia a la compresión., la

resistencia promedio presento un aumento del 34,53% en comparación con el diseño de mezcla.

También se presentan una única muestra (cilindro #2) con resistencia a la compresión por debajo

del diseño de mezcla, presentando de 10,51 MPa.


días


0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230

Car

ga (

kN)

Tiempo (s)



86

5.4. Análisis de Resultados

A partir de los resultados obtenidos anteriormente, se realiza la formulación de la siguiente tabla,

la cual contiene los datos obtenidos después de promediar los resultados de los 9 cilindros de

muestra para cada uno de los escenarios de estudio, mostrando además los valores de resistencia

mínimos y máximos obtenidos en cada caso:

Tabla15. Resistencia a la Compresión Evaluada en Agregados de 0%, 10% y 13%

para Diferentes Edades (28, 42 y 56 días)

MUESTRAS

RESISTENCIA

PROMEDIO

(MPa)

MÁXIMA

RESISTENCIA A

LA COMPRESIÓN

REGISTRADA EN

UNA MUESTRA

(MPa)

MÍNIMA

RESISTENCIA A LA

COMPRESIÓN

REGISTRADA EN UNA

MUESTRA (MPa)

CONVENCIONAL (28 DÍAS) 16,75 19,35 13,96



AGREGADO 10% (28 DÍAS) 10,94 13,69 2,33

AGREGADO 10% (42 DÍAS) 18,94 34,96 8,2

AGREGADO 10% (56 DÍAS) 9,39 11,55 6,98

AGREGADO 13% (28 DÍAS) 15,11 26,64 5,88

AGREGADO 13% (42 DÍAS) 21,33 30,89 10,51

AGREGADO 13% (56 DÍAS) 18,83 32,65 10,25


Por otra parte, con el fin de realizar un marco comparativo de cada uno de los escenarios con

respecto al diseño de mezcla y a los datos obtenidos para el escenario con 0% de aditivo de hueso

de res triturado como material de reemplazo del agregado grueso, se presenta la siguiente tabla,

87

donde se puede observar la variación porcentual en cada escenario con respecto a los valores de

referencia:

Tabla16. Comparativo de la Resistencia a la Compresión Evaluada en Agregados de

0%, 10% y 13% para Diferentes Edades (28, 42 y 56 días)

MUESTRAS

COMPARATIVO ENTRE

RESISTENCIA A LA

COMPRESIÓN

PROMEDIO Y DISEÑO DE

MEZCLA (%)

COMPARATIVO ENTRE

RESISTENCIA A LA

COMPRESIÓN PROMEDIO

Y MEZCLA

CONVENCIONAL (%)

AGREGADO 10% (28 DÍAS) -21,9 -34,7

AGREGADO 10% (42 DÍAS) 26,1 16,9

AGREGADO 10% (56 DÍAS) -32,9 -45,3

AGREGADO 13% (28 DÍAS) 7,3 -9,8

AGREGADO 13% (42 DÍAS) 34,4 26,3

AGREGADO 13% (56 DÍAS) 25,7 8,8


La evaluación de la resistencia a la compresión se realizó para un diseño de mezcla convencional

(0% de aditivo de reemplazo), mezcla modificada para edades entre 28,42,56 días y para diferentes

porcentajes de agregados (10% y 13%) como lo muestra la tabla. Inicialmente se calculó una

resistencia promedio teniendo en cuenta que se obtuvieron resultados muy variables en la

realización de la práctica para cada una de las edades y cada uno de los agregados, y no se presentó

una tendencia en las evaluaciones para cada una de las pruebas. Para las mezclas convencionales

a distintas edades, se presentó una resistencia a la compresión promedio por encima a la propuesta

en el diseño de la mezcla (14MPa). Esos resultados permitieron continuar realizando la evaluación

88

con los mismos porcentajes de agua, agregados finos y gruesos, ya aplicando la modificación de

la mezcla de concreto utilizando como reemplazo del agregado grueso el hueso triturado en los

porcentajes mencionados anteriormente. Se presentaron resultados similares en la resistencia a la

compresión máxima y mínima obtenida en los cilindros de muestra en la mezcla convencional con

edades de 28 y 56 días. Aunque para la edad de 42 días no fue mucha la diferencia, si obtuvo una

compresión máxima un poco más elevada (1 MPa aproximadamente) a comparación de las otras

edades evaluadas y una compresión mínima por debajo (1 MPa aproximadamente).

Adicionalmente, en el (Anexo 1) se pueden encontrar las gráficas de carga vs deformación unitaria

donde se puede observar las cargas máximas aplicadas para las diferentes edades de falla en

función de las deformaciones.

5.4.1. Comportamiento de la Mezcla Modificada en Presencia de Triturado de Hueso como

Porcentaje de Agregado Grueso.

A nivel general se pudieron evaluar propiedades físicas como el peso; las muestras con hueso

triturado como agregado grueso, presentaron una disminución en el peso a comparación del peso

de las muestras convencionales (0% aditivo de reemplazo). Es una ventaja tener agregados más

livianos en cuanto a la manipulación en el proceso de la mezcla y el mismo transporte del mismo

agregado.

89

5.4.1.1. Obtención de resistencias a la compresión promedio que se presentan en la evaluación

de muestras

a. % 10 de Agregado Evaluado a Diferentes Edades (28, 42 y 56 días)

En las muestras evaluadas para edades de 42 días presenta una resistencia promedio de

18, 94 MPa muy superior a las otras edades evaluadas. Otro aspecto a evaluar es que

las muestras de edades de 28 y 56 días se encuentran por debajo también por la

resistencia a la compresión del diseño de mezcla (14MPa).

b. % 13 de Agregado Evaluado a Diferentes Edades (28, 42 y 56 días)

Aunque las muestras de las diferentes edades presentan resistencia a la compresión por

encima de la resistencia del diseño de mezcla, sobresale la de edad de 42 días de 21,33

MPa.

Nota: El promedio de esta propiedad se evalúa para tener un resultado más certero en los resultados

obtenidos en la prueba que se realizó. Entre más muestras se puedan evaluar el promedio de esta

propiedad se ira acercando más al resultado real, en este caso se evaluaron 9 muestras para cada

caso que según la norma NTC son una cantidad suficiente para tener un resultado viable.

90

1. Obtención de máxima y mínima resistencia a la compresión en la evaluación de

las muestras.

a. % 10 de Agregado Evaluado a Diferentes Edades (28, 42 y 56 días)

La muestra que presentó una máxima resistencia a la compresión fue la de la edad de

42 días de 34,96 MPa con una gran diferencia a comparación de las otras edades que

presentaron su máxima resistencia a la compresión por debajo a la del diseño de mezcla

(14 MPa). En cuanto a la resistencia a la compresión más baja registrada en una

muestra, se presentó en la edad de 28 días de 2,33 MPa.

b. % 13 de Agregado Evaluado a Diferentes Edades (28, 42 y 56 días)

La muestra que presento una máxima resistencia a la compresión fue la de la edad de

56 días de 32,65 MPa con poca diferencia a comparación de las otras edades que

presentaron su máxima resistencia a la compresión muy por encima de la del diseño de

mezcla (14 MPa), y presentando resultados muy similares al resultado de la edad de 56

días. En cuanto a la resistencia a la compresión más baja registrada en una muestra, se

presentó en la edad de 28 días de 2,33 MPa.

Las características particulares de estas muestras presentan peculiaridades como un buen diseño

de mezcla, un buen comportamiento en la segregación de los agregados, para el caso de una

resistencia a la compresión muy por encima a comparación del diseño de la mezcla. Para el caso

contrario se evidencia un mal procedimiento en el en el diseño de la mezcla (no se tuvieron en

cuenta el procedimiento guía para la realización de la mezcla) y a su vez presenta una alta

91

segregación en los agregados, dando como resultado evaluación en las propiedades físico

mecánicas muy pobres.

5.4.1.2. Comparativo entre resistencia a la compresión promedio y la resistencia a la

compresión de diseño de mezcla y la mezcla convencional (0% de agregado).

Se evalúa estos resultados para tener un comparativo de la obtención de datos reales en pruebas de

laboratorio con para la mezcla convencional, mezcla modificada con hueso de res triturado como

reemplazo de diferentes porcentajes de agregado grueso, y el diseño de mezcla predispuesto al

inicio de la investigación.

a. Comparativo de Resistencia a la compresión Promedio y de Diseño de Mezcla.

10% de agregado grueso reemplazado por hueso de res triturado.

Para este porcentaje de agregado se evidencio un crecimiento de la resistencia a la

compresión del 26.1 % en la edad de 42 días teniendo en cuanto a la mezcla

convencional (0% de agregado). Caso contrario se presentó para las muestras en

edades de 28 y 56 días en los que evidenciaron una gran disminución en la

resistencia a la compresión a comparación de la mezcla convencional.

13% de agregado grueso reemplazado por hueso de res triturado

Para este porcentaje de agregado se evidencio un crecimiento en la resistencia a la

compresión del % 34,54 para la edad de 42 días. De manera general la prueba

presento un resultado favorable dado que en las edades de 28 y 56 días igualmente

92

hubo un crecimiento en la resistencia a la compresión en comparación al diseño de

la mezcla propuesto.

El 13% de agregado grueso para la mezcla modificada con hueso triturado, ha obtenido los mejores

resultados en cuanto a resistencia a la compresión, específicamente en la edad de 42 días.

b. Comparativo de Resistencia a la compresión Promedio y Mezcla Convencional

(0% de agregado)

10% de agregado grueso

Para este porcentaje de agregado se evidencio un crecimiento de la resistencia a la

compresión del 16,9 % en la edad de 42 días teniendo en cuanto el diseño de mezcla.

Caso contrario se presentó para las muestras en edades de 28 y 56 días en los que

evidenciaron disminución en la resistencia a la compresión a comparación de la

mezcla convencional.

13% de agregado grueso

Para este porcentaje de agregado se evidencio un crecimiento en la resistencia a la

compresión del % 26,3 para la edad de 42 días. De manera general la prueba

presento un resultado favorable dado que en la edad de 56 días igualmente hubo un

crecimiento en la resistencia a la compresión en comparación a la mezcla

convencional. Caso contrario se presentó para la edad de 28 días que evidencia una

disminución a comparación con la mezcla convencional.

93

Aunque los resultados evaluados con respecto al diseño de mezcla son importantes, los datos

evaluados en laboratorio son indispensables a la hora de evaluar resultados (resultados de mezcla

convencional). Para este caso las muestras testigo nos sirven para evaluar que nos encontramos en

el diseño de mezcla predeterminado en la investigación, pero también da resultados de los

procedimientos realizados como el buen diseño de la mezcla para construir las muestras

(cilindros), al igual que evaluar la mezcla modificada a diferentes agregados y a diferentes edades.

5.4.1.3. Identificación de los Cilindros Muestra con Resultados Favorables para los Diferentes

Porcentajes de Agregado Grueso Evaluados en las Diferentes Edades

Anteriormente se presentaron resultados para la evaluación de los cilindros muestra con

porcentajes de %10 y %13, evaluados en edades de 28, 42, 56 días. Teniendo en cuenta estos

resultados, las muestras de cilindros con resultados más favorables fueron el de %13 de agregado

grueso evaluado en la edad de 42 días y el de %10 de agregado grueso con edad de 42 días.

De forma general estos resultados mostraron efectivo en las pruebas para la resistencia a la

compresión en cada uno de los cilindros muestra; cumplieron con la resistencia a la compresión

del diseño de mezcla y en comparación a la mezcla convencional (0% de aditivo de reemplazo)

presento también un aumento considerable en la resistencia a la compresión. Se presentaron

muestras especificas con registros de máxima resistencia a la compresión de valores muy por

encima del diseño de mezcla, lo que evidencia que con un buen proceso para el diseño de cilindros

de concreto y baja segregación de los agregados, se pueden obtener resultados muy por encima del

diseño de mezcla convencional.

94

Tabla17. Comparativo de Resistencia a la Compresión de las Muestras con

Porcentajes de Agregado de 10% y 13%, a los 42 días

Muestras

Resistencia

Promedio

(MPa)

Máxima

Resistencia a la

Compresión

Registrada en

una Muestra

(MPa)

Mínima

Resistencia a la

Compresión

Registrada en una

Muestra (MPa)

Agregado 10% (42 días) 18,94 34,96 8,2

Agregado 13% (42 días) 21,33 30,89 10,51


5.4.1.4. Viabilidad en el Uso del Triturado del Hueso como Agregado Grueso para el Diseño de

Mezcla de Concreto Convencional.

Para evaluaciones anteriores en las cuales se reemplazó con hueso de res porcentajes más elevados,

de hasta un 30% del agregado grueso a una variedad de edades de 7, 14 y 28 días, se encontraron

resultados poco satisfactorios a medida que el porcentaje de hueso incluido oba ascendiendo. LA

presente investigación se propuso evaluar valores de reemplazo por debajo del 15% del agregado

grueso. En este caso se evaluaron específicamente dos porcentajes, 10% y 13% en edades de 28,42

y 56 días de fraguado con el fin de aterrizar los resultados de investigaciones anteriores y evaluar

la conveniencia del uso del material, como aditivo de reemplazo en los porcentajes de agregado

grueso anteriormente mencionados.

En general los resultados obtenidos fueron favorables para ambos porcentajes, pero no en todas

las edades evaluadas. Generalmente se presentaron resultados pobres en edades de 28 y 56 días

para el 10% de agregado grueso en la mezcla; no cumplieron la resistencia a la compresión del

diseño de mezcla. Para el porcentaje del %13 del agregado grueso para todas las edades evaluadas

95

presento una resistencia a la compresión por encima del diseño de mezcla, evidenciando que fue

la que obtuvo resultados óptimos a nivel general de prueba de laboratorio. De manera específica

el porcentaje de agregados que presento mayor eficiencia en la resistencia a la compresión fue el

agregado de 13% a la edad de 42 días y el agregado de 10% a la edad de 42 días.

A nivel objetivo la evaluación es prometedora utilizando hueso triturado como agregado grueso

en porcentajes por debajo del 15%. Se evidencia buenos resultados en %13 de agregados gruesos,

a lo que puede realizarse pruebas en agregados que oscilen entre el %10 - 15% en una variedad de

edades mayor. Finalmente, los estudios reflejan un intervalo de estudio para la definición del

porcentaje de agregado grueso en la mezcla, obteniendo resultados cada vez más prometedores,

presentando al hueso de res como un posible agregado de la mezcla convencional.

5.4.1.5. Puntos a favor y en Contra del uso del Hueso como Agregado a un Diseño de Mezcla

Convencional

El hueso como agregado al diseño de mezcla convencional de concreto, se viene trabajando en

estudios para cemento y agregados gruesos, obteniendo una variedad de resultados. Los estudios

mencionan que la característica física más evidente en la mezcla al utilizar el hueso como

agregado, es el peso. La disminución del peso en la mezcla de concreto es evidente y es una gran

ventaja en cuanto a transporte y manipulación y a condiciones de calidad y resistencia se refiere.

El hueso presenta propiedades mecánicas (flexibilidad, elasticidad, compresión) las cuales han

sido evaluadas, dando resultados satisfactorios en pruebas de laboratorio, lo que permite que se

pueda trabajar el hueso como materia prima en la industria del concreto, así como en otras

industrias. Para esto se necesita realizar investigaciones las cuales se puedan evaluar las

96

propiedades físico – mecánicas del hueso aplicado a un proceso de industria como materia prima.

Para el caso de estudio el hueso se ha utilizado en estudios de diseño de mezclas como agregado

fino y grueso, obteniendo cada vez resultados más satisfactorios. La resistencia a la compresión es

una propiedad mecánica que fue evaluada en esta investigación, presentado resultados

satisfactorios para los porcentajes de agregado grueso evaluados. Respecto a posibles efectos

químicos que puedan surgir, se evidenció valores de PH por encima de 11 en la escala lo que es

muy favorables en cuanto a que se mantiene muy baja la acidez del concreto y se garantiza la no

ocurrencia de patologías químicas como la carbonatación del concreto. En cuando a las

condiciones de resistencia se identificó que siempre y cuando se garantice una adecuada

distribución de los materiales y no se presenten fragmentos de hueso con caras aplanadas y

alargadas se puede utilizar como material de reemplazo. Por tratarse el hueso de un componente

en su mayoría mineral se espera pocas reacciones negativas en cuanto a su uso en mezclas de

concreto convencionales. En investigaciones de referencia se ha visto al hueso más que un

agregado de reemplazo como un aditivo que permita mejorar las características y propiedades del

concreto, en ese aspecto se evidenciaron fortalezas como las resistencias a la compresión adecuada

si se realiza una adecuada distribución de los agregados.

a. Impacto Ambiental

Como se describió en la literatura de referencia, el hueso de res es un deshecho que aún no tiene

una adecuada disposición en muchos de los casos, a pesar de ser utilizado en la producción de

comida y juguetes para mascotas al igual que para la fabricación de concentrados para diferentes

tipos de animales. Sin embargo, si se desea utilizar este material como reemplazo del agregado

grueso, la dificultad radica en la obtención de elementos individuales que cumplan con la

97

caracterización de los agregados, ya que de una tibia promedio, más del 40% del peso se pierde

durante el retiro de los componentes porosos y orgánicos como grasa y membranas, además una

vez purificado y triturado se pierde aproximadamente el 50% de peso restante en partículas

sobrantes que no cumplen las condiciones de granulometría generando altos desperdicios por

cantidad de material útil, calculada entre aproximadamente el 60% y 70% de desperdicio del

peso del material original. En este sentido se recomienda, para generar un mayor beneficio

ambiental utilizar el hueso de res en futuras investigaciones como agregado fino, ya que como

agregado grueso se generan grandes desperdicios de material, que a la larga puede aumentar el

esfuerzo y los costos de producción, además de generar demoras en tiempo y posibles

problemáticas por disponibilidad del material para uso a gran escala.

Las investigaciones realizadas al hueso en cuanto a propiedades físico -mecánicas, evidencian

buenos resultados del hueso como materia prima en procesos de la construcción. La investigación

en curso reveló resultados prometedores para el uso de hueso triturado como agregado grueso en

porcentajes por debajo del 15%. Con esto si el hueso llega a ser un material usado como agregado

para el diseño de mezcla del concreto convencional, la industria de la construcción tendría en sus

manos una materia prima que podría utilizar proporcionando cualidades a la mezcla de concreto.

Sin embargo, se sugiere en futuras investigaciones, someter las muestras obtenidas tanto a

tracción como a compresión y de esta forma confirmar si el uso del hueso mejora la relación

de resistencia entre compresión y tensión, a más del 12% del diseño de mezcla convencional.

A su vez el aprovechamiento del hueso como materia prima, disminuiría los malos procedimientos

para dar tratamiento a los residuos (quema y entierro) disminuyendo el impacto ambiental y social.

98

6. CONCLUSIONES

Con respecto al diseño de mezcla utilizado, se concluye que los cilindros de referencia con

0% de aditivo de reemplazo, cumplieron con las características de diseños, igualando los

14MPa o aproximándose mucho a su valor, en el caso de 28 y 56 días. Para los 42 días

donde la resistencia se presenta 1.43MPa menor a la de diseño se puede atribuir las

falencias a procedimientos en laboratorio, que fueron identificados y corregidos en las

muestras con existencia de hueso de res triturado.

Para el 10% de aditivo, se observaron para 28 y 56 días de fraguado, resistencias promedio

entre 3.06 y 4.41 MPa por debajo del diseño de mezcla, sin embargo, para 42 días se

presenta un valor 4.94 MPa por encima. Se evidenció que esto se presenta debido a la mala

adherencia del hueso de res a la mezcla dada su morfologría que presenta generalmente

caras lisas, alargadas y aplanadas, expresado en fallas tipo 3 predominantemente, donde se

presentan fisuras verticales y desprendimiento de los agregados, generando la falla de las

muestras antes de desarrollar su resistencia de diseño al menos.

En el 13% de agregado para todas las edades, prevalecen fallas de tipo 1 (conos bien

definidos en ambos extremos, fisuras en extremos) en su mayoría, esto se evidencia la

buena distribución de los agregados y se ve reflejado en la resistencia promedio a la

compresión que para las 3 edades planteadas supera el valor del diseño de mezcla entre

1.11 y 7.33MPa.

99

Se concluye que el hueso de res como mineral de uso en los diseños de mezcla de concreto,

específicamente trabajando en algún porcentaje de reemplazo del agregado grueso entre el

10% y el 13%, es viable en cuanto a las características mecánicas del material, ya que, si

se logra una adecuada distribución, cohesión y homogeneidad entre los agregados, se

obtienen resistencias promedio por encima del F’c de diseño. Sin embargo, se debe avanzar

en la preparación adecuada del material para que sus características físicas de caras

fracturadas y rugosas garanticen una adecuada cohesión de los agregados.

El uso del hueso de res triturado como aditivo de reemplazo de agregado grueso en mezclas

de concreto convencional, no es recomendable en cuanto a procedimientos se refiere. Esto,

ya que el hueso por su composición física muestra presencia de grasa en su centro, que una

vez se purifica se observa como un vacío, al triturar estos elementos, se obtienen trozos no

regulares de material lo que genera demasiados desperdicios ya que en su mayoría no

cumplen las condiciones de caracterización del agregado grueso. Obteniendo porcentajes

de pérdida de más del 60% entre la obtención del hueso crudo, su purificación y

caracterización. En este sentido se sugiere ensayar el material como posible reemplazo de

los agregados finos que componen la mezcla, optimizando así los desperdicios del material.

Si se desea aprovechar al máximo el hueso que se obtiene de los frigoríficos, es importante

abordar en futuras investigaciones la posibilidad de usar la parte porosa del hueso y no solo

la cortical, esto fundamentándose en que ambos tipos de hueso se componen en más del

99% de minerales.

100

Según el tipo de fallas que se presentaron a nivel general de la prueba, evidencio la baja

distribución de los agregados, teniendo en cuenta que el hueso triturado presentaba

superficies lisas y esto no permitía una buena adherencia con los demás agregados de la

mezcla.

De acuerdo con los ensayos de ph realizados a la muestra que oscilan entre 11 y 12 puntos

en la escala de ph, indican un material moderadamente alcalino y adecuado para la no

degradación de los concretos debido a efectos químicos, lo que evidencia un adecuado

procedimiento de purificación y elimina la incertidumbre que puede causar el uso de

deshechos biológicos, en este caso hueso de res.

Se puede evaluar otros tipos de hueso como el fémur dado que es un hueso más grande y

con propiedades similares a la tibia en resistencia a la compresión.

Se debe optimizar el procedimiento de trituración de manera tal que las partículas

obtenidas presenten áreas regulares, caras fracturadas y superficie rugosa evitando

desprendimiento de agregado dentro de los cilindros de ensayo. Se recomienda diseñar un

plan de gestión de residuos para disponer adecuadamente el hueso que resulta como residuo

del proceso de purificación y trituración.

Para generar impacto ambiental positivo, se sugiere utilizar como fuente de abastecimiento

del hueso los frigoríficos municipales, donde se evidencia mayor dificultad en la

disposición de este tipo de desechos orgánicos.

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