HORMIGÓN A BASE DE FIBRAS DE ZANAHORIA PARA
POTENCIALIZAR SUS PROPIEDADES MECÁNICAS
CONCRETE BASED ON CARROT FIBERS TO POTENTIALIZE
ITS MECHANICAL PROPERTIES
David Alejandro López Niama1
1 Instituto Superior Tecnológico Riobamba, Ecuador, dalopez@institutos.gob.ec
RESUMEN
Las fibras naturales se han utilizado como una forma de refuerzo en el hormigón en muchos países para
viviendas ya que estos cuentan con este recurso de manera abundante. Por eso sabiendo que la fibra de
zanahoria es una fibra vegetal que abunda en muchas partes de Ecuador, la presente investigación
demuestra el mejoramiento de las propiedades mecánicas del hormigón, como la trabajabilidad, durabilidad,
consistencia, costos y una reducción del impacto ambiental. La provincia de Chimborazo es la que más
origina este tubérculo, siendo en Colta, Guamote y Chambo, producen 10.300 toneladas.
Con los resultados obtenidos de los ensayos en probetas de un total de 32 unidades, se pudo determinar
que las únicas mezclas que presentaron resistencia a la compresión mínima ensayada fueron probetas que
contenían una cantidad de fibra de 1% con relación a las muestras que no contenían la fibra de zanahoria.
Se determinó una resistencia por sobre los 240 kg/cm2 dando un efecto positivo con la incorporación de la
fibra de zanahoria al hormigón, el efecto obtenido es una buena adherencia de la fibra a la matriz cementicia
e impide que las grietas progresen en el hormigón al ser ensayado.
Palabras clave: fibra, hormigón, resistencia a la compresión, zanahoria.
ABSTRACT
Natural fibers have been used as a form of reinforcement in concrete in many countries for housing since
they have this resource in abundance. Therefore, knowing that carrot fiber is a vegetable fiber that is
abundant in many parts of Ecuador, the present research demonstrates the improvement of the mechanical
properties of concrete, such as workability, durability, consistency, costs and a reduction of the environmental
impact. The province of Chimborazo is the largest producer of this tuber, with Colta, Guamote and Chambo
producing 10,300 tons.
With the results obtained from the tests on specimens of a total of 32 units, it was determined that the only
mixtures that presented resistance to the minimum compressive strength tested were specimens that
contained an amount of fiber of 1% in relation to the samples that did not contain carrot fiber. A resistance of
over 240 kg/cm2 was determined, giving a positive effect with the incorporation of carrot fiber to the concrete,
the effect obtained is a good adherence of the fiber to the cementitious matrix and prevents cracks from
progressing in the concrete when tested.
Keywords: fiber, concrete, compressive strength, carrot.
Recibido: 17/11/2022 Aceptado: 05/04/2023
Received: 17/11/2022 Accepted:05/04/2023
1. INTRODUCCIÓN
En nuestro país, a pesar del crecimiento económico
de los últimos años, aún existen muchas carencias
en el sector de la construcción más visible, es
precisamente por el crecimiento de este sector que
la cantidad de materiales de construcción se ha
incrementado en los últimos años. Por ello, se
buscan alternativas de solución para que estas
industrias puedan suplir la necesidad de vivienda
segura y que esté dentro de sus posibilidades
económicas.(«Impacto del Sector de la
Construcción en el Ecuador», 2018)
Por otro lado, el uso de cemento está aumentando
en todo el mundo, lo que provoca mucha
contaminación por la quema de combustibles
fósiles, que ocupa el tercer lugar en términos de
emisiones de dióxido de carbono. Actualmente se
están realizando esfuerzos para reducir esto
agregando fibras al concreto para reducir la
proporción utilizada en las mezclas de concreto y
promover otras ganancias en resistencia.
(Frohmann & Olmos, s. f.)
De acuerdo al Plan de Desarrollo y Ordenamiento
Territorial de la Provincia de Chimborazo menciona
que la construcción es uno de los ejes de desarrollo
económico más fuertes en nuestro país y de la
provincia de Chimborazo, corresponde a un
(17.31%), de crecimiento, donde la presente
investigación aportará con la búsqueda de nuevos
materiales para la construcción de obras civiles,
haciéndola más sustentable con el medio ambiente,
eficiente y viable.
En este contexto este nuevo material como
se lo ha
propiedades físicas, mecánicas del hormigón, a
través de la inclusión de fibras orgánicas
(zanahoria) tratadas, como una alternativa en el
uso de materiales cotidianos.
La producción de zanahoria amarilla en la
provincia de Chimborazo equivale a las 9620
toneladas, de acuerdo a ministerio de agricultura y
pesca zona 3, Censo Nacional Agropecuario año
2000, con esa amplia producción, existe también el
desperdicio, en las diferentes plazas de captación,
lavado comercialización y transporte hacia las
ciudades con mayor densidad poblacional, donde
estas son consumidas o aprovechadas en la
industria alimentaria. (Tomo_CNA.pdf, s. f.)
El hormigón es producto de la mezcla de 4
elementos principales cemento (planta de
producción cemento Chimborazo), agregado fino
(arena lavada de Penipe), agregado grueso (mina
de cerro negro) y agua, además a la mezcla se le
puede añadir aditivos, que modifiquen el
comportamiento físico o mecánico de acuerdo a las
necesidades del constructor.
Todos estos elementos son producto de la
explotación de minas y el uso de productos
químicos, que causan un impacto en el medio
ambiente. Es donde ZANAGÓN, tiene como
propuesta mejorar las propiedades mecánicas
sustituyendo el uso de aditivos que mejoran la
resistencia del hormigón, teniendo en cuenta un
buen manejo en el proceso de curado de las fibras,
aplicación y fraguado del material de construcción,
considerando la descomposición de la materia
orgánica, la falta de control de los procesos
constructivos, etc.
2. ESTADO DEL ARTE
Zongo, K (2018). Este estudio forma parte del
problema general del desarrollo de materiales de
construcción innovadores con bajo impacto
ambiental para las mejoras del medio ambiente.
Para ello, se realizaron pruebas para la formulación
de compuestos cementicos a base de fibras de
rinoceronte (borassus aethiopum mart.) y cascarilla
de arroz. Los resultados permitieron obtener la
proporción óptima en partículas de biomasa y
contenido de agua que condujeron a las mejores
propiedades físicas y mecánicas de los compuestos
(Compuestos cementantes fibroreforzados de bajo
impacto ambiental comportamiento mecánico, s. f.)
El uso de fibras vegetales ha recuperado interés en
diferentes campos. De hecho, las fibras vegetales
pueden representar una alternativa a las fibras
tradicionales incorporadas en materiales de
construcción, como las fibras de polipropileno. El
desarrollo sostenible requiere la adopción de
materiales ecológicos y naturales.(España
Espinoza, 2020)
Reyna, C (2016). En la presente investigación se
logró determinar los resultados de reutilizar los
residuos de plástico PET, papel y bagazo de caña
de azúcar como materia prima en la elaboración de
concreto ecológico para la construcción de
viviendas de bajo costo. Se utilizó como materia
prima, para el diseño de 15 mezclas, el cemento
Portland Extra Forte, gravilla de 1/2", arena gruesa
y lo residuos de plástico PET, papel y bagazo de
caña de azúcar, estos residuos sustituyeron a la
arena gruesa en los porcentajes en peso de 5%,
10% y 20% respectivamente. (LOS MATERIALES
DE CONSTRUCCIÓN Y EL MEDIO AMBIENTE,
s. f.)
Narváez, Jairo (2017). En su tesis el objetivo de
esta investigación es determinar la influencia en la
resistencia a la compresión del uso del bagazo de
caña de azúcar como agregado orgánico en la
elaboración de bloques para mampostería liviana.
El presente trabajo se enmarca dentro de la
investigación experimental, dado que durante el
desarrollo del mismo se ejecutarán ensayos en
muestras de hormigón preparadas con fibras de
bagazo de caña de azúcar añadido a la matriz del
hormigón convencional y se determinará la
influencia de dichas fibras en las propiedades
físicas y mecánicas del mismo. En este proyecto se
usará la investigación que tiene un enfoque
cualitativo y cuantitativo, ya que se realizará un
análisis de los agregados.(Narváez Guevara, 2017)
En el Ecuador el cultivo de zanahoria está muy
extendido en los valles de Machachi en la Provincia
de Pichincha y de Chambo en la Provincia de
Chimborazo, siendo cultivado en mediana escala
en toda la serranía ecuatoriana. Este es un cultivo
de clima templado que se localiza especialmente
en los valles interandinos, de preferencia se
desarrolla en las provincias de Chimborazo,
Pichincha, Bolívar, Cotopaxi y Tungurahua; abre
amplias posibilidades a la producción en zonas no
tradicionales aprovechando que los mercados
internacionales presentan una demanda
diversificada , como se muestra en la
Tabla Nº 1. Según el cuadro de estimación de la
producción en (Tn) en el año 2005 de zanahoria
amarilla.
Provincia Toneladas
Carchi 355
Imbabura 131
Pichincha 1425
Cotopaxi 3656
Tungurahua 2569
Chimborazo 9620
Cañar 225
Loja 956
Fuente:
http://www.infoagro.com/hortalizas/zanahoria.htm#3.
La superficie sembrada de zanahoria amarilla
(Daucus carota) en el Ecuador se estima en
2932ha, con una producción de 18127Tn. En la
provincia de Chimborazo la superficie sembrada es
de 120ha.
La zanahoria amarilla tiene la siguiente clasificación
taxonómica:
Tabla Nº 2. Clasificación Taxonómica de la
Zanahoria Amarilla
Nombre común Zanahoria
Nombre científico Daucus carota L.var. Sativa.
Reino Vegetal
Clase Angiospermae
Subclase Dicotyledoneaa
Orden Umbelliflorae
Familia Umbelliferae
Género Daucus
Especie D. Carota
Fuente:
http://www.infoagro.com/hortalizas/zanahoria.htm#3.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Realizar las dosificaciones de fibra de
zanahoria para aumentar la resistencia del
hormigón
b) Determinar el porcentaje de fibra de zanahoria
para obtener el asentamiento óptimo de la
mezcla de hormigón.
HIPÓTESIS
Al realizar el diseño de la mezcla de hormigón con
fibras de zanahoria se mejorará sus propiedades
mecánicas
3. METODOLOGÍA
El tipo de investigación fue explicativo, descriptivo y
correlacional porque se realizaron diseños de
mezcla, los cuales se llevaron al laboratorio para
ser ensayados.
En cuanto a la metodología fue de carácter
deductivo, porque intenta demostrar las teorías
universales en un lugar determinado con el fin de
que se cumpla la información.
El nivel de investigación tiene un enfoque
cuantitativo, ya que mediante los ensayos y sus
respectivos resultados se realizaron los cálculos
para determinar los objetivos planteados. Y también
el diseño fue experimental porque se realizaron
ensayos de laboratorio y recolección de datos.
La técnica utilizada para la recolección de datos fue
la observación de campo y se tomó muestras para
los ensayos de acuerdo a las normas ASTM C31
(preparación y curado de especímenes de ensayo
de concreto en la obra), C39 (Método de prueba
estándar para resistencia a la compresión de
especímenes cilíndricos de concreto), C143
(método estándar para la prueba de asentamiento
en el concreto de cemento portland) y la NTE INEN
3124 (hormigón, elaboración y curado de
especímenes de ensayo en el laboratorio), las
cuales especifican el procedimiento para obtener
datos de los ensayos del hormigón a compresión.
Para la investigación se elaboraron en total 48
probetas divididas en 3 probetas para los diseños
patrón y con fibra de zanahoria, para los 7, 14, 21 y
28 días del ensayo de compresión.(Seguridad,
calidad y competitividad - Inicio ASTM, s. f.)
El proceso de cada uno de los materiales utilizados
que debió seguirse para la elaboración del
hormigón, a continuación, se detalla:
Fibra de zanahoria: Para el tratamiento de la fibra
de zanahoria se usó cal hidráulica, la misma que
tiene como finalidad preservar la fibra, eliminando
la presencia de micro organismos para su adición al
diseño.
Se debe señalar que la hortaliza (zanahoria) debe
ser lavada y enjaguada repetidas veces, para
dejarla secar a temperatura ambiente, para que la
humedad de la fibra no incida en la absorción del
agua dentro de la mezcla, para la obtención del
producto Zanagón la hortaliza debe ser triturada,
secada a temperatura ambiente y tratada.
La fibra de zanahoria obtenida será adicionada en
la mezcla de hormigón en un 0.50%, 1.00% en
relación al peso del agregado fino.
Diseño del Hormigón
La dosificación utilizada fue; 1:2:3:0.5, es decir 1
saco de cemento, 2 partes de agregado fino, 3
partes de agregado grueso, 0,5 kg (1%) de fibra de
zanahoria y 65 litros de agua.
Para el diseño de hormigón se empleará las
proporciones de agregados adecuadas que se
necesitan en la mezcla para poder obtener óptimos
resultados en el diseño patrón de mezcla, utilizando
los siguientes materiales:
Agregados Fino: arena Penipe
Agregado Grueso: mina de Cerro Negro
Cemento: Cemento Portland Puzolánico Tipo IP
(Chimborazo).
Cal: Cal Hidráulica
Zanahoria: Tipo amarilla procedente del Cantón
Chambo
Para los siguientes diseños de mezcla se usaron
los datos del diseño patrón añadiendo la fibra de
zanahoria, en varios porcentajes 0.50 %,1% y
1.5%. La relación agua cemento se corrigió en
función del ensayo de asentamiento del hormigón;
Las fibras de zanahoria fueron agregadas junto con
el agua, para que se unifique durante el proceso de
reacción química entre los diferentes materiales.
Elaboración de testigos de hormigón
Se utilizaron moldes con dimensiones de 100mm
de diámetro * 200mm de altura, de acuerdo a la
norma, la toma de muestras se realizó de
inmediato, en una zona plana y libre de vibraciones,
con todos los equipos y materiales necesarios
conde los moldes deben estar previamente
engrasados para su facilidad de desmolde.
Para la toma de muestras se llena los moldes en
dos capas, la primera capa a la mitad del molde y
compactándole con una barra de acero lisa con una
de longitud, con el que se realiza 25 penetraciones
dentro del molde con uniformidad repartidos de
manera espiral, para eliminar las posibles burbujas
o vacíos de aire que se encuentran dentro de la
probeta se debe emplear un martillo de goma y
golpean el molde por 4 ocasiones una por cada
punto cardinal. Este proceso se repite en la
segunda capa, para darle un terminado o acabado
con la ayuda de la varilla liza realizamos rasante
amos y procedemos a colocar un membrete.
Los cilindros no deben ser movidos por un periodo
de 24 horas, para su posterior desencobrado y
ubicación en una piscina de curado, donde
permanecerán hasta 24 horas antes de su rotura,
misma que se procedido a realizarse en un periodo
de 7, 14, 21 y 28 días como dicta la norma.
Ensayo de asentamiento
El método indicado para medir la trabajabilidad ha
sido desde hace muchos años el cono de Abrams,
ya que permite verificar en campo la consistencia
de la mezcla, bajo parámetros del contenido de
agua presente en la pasta y la altura que alcanza a
una medida determinada (60cm), verificando que
nuestra muestra tiene una diferencia de altura entre
la pasta y la varilla de 12cm libres. [4]
Ensayos de concreto endurecido - Resistencia a
compresión
Este ensayo consiste en aplicar una carga axial a
una velocidad controlada a los testigos cilíndricos
hasta su rotura y falla. La resistencia a la
compresión de la probeta ensayada es calculada
por división de la carga máxima en kN por el área
de la muestra.
3. RESULTADOS
El proceso a la fibra de zanahoria ayudó a mejorar
la propiedad de trabajabilidad y dentro de los
mejores resultados se menciona que debe ser un
material tratado mediante un proceso durante 24
horas sumergido en cal hidráulica, ya que ayuda a
disminuir el porcentaje de porosidad de los
cilindros, al ocupar estos espacios a nivel
molecular.
Los ensayos destructivos de las probetas, han
permitido observar la correcta adherencia de las
fibras de zanahoria con los diferentes elementos de
los que está compuesto el hormigón, resaltando
que se realizaron probetas anteriores a las
definitivas en donde se saturaba totalmente de
agua la mezcla y no podían desencofrarse del
molde.
Una vez aplicada la dosificación para hormigones
de 210 kg/cm2, con diferentes porcentajes de fibra
de zanahoria (0.5%,1%,1.5%) se determinó que
con el 1% de fibra a los 28 días, la propiedad
mecánica de la resistencia a compresión se
incrementa en un 15%, versus al hormigón
tradicional, es decir se obtuvo una resistencia de
241 kg/cm2.
4. DISCUSIÓN
Se menciona que solo existe investigaciones con
un grado de similitud a la investigación que utilizan
las fibras de zanahoria en el hormigón que
menciona lo siguiente:
Llontop Carolina (2019) en sus conclusiones
menciona que, de acuerdo con los resultados de
los ensayos realizados, la resistencia a la
compresión llego a los 389.50 kg/cm2, con la
adición del 0.5% de fibra de zanahoria. Para los
otros 2 diseños de 1.0% y 1.725% de adición de
fibra de zanahoria los valores obtenidos fueron:
355.67 kg/cm2 y 346.47 kg/cm2. En todos los
diseños llegan a superar al diseño patrón que
alcanzo una resistencia de 346.4 kg/cm2.(Esquerre
et al., s. f.)
En otras investigaciones similares, pero con
distintas fibras menciona Pajares Édison, (2015).
Analizó el incremento de la resistencia mecánica
del concreto con la adición de fibra vegetal
(cabuya) en porcentajes de 0.50%, 1.00% y 2.00%
del volumen del concreto, así como también la
reducción de costos basados en las resistencias
alcanzadas tomando como patrón de diseño a un
concreto f'c = 280 kg/cm2
5. CONCLUSIÓN
De acuerdo con los resultados de los ensayos
realizados, la resistencia a la compresión llego a los
241.50 kg/cm2, con la adición del 1% de fibra de
zanahoria. Para los otros 2 diseños de 0.5% y 1.5%
de adición de fibra de zanahoria los valores
obtenidos fueron: 185.17 kg/cm2 y 206.47 kg/cm2.
En todos los diseños llegan a superar al diseño
patrón que alcanzo una resistencia de 216.4
kg/cm2.
En cuanto a las dosificaciones al agregar la
cantidad adecuada 1% de fibra de zanahoria, se
consigue modificar favorablemente las propiedades
mecánicas (resistencia) del hormigón, con un
asentamiento del cono de abras de 10cm,
obteniendo una resistencia superior a los 21MPa, a
los 28 días, además este material actúa como
ligante que disminuye el aparecimiento de grietas
producto de la contracción y dilatación del concreto
por el cambio de temperatura, pudiendo observar la
disminución de porosidad en las muestras por la
ocupación de las fibra.
6. RECOMENDACIONES
El procedimiento que se aplicó a la fibra de
zanahoria para emplearlo como agente (aditivo) fue
beneficioso ya que favoreció a la adherencia
correcta con los demás materiales que conforman
el hormigón endurecido, al tratarse de un material
básicamente orgánico este contiene azucares y
almidones los cuales al combinarse con un
contenido bajo de cal permite el curado de la fibra
para evitar su descomposición, este efecto de
adherencia se logra debido a los enlaces
covalentes a un nivel molecular.
7. AGRADECIMIENTOS
El reconocimiento y agradecimiento para la máxima
autoridad la Ing. Tania Parra Proaño Rectora del
Instituto Superior Tecnológico Riobamba, quién con
su apoyo motivó al desarrollo de la investigación.
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impacto ambiental comportamiento
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[En línea]. Available:
https://www.ecuadorencifras.gob.ec/documentos/w
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