Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
2016
Evaluación del uso de fibras cortas como refuerzo a una matriz Evaluación del uso de fibras cortas como refuerzo a una matriz
de poliol y residuo de neumático pulverizado de poliol y residuo de neumático pulverizado
Paula Camila Mendivelso Buitrago Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada Mendivelso Buitrago, P. C. (2016). Evaluación del uso de fibras cortas como refuerzo a una matriz de poliol y residuo de neumático pulverizado. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/85
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EVALUACION DEL USO DE FIBRAS CORTAS
COMO REFUERZO A UNA MATRIZ DE POLIOL
Y RESIDUO DE NEUMATICO PULVERIZADO
PAULA CAMILA MENDIVELSO BUITRAGO
Universidad de La Salle
facultad de Ingeniería, Programa Ingeniería Civil
Bogotá, Colombia
2016
EVALUACION DEL USO DE FIBRAS CORTAS
COMO REFUERZO A UNA MATRIZ DE POLIOL
Y RESIDUO DE NEUMATICO PULVERIZADO
PAULA CAMILA MENDIVELSO BUITRAGO
Tesis de grado para optar por el título de
Ingeniera Civil
Director (a):
Doctor Fabián Agusto Lamus Baez
Línea de investigación:
Innovación y desarrollo tecnológico
Universidad de La Salle
facultad de Ingeniería, Programa Ingeniería Civil
Bogotá, Colombia
2016
A Dios por darme las capacidades y oportunidades que me han llevado a cumplir esta meta,
A mis padres por su apoyo, dedicación y formación durante la carrera,
A Juan Buitrago y Jonathan Diaz por ser mi motivación cada día.
VI
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a la Universidad de La Salle y a los decente que de una u otra manera contribuyeron
en mi formación como Ingeniera, a través de los conocimientos impartidos en las asignaturas
vistas, asimismo a los técnicos de laboratorio Camilo Gómez, Luis y Oscar Malagón por facilitar
el uso de los instrumentos necesarios para la elaboración de los ensayos pertinentes y a Luis Miguel
Triviño, operario del laboratorio de Ingeniería de Alimentos quien permitió el uso del texturometro
para realizar las pruebas de resistencia, también a mi compañero Alejandro Bustos por
acompañarme y colaborarme en la realización de los ensayos iniciales; finalmente, al Doctor
Fabián Lamus, quien en calidad de director fue la guía principal en el desarrollo del proyecto,
impartiendo diferente conocimientos e ideas.
VIII
IX
Contenido 1 RESUMEN ........................................................................................................................... 17
2 ABSTRAC ............................................................................................................................ 17
3 INTRODUCCION ................................................................................................................ 18
4 OBJETIVOS ......................................................................................................................... 19
4.1 Objetivo general ............................................................................................................. 19
4.2 Objetivos específicos...................................................................................................... 19
5 MARCO DE REFERENCIA ................................................................................................ 19
5.1 Generalidades de los componentes ................................................................................ 19
5.1.1 Neumáticos ............................................................................................................. 19
5.1.2 Aglutinantes ............................................................................................................ 22
5.1.3 Fibras....................................................................................................................... 23
5.2 USOS ALTERNATIVOS PARA NEUMATICO PULVERIZADO............................. 26
5.3 INVESTIGACION PREVIA ......................................................................................... 27
5.4 USO DE FIBRAS EN MATERIALES CONSTRUCTIVOS AFINES ......................... 27
6 METODOLOGÍA ................................................................................................................. 29
6.1 FASE 1. CARACTERIZACIÒN FÌSICA Y MECÀNICA DE FIBRAS ...................... 29
6.1.1 DIAMETRO ........................................................................................................... 29
6.1.2 DENSIDAD ............................................................................................................ 29
6.1.3 HUMEDAD ............................................................................................................ 30
6.1.4 ABSORCION ......................................................................................................... 31
6.1.5 TRACCION ............................................................................................................ 31
6.2 FASE 2. CARACTERIZACIÓN DE LA INTERFACE FIBRA -MATRIZ ................. 32
6.2.1 DETERMINACION RANGO DE LONGITUDES ............................................... 32
6.2.2 ENSAYOS DE PULL-OUT ................................................................................... 34
6.3 FASE 3. CARACTERIZACIÓN DEL COMPUESTO ................................................. 35
6.3.1 ELABORACION DE LAS MEZCLAS: ................................................................ 35
6.3.2 ENSAYO DE TRACCIÓN..................................................................................... 36
6.3.3 ENSAYO COMPRESIÓN...................................................................................... 38
6.3.4 ENSAYO FLEXIÓN .............................................................................................. 39
6.3.5 ENSAYO RESISTENCIA AL CORTE ................................................................. 41
7 RESULTADOS Y ANALISIS ............................................................................................. 42
X
7.1 FASE 1. CARACTERIZACIÒN FÌSICA Y MECÀNICA DE FIBRAS ...................... 42
7.1.1 Fibra de Fique ......................................................................................................... 43
7.1.2 Fibra de Vidrio ........................................................................................................ 45
7.2 FASE 2. CARACTERIZACIÓN DE LA INTERFACE FIBRA -MATRIZ ................. 48
7.2.1 DETERMINACIÓN RANGO DE LONGITUDES ............................................... 48
7.2.2 ENSAYOS DE PULL-OUT ................................................................................... 49
7.3 FASE 3. CARACTERIZACIÓN DEL COMPUESTO ................................................. 52
7.3.1 ENSAYO DE TRACCIÓN..................................................................................... 52
7.3.2 ENSAYO COMPRESIÓN...................................................................................... 59
7.3.3 ENSAYO FLEXIÓN .............................................................................................. 66
7.3.4 ENSAYO RESISTENCIA AL CORTE ................................................................. 73
8 CONCLUSIONES ................................................................................................................ 80
9 Bibliografía ........................................................................................................................... 82
ANEXOS ...................................................................................................................................... 84
ANEXO A. ENSAYO DIÀMETRO ........................................................................................ 84
FIBRA DE FIQUE ................................................................................................................ 85
FIBRA DE VIDRIO ............................................................................................................. 86
ANEXO B. ENSAYO DENSIDAD ......................................................................................... 88
FIBRA DE FIQUE ................................................................................................................ 89
FIBRA DE VIDRIO ............................................................................................................. 90
ANEXO C. ESAYO HUMEDAD ............................................................................................ 92
FIBRA DE FIQUE ................................................................................................................ 93
FIBRA DE VIDRIO ............................................................................................................. 94
ANEXO D. ENSAYO ABSORCION ...................................................................................... 96
FIBRA DE FIQUE ................................................................................................................ 97
FIBRA DE VIDRIO ............................................................................................................. 98
ANEXO E. ENSAYO TRACCION FIBRAS ........................................................................ 100
FIBRA DE FIQUE .............................................................................................................. 101
FIBRA DE VIDRIO ........................................................................................................... 102
ANEXO F. DETERMINACIÓN RANGO LUNGITUD ....................................................... 104
ANEXO G. ENSAYO PULL-OUT ........................................................................................ 109
ANEXO H. ENSAYO TRACCION ....................................................................................... 115
XI
ANEXO I. ENSAYO COMPRESIÓN ................................................................................... 133
ANEXO J. ENSAYO FLEXIÓN ............................................................................................ 154
ANEXO K. ENSAYO RESISTENCIA AL CORTE ............................................................. 175
XII
LISTA DE TABLAS
Tabla 5-1. Composición porcentual aproximada de los neumáticos. Fuente: CIMTAN, 2008 .... 20
Tabla 5-2. Composición química de los neumáticos usados. Fuente: CIMTAN, 2008 ................ 20
Tabla 5-3 propiedades de la fibra de fique (S., E.F., F, & R, 2010) ............................................. 24
Tabla 5-4. Propiedades de la fibra de vidrio (Arslan , 2016 ) (AITEX Instituto Tecnológico
Textil , 2004) ................................................................................................................................. 25
Tabla 6-1. Composición de las mezclas; fuente: Propia ............................................................... 36
Tabla 7-1. Caracterización fibra de Fique (FF); fuente: Propia .................................................... 43
Tabla 7-2. Caracterización Fibra de Vidrio (FV); fuente: Propia ................................................. 45
Tabla 7-3. Constante de los resortes; fuente: Propia ..................................................................... 48
Tabla 7-4. Fuerza máxima - rango de longitudes; fuente: Propia ................................................. 48
Tabla 7-5. Carga resistida ensayo de PULL-OUT; fuente: Propia ............................................... 49
Tabla 7-6. Datos obtenidos ensayo tracción 0% fibra de fique .................................................... 53
Tabla 7-7. Datos obtenidos ensayo tracción 2% fibra de fique; fuente: Propia ............................ 54
Tabla 7-8. Datos obtenidos ensayo tracción 4% fibra de fique; fuente: Propia ............................ 55
Tabla 7-9. Datos obtenidos ensayo tracción 6% fibra de fique; fuente:Propia ............................. 56
Tabla 7-10. Datos obtenidos ensayo tracción 8% fibra de fique; fuente: Propia .......................... 57
Tabla 7-11. Datos obtenidos ensayo Compresión 0% fibra de fique; fuente: Propia ................... 60
Tabla 7-12. Datos obtenidos ensayo Compresión 2% fibra de fique; fuente: Propia ................... 61
Tabla 7-13. Datos obtenidos ensayo Compresión 4% fibra de fique; fuente: Propia ................... 62
Tabla 7-14. Datos obtenidos ensayo Compresión 6% fibra de fique; fuente: Propia ................... 63
Tabla 7-15. Datos obtenidos ensayo Compresión 8% fibra de fique; fuente: Propia ................... 64
Tabla 7-16. Datos obtenidos ensayo Flexión 0% fibra de fique; fuente: Propia .......................... 67
Tabla 7-17. Datos obtenidos ensayo Flexión 2% fibra de fique; fuente: Propia .......................... 68
Tabla 7-18. Datos obtenidos ensayo Flexión 4% fibra de fique; fuente: Propia .......................... 69
Tabla 7-19. Datos obtenidos ensayo Flexión 6% fibra de fique; fuente: Propia .......................... 70
Tabla 7-20. Datos obtenidos ensayo Flexión 8% fibra de fique; fuente: Propia .......................... 71
Tabla 7-21. Datos obtenidos ensayo resistencia al corte 0% fibra de fique; fuente: Propia ......... 74
Tabla 7-22. Datos obtenidos ensayo resistencia al corte 2% fibra de fique; fuente: Propia ......... 75
Tabla 7-23. Datos obtenidos ensayo resistencia al corte 4% fibra de fique; fuente: Propia ......... 76
Tabla 7-24. Datos obtenidos ensayo resistencia al corte 6% fibra de fique; fuente: Propia ......... 77
Tabla 7-25. Datos obtenidos ensayo resistencia al corte 8% fibra de fique; fuente: Propia ......... 78
XIII
LISTA DE FIGURAS
Figura 5-1 Muestras de resina de poliuretano de 15 (izquierda) y 20% (derecha) de volumen de
resina (Buitrago Mendivelso & Cárdenas León , 2015) ............................................................... 23
Figura 6-1. Procedimiento de cálculo de densidad en la fibra de fique (Derecha) y en la fibra de
vidrio (Izquierda); Fuente: propia ................................................................................................. 30
Figura 6-2. Muestras sometidas a secado en el horno; Fuente: propia ........................................ 30
Figura 6-3. Fibras sometidas a calentamiento tras ser sumergidas en agua para la prueba de
absorción; Fuente: propia .............................................................................................................. 31
Figura 6-4. Montaje fibra de fique; fuente: propia ...................................................................... 32
Figura 6-5. Montaje fibra de vidrio; fuente: propia ..................................................................... 32
Figura 6-6. Dimensiones probetas determinación rangos de longitudes; fuente: Propia ............. 32
Figura 6-7. Probetas 1; fuente: Propia ......................................................................................... 33
Figura 6-8. Probetas II; fuente: Propia ......................................................................................... 33
Figura 6-9. Montaje rangos longitudes, vista general; Fuente: propia ........................................ 33
Figura 6-10. Montaje rangos longitudes, vista detallada; Fuente: propia .................................... 33
Figura 6-11. Modelo Probeta Ensayos de PULL-OUT; fuente: Propia ....................................... 34
Figura 6-12. Elaboración probeta ensayo de PULL-OUT; fuente: Propia .................................. 34
Figura 6-13. Procedimiento de falla probetas de PULL-OUT; fuente: Propia ............................ 35
Figura 6-14. Esquema probeta utilizada en el ensayo de tracción; fuente: Propia ...................... 36
Figura 6-15. Moldes y placas iniciales probetas de tracción; fuente: Propia............................... 37
Figura 6-16. Probetas ensayo de Tracción; fuente: Propia .......................................................... 37
Figura 6-17. Montaje ensayo de tracción; fuente: Propia ............................................................ 37
Figura 6-18. Esquema probeta utilizada en el ensayo de compresión; fuente: Propia ................ 38
Figura 6-19. Probetas de compresión en moldes; fuente: Propia ................................................. 38
Figura 6-20. Montaje ensayo a compresión; fuente: Propia ........................................................ 39
Figura 6-21. Esquema probeta utilizada en el ensayo de flexión; fuente: Propia ........................ 39
Figura 6-22. Probetas en molde para ensayo de Flexión; fuente: Propia..................................... 40
Figura 6-23. Vista frontal aditamentos del montaje; fuente: Propia ............................................ 40
Figura 6-24. Vista lateral aditamentos del montaje; fuente: Propia............................................. 40
Figura 6-25. Vista superiora aditamentos del montaje; fuente: Propia ........................................ 40
Figura 6-26. Vista isométrica aditamentos del montaje; fuente: Propia ...................................... 40
Figura 6-27. Esquema probeta utilizada en el ensayo de resistencia al corte; fuente: Propia ..... 41
Figura 6-28. Bloques ensayo resistencia al corte en moldes; fuente: Propia ............................... 41
Figura 6-29. Bloques ensayo resistencia al corte; fuente: Propia ................................................ 41
Figura 6-30. Detalle ranura; fuente: Propia ................................................................................. 41
Figura 6-31. Vista frontal montaje ensayo de corte; Fuente: Propia ........................................... 42
Figura 6-32. Vista lateral montaje ensayo de corte; fuente: Propia ............................................. 42
Figura 7-1. Falla fibra de vidrio; fuente: Propia .......................................................................... 46
Figura 7-2 grietas en la prueba de flexión; fuente: elaboración propia ....................................... 72
XIV
LISTA DE GRAFICAS
Grafica 7-1. Boxplot diámetro Fibra de Fique; fuente: Propia .................................................... 44
Grafica 7-2. boxplot máxima a tracción fibra de fique; fuente: Propia ....................................... 44
Gráfica 7-3. Boxplot diámetro Fibra de Vidrio; fuente: Propia ................................................... 46
Gráfica 7-4. Boxplot tracción fibra de vidrio; fuente: Propia ...................................................... 47
Gráfica 7-5. Longitud crítica; fuente: Propia ............................................................................... 49
Gráfica 7-6. Boxplot PULL-OUT longitud embebida L=4 mm; fuente: Propia ......................... 50
Gráfica 7-7. Boxplot PULL-OUT longitud embebida L=6 mm; Fuente: Propia ........................ 50
Gráfica 7-8. Boxplot PULL-OUT longitud embebida L=8 mm; Fuente: Propia ........................ 51
Gráfica 7-9. Boxplot PULL-OUT longitud embebida L=10 mm; Fuente: Propia ...................... 51
Gráfica 7-10. Boxplot PULL-OUT longitud embebida L=12 mm; Fuente: Propia .................... 52
Gráfica 7-11. Comportamiento a tracción (0% fibra de fique); fuente: Propia ........................... 53
Gráfica 7-12. Comportamiento a tracción (2% fibra de fique); fuente: Propia ........................... 54
Gráfica 7-13. Comportamiento a tracción (4% fibra de fique); fuente: Propia ........................... 55
Gráfica 7-14. Comportamiento a tracción (6% fibra de fique); fuente: Propia ........................... 56
Gráfica 7-15. Comportamiento a tracción 8% fibra de fique; fuente: Propia .............................. 57
Gráfica 7-16. Comparativa fuerza máxima para las diferentes cuantías de fibra de fique; fuente:
Propia ............................................................................................................................................ 58
Gráfica 7-17. Comparativo deformación de falla para las diferentes cuantías de fibra de fique;
fuente: Propia ................................................................................................................................ 58
Gráfica 7-18. Comportamiento a compresión (0% fibra de fique); fuente: Propia ..................... 60
Gráfica 7-19. Comportamiento a compresión (2% fibra de fique); fuente: Propia ..................... 61
Gráfica 7-20. Comportamiento a compresión (4% fibra de fique); fuente: Propia ..................... 62
Gráfica 7-21. Comportamiento a compresión (6% fibra de fique); fuente: Propia ..................... 63
Gráfica 7-22. Comportamiento a compresión (8% fibra de fique); fuente: Propia ..................... 64
Gráfica 7-23. Comparativo deformación máxima por compresión para las diferentes cuantías de
fibra de fique; fuente: Propia ........................................................................................................ 65
Gráfica 7-24. Comparativo módulo secante por compresión para las diferentes cuantías de fibra
de fique; fuente: Propia ................................................................................................................. 65
Gráfica 7-25. Comportamiento a Flexión (0% fibra de fique); Fuente: Propia ........................... 67
Gráfica 7-26. Comportamiento a Flexión 2% fibra de fique; fuente: Propia ............................... 68
Gráfica 7-27. Comportamiento a Flexión 4% fibra de fique; fuente: Propia ............................... 69
Gráfica 7-28. Comportamiento a Flexión 6% fibra de fique; fuente: Propia ............................... 70
Gráfica 7-29. Comportamiento a Flexión 8% fibra de fique; fuente: Propia ............................... 71
Gráfica 7-30. Comparativo módulo por flexión para las diferentes cuantías de fibra de fique;
fuente: Propia ................................................................................................................................ 72
Gráfica 7-31. Comportamiento resistencia al corte 0% fibra de fique; fuente: Propia ................ 74
XV
Gráfica 7-32. Comportamiento resistencia al corte 2% fibra de fique; fuente: Propia ................ 75
Gráfica 7-33. Comportamiento resistencia al corte 4% fibra de fique; fuente: Propia ................ 76
Gráfica 7-34. Comportamiento resistencia al corte 6% fibra de fique; fuente: Propia ................ 77
Gráfica 7-35. Comportamiento resistencia al corte 8% fibra de fique; fuente: Propia ................ 78
Gráfica 7-36. Comparativo esfuerzo cortante máximo para las diferentes cuantías de fibra de
fique; fuente: Propia ...................................................................................................................... 79
LISTA DE ECUACIONES
Ecuación 6-1 calculo densidad de las fibras ................................................................................. 29
Ecuación 6-2. cálculo humedad de las fibras ................................................................................ 30
Ecuación 6-3. Cálculo absorción de las fibras .............................................................................. 31
Ecuación 7-1.Càlculo módulo de resistencia a la flexión; (Sanches de Guzman, 1996) .............. 66
Ecuación 7-2. Cálculo esfuerzo de resistencia al corte; (Engineers, 2014) .................................. 73
17
1 RESUMEN
En este trabajo de grado se estudió la influencia de la adición de fibras cortas en una matriz
compuesta por caucho de neumático pulverizado y resina de poliol activado, mediante una
evaluación experimental organizada en tres fases, en la primera fase se realizó el análisis de las
propiedades físicas y mecánicas de la fibra de vidrio y de la fibra de fique individualmente con el
fin de caracterizar la materia prima, posteriormente se identificó la adherencia de las fibras a la
matriz mediante ensayos de PUL-OUT, en los cuales se concluyó que la fibra de vidrio no presenta
adherencia con la matriz y por ende se descarta su uso en el material estudiado, mientras que la
fibra de fique se adhiere a la matriz siempre que tenga una longitud mayor a la crítica, que para el
caso es de 10 mm, punto en el cual se obtuvo la mayor resistencia al arrancamiento. Finalmente,
se evaluaron las propiedades mecánicas del material, realizando cinco series de ensayos con cuatro
repeticiones cada una, variando la cuantía de fibra de fique desde 0% hasta 8%, cada dos unidades
porcentuales (0%, 2%, 4%, 6% y 8%); en cuanto a la tracción y la compresión el contenido de
fibra es inversamente proporcional a la resistencia del material, al ocasionar espacios entre la
matriz, sin embargo para el primer caso se da un esfuerzo residual, producido por la unión de la
fibra a las dos partes del material tras su rotura; por otro lado la fibra genera mayor resistencia a
la flexión y al corte, para el primer ensayo se observa que la fibra se comporta como soporte y
reacciona evitando desplazamientos, y en para el segundo el fique evita la rotura del material al
mantener unidas las secciones de las probetas imponiendo la necesidad de fuerzas mayores para
que se dé la falla.
Palabras clave: Neumáticos usados, Fibras cortas, Reciclaje, Resistencia
2 ABSTRAC a study on the influence of the addition of short fibers in a composite by tire rubber powder and
resin activated polyol, by an experimental evaluation organized in three phases, in the first phase
were analysed physical properties and mechanical properties of fiber glass and fique fiber
individually in order to characterize the raw material, later was studied the adhesion of the fibers
to the matrix by PUL-OUT trials, in which it was concluded that fiberglass no adhesion with the
matrix and therefore its use in the test material is discarded, while fique fiber adheres to the matrix
whenever it has more than the critical length, which in this case is 10 mm, at which point the
greatest resistance was obtained pullout. Finally, the mechanical properties of the material were
evaluated, through five series of tests four repetitions, varying the amount of fique fiber from 0%
to 8%, each two percentage units (0%, 2%, 4%, 6 % and 8%), the tensile and compression of the
material was inversely proportional with fiber content, because vacuum produced between the
matrix, however for the first case, it has a residual stress produced by bonding the fiber to the two
parts of the material after break; on the other hand the fiber generates greater strength flexural and
shear, for the first test shows that the fiber behaves as a support and reacts avoiding displacement
and for the second, the fique fiber prevents breakage of the material to mantain together the
sections of the specimens, producing the need for a higher force to generate failure.
Keywords: Used tires, short fibers, Recycling, Resistencia
18
3 INTRODUCCION
Con el devenir de los años se evidencia la necesidad de implementar nuevos materiales que
permitan reciclar los residuos producidos por la industria, no solamente con el fin de mitigar los
impactos ambientales que estos puedan generar, también como alternativa de materia prima,
teniendo en cuenta, que la mayoría de materiales de construcción son extraídos de fuentes no
renovables que tienden a agotarse al no producirse de manera cíclica, evitando así la extinción de
los mismos sin la necesidad de limitar la construcción. Además, de tener un valor agregado ya que
se espera que al utilizarse materiales que provienen de fuentes reciclables, el costo del producto
final sea inferior al de los materiales existentes en el mercado, dando la posibilidad de ofrecer un
producto factible en la implementación de viviendas de interés social o en poblaciones de bajos
recursos.
Partiendo de las problemáticas ambientales actuales es importante implementar materiales
sostenibles en la construcción ya que los desechos producidos causan un gran impacto en el medio
ambiente; para el caso de los neumáticos, según el decreto 135 de 2015, al año en Bogotá se
desechan más de cinco millones de llantas que terminan dispuestas de manera inadecuada en
humedales, calles, parques, entre otros; generando contaminación visual y convirtiéndose en un
problema de salubridad pública ya que son fuente para la proliferación de vectores y enfermedades,
siendo así importante conocer las alternativas en las cuales se puedan emplear este tipo de
desechos.
En el presente trabajo de grado se plantea el estudio de la matriz caucho-poliol reforzada con fibras
cortas, identificando sus características mecánicas, con el fin de emplear el compuesto en las
construcciones actuales, de manera que se pueda dejar la posibilidad a estudios detallados para
cada uso, contribuyendo así a las alternativas de construcción, enfocado el estudio del compuesto
como un nuevo material y como las fibras afectan su resistencia.
19
4 OBJETIVOS
4.1 Objetivo general
Determinar la influencia del uso de fibras cortas en el comportamiento mecánico de una matriz de
neumático reutilizado y resina de poliol.
4.2 Objetivos específicos
Determinar la longitud crítica de adherencia entre las fibras cortas de fique y la matriz de
caucho-poliol, mediante ensayos de pull-out aplicados a cuatro longitudes, con el fin de
seleccionar una de ellas.
Determinar la longitud crítica de adherencia entre las fibras cortas de vidrio y la matriz de
caucho-poliol, mediante ensayos de pull-out aplicados a cuatro longitudes, con el fin de
seleccionar una de ellas.
Determinar la influencia del porcentaje de fibras cortas en la resistencia mecánica de una
matriz de caucho-poliol, mediante ensayos de compresión, tracción, flexión y cortante
aplicados a 5 cuantías de fibras de refuerzo, con el fin de caracterizar el material y elegir
la mejor composición.
5 MARCO DE REFERENCIA
5.1 Generalidades de los componentes
El material estudiado en el presente trabajo de grado se encuentra conformado por neumático
pulverizado, resina de poliol y fibras cortas, es necesario conocer sus características y propiedades
para garantizar un óptimo desarrollo en la investigación. En este numeral se realiza dicha
descripción.
5.1.1 Neumáticos
Según la real academia de la lengua española se define neumático como una pieza de caucho con
cámara de aire o sin ella, que se monta sobre la llanta de una rueda (Real Academia Española ,
2014). Esta pieza se emplea principalmente en vehículos de diferentes tipos, dependiendo el uso
que les den a los mismos se presentan tiempos de vida útil variable, al llegarse al deterioro máximo
es necesario reemplazarlos, generando la necesidad de desechar los neumáticos gastados, al ser un
residuo voluminoso se ocasionan diferentes problemáticas en su manejo, además, los componentes
que contienen los neumáticos dificultan los procesos de aprovechamiento y hacen costoso su
tratamiento, especialmente por la maquinaria requerida.
20
5.1.1.1 Composición de los neumáticos
Los neumáticos están compuestos de gran variedad de materiales, los cuales le otorgan las
características de adherencia, resistencia a alta presión, a la carga, entre otros. (Cámara de
Comercio de Bogotá, 2006) Las proporciones de los componentes varían entre los fabricantes y el
tipo de neumático, generalmente la composición se aproxima a la de la Tabla 5-1 y la Tabla 5-2
Tabla 5-1. Composición porcentual aproximada de los neumáticos. Fuente: CIMTAN, 2008
Material Composición (%)
Automóviles Camiones
Caucho 48 45
Negro de Carbono y Sílice 22 22
Acero 15 25
Textil 5 -
Óxido de Zinc 1 2
Azufre 1 1
Aditivos 8 5
Tabla 5-2. Composición química de los neumáticos usados. Fuente: CIMTAN, 2008
Compuesto Contenido Unidad
C 70 %
Fe 16
H 7
O 8
Óxido de Zn 1
S 1
N2 0.5
Ácido esteárico 0.3
Halógenos 0.1
Ligandos Cupríferos 200 mg/kg
Cd 10
Cr 90
Ni 80
Pb 50
El caucho es el mayor constituyente del neumático, es un elastómero compuesto de hidrocarburos
y para la fabricación del neumático se utiliza tanto caucho natural (Cis-poli(1,4-isopreno)) como
cauchos sintéticos, principalmente Estireno – Butadieno, también se encuentran polibutadienos y
polisoprenos sintéticos (Castro , 2008 ).
El Negro de Carbono, segundo material en proporción, es un material que funciona como carga
reforzante de relleno para el caucho del neumático resultante de la combustión incompleta de
21
productos derivados del petróleo. A menor tamaño de partículas de este material será mayor la
resistencia a la tracción además de aumentar la resistencia a la abrasión y rasgadura del caucho
(Cardona Gómez & Luz María Sanches Montoya , 2011).
El acero del neumático, así como los textiles (nylon, poliester) hacen parte de los cinturones
estabilizadores que le dan resistencia al desgaste y ayudan a mantener la forma; los demás
componentes son necesarios para el proceso de vulcanizacion del caucho (Castro , 2008 ).
5.1.1.2 Métodos de aprovechamiento
Existen diversas formas de transformar los neumáticos fuera de uso, en este numeral se exponen
las tecnologías de aprovechamiento de los neumáticos, describiendo los procesos de Termólisis,
Desvulcanización, Molienda criogénica y el de Molienda a Temperatura Ambiente, este último
proceso es la tecnología que se utiliza para obtener una de las materias primas del presente trabajo
de investigación.
5.1.1.2.1 Termólisis
Termólisis es el proceso de degradación térmica donde se calienta el material en un medio privado
de oxígeno a temperaturas entre los 400 y 800 °C, esto conduce a la ruptura de enlaces químicos
y da aparición a gases y líquidos pirolítocos, principalmente metano, butenos, butanos y otros
hidrocarburos ligeros, así como bajas proporciones de CO, CO2 y H2S. Los gases y líquidos
pirolíticos tienen gran poder calorífico, entre 68 y 84 𝑀𝐽
𝑚3 (Laresgoiti, y otros, 2000). La parte no
volátil del neumático (Acero y negro de carbono) permanece como sólido y se desintegra en polvo
de carbono, cordones de acero y filamentos (Serrano , García , & Fraile , 2008 ).
5.1.1.2.2 Desvulcanización
La desvulcanización consiste en la recuperación del caucho al romper los enlaces S-S y C-S que
se forman en el proceso de vulcanización y que evitan la fácil descomposición natural. Algunos
de los métodos de desvulcanización, como lo muestran Serrano et al., son los siguientes:
Química: por medio de agentes químicos se rompen los enlaces para eliminar el azufre del
enlace químico entrecruzado. Un ejemplo de ello es la utilización de CO2 supercrítico en
presencia de disulfuro de difenilo como reactivo.
Térmica: el caucho pulverizado se calienta sin presencia de agentes químicos, sin
embargo, solo es viable cuando se trata de caucho natural. Este proceso incluye también a
los tratamientos con microondas, donde el movimiento de las moléculas eleva la
temperatura del polvo y rompe el enlace entrecruzado.
Mecánica: se emplea aleación de Fe-Co para reducir la densidad de entrecruzamientos de
cloropreno y caucho etileno-propeno, este proceso se realiza mediante catálisis y puede
llegar a un porcentaje de desvucanizacion del 43%.
Químico-mecánica: se aplica fuerza al polvo de caucho produciendo radicales en la
cadena principal, a la que se le añaden dioles y disulfuro que reaccionan evitando la
recombinación y abriendo los entrecruzamientos de azufre que disminuyen la viscosidad
del caucho.
Termo-mecánica: con extrusión por un corto periodo de tiempo se calienta el polvo y se
produce una masa viscosa que se puede mezclar con caucho virgen. Este proceso resulta
de un aumento de fracción sólida y disminución del número de entrecruzamientos.
22
Ultrasónica: las ondas ultrasónicas, bajo cierta temperatura y presión, pueden romper el
enlace químico entrecruzado del azufre con alguna degradación de la cadena principal. La
desvulcanización con ultrasonido permite revulcanizar el caucho que tendrá cerca de 86%
en resistencia a la tensión y 71% a la rotura frente a un caucho virgen vulcanizado.
5.1.1.2.3 Molienda Criogénica
Este proceso sucede con la congelación del caucho con nitrógeno líquido a temperaturas por debajo
de los -200 °C, esto fragiliza el caucho al desaparecer la elasticidad, permitiendo que sea
desintegrado fácilmente. Una vez el caucho se encuentra congelado pasa a las cortadoras que se
encuentran a temperaturas cercanas a los -80 °C. El caucho granulado pasa a un proceso de
separación magnética para retirar el acero existente y por tamizaje se retiran los textiles y se
clasifica el caucho de acuerdo a su granulometría que puede ir desde los 5 mm hasta 1 mm de
tamaño (Delarze, 2008 )
Este proceso hace que los gránulos tengan una forma más regular, una menor rugosidad y una
mínima oxidación superficial frente a los gránulos producidos por molienda a temperatura
ambiente (Serrano , García , & Fraile , 2008 ).
5.1.1.2.4 Molienda a Temperatura Ambiente
Este proceso es la manera de obtener el caucho pulverizado que será utilizado para la elaboración
del material objeto de estudio de este trabajo de grado.
El proceso se realiza en una serie de molinos de dos rollos, cada uno tiene ranuras de bordes
afilados que rompen el caucho, produciendo partículas de diferentes granulometrías; además, para
garantizar el éxito del proceso se realiza una serie de actividades descritas a continuación:
Destalonado: esta fase consiste en retirar los alambres de acero que refuerzan la ceja del
neumático, estos alambres forman dos anillos muy resistentes, que de no ser retirados
pueden dañar el resto de maquinaria y comprometer el proceso.
Triturado: se trocean los neumáticos a tamaños de 10x10 cm aproximadamente y
posteriormente se trituran a tamaños cercanos a los 2,5 cm.
Granulado: en esta fase el material troceado pasa por una serie de molinos con los que
se obtiene material entre 1 y 7 mm.
Desmetalizado: con un imán ubicado dentro de una banda transportadora se retira el
material ferroso que esté presente y se conduce a cajas recolectoras, pues este metal tiene
valor comercial en las siderurgicas.
Refinación y selección de grano: el material ya libre de acero pasa por un cernidor donde
se separan las fibras del caucho, este caucho puede pasar por otros molinos y tamices para
reducir su tamaño a granos de 1 a 7 mm o a un pulverizador con partículas cercanas a los
0,5 mm o si se desea a tamaños incluso menores.
5.1.2 Aglutinantes
Para lograr que el caucho pulverizado se pueda unir entre sus partículas y logre dar forma al
material es necesario hacer uso de un material aglutinante. Por medio de revisión bibliográfica e
23
investigación realizada anteriormente (Buitrago Mendivelso & Cárdenas León , 2015) se ha
seleccionado el siguiente tipo de aglutinante para poder elaborar la matriz:
5.1.2.1 Resina de Poliuretano
Los adhesivos de poliuretano son usados para formar los aglomerados de madera, materiales
porosos como cerámica, ladrillo y plásticos, y en algunos casos se usa para instalar pisos y baldosas
a base de caucho. El compuesto es obtenido por polimerización de compuestos del grupo
isocianato (N=C=O) con el grupo OH. Esta resina está formada por dos componentes, el Poliol
que es un líquido viscoso con grupos OH, y el Poliisocioanato que contienen los grupos NCO.
En el presente caso se va a utilizar un poliuretano flexible, que contiene baja cantidad de OH y
NCO y una alta proporción de agua, esta formulación es lo que le da característica de adhesivo y
le permite resistir cargas de vibraciones o golpes, así como resistencia a bajas temperaturas y a
corrosión.
Algunas de las ventajas que presenta este aglutinante sobre otros como el poliéster y el sellante
son las siguientes, inicialmente la aplicación de poliol activado en la mezcla es bastante fácil pues
únicamente se requiere de agitación, no posee olor fuerte durante su realización y es de baja
viscosidad, además de obtener muestras compactas y aglutinadas casi en su totalidad, aumentando
proporcionalmente con el de volumen de resina, como se muestra en la Figura 5-1.
Figura 5-1 Muestras de resina de poliuretano de 15 (izquierda) y 20% (derecha) de volumen de
resina (Buitrago Mendivelso & Cárdenas León , 2015)
5.1.3 Fibras
5.1.3.1 Fibra de fique
El fique es una planta que pertenece a la familia Agavaceae, especie furcraea andina; se encuentra
principalmente en Ecuador, Venezuela y Colombia; la planta adulta presenta un tronco de 0,3 m
de espesor, hojas verdes, con lisos dentados y de forma lineal – laceolada 0,5 a 2 m de largo y 0,1
a 0,2 m de ancho, su altura varía entre 2 y 7 m; la altitud efectiva para su crecimiento es entre 800
y 3000 m.s.n.m; únicamente florece una vez en su ciclo de vida que va de 10 a 20 años.
24
La fibra de fique representa el 4% del peso de la hoja, se encuentra compuesta por un 0,7% de
ceniza, 73,8% de celulosa, 1,9% de resinas, ceras y grasas, 11,3% de lignina, elemento que se
encarga de soldar las fibrillas y 10,5% de pentosanos, los cuales constituyen las paredes celulares
del tejido vegetal, formada por filamentos multicelulares, (Ministerio de Medio Ambiente y
Desarrollo Territorial , 2006).
El uso de la fibra de fique presenta ciertas desventajas, inicialmente es incompatible con algunas
matrices poliméricas, además, posee menor resistencia que las fibras sintéticas, no tiene una
geometría definida y la variación dimensional es amplia, finalmente, posee alta absorción de
humedad. Sin embargo, la gama de ventajas hace contrapeso a la situación expuesta, este tipo de
fibras es renovable, se encuentra disponible en abundancia, presenta neutralidad de dióxido de
carbono, lo que es importante debido a que la liberación de este gas es altamente contaminante,
tiene baja densidad, presenta facilidad de separación, alta dureza, resistencia a corrosión, reducción
de irritación cutánea y respiratoria (Muñoz Velez , Hidalgo Salazar , & Mina Hernandez , 2014 ).
La fibra de fique es susceptible de tratamiento previo a ser usada, para otorgarle propiedades, como
homogenización, grado polimerización y cristalización, y con esto generar el mejoramiento de la
adhesión fibra-matriz, (Muñoz Velez , Hidalgo Salazar , & Mina Hernandez , 2014 ).
Geométricamente se destaca la amplia variación existente en el diámetro, entre fibras del mismo
lote y a lo largo de una misma fibra, variando en hasta un 40%; y del mismo modo lo hacen las
propiedades mecánicas, estas diferencias se deben a la respuesta necesaria para soportar el peso de
las hojas; además es susceptible a cambios al variar su humedad, teniendo en cuenta que los
polímeros pueden causar este efecto al estar compuestos de hidróxidos y algunos grupos con
oxígeno que atraen el agua; este proceso de absorción se encuentra a cargo de las hemicelulosas,
provocando cambios volumétricos; para el caso de la contracción, esta se presenta cuando la
humedad cae por debajo de la saturación, estos procesos son perjudiciales porque pueden causar
la separación de la fibra y la matriz; por otro lado las células presentan formas hexagonales,
generándose canales de aproximadamente 2 µm (S., E.F., F, & R, 2010); La Tabla 5-3 muestra las
propiedades de la fibra de fique.
Tabla 5-3 propiedades de la fibra de fique (S., E.F., F, & R, 2010)
CARACTERISTICAS FIQUE
Diámetro (mm) 0,15 – 0,42
Diámetro promedio (mm) 0,236
Densidad aparente (kg/m3) 723,00
Gravedad específica 1,47
Absorción (%) 60,00
Resistencia a la tensión MPa 42 – 571
Resistencia a la tensión Promedio MPa 132,4
Alargamiento a la rotura % 9,8
Módulo elástico Gpa 8,2 – 9,1
25
5.1.3.2 Fibra de vidrio
La fibra de vidrio se forma cuando el vidrio es extruido en filamentos de diámetro adecuado para
el procesamiento textil; es un material que se conoce desde hace milenios, sin embargo, su uso en
textiles se remonta a 1936.
Existen diferentes procesos de fabricación para obtener la fibra de vidrio, sin embargo, se tienen
dos métodos principales, mediante fusión directa o por refundición; en los dos casos se inicia con
la materia prima sólida y se funde en el horno, pero en el segundo método este material fundido se
corta y enrolla, para posteriormente enfriarlo y refundirlo dentro de un cilindro. El vidrio fundido
se extruye a través del bushing, este es un cabezal con boquillas que conforma en filamentos el
material fundido, siendo este el equipo más importante del proceso, por cada cabezal el número de
boquillas oscila entre 200 y 4000, dispuestas en múltiplos de 200, se diseñan para espesores
mínimos y diámetros determinados; justo después los filamentos son enfriados mediante aletas
refrigeradas con agua para luego ser organizadas en madejas (Koch & Lupton , 2006) .
Se cuenta con diferentes tipos de fibra de vidrio, según el vidrio del cual es extraída, las más
utilizada son de vidrio E, este es de aluminio-borosilicato con menos del 1% (p/p) de óxidos
alcalinos; también se encuentran de vidrio A, cálcico con poco oxido de boro, de vidrio E-CR, con
silicato alumino cálcico, menos de 1% (p/p) de óxidos alcalinos y con alta resistencia a los ácidos,
de vidrio C, sódico cálcico con alto contenido de óxido de boro , de vidrio D borosilicato con alta
constante dieléctrica, y de vidrio S aluminosilicato sin oxido de calcio, con alto contenido de óxido
de magnesio que le otorga alta resistencia; para el presente trabajo de grado se utilizó roving Chino,
el cual es una hebra de hilos continuos con cierta torsión mecánica y se fabrica a partir de vidrio
tipo E (Loewestein , 1973).
La estructura química más común en el vidrio tipo E son los tetraedros de sílice, representando
entre 53% y 54% de su composición, seguido del óxido de calcio (20% - 24%), posteriormente
óxido de aluminio (14% - 15,5%) y finalmente trióxido de boro (6,5% - 9%); encontrando
pequeñas trazas de óxidos de magnesio, sodio, potasio y titanio con proporciones de 1%, 0,5%,
0,3% y 0,2%, respectivamente, tiene un punto de ablandamiento de 840°C y una característica
peculiar ya que no se derrite al ser sometida a altas temperaturas sino que se alarga, conociéndose
como punto de reblandecimiento aquel en el cual una fibra con diámetro de 0,55 a 0,77 mm y de
235 mm de longitud, se alarga en 1 mm/min (Koch & Lupton , 2006); la Tabla 5-4 muestra las
propiedades de la fibra de vidrio.
Tabla 5-4. Propiedades de la fibra de vidrio (Arslan , 2016 ) (AITEX Instituto Tecnológico
Textil , 2004)
CARACTERISTICA FIBRA DE VIDRIO
Diámetro (mm) 0,1 – 0,17
Tenacidad (N/tex) 1,3
Resistencia a la tensión (MPa) 3000 - 3600
Alargamiento a la rotura % 2,65
Conductividad térmica (W/Mk) 1
26
Absorción (%) 0,1
Resistencia a la compresión (MPa) 1080
Densidad (g/cm3) 2,58
Módulo de elasticidad (GPa) 76
5.2 USOS ALTERNATIVOS PARA NEUMATICO PULVERIZADO
Existen diferentes formas de reciclar el neumático pulverizado dentro de diferentes industrias, en
este numeral se presentan algunos ejemplos de los usos que se han otorgado a esta materia prima,
en la mayoría de los casos cuando la aglomeración del material es necesaria, esta se realiza
mediante termoformado.
Rellenos asfálticos: en países como Canadá, España y Estados Unidos, se mezcla el
caucho pulverizado, con tamaños inferiores a 0,6 mm, con el bitumen para la formación de
mezclas asfálticas que tienen mayor rigidez, resistencia bajo carga, resistencia al
ahuellamiento, a la fatiga, al envejecimiento y disminuye la susceptibilidad térmica.
Valorización energética: el caucho de neumático tiene un poder calorífico de 7,5 Kcal/g
que es superior al lignito (4.4 Kcal/g) y similar a la antracita (7.8 Kcal/g) por lo que es una
alternativa para las instalaciones industriales de altos consumos energéticos como las
cementeras. El caucho es ventajoso frente a otros combustibles por su bajo contenido de
humedad y baja cantidad de azufre, sin embargo, la combustión puede producir dioxinas,
SO2, H2S, HCl, HCN, entre otros, que requerían de tratamientos adicionales para una buena
gestión por este medio.
Campos de césped artificial: el caucho granulado puede ser utilizado para la elaboración
de campos de césped, ya sea como capa de absorción de impacto o como relleno árido de
la fibra sintética. La capa base da mayor seguridad y amortiguación frente a una posible
caída, y el relleno evita daños a la fibra y da mayor confort a la hora de juego.
Pantallas acústicas: las barreras acústicas permiten reducir ruidos emitidos por fuentes
principales, dada la absorción de vibraciones y estabilidad frente a agentes atmosféricos
hace que se pueda utilizar en forma de láminas para aislamiento acústico.
Aplicación ornamental: el caucho pigmentado puede ser aplicado con un adhesivo al
suelo para decorar jardines y rotondas disminuyendo el uso de agua por riego, pero igual
permite la infiltración en caso de precipitación.
Fabricación de suelas de calzado: con el caucho pulverizado se puede dar forma en las
prensas para producir suelas de zapatos con diferentes modelos, sin embargo, el producto
está limitado a suelas oscuras por el tipo de materia prima.
Suelos de seguridad y parques infantiles: debido a la capacidad de amortiguación del
caucho se ha utilizado el material granulado, con pinturas especiales para la fabricación de
losas usadas en gimnasios y parques infantiles, permitiendo evitar algún accidente por
caída o tropiezo. El material es aglomerado y luego prensado para darle la forma de losa
que permita una fácil instalación.
27
5.3 INVESTIGACION PREVIA
El presente proyecto tiene como base el trabajo de grado “Evaluación del caucho
pulverizado como materia prima en la elaboración de tejas a manera de alternativa
ambiental para el manejo de neumáticos usados” (Buitrago Mendivelso & Cárdenas León
, 2015); en el cual se realizaron pruebas para seleccionar el mejor aglutinante en la
elaboración de cubiertas con caucho de neumático pulverizado, entre la resinas de poliéster
flexible, de poliuretano y sikaflex 1A; teniendo en cuenta el comportamiento de la mezcla,
la facilidad de aplicación, el aglutamiento del material pasado un tiempo de curado de 117
horas; de allí se obtuvo que la mejor resina es la de poliuritano (Poliol activado).
Además, se varió la proporción de resina y polvillo de caucho cada 1 porciento, desde 15%
hasta 20%; realizando análisis físicos de densidad aparente, conductividad térmica,
absorción, permeabilidad, resistencia al impacto y exposición a la intemperie y un ensayo
mecánico de tracción; esto con el fin de seleccionar la mejor proporción de materiales
constituyentes, obteniendo como resultado tras un análisis estadístico que el mejor
comportamiento lo tuvo la muestra de 17% resina.
5.4 USO DE FIBRAS EN MATERIALES CONSTRUCTIVOS AFINES
A nivel nacional se documenta la experimentación con fibras naturales como fique, coco,
guadua, pasto, junco, pelo animal, entre otras, para variar las propiedades mecánicas de
morteros y concretos, así como su utilización en tejas corrugadas y placas planas de
cemento. A continuación, se exponen dos de ellas que tienen implicación en el proyecto:
Palmira: En el año 2005 se estudió el uso de la fibra de estopa de coco para mejorar las
propiedades mecánicas del concreto, realizando la caracterización física, química y
mecánica de la fibra natural por separado y en morteros reforzados en proporciones de 0,5
y 1,5%. Para esto realizaron pruebas de compresión axial, tracción indirecta, y flexión;
obteniendo como resultado que se disminuye la deformación máxima, se afecta
positivamente la flexión del concreto y se mejora la tenacidad de la matriz del compuesto,
además en el momento de la falla el concreto se mantiene unido, lo que indica una buena
adherencia de la fibra a la matriz, ya que si se genera un grieta y se encuentra con la fibra
esta se ve obligada a rodearla, esto consume energía y genera aumento en la tenacidad del
concreto. En este caso se trabajó con dos longitudes diferentes de fibra y esta fue sumergida
con lechada de cal durante 48 h, para ser enjuagada repetidas veces, con el fin de eliminar
las impurezas y protegerla del ataque microbiológico de hongos (Quintero Garcia &
Gonzales Salcedo , 2006).
Universidad del Valle: El grupo de investigación de materiales compuestos de la
Universidad del Valle, junto con la Universidad de las Antillas y Guyana realizó la
investigación “Tejas corrugadas y placas basadas en matriz cementicia reforzada con fibra
de fique” entre los años 2005 y 2006; teniendo en cuenta que uno de los problemas de
elementos laminares es la resistencia a la flexión, estudiaron la adición en la matriz de
fibras de refuerzo de fique, bentonita, humo de sílice, pulpa de celulosa y polímero acrílico
estirenado; con ninguna de estas se tuvo un aumento significativo en la flexión, sin embargo
se consideran los siguientes resultados, la fibra de fique es indispensable al ondular las
muestras ya que trabaja como agente de moldeo, mayor resistencia a la flexión con el
28
polímero, la bentonita disminuye la resistencia, mediante el humo de sílice se proporciona
puzolana, la cual contribuye ligeramente al desarrollo resistente, aunque la relación costo-
beneficio no es favorable, finalmente la pulpa de celulosa, genera una sinergia positiva
respecto a los resultados de resistencias a la flexión (Delvasto , Toro , Arsene, Bilba, &
Onessipe, 2005 y 2006 ).
Santander: Teknoroof es una empresa dedicada a la fabricación de tejas con resinas
reforzadas con residuos orgánicos no biodegradables y fibras de fique, además de enfocarse
en la investigación de nuevos materiales; presentó la idea del proyecto en la décima jornada
latinoamericana de jóvenes emprendedores, en esta afirman que estiman fabricar
inicialmente 1000 cubiertas por mes cada una de 124 x 100 m y esperan aumentar su
producción de manera progresiva, apostándole también a nuevos productos, como ladrillos,
pisos, divisiones, entre otros (Arenas Herrera & Molano Meza , 2015).
Universidad de Düzce: Describe un estudio comparativo del comportamiento de fractura
de hormigón reforzado con fibra de basalto (BFRC) y con fibra de vidrio (GFRC),
realizaron ensayos de flexión sobre vigas de muescas con contenidos de fibra 0,5, 1, 2 y 3
kg / m3 para determinar la energía de fractura, calculada mediante el análisis de diagrama
carga vs. deformación (CMOD) y el análisis microestructural de los tres componentes,
sobre la base de la microscopía electrónica de barrido y el análisis de energía dispersiva de
rayos X. Los resultados mostraron que los efectos de los contenidos de fibras en la energía
de fractura fueron muy significativos; la tracción indirecta y resistencia a la flexión de
BFRC y GFRC se mejoraron con el aumento de contenido de fibra mientras que se observó
un ligero descenso en resistencia a la flexión para el alto volumen de contenido de fibra.
Por otro lado, el efecto de la adición de fibra sobre la resistencia a la compresión y módulo
de elasticidad de las mezclas fue insignificante (Arslan M. E., 2016 ).
CALI: En la investigación “Fibras de fique una alternativa para el reforzamiento de
plásticos. influencia de la modificacion superficial”, con el fin de variar algunas
características del fique se realizaron tres diferentes modificaciones, como primera medida
llevaron a cabo la alcalinización con hidróxido de sodio al 2% (p/v), sumergiendo la
muestra en la solución durante 1 hora a 25°C, pasado el tiempo estipulado lavaron las
muestras con agua destilada y secaron a temperatura ambiente por 12 horas y en horno por
24 horas; en segundo lugar, realizaron la silanización, con silano tris; para esto dejaron las
muestras inmersas durante una hora en una disolución agua-metanol con el 1 % silano y
0,5% de peróxido de dicumilo, ajustaron el pH a 3,5, sometiéndolo a agitación por 30 min,
posteriormente dejaron decantar la mezcla; al tener separado el material lo secaron, por 24
horas a 60°C y lo sometieron a curado 2 horas a 120°C, finalmente realizaron la pre-
impregnación con una solución de polietileno de alta densidad al 1,5% en xileno, a una
temperatura de 120°C con agitación constante de 100 rpm durante 1 hora, se secaron las
fibras a 60°C durante 24 h; evaluándolos mediante espectroscopia de infrarrojo con
transformada de Fourier (FTIR), para la determinación de los grupos funcionales de las
fibras y análisis Termogravimétrico (TGA), para la estimación de la estabilidad térmica y
pruebas de tracción, para el estudio del desempeño mecánico del material; llegando a la
conclusión de que el dióxido de sodio remueve componentes como hemicelulosa y lignina;
mejorando las propiedades mecánicas, además, libera hidroxilos facilitando la reacción con
29
el silano, aumenta levemente su polaridad, sin embargo esta disminuye con la pre-
impregnación en polietileno, haciéndola más compatible con matrices termoplásticas,
normalmente apolares (Muñoz Velez, Hidalgo Salazar , & Mina Hernandez, 2014 ).
6 METODOLOGÍA
6.1 FASE 1. CARACTERIZACIÒN FÌSICA Y MECÀNICA DE FIBRAS
6.1.1 DIAMETRO
El diámetro de las fibras se midió mediante calibrador (pie de rey), utilizando diez fibras
individuales para cada tipo (FF – FV) con una longitud de veinte centímetros, tomado los datos en
cinco puntos ubicados cada cuatro centímetros, obteniendo un total de 50 datos para cada fibra.
6.1.2 DENSIDAD
La densidad fue calculada con base en la norma técnica ecuatoriana NTE INEN 2 527:2010; la
cual describe los ensayos cualitativos a realizar en la identificación de fibras, para esta prueba se
utilizó el método del picnómetro, este se fundamenta en determinar la masa de la muestra (FF-FV)
en el aire y sumergirla en un líquido de inmersión (agua) de gravedad especifica conocida;
calculando mediante la Ecuación 6-1 la densidad final de la muestra; se realizaron 10 repeticiones
para cada fibra.
𝜌 =𝑀𝑥 − 𝑀𝑃
𝑉𝑝 − (𝑀𝑧 − 𝑀𝑥
𝜌𝑎)
Ecuación 6-1 calculo densidad de las fibras
Donde:
𝑀𝑥 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑦 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎
𝑀𝑃 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
𝑉𝑝 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 (50 𝑐𝑚3)
𝑀𝑧 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜, 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑦 𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝜌𝑎 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 (1 𝑔 𝑐𝑚3⁄ )
La Figura 6-1 muestra la disposición de las fibras dentro del picnómetro para el cálculo de la
densidad de cada una de las muestras
30
Figura 6-1. Procedimiento de cálculo de densidad en la fibra de fique (Derecha) y en la fibra de
vidrio (Izquierda); Fuente: propia
6.1.3 HUMEDAD
Se utilizó el método de gravimetría para calcular la humedad sometiendo las muestras a 24 horas
de calentamiento a una temperatura 100 ± 5 ºC; tomando las masas antes y después de dicho
procedimiento y calculando el porcentaje de humedad natural mediante la Ecuación 6-2
𝐻(%) =𝑚0 − 𝑚𝑓
𝑚0∗ 100
Ecuación 6-2. cálculo humedad de las fibras
Donde:
𝑚0 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑎
𝑚𝑓 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎
La Figura 6-2 muestra las fibras tanto de fique (superior) como de vidrio (inferior) en el horno
Figura 6-2. Muestras sometidas a secado en el horno; Fuente: propia
31
6.1.4 ABSORCIÓN
Las muestras fueron sumergidas durante 24 horas en agua, posterior a esto se sometieron a 24
horas de calentamiento a una temperatura 100 ± 5 ºC, como se muestra en la Figura 6-3; tomando
las masas antes y después de dicho procedimiento y calculando el porcentaje de absorción
mediante gravimetría como se muestra en la Ecuación 6-3.
𝐴𝑏𝑠(%) =𝑚0 − 𝑚𝑓
𝑚0∗ 100
Ecuación 6-3. Cálculo absorción de las fibras
Donde:
𝑚0 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑎
𝑚𝑓 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎
Figura 6-3. Fibras sometidas a calentamiento tras ser sumergidas en agua para la prueba de
absorción; Fuente: propia
6.1.5 TRACCIÓN
Las muestras fueron analizadas en el texturómetro del programa de Ingeniería de Alimentos de la
Universidad de La Salle, este tiene una capacidad de fuerza de 1000 N, y se controla mediante el
software Nexygen Material Textining. Se aplicó carga axial a los especímenes, la cual fue
aumentada gradualmente obteniendo así la máxima fuerza que soportaron antes de la falla. Para la
fibra de vidrio se realizaron 10 repeticiones y para la fibra de fique 41 repeticiones, ya que en
ensayos posteriores, esta fue seleccionada y se procuró abarcar una muestra mayor. El montaje
realizado se muestra en la Figura 6-4 y en la Figura 6-5
32
Figura 6-4. Montaje fibra
de fique; fuente: propia
Figura 6-5. Montaje fibra
de vidrio; fuente: propia
6.2 FASE 2. CARACTERIZACIÓN DE LA INTERFACE FIBRA -MATRIZ
6.2.1 DETERMINACION RANGO DE LONGITUDES
Con el fin de determinar los rangos de longitudes se realizaron probetas con las dimensiones
mostradas en la Figura 6-6, con un espesor de 2,54 cm.
Figura 6-6. Dimensiones probetas determinación rangos de longitudes; fuente: Propia
Las fibras de fique y de vidrio se ubicaron en el centro de las probetas, inicialmente se separó la
mitad de la probeta mediante una sola cartulina (Figura 6-7); teniendo en cuenta que esta presentó
una adherencia con la matriz fue necesario el uso de dos cartulinas (Figura 6-8), para así garantizar
33
que la unión entre las mitades de las probetas se generara únicamente por la fibra. Para el ensayo
se utilizaron longitudes embebidas de 5, 10, 15 y 20 mm.
Figura 6-7. Probetas 1; fuente: Propia
Figura 6-8. Probetas II; fuente: Propia
Las muestras fueron falladas mediante un montaje experimental, conformado por dos aditamentos
utilizados para este tipo de probetas, uno de ellos fijo mediante un tornillo en una tabla para evitar
el desplazamiento del mismo, siendo esta la parte superior del montaje. La parte inferior se ubicó
con cuatro resortes que permitieran la aplicación y medición de una fuerza que induciría la falla
en la fibra o el arrancamiento de la misma dependiendo de la adherencia que presentara, como se
muestra en la Figura 6-9 y en Figura 6-10.
Figura 6-9. Montaje rangos longitudes, vista
general; Fuente: propia
Figura 6-10. Montaje rangos longitudes,
vista detallada; Fuente: propia
34
La aplicación de la carga se realizó incrementando peso al porta-pesas del montaje, se registró la
deformación que se presentaba en la parte inferior debida al aumento de peso del sistema, y se
calculó la fuerza final aplicada teniendo en cuenta la elongación de los resortes.
6.2.2 ENSAYOS DE PULL-OUT
Los ensayos de pull-out se realizaron utilizando la probeta que se muestra en la Figura 6-11, las
cuales consisten en un prisma rectangular de 3 cm por 3 cm con un espesor de 1 cm, elaborado
con la matriz neumático – poliol en el cual se ubicó la fibra centrada dejando diferentes longitudes
embebidas (5 a 12 mm) y para todos los casos 10 cm de fibra libre.
Figura 6-11. Modelo Probeta Ensayos de PULL-OUT; fuente: Propia
Figura 6-12. Elaboración probeta ensayo de PULL-OUT; fuente: Propia
la Figura 6-12 muestra el proceso de elaboración de la probeta, el cual se realizó mediante moldes
de palos de Balso aplicando una capa inicial de aproximadamente 0,5 cm de espesor, ubicando la
fibra con la longitud embebida establecida y cubriendo la probeta con otra capa de 0,5 cm.
35
Con el fin de establecer la longitud a la cual las fibras generaban una adherencia, las probetas se
sometieron a una fuerza axial aplicada a la fibra garantizando una longitud libre de fibra de 5 cm
como se muestra en la Figura 6-13; el ensayo se realizó en el texturómetro del programa de
Ingeniería de Alimentos de la Universidad de La Salle.
Figura 6-13. Procedimiento de falla probetas de PULL-OUT; fuente: Propia
6.3 FASE 3. CARACTERIZACIÓN DEL COMPUESTO
Esta fase incluye los ensayos mecánicos de tracción, compresión, flexión y resistencia al corte,
los cuales se realizaron utilizando el texturómetro del programa de Ingeniería de Alimentos de la
Universidad de La Salle
6.3.1 ELABORACIÓN DE LAS MEZCLAS:
Cada ensayo se realizó para cinco cuantías diferentes de fibra, en composición de peso, la cantidad
total de mezcla por cada cuantía fue de 2000 g; esto teniendo en cuenta que se realizaron cuatro
repeticiones de cada ensayo para cada cuantía y además se elaboraron dos probetas adicionales
con el fin de garantizar la calidad de al menos cuatro muestras.
La Tabla 6-1 muestra la cantidad de material utilizado en cada mezcla; cabe resaltar que el
porcentaje de resina utilizado fue del 17%, valor basado en investigación previa (Buitrago
Mendivelso & Cárdenas León , 2015)
36
Tabla 6-1. Composición de las mezclas; fuente: Propia
Cuantía
fibra de
fique (%)
MNEUMÁTICO
(g)
MRESINA
(g)
MFIBRA
(g)
0 1660 340 0
2 1620 340 40
4 1580 340 80
6 1540 340 120
8 1500 340 160
total 7900 1700 400
La mezcla resultó ser más homogénea si inicialmente se incorporaban la fibra y el neumático, dado
que este último interfería en la aglomeración natural de las fibras evitando grumos al agregar la
resina.
6.3.2 ENSAYO DE TRACCIÓN
El ensayo de tracción se realizó aplicando una fuerza axial a una probeta con las dimensiones
exigidas por el método estándar de pruebas para propiedades de tracción de los plásticos de la
Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (Norma ASTM D 638 – 02a), variando el espesor
exigido con el fin de adaptar el modelo al equipo utilizado ya que las mordazas tienen una abertura
máxima de 10 mm, las dimensiones de la probeta se muestran en la Figura 6-14.
Figura 6-14. Esquema probeta utilizada en el ensayo de tracción; fuente: Propia
Para la elaboración de las muestras se realizaron placas de 30 cm por 35 cm (Figura 6-15), las
cuales fueron cortadas manualmente en rectángulos de 5 cm por 25 cm y posteriormente mediante
37
corte a laser se moldearon con las dimensiones finales, obteniendo las probetas mostradas en la
Figura 6-16.
Figura 6-15. Moldes y placas
iniciales probetas de tracción;
fuente: Propia
Figura 6-16. Probetas ensayo de Tracción; fuente:
Propia
La Figura 6-17 muestra un ejemplo del montaje del ensayo de tracción
Figura 6-17. Montaje ensayo de tracción; fuente: Propia
38
6.3.3 ENSAYO COMPRESIÓN
El ensayo de compresión se realizó con probetas cilíndricas, con las dimensiones que se muestran
en la Figura 6-18; las cuales garantizan una relación 1:2 entre el diámetro y el alto de las probetas.
Figura 6-18. Esquema probeta utilizada en el ensayo de compresión; fuente: Propia
Para la elaboración de las probetas se utilizó tubo de PVC de 3 pulgadas a manera de molde;
compactando el material en 2 capas cada una con 10 golpes distribuidos en el área transversal del
cilindro, efectuados con una vara de madera; finalmente se puso una tercera capa y se enrasó la
Figura 6-19 muestra los moldes utilizados y las probetas en proceso de curado.
Figura 6-19. Probetas de compresión en moldes; fuente: Propia
39
El ensayo de compresión se realizó aplicando una fuerza axial de compresión máxima de 1000 N
y evaluando el desplazamiento generado en la probeta, montaje mostrado en la Figura 6-20.
Figura 6-20. Montaje ensayo a compresión; fuente: Propia
6.3.4 ENSAYO FLEXIÓN
Para el ensayo de flexión se elaboró una probeta con las dimensiones mostradas en la Figura
6-21; con lo que se garantizó una luz de 100 mm, entre los apoyos.
Figura 6-21. Esquema probeta utilizada en el ensayo de flexión; fuente: Propia
Las probetas fueron realizadas mediante moldes cuadrados de 112 mm x 112 mm, elaborados
con palos de balso, como se muestra en la Figura 6-22.
40
Figura 6-22. Probetas en molde para ensayo de Flexión; fuente: Propia
Para este caso se diseñó y elaboró un montaje, en el cual se garantizará un desplazamiento de 10
mm inducido por flexión en la probeta, por ende, para para el ensayo de flexión se entiende por
falla el momento en el cual se genera dicho desplazamiento con una fuerza conocida. El sistema
de aditamentos diseñados se muestra en las Figura 6-23, Figura 6-24, Figura 6-25 y Figura
6-26.
Figura 6-23. Vista frontal aditamentos del
montaje; fuente: Propia
Figura 6-24. Vista lateral aditamentos del
montaje; fuente: Propia
Figura 6-25. Vista superiora aditamentos del
montaje; fuente: Propia
Figura 6-26. Vista isométrica aditamentos
del montaje; fuente: Propia
41
6.3.5 ENSAYO RESISTENCIA AL CORTE
El ensayo de resistencia al corte se realizó con base en la metodología expuesta en el test JSCE
SF-6; utilizando probetas con las dimensiones mostradas en la Figura 6-27
Figura 6-27. Esquema probeta utilizada en el ensayo de resistencia al corte; fuente: Propia
Las probetas se realizaron en moldes de 100 mm x 100 mm (Figura 6-28); obteniendo bloques
(Figura 6-29) con dichas dimensiones los cuales fueron cortados en prismas de 30 mm x 100 mm,
la ranura central se hizo utilizando una segueta y se garantizó que su profundidad fuera 3 mm,
como se puede observar en la Figura 6-30.
Figura 6-28. Bloques
ensayo resistencia al corte
en moldes; fuente: Propia
Figura 6-29. Bloques ensayo
resistencia al corte; fuente: Propia
Figura 6-30. Detalle
ranura; fuente: Propia
El montaje realizado permitía el desplazamiento del bloque central, para el caso se le llama falla,
bien sea al hecho de separación de los bloques laterales o al desplazamiento del bloque central en
una longitud de 10 mm con respecto a su posición inicial.
42
Figura 6-31. Vista frontal montaje ensayo de
corte; Fuente: Propia
Figura 6-32. Vista lateral montaje ensayo de
corte; fuente: Propia
7 RESULTADOS Y ANÁLISIS
7.1 FASE 1. CARACTERIZACIÓN FÍSICA Y MECÁNICA DE FIBRAS
Con los parámetros obtenidos en cada uno de los ensayos físicos y mecánicos aplicados a las fibras,
se realizó un análisis de Outlier, con el fin de identificar los valores atípicos dentro de los datos y
así excluirlos del estudio estadístico realizado; dicho análisis consiste en tomar como referencia la
diferencia entre el primer cuartil y el segundo cuartil, para el extremo inferior de la serie de datos
y eliminar aquellos datos que son 1,5 veces menores a dicha diferencia; del mismo modo se realiza
con el extremo superior, tomando como valores atípicos aquellos que sean mayores a 1,5 veces la
diferencia entre el segundo cuartil y el tercer cuartil.
Al eliminar los valores atípicos se realizó un análisis de estadística descriptiva, los resultados de
ambos análisis (Outlier y estadística descriptiva) se muestran detalladamente del anexo A; a
continuación, se presentan las propiedades obtenidas mediante los promedios de las repeticiones
realizadas en cada prueba y la varianza de dichos datos.
43
7.1.1 Fibra de Fique
La Tabla 7-1 muestra las características obtenidas para las propiedades físicas y mecánicas de la
fibra de fique (FF).
Tabla 7-1. Caracterización fibra de Fique (FF); fuente: Propia
PARÁMETRO PROMEDIO VARIANZA
Diámetro (mm) 0,245 0,005
Densidad (g/cm3) 0,797 0,002
Humedad (%) 11,75 2,35
Absorción (%) 67,86 40,14
Carga máxima a tracción (N) 16,46 5,78
Como primer análisis se pueden comparar los valores obtenidos experimentalmente con los
expuestos inicialmente en la teoría (Tabla 5-3); encontramos un diámetro promedio de 0,245 mm
el cual se encuentra entre el rango típico de 0,15 mm a 0,42 mm y muy cercano al promedio de
0,236 mm; se evidencia que la variación de este parámetro es considerable porque el proceso de
elaboración de las fibras no se encuentra completamente establecido, a simple vista se observa un
cambio en su tamaño, experimentalmente se obtuvo un rango de 0,22 mm.
Al comparar la densidad y la absorción encontramos un error del 10,22% y del 13,098%,
respectivamente, con respecto a los datos teóricos.
La absorción experimental fue de 67,86 %, con esto se puede inferir que al utilizar la fibra de fique
en la matriz caucho-poliol, se pude inducir un aumento en la absorción del material final y
dependiendo del uso, puede ser un factor favorable. En este parámetro se tiene una varianza alta,
ya que al pesar la muestra después de ser sumergida se puede incluir una masa de agua que no fue
absorbida por el material pero si se encuentra en su superficie y que además se puede perder por
escurrimiento antes de ser sometidas al respectivo calentamiento, generando variaciones en la
absorción ya que este volumen puede cambiar de una prueba a la otra.
Al tener un bajo valor de humedad (11,7%), se garantiza que la mezcla con los demás
constituyentes no se vea afectada por el contenido de agua y que el tiempo de curado no dependa
de esta variable, al no afectar el proceso de secado de la resina, además, teniendo en cuenta que el
poliol es un compuesto hidrofóbico, un alto contenido de humedad en la fibra disminuiría la
adherencia con la matriz.
Dos parámetros importantes y relacionados entre sí son el diámetro y la carga máxima a tracción,
ya que el área transversal de la fibra es directamente proporcional a la carga que esta puede
soportar. Con el fin de comparar el comportamiento de ambas características se realizaron boxplot
para cada uno de los casos, como se muestra en la Grafica 7-1 y Grafica 7-2; podemos evidenciar
44
que la distribución para ambos casos es muy similar y se determina que los datos se encuentran
equidistantes a la media, a pesar de la variación de los mismos, se resalta que ni para el diámetro
ni para la resistencia a tracción se obtuvieron valores atípicos; una diferencia substancial entre las
gráficas es el espaciamiento entre el cuartil tres y el límite máximo, para el diámetro este es mucho
mayor, lo que indica que a pesar de la distribución equitativa el límite superior de los datos
obtenidos para el diámetro presenta una diferencia alta con respecto a los demás.
Grafica 7-1. Boxplot diámetro Fibra de Fique; fuente: Propia
Grafica 7-2. boxplot máxima a tracción fibra de fique; fuente: Propia
0,140
0,190
0,240
0,290
0,340
Diá
met
ro F
F (m
m)
11,000
13,000
15,000
17,000
19,000
21,000
Res
iste
nci
a m
axim
a a
trac
ció
n F
F (N
)
45
7.1.2 Fibra de Vidrio
La Tabla 7-2 muestra las características obtenidas para las propiedades físicas y mecánicas de la
fibra de vidrio (FV).
Tabla 7-2. Caracterización Fibra de Vidrio (FV); fuente: Propia
PARÁMETRO PROMEDIO VARIANZA
Diámetro (mm) 0,367 0,00025
Densidad (g/cm3) 0,55 0,02
Humedad (%) 5,79 0,64
Absorción (%) 21,32 21,13
Carga máxima a tracción (N) 20,88 9,23
Al comparar los valores obtenidos experimentalmente con los teóricos mostrados en Tabla 5-4, se
encuentra una diferencia significativa; para el caso del diámetro el rango teórico es de 0,1 a 0,17
mm y el valor obtenido fue de 0,367 mm, esto se puede justificar por el tipo de elaboración de la
fibra de vidrio utilizada, la cual fue roving continuo, ya que se encuentra compuesta por la unión
de varios hilos enrollados mecánicamente, lo que también permite una uniformidad y poca
variación (varianza de 0,00025 y rango de 0,05) en este parámetro al ser controlado por procesos
industriales tecnificados que garantizan un diámetro definido; las demás características también
variaron por la razón anterior, la densidad presenta un error del 78,6 %, teniendo en cuenta que las
densidades teóricas hacen referencia principalmente al vidrio con el cual son elaboradas las fibras
y presenta un valor de 2,58 g/cm3 .
Al igual que la fibra de fique, la fibra de vidrio obtuvo una humedad muy baja, lo que es
beneficioso para la elaboración del material, por las mismas razones expuestas en el numeral 7.1.1;
la absorción es menor que la fibra de fique, este parámetro puede favorecer o afectar el material
dependiendo del uso final, se evidencia que la absorción presenta una varianza alta, esto se puede
atribuir a las mismas razones explicadas en el numeral anterior para la fibra de fique.
La carga máxima soportada por la fibra de vidrio es mayor en un 20% con respecto a la fibra de
fique, este comportamiento era el esperado, si se comparan los valores teóricos del módulo de
elasticidad se encuentra una diferencia de 66,9 Gpa, por un lado, se debe al mayor diámetro que
presenta la fibra de vidrio lo que le permite resistir fuerzas mayores, además esta fibra es más
elástica y la rotura no es súbita porque los hilos se rompen uno a uno, como se muestra en la Figura
7-1; este tipo de falla puede justificar la varianza elevada que presenta este parámetro ya que de
una fibra a otra la rotura de los hilos varia de manera significativa.
46
Figura 7-1. Falla fibra de vidrio; fuente: Propia
Finalmente, los boxplots mostrados en la Gráfica 7-3 y en la Gráfica 7-4 evidencian que debido
a que los valores son muy cercanos, si pocos se salen de este rango se genera una distribución
definida, para el caso del diámetro encontramos una concentración mayor de valores por encima
de la media además de contar con cinco valores atípicos por debajo del límite inferior, mientras
que para la tracción la acumulación se presenta en los valores menores, es decir en el cuartil 1 y el
valor atípico se da sobre el límite superior.
Gráfica 7-3. Boxplot diámetro Fibra de Vidrio; fuente: Propia
0,300
0,310
0,320
0,330
0,340
0,350
0,360
0,370
0,380
0,390
0,400
Diá
met
ro F
V (
mm
)
47
Gráfica 7-4. Boxplot tracción fibra de vidrio; fuente: Propia
15,000
17,000
19,000
21,000
23,000
25,000
27,000
29,000
Res
iste
nci
a m
axim
a a
trac
ció
n F
V (
N)
48
7.2 FASE 2. CARACTERIZACIÓN DE LA INTERFACE FIBRA -MATRIZ
7.2.1 DETERMINACIÓN RANGO DE LONGITUDES
Con el fin de determinar la fuerza necesaria para separar la fibra o que esta se rompiera y obtener
el rango de longitudes a evaluar se utilizaron cuatro resortes, el cálculo de la constante de los
mismos se muestra en el anexo F numeral 0 y los resultados en la Tabla 7-3.
Tabla 7-3. Constante de los resortes; fuente: Propia
(N/m)
K1 142,020
K2 138,090
K3 138,150
K4 162,950
7.2.1.1 Fibra de fique
Para cada longitud embebida se calculó la fuerza máxima soportada por la probeta y la fibra
obteniendo los resultados mostrados en la Tabla 7-4, dicho cálculo se muestra en el Anexo F.
Tabla 7-4. Fuerza máxima - rango de longitudes; fuente: Propia
Longitud embebida (mm) Fuerza máxima (N)
5 3,493
10 9,834
15 6,510
20 7,015
La fuerza resistida por la fibra de fique con una longitud embebida de 5 mm fue mayor a la fuerza
de arrancamiento provocando que la fibra se separará de la matriz, es decir no presentó adherencia
con la misma.
A partir de 10 mm se generó rotura en la fibra de fique, lo que se demuestra con las fuerzas
resistidas desde esta longitud, ya que se acercan a los valores obtenidos de resistencia de la fibra
individual, encontrándose por debajo del límite inferior de 11 N porque la fuerza no se aplica
directamente a la fibra y por ende se presentan variaciones, por esto se decidió realizar las pruebas
de PULL-OUT con longitudes comprendidas entre 4 mm y 12 mm para así abarcar la longitud sin
adherencia (menor a 5 mm) y aquella que si la tuvo.
49
7.2.1.2 Fibra de vidrio
Al realizar el ensayo con las probetas que contenían la fibra de vidrio se observó una separación
total de las mismas, es decir la matriz caucho-poliol no presenta adherencia con este tipo de fibra
y se desliza al aplicarle la fuerza, por tal razón se descarta el uso de fibra de vidrio como
componente en el material, teniendo en cuenta que prima la adherencia sobre la resistencia
individual de la fibra.
7.2.2 ENSAYOS DE PULL-OUT (FIBRA DE FIQUE)
La Tabla 7-5 muestra los resultados del ensayo de PULL-OUT, la carga máxima resistida
corresponde al promedio obtenido de la repetición de los ensayos de cada longitud embebida,
previo análisis estadístico y eliminación de datos atípicos; los resultados detallados para cada
longitud embebida se muestran en el Anexo G.
Tabla 7-5. Carga resistida ensayo de PULL-OUT; fuente: Propia
PROMEDIOS
Longitud embebida
(mm)
Carga
resistida (N)
4 4,010
6 16,147
8 16,864
10 18,162
12 17,777
Los datos anteriores se grafican para identificar la longitud crítica, la cual corresponde al punto
en el cual la fuerza máxima inicia a disminuir; como se muestra en la Gráfica 7-5 este punto se
obtiene para una longitud de 10 mm; las longitudes anteriores presentan una fuerza máxima menor
es decir que se genera el arrancamiento de la fibra antes de que esta falle y esto es directamente
proporcional a la longitud.
Gráfica 7-5. Longitud crítica; fuente: Propia
3,000
5,000
7,000
9,000
11,000
13,000
15,000
17,000
19,000
2 4 6 8 10 12 14
Car
ga M
axim
a (N
)
Longitud Embebida (mm)
50
Con el fin de corroborar la longitud crítica y relacionarla con los parámetros de resistencia máxima
de la fibra y el diámetro, se realizaron los boxplot para cada longitud embebida.
Para 4 mm (Gráfica 7-6) se tiene una distribución de valores con una concentración mayor por
debajo de la media encontrando un valor atípico sobre el límite superior.
Gráfica 7-6. Boxplot PULL-OUT longitud embebida L=4 mm; fuente: Propia
Para 6 mm (Gráfica 7-7) se tiene una distribución de valores con una concentración mayor por
encima de la media, evidenciando una amplia diferencia entre la media y el cuartil 3, además los
valores atípicos se encuentran por debajo del límite inferior.
Gráfica 7-7. Boxplot PULL-OUT longitud embebida L=6 mm; Fuente: Propia
Para 8 mm (Gráfica 7-8) se tiene una distribución de valores uniforme porque los dos cuartiles
presentan una diferencia similar con respecto a la media, sin embargo, se tienen dos valores
atípicos por encima del límite superior.
0,000
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
8,000
9,000
10,000
4
Fuer
za m
áxim
a re
sist
ida
(N)
5,000
7,000
9,000
11,000
13,000
15,000
17,000
19,000
21,000
23,000
6
Fuer
za m
áxim
a re
sist
ida
(N)
51
Gráfica 7-8. Boxplot PULL-OUT longitud embebida L=8 mm; Fuente: Propia
Para 10 mm (Gráfica 7-9) se tiene una distribución de valores uniforme donde los cuartiles están
distanciados en una proporción similar con respecto a la media, no se tienen valores atípicos, esta
misma situación se presenta para la longitud de 12 mm (Gráfica 7-10), con la salvedad que el
límite superior está más alejado del cuartil 3.
Gráfica 7-9. Boxplot PULL-OUT longitud embebida L=10 mm; Fuente: Propia
13,000
15,000
17,000
19,000
21,000
23,000
25,000
27,000
29,000
8
Fuer
za m
áxim
a re
sist
ida
(N)
14,000
15,000
16,000
17,000
18,000
19,000
20,000
21,000
22,000
23,000
10
Fuer
za m
áxim
a re
sist
ida
(N)
52
Gráfica 7-10. Boxplot PULL-OUT longitud embebida L=12 mm; Fuente: Propia
Con base en el análisis realizado se concluye que a partir de la longitud embebida de 10 mm el
comportamiento de los datos se asemeja al obtenido para la fibra de fique en las pruebas de
diámetro y de tracción con lo que se puede afirmar que a partir de esta longitud la fibra es la que
falla y se encuentra adherida a la matriz caucho-poliol; contrario a lo observado en las longitudes
de 4 a 8 mm, donde los datos corresponden a la fuerza necesaria para sacar la fibra de la matriz.
7.3 FASE 3. CARACTERIZACIÓN DEL COMPUESTO
7.3.1 ENSAYO DE TRACCIÓN
Con los datos obtenidos del ensayo de tracción se realizaron las respectivas gráficas esfuerzo
deformación para cada cuantía de fibra de fique, de las cuales se identificó la fuerza máxima, el
esfuerzo máximo y la deformación presentada por la muestra en el momento de la falla; el cálculo
del esfuerzo se realizó con un área de 152 mm2, teniendo en cuenta las dimensiones mostradas en
la Figura 6-14, los resultados obtenidos se muestran a continuación:
15,000
16,000
17,000
18,000
19,000
20,000
21,000
22,000
12
Fuer
za m
áxim
a re
sist
ida
(N)
53
7.3.1.1 0% fibra de fique (serie T-0)
Gráfica 7-11. Comportamiento a tracción (0% fibra de fique); fuente: Propia
Tabla 7-6. Datos obtenidos ensayo tracción 0% fibra de fique
Ensayo Fuerza máxima (N) Esfuerzo máximo (MPa) Deformación de falla
A 16,06 0,106 0,106
B 15,88 0,104 0,108
C 15,43 0,102 0,087
D 14,60 0,096 0,103
PROMEDIO 15,49 0,102 0,101
La Gráfica 7-11 muestra el comportamiento generado en la prueba de tracción por las muestras
sin contenido de fique; se evidencia que se trata de un material frágil puesto que no presenta rango
inelástico antes de la rotura, con esto se infiere que el módulo de tenacidad será igual al de
resiliencia; además de enmarcarse una falla súbita justo cuando alcanza la fuerza máxima resistida.
Sin embargo se cuenta con una tendencia lineal definida en la zona elástica; como se muestra en
la Tabla 7-6 la fuerza promedio a tracción que resistió la serie T-0 fue de 15,492 N con un esfuerzo
de 0.102 MPa y una deformación de 0.101; los resultados de las diferentes muestras resultan
favorables debido a que no tienen variaciones significativas y el comportamiento de todas las
repeticiones es similar, las alteraciones se pueden dar por los cambios del espesor de la muestra
porque esta presenta irregularidades que pueden afectarla.
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
0-A
0-B
0-C
O-D
54
7.3.1.2 2% fibra de fique (serie T-1)
Gráfica 7-12. Comportamiento a tracción (2% fibra de fique); fuente: Propia
Tabla 7-7. Datos obtenidos ensayo tracción 2% fibra de fique; fuente: Propia
Ensayo Fuerza máxima (N) Esfuerzo máximo (MPa) Deformación de falla
A 12,86 0,085 0,103
B 12,29 0,081 0,083
C 15,16 0,100 0,110
D 13,60 0,089 0,089
PROMEDIO 13,48 0,089 0,096
Para una cuantía de 2% de fibra de fique no se tienen cambios significativos en el comportamiento
a tracción, únicamente una de las pruebas (B) cambia la tendencia posterior a la falla, lo que se
puede atribuir a la ubicación de fibras justo en la zona de falla que le permite mantener un esfuerzo
después de generada la alteración en la continuidad de la matriz caucho-poliol, es decir se obtiene
un esfuerzo residual; en cuanto a los valores máximos encontrados, se tiene un esfuerzo de 0,089
MPa y una deformación de 0,096; se continua presentando un comportamiento frágil sin rango
inelástico antes de la rotura; la zona elástica se encuentra definida por una recta un poco menos
inclinada y menos recta con respecto a la serie T-0.
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
1-A
1-B
1-C
1-D
55
7.3.1.3 4% fibra de fique (serie T-2)
Gráfica 7-13. Comportamiento a tracción (4% fibra de fique); fuente: Propia
Tabla 7-8. Datos obtenidos ensayo tracción 4% fibra de fique; fuente: Propia
Ensayo Fuerza máxima (N) Esfuerzo máximo (MPa) Deformación de falla
A 8,65 0,057 0,055
B 9,00 0,059 0,055
C 7,73 0,051 0,036
D 8,85 0,058 0,054
PROMEDIO 8,56 0,056 0,050
Se presenta un comportamiento similar en todas las repeticiones realizadas, donde después de la
falla se da una caída súbita de esfuerzo hasta llegar a un valor aproximado de 0,015 MPa a partir
del cual la deformación sigue aumentando y el esfuerzo disminuyendo en una tasa menor con
valores casi constantes, se puede atribuir la situación a la presencia de fibras que unen la zona de
falla, permitiéndole al material tener una reacción a la fuerza ejercida; sin embargo la fuerza
máxima resistida es menor, para el caso se tiene un valor promedio de 8,557 N, esto se debe a la
alteración de la matriz caucho-polio, la cual no cuenta con las misma proporción y disminuye sus
enlaces internos.
Las diferencias presentadas entre las repeticiones se deben a la acumulación de fibra en diferentes
sectores, las cuales generan grumos que alteran el área transversal de las probetas y con esto su
resistencia ultima.
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14
ESSF
UER
ZO (
MP
a)
DEFORMACIÓN
2-A
2-B
2-C
2-D
56
7.3.1.4 6% fibra de fique (serie T-3)
Gráfica 7-14. Comportamiento a tracción (6% fibra de fique); fuente: Propia
Tabla 7-9. Datos obtenidos ensayo tracción 6% fibra de fique; fuente:Propia
Ensayo Fuerza máxima (N) Esfuerzo máximo (MPa) Deformación de falla
A 6,90 0,045 0,071
B 6,82 0,045 0,075
C 7,19 0,047 0,060
D 6,70 0,044 0,058
PROMEDIO 6,90 0,045 0,066
Para la serie T-3 se presenta comportamiento similar que para la serie T-2; sin embargo, se da una
disminución en la fuerza máxima soportada y un aumento en la inclinación, por lo que el material
llega más rápido a la falla, esta sigue siendo súbita y con la zona de esfuerzo con disminución a
una tasa menor después de la falla, reafirmando la fragilidad del material.
Para esta serie el esfuerzo máximo fue de 0,045 MPa en una deformación de 0,066; en la Gráfica
7-14 se observa cierta irregularidad en el comportamiento mecánico a tracción al generarse
pequeños aumentos y caídas en el esfuerzo, los cuales se atribuyen a la fibra de fique que actúa en
respuesta a la fuerza aplicada a la probeta, se puede afirmar que antes de que se genere dicho
aumento la fibra estaba doblada y por ende no generaba resistencia.
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
0,05
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
3-A
3-B
3-C
3-D
57
7.3.1.5 8% fibra de fique (serie T-4)
Gráfica 7-15. Comportamiento a tracción 8% fibra de fique; fuente: Propia
Tabla 7-10. Datos obtenidos ensayo tracción 8% fibra de fique; fuente: Propia
Ensayo Fuerza máxima (N) Esfuerzo máximo (MPa) Deformación de falla
A 4,01 0,026 0,062
B 3,33 0,022 0,050
C 3,93 0,026 0,053
D 3,80 0,025 0,057
PROMEDIO 3,77 0,025 0,055
Las gráficas obtenidas para esta cuantía presentan gran discontinuidad en el comportamiento
mecánico a tracción, como se puede observar en la Gráfica 7-15 se generan aumentos y
disminuciones de esfuerzos en diferentes puntos, para el caso más significativos que en la serie T-
3; porque al contener más cantidad de fibra, se tienen mayores respuestas aisladas de cada una de
ellas.
Se puede decir que es un material menos frágil en la medida en que tras romperse la matriz caucho-
poliol se continua la resistencia por la presencia de las fibras, prolongando la separación final de
la zona que falló, sin embargo es la cuantía que menor resistencia presenta debido a que las fibras
generan separación en los enlaces de la matriz.
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
4-A
4-B
4-C
4-D
58
7.3.1.6 Comparación comportamiento mecánico a tracción entre las diferentes cuantías estudiadas
Gráfica 7-16. Comparativa fuerza máxima para las diferentes cuantías de fibra de fique; fuente:
Propia
Gráfica 7-17. Comparativo deformación de falla para las diferentes cuantías de fibra de fique;
fuente: Propia
y = 13,791e-16,8x
R² = 0,9648
0,000
2,000
4,000
6,000
8,000
10,000
12,000
14,000
16,000
18,000
0,00% 1,00% 2,00% 3,00% 4,00% 5,00% 6,00% 7,00% 8,00% 9,00%
FUER
ZA M
AX
IMA
(N
)
CUANTÍA FF
0,040
0,050
0,060
0,070
0,080
0,090
0,100
0,110
0,00% 1,00% 2,00% 3,00% 4,00% 5,00% 6,00% 7,00% 8,00% 9,00%
DEF
OR
MA
CIÓ
N
CUANTÍA FF
59
La Gráfica 7-16 y la Gráfica 7-17 muestran la variación de los parámetros obtenidos de los
ensayos en las diferentes cuantías, en ambos casos se presenta una disminución de los valores, para
la fuerza máxima resistida con un comportamiento de tendencia exponencial, en el cual se pasa de
un valor de 15,492 N para 0% hasta 3,66 N para 8% de fibra de fique; en la deformación presentada
en el momento de la falla se tiene un mínimo valor obtenido de 0,066 para la cuantía de 4% después
del cual se presentan deformaciones mayores pero que siguen siendo menores con respecto a la
muestra sin fibra de fique; por ende se puede afirmar que la resistencia a la tracción es
inversamente proporcional a la cuantía de fibra de fique, ya que se genera una alteración en la
homogeneidad de los componentes, sin embargo genera una zona posterior a la falla, donde se
mantiene un esfuerzo menor relativamente constante atribuido a las fibras que permanecen
uniendo ambas mitades tras la ruptura.
7.3.2 ENSAYO COMPRESIÓN
Para el ensayo a compresión se realizaron las gráficas correspondientes de esfuerzo vs.
Deformación, el área utilizada para el cálculo del esfuerzo fue de 1385.44 mm2 de acuerdo con
las dimensiones de la probeta mostradas en la Figura 6-18.
Teniendo en cuenta que las muestras no alcanzaron la falla, se decidió realizar el análisis
comparativo entre dos diferentes variables, como lo son la deformación máxima alcanzada para la
fuerza aplicada, la cual fue de aproximadamente 1000 N, y el módulo secante, entendido como la
pendiente de la recta comprendida entre el punto inicial y el 50% de deformación, dichas
pendientes se especifican en el Anexo I; a continuación, se presentan los resultados obtenidos.
60
7.3.2.1 0% fibra de fique (serie C-0)
Gráfica 7-18. Comportamiento a compresión (0% fibra de fique); fuente: Propia
Tabla 7-11. Datos obtenidos ensayo Compresión 0% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Deformación máxima Módulo secante (MPa)
A 0,249 2,652
B 0,258 2,448
C 0,254 2,607
D 0,241 2,729
Promedio 0,250 2,609
Las muestras sin fibra de fique presentan una dependencia lineal entre la deformación y el esfuerzo,
manteniendo dicho comportamiento a lo largo de todo el ensayo, las pérdidas de material durante
la aplicación de la carga fueron mínimas y se limitaron a el desprendimiento de material granular
en pequeñas proporciones que no indujeron la falla de la probeta.
Se registra una máxima deformación de 0,250 que indica que al aplicar la fuerza los cilindros
presentaron un desplazamiento de 21 mm, el cual recuperaron al dejar de aplicar la carga, es decir
el comportamiento de la muestra es elástico en la zona evaluada.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
0-A
0-B
0-C
0-D
61
7.3.2.2 2% fibra de fique (serie C-1)
Gráfica 7-19. Comportamiento a compresión (2% fibra de fique); fuente: Propia
Tabla 7-12. Datos obtenidos ensayo Compresión 2% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Deformación máxima Módulo secante (MPa)
A 0,287 1,979
B 0,266 2,346
C 0,284 1,796
D 0,251 2,220
Promedio 0,272 2,085
Con un 2 % de fibra de fique se alcanzan deformaciones superiores comparadas con la serie C-0;
y se obtiene un menor módulo, es decir que la gráfica está menos inclinada, al realizar el ensayo
se observa que la deformación de la probeta se presenta principalmente hacia los extremos de la
misma y no genera perdida de material; la máxima deformación promedio fue de 0,272,
correspondiente a 22 mm de desplazamiento que se recuperó por completo al dejar de aplicar la
carga a la probeta.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
1-A
1-B
1-C
1-D
62
7.3.2.3 4% fibra de fique (serie C-2)
Gráfica 7-20. Comportamiento a compresión (4% fibra de fique); fuente: Propia
Tabla 7-13. Datos obtenidos ensayo Compresión 4% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Deformación máxima Módulo secante (MPa)
A 0,336 1,275
B 0,315 1,960
C 0,385 1,188
D 0,366 1,342
Promedio 0,351 1,441
Para la serie C-2 se observan deformaciones mayores con respecto a la anterior, alcanzando un
valor promedio de 0,351 es decir se deformo casi 30 mm, en este punto es evidente la aparición de
grietas significativas en el área diametral del cilindro, generando deformaciones permanentes ya
que la altura final de la probeta tras acabar el ensayo es menor, sin embargo, no se alcanza la falla
ni se observa desprendimiento de material.
El módulo secante continúa disminuyendo al tener una gráfica menos inclinada, esto se genera
porque se alcanzan valores de deformación mayores a un mismo esfuerzo; además la tendencia
de las gráficas se aleja de la linealidad.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
2-A
2-B
2-C
2-D
63
7.3.2.4 6% fibra de fique (serie C-3)
Gráfica 7-21. Comportamiento a compresión (6% fibra de fique); fuente: Propia
Tabla 7-14. Datos obtenidos ensayo Compresión 6% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Deformación máxima Módulo secante (MPa)
A 0,431 1,175
B 0,442 0,997
C 0,417 1,064
D 0,432 0,994
Promedio 0,431 1,058
Para esta cantidad de fibra de fique (6%), se observa que la gráfica (Gráfica 7-21) presenta una
zona de curvatura un poco más pronunciada que la anterior además de un módulo secante menor
al encontrarse menos inclinada, esta serie tiene el mayor valor promedio de deformación
alcanzando 0,431 siendo deformaciones permanentes, en este ensayo, aunque no se observa
desprendimiento de material si un ensanchamiento hacia el centro de la probeta el cual se traduce
en la disminución de la altura.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
COMPRESIÓN (6%)
3-A
3-B
3-C
3-D
64
7.3.2.5 8% fibra de fique (serie C-4)
Gráfica 7-22. Comportamiento a compresión (8% fibra de fique); fuente: Propia
Tabla 7-15. Datos obtenidos ensayo Compresión 8% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Deformación máxima Módulo secante (MPa)
A 0,427 0,774
B 0,406 0,856
C 0,378 1,075
D 0,391 0,736
Promedio 0,400 0,860
Con el porcentaje máximo de fibra estudiado, es decir 8%, se obtienen graficas de esfuerzo
deformación con tendencia polinómica, es decir la curvatura es mucho más pronunciada y el
módulo de elasticidad menor por tener una pendiente mínima; por el contrario la deformación
obtenida para aproximadamente 1000 N es de 0,4 en promedio, aunque es un valor menor que la
serie anterior representa deformaciones permanentes ya que al realizar el ensayo se generan grietas
diametrales las cuales inician en los lugares donde hay fibras presentes.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
4-A
4-B
4-C
4-D
65
7.3.2.6 Comparación comportamiento mecánico a compresión entre las diferentes cuantías estudiadas
Gráfica 7-23. Comparativo deformación máxima por compresión para las diferentes cuantías
de fibra de fique; fuente: Propia
Gráfica 7-24. Comparativo módulo secante por compresión para las diferentes cuantías de fibra
de fique; fuente: Propia
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1
DEF
OR
MA
CIÓ
N M
AX
IMA
CUANTÍA FF
y = 2,6447e-14,49x
R² = 0,9915
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0,00% 1,00% 2,00% 3,00% 4,00% 5,00% 6,00% 7,00% 8,00% 9,00%
MÓ
DU
LO S
ECA
NTE
(M
Pa)
CUANTIA FF
66
Como se observa en la Gráfica 7-23, se presenta una relación directamente proporcional entre la
deformación y la cuantía de fibra de fique, aumentando de manera más progresiva entre el 2% y
el 6%; esto se debe a la inducción de vacíos que genera la fibra en la probeta, lo que le permite
comprimirse de manera significativa y variar las dimensiones del material en mayor medida, se
debe tener en cuenta que en las cuantías mayores las deformaciones generadas por la fuerzas de
compresión no fueron recuperables y las probetas cambiaros su disposición geométrica.
Por otro lado, en la Gráfica 7-24 se tiene la relación entre el módulo secante y la cuantía de fibra
de fique, encontrando una relación inversa entre ambas variables con tendencia exponecial, es
decir que a mayor cantidad de fibra de fique la inclinación de la gráfica es menor y se infiere que
se llega más rápido a la falla.
7.3.3 ENSAYO FLEXIÓN
Se realizaron las gráficas correspondientes de fuerza vs. deformación, identificando en cada una
de ellas la fuerza máxima necesaria para generar un desplazamiento de 10 mm con la aplicación
de cargas en dos puntos ubicados en los tercios medios de la luz; teniendo en cuenta lo anterior el
módulo de resistencia a flexión se calculó mediante la Ecuación 7-1; teniendo en cuenta las
dimensiones de la probeta mostradas en la Figura 6-21.
𝑀𝑟𝑓 =𝑃𝐿
𝑏𝑑2
Ecuación 7-1.Càlculo módulo de resistencia a la flexión; (Sanches de Guzman, 1996)
Donde:
𝑀𝑟𝑓 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛 (𝑀𝑝𝑎)
𝑃 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 (𝑁)
𝐿 = 𝑙𝑢𝑧 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑎𝑝𝑜𝑦𝑜𝑠 ( 900 𝑚𝑚 )
𝑏 = 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 (1100 𝑚𝑚 )
𝑑 = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑖𝑔𝑎 (10 𝑚𝑚)
A continuación, se muestran los resultados obtenidos para cada una de las series evaluadas
67
7.3.3.1 0% fibra de fique (serie F-0)
Gráfica 7-25. Comportamiento a Flexión (0% fibra de fique); Fuente: Propia
Tabla 7-16. Datos obtenidos ensayo Flexión 0% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Fuerza máxima (N) Módulo (MPa)
A 5,963 0,049
B 7,412 0,061
C 8,089 0,066
D 4,594 0,038
PROMEDIO 6,514 0,053
La fuerza promedio necesaria para desplazar la probeta 10 mm mediante un esfuerzo flexionante
as de 6,5 N para el material sin fibra de fique; como se observa en la Gráfica 7-25 las fuerzas
aumentan progresivamente con la deformación siendo directamente proporcionales con un
comportamiento cercano al lineal, lo que indica que durante el desarrollo del ensayo cada que se
incrementaba la fuerza aplicada el desplazamiento aumentaba de manera equivalente, es decir en
cada instante se mantiene la relación entre ambas variables.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 2 4 6 8 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
0-A
0-B
0-C
0-D
68
7.3.3.2 2% fibra de fique (serie F-1)
Gráfica 7-26. Comportamiento a Flexión 2% fibra de fique; fuente: Propia
Tabla 7-17. Datos obtenidos ensayo Flexión 2% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Fuerza máxima (N) Módulo (MPa)
A 26,177 0,214
B 10,012 0,082
C 39,491 0,323
D 36,377 0,298
PROMEDIO 28,014 0,229
Para la serie F-1 la fuerza máxima aumenta aproximadamente un 70%, es decir se necesita más
fuerza para lograr el desplazamiento de 10 mm, sin embargo, en este caso el comportamiento de
las gráficas no es lineal y se evidencia que para alcanzar los 8 mm de desplazamiento se requieren
fuerzas relativamente mínimas de aproximadamente 7 N, mientras que para lograr los 2 mm
restantes de desplazamiento en el ensayo se implementa una fuerza aproximada de 20 N, lo que
indica un cambio en la respuesta del material en dicho punto.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 2 4 6 8 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
1-A
1-B
1-C
1-D
69
7.3.3.3 4% fibra de fique (serie F-2)
Gráfica 7-27. Comportamiento a Flexión 4% fibra de fique; fuente: Propia
Tabla 7-18. Datos obtenidos ensayo Flexión 4% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Fuerza máxima Módulo (MPa)
A 38,411 0,314
B 49,369 0,404
C 45,173 0,370
D 43,726 0,358
PROMEDIO 44,170 0,361
La Gráfica 7-27 muestra un comportamiento similar al obtenido en la serie F-1, donde se necesita
fuerzas relativamente mínimas para llegar a desplazar la muestra 8 mm, que para el caso son en
promedio de 15 N, mientras que para los 2 mm restantes se debió implementar fuerzas de
aproximadamente 29 N, alcanzando la máxima fuerza necesaria de 44,179 N en promedio, es decir
se necesitan mayores fuerzas para lograr los desplazamientos finales.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 2 4 6 8 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
2-A
2-B
2-C
2-D
70
7.3.3.4 6% fibra de fique (serie F-3)
Gráfica 7-28. Comportamiento a Flexión 6% fibra de fique; fuente: Propia
Tabla 7-19. Datos obtenidos ensayo Flexión 6% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Fuerza máxima Módulo (Mpa)
A 98,683 0,807
B 95,742 0,783
C 95,872 0,784
D 93,414 0,764
PROMEDIO 95,928 0,785
La fuerza máxima necesaria para desplazar las probetas de la serie F-3 en 10 mm bajo la acción
de un esfuerzo a flexión es en promedio de 95,928 N, esta se desarrolla de manera similar a las
dos series anteriores (F-1 y F-2), ya que la fuerza presenta un aumento mínimo entre el
desplazamiento de 0 mm a 6 mm, pasando de 0 N a 20 N aproximadamente y un salto para llegar
a 10 mm, de casi 75 N; explicando la inclinación inicial de la gráfica la cual es baja casi nula y la
inclinación final que es muy pronunciada.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 2 4 6 8 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
3-A
3-B
3-C
3-D
71
7.3.3.5 8% fibra de fique (serie F-4)
Gráfica 7-29. Comportamiento a Flexión 8% fibra de fique; fuente: Propia
Tabla 7-20. Datos obtenidos ensayo Flexión 8% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Fuerza máxima Módulo (MPa)
A 191,520 1,567
B 156,299 1,279
C 171,492 1,403
D 143,100 1,171
PROMEDIO 165,603 1,355
La serie con más contenido de fibra de fique, necesito fuerzas menores para alcanzar un
desplazamiento de 6 mm siendo menor que en las series anteriores, a partir de este punto la fuerza
presenta un aumento progresivo con alta pendiente pasando de aproximadamente 20 N a la fuerza
máxima necesaria para desplazar 10 mm, la cual fue de 165,6 N; es decir se necesitaron 145,6 N
para desplazar los 4 mm finales.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 2 4 6 8 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
4-A
4-B
4-C
4-D
72
7.3.3.6 Comparación comportamiento mecánico a flexión entre las diferentes cuantías estudiadas
Gráfica 7-30. Comparativo módulo por flexión para las diferentes cuantías de fibra de fique;
fuente: Propia
El módulo de resistencia a la flexión es directamente proporcional a la cuantía de fibra de fique
con una tendencia exponencial, como se muestra en la Gráfica 7-30, generando un aumento de
0,053 MPa a 1,355 MPa, es decir que se necita más fuerza para generar el desplazamiento en
aquellas probetas que contienen más cantidad de fibra, esto se atribuye a la disposición de la fibra
a manera de sistema de soporte que le genera una respuesta al material impidiendo su doblamiento
y mejorando el comportamiento a flexión, se puede afirmar que la fibra incide en la reacción del
material al final del ensayo, después de haberse desplazado 8 mm, ya que en este punto se necesita
mayor fuerza para genera el desplazamiento final.
Durante la elaboración de las pruebas se evidencia la aparición de ciertas grietas en las probetas
con poca cantidad de fibra, especialmente en la zona de compresión, mientas que en aquellas que
contienen más fibra no se genera ningún tipo de grieta, como se muestra en la Figura 7-2.
Figura 7-2 grietas en la prueba de flexión; fuente: elaboración propia
y = 0,0733e38,51x
R² = 0,9562
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0,00% 1,00% 2,00% 3,00% 4,00% 5,00% 6,00% 7,00% 8,00% 9,00%
MÓ
DU
LO (
Mp
a)
CUANTÍA
73
7.3.4 ENSAYO RESISTENCIA AL CORTE
Con los resultados obtenidos en el ensayo de resistencia al corte se realizaron las gráficas
correspondientes de fuerza vs. deformación, teniendo en cuenta que se entiende por falla bien sea
la separación de los bloques laterales o al desplazamiento del bloque central en una longitud de 10
mm con respecto a su posición inicial, con base en lo anterior se calculó el esfuerzo cortante
máximo en el momento de la falla con la Ecuación 7-2, teniendo en cuenta las dimensiones de las
probetas mostradas en la Figura 6-27.
𝜏 =𝑃
2 ∗ 𝐷𝑒 ∗ 𝐵𝑒
Ecuación 7-2. Cálculo esfuerzo de resistencia al corte; (Engineers, 2014)
Donde:
𝑃 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎
𝐷𝑒 = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 sin 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎 (24 𝑚𝑚)
𝐵𝑒 = 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 sin 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎 (24 𝑚𝑚)
Los resultados obtenidos se muestran a continuación
74
7.3.4.1 0% fibra de fique (serie CT-0)
Gráfica 7-31. Comportamiento resistencia al corte 0% fibra de fique; fuente: Propia
Tabla 7-21. Datos obtenidos ensayo resistencia al corte 0% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Fuerza Máxima (N) Esfuerzo cortante máximo (MPa)
A 127,36 0,111
B 111,38 0,097
C 128,223 0,111
D 132,354 0,115
Promedio 124,829 0,108
Las probetas que no contenían fibra de fique fallaron súbitamente con una fuerza promedio de
124,83 N, se observa que el desplazamiento máximo fue de aproximadamente 6 mm, después el
de este se separan los bloques de los extremos, es decir la fuerza aplicada induce el corte en el
material, evidenciándose una zona de tendencia lineal al inicio del ensayo la cual tiene una relación
directamente proporcional entre la fuerza aplicada y el desplazamiento generado.
0
20
40
60
80
100
120
140
0 1 2 3 4 5 6 7 8
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
0-A
0-B
0-C
0-D
75
7.3.4.2 2% fibra de fique (serie CT-1)
Gráfica 7-32. Comportamiento resistencia al corte 2% fibra de fique; fuente: Propia
Tabla 7-22. Datos obtenidos ensayo resistencia al corte 2% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Fuerza Máxima (N) Esfuerzo cortante máximo (MPa)
A 57,614 0,050
B 55,046 0,048
C 51,446 0,045
D 48,725 0,042
Promedio 53,208 0,046
Para una cuantía de 2% de fibra de fique se tiene una falla con una fuerza promedio de 53,208 N,
en un desplazamiento que varía entre 5 y 8 mm; como se observa en la Gráfica 7-32 se tienen
desplazamientos progresivos tras la falla es decir se genera un esfuerzo residual atribuido a la
unión de los extremos de la probeta con el centro de la misma por medio de las fibras que
generan una reacción a la fuerza aplicada tras la falla.
0
10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
1-A
1-B
1-C
1-D
76
7.3.4.3 4% fibra de fique (serie CT-2)
Gráfica 7-33. Comportamiento resistencia al corte 4% fibra de fique; fuente: Propia
Tabla 7-23. Datos obtenidos ensayo resistencia al corte 4% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Fuerza Máxima (N) Esfuerzo cortante máximo (MPa)
A 72,749 0,063
B 73,974 0,064
C 69,297 0,060
D 68,082 0,059
Promedio 71,026 0,062
Para la serie CT-2 no se llegó a la falla permitiendo un desplazamiento de 10 mm sin que la probeta
se rompiera, con un comportamiento directamente proporcional entre la fuerza aplicada y el
desplazamiento generado, con tendencia lineal, justificado por la reacción que tiene la fibra de
fique ante la fuerza cortante, la cual impide la separación de los extremos de la probeta, se observa
que si la fuerza se sigue aplicando se induce una compresión a la probeta, la fuerza necesaria para
desplazar el bloque central fue en promedio 71,026 N.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
Corte 4%
2-A
2-B
2-C
2-D
77
7.3.4.4 6% fibra de fique (serie CT-3)
Gráfica 7-34. Comportamiento resistencia al corte 6% fibra de fique; fuente: Propia
Tabla 7-24. Datos obtenidos ensayo resistencia al corte 6% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Fuerza Máxima (N) Esfuerzo cortante máximo (MPa)
A 127,32 0,111
B 105,03 0,091
C 122,82 0,107
D 117,28 0,102
Promedio 118,113 0,103
Al tener un 6% de fibra de fique no se rompe la probeta, observando que el bloque central se
desplaza 10 mm con una fuerza promedio de 118,113 N y un módulo de 0,103 Mpa, al igual que
en a la serie CT-2, esto se atribuye a la reacción dela fibra que impide la separación de los bloques,
es decir se tiene una resistencia mayor a la fuerza aplicada por medio de la fibra de fique, la relación
entre fuerza y desplazamiento es directamente proporcional con tendencia lineal, en este caso hay
aumentos y disminuciones de la fuerza más pronunciados teniendo en cuenta que la disposición y
ubicación de las fibras varia.
0
20
40
60
80
100
120
140
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
3-A
3-B
3-C
3-D
78
7.3.4.5 8% fibra de fique (serie CT-4)
Gráfica 7-35. Comportamiento resistencia al corte 8% fibra de fique; fuente: Propia
Tabla 7-25. Datos obtenidos ensayo resistencia al corte 8% fibra de fique; fuente: Propia
Prueba Fuerza Máxima (N) Esfuerzo cortante máximo (MPa)
A 175,413 0,152
B 174,159 0,151
C 164,2778 0,143
D 169,3312 0,147
Promedio 170,795 0,148
En la mayor cuantía de fibra de fique evaluada (8%) se tiene un comportamiento directamente
proporcional entre la fuerza aplicada y el desplazamiento generado con tendencia lineal con menos
variaciones, ya que a más cantidad de fique las fibras reaccionan durante todo el ensayo; la fuerza
necesaria para desplazar el bloque central fue de 170,795 N con un módulo de 0,148.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CORTE 8%
4-A
4-B
4-C
4-D
79
7.3.4.6 Comparación resistencia al corte entre las diferentes cuantías estudiadas
Gráfica 7-36. Comparativo esfuerzo cortante máximo para las diferentes cuantías de fibra de
fique; fuente: Propia
El esfuerzo a cortante máximo presenta una disminución entre la cuantía del 0% y 2%; ya que en
se altera la unión y los enlaces entre el neumático pulverizado y el poliol sin generar efectos
favorables, sin embargo, a partir del 4% se aumenta dicho esfuerzo hasta llegar a un valor de 0,148
Mpa, teniendo en cuenta que, aunque se sigue generando dicha afectación, la fibra de fique no
permite la rotura de la probeta, al garantizar que los extremos permanezcan unidos al cubo central.
La fuerza máxima resistida por las probetas es directamente proporcional a la cuantía de fibra de
fique, teniendo en cuenta que esta únicamente presenta falla para cuantías inferiores a 4%,
inicialmente resiste 124 N, fuerza que disminuye a 53 N y posteriormente aumenta hasta 170 N
con cuantía de 8% sin presentarse falla.
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,00% 1,00% 2,00% 3,00% 4,00% 5,00% 6,00% 7,00% 8,00% 9,00%
ESFU
ERZO
CO
RTA
NTE
MÀ
XIM
O (
Mp
a)
CUANTÍA FF
Comaparativo esfuerzo cortante máximo (Mpa)
80
8 CONCLUSIONES
La fibra de fique presenta una adherencia favorable con la matriz caucho-poliol a partir de
10 mm; longitud establecida como la crítica ya que con esta la fuerza necesaria para
arrancar la fibra es menor a la resistencia máxima de la misma; es decir falla antes de
deslizarse de la matriz. Se establece que se deben utilizar fibras como mínimo de esta
longitud dentro del material para garantizar una afectación en el comportamiento del
mismo.
La fibra de vidrio no presenta adherencia con la matriz caucho-poliol, lo cual se evidencia
al aplicar una fuerza axial a la fibra embebida en el material esta se desliza y no genera
ningún tipo de reacción, una de las razones es que presenta una superficie lisa que no le
permite fijarse a la resina, por esto la fibra de vidrio no se tuvo en cuenta para la realización
de las demás pruebas y aunque tiene mayor resistencia prima la adherencia para la elección
en la elaboración del material.
El comportamiento mecánico a tracción del material se ve afectado de manera negativa con
la adición de fibra de fique, esto puede asociarse a que el fique hace las veces de
contaminante alterando los enlaces que se generan entre el neumático pulverizado y la
resina de poliol, aunque funciona para mantener las mitades de la probeta unidas después
de la falla, al generar un esfuerzo residual, el esfuerzo máximo resistido es inversamente
proporcional a la cuantía de fibra.
Al contener fique, la respuesta del material a compresión se traduce en deformaciones
mayores y acercamientos a la falla considerables. Se observa la aparición de grietas guiadas
por la orientación de las fibras, lo que demuestra un comportamiento desfavorable debido
a la alteración de la continuidad de la matriz caucho-poliol y a su vez teniendo en cuenta
que la fibra genera la aparición de vacíos que aumentan el cambio volumétrico al recibir la
fuerza.
Se obtuvo una respuesta favorable ante la aplicación de fuerza a flexión, al observarse que
las probetas mientras más fibra de fique contenían más fuerza necesitaban para ser
desplazadas en 10 mm; debido a que la fibra hace las veces de soporte y reacciona evitando
desplazamientos mayores y la generación de alteraciones en el material.
Ante la fuerza inducida de corte la fibra de fique evita la rotura del material al comportarse
como enganche entre las secciones que se separan, generando así la necesidad de fuerzas
mayores para que se dé la falla; es decir la relación entre la cuantía y el esfuerzo cortante
máximo es directamente proporcional.
La adición de fibra de fique a la matriz caucho-poliol mejora la respuesta del material a los
efectos mecánicos producidas por cortante y flexión, mientras que para la compresión y la
tracción genera disminución en la respuesta del mismo.
Teniendo en cuenta que es un material con una textura suave, con buena capacidad para
absorber ruidos y vibraciones así como un amortiguamiento considerable; se recomienda
81
su uso en pisos cuyo impacto sea significativo ya que posee la capacidad de absorberlo,
como lo son canchas deportivas, jardines y parques infantiles, industrias, entre otros,
además de ser útil para la elaboración de campos de césped generando mayor seguridad
ante posibles caídas y mayor confort; puede aplicarse también como barrera acústica en
forma de láminas porque permite reducir ruidos; las anteriores aplicaciones se sustentan
con base en las propiedades del caucho, cabe resaltar que las forma de elaboración presenta
una ventaja principal con respecto al termoformado y es la nula necesidad de energía para
realizar el materia ya que se elabora mediante la mezcla de las materias primas
constituyentes, además puede ser aplicado en el sitio o elaborado en placas para ser armado
posteriormente, la cuantía de fibra de fique dependerá del uso que se le dé al material y el
comportamiento bajo el cual se encuentre solicitado.
82
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84
ANEXOS
ANEXO A. ENSAYO DIÀMETRO
85
FIBRA DE FIQUE
RESULTADOS
Fibra de Fique
muestra 1 2 3 4 5 promedio
1 0,16 0,18 0,16 0,17 0,15 0,164
2 0,2 0,22 0,21 0,23 0,23 0,218
3 0,28 0,24 0,27 0,25 0,26 0,260
4 0,21 0,2 0,22 0,22 0,19 0,208
5 0,28 0,26 0,28 0,29 0,26 0,274
6 0,18 0,17 0,19 0,17 0,18 0,178
7 0,36 0,35 0,34 0,32 0,36 0,346
8 0,26 0,29 0,28 0,27 0,29 0,278
9 0,36 0,35 0,36 0,36 0,37 0,360
10 0,17 0,15 0,17 0,17 0,15 0,162
ANALISIS ESTADÌSTICO
OUTLIER
Cuartil 1 0,18
Cuartil 2 0,24
Cuartil 3 0,29
Rango Intercuartil 1 0,06
Menores 0,10
Rango Intercuartil 2 0,05
Mayores 0,37
Análisis estadístico diámetro (FF)
Media (mm) 0,245
Mediana (mm) 0,235
Desviación estándar 0,069
Varianza de la muestra 0,005
Rango (mm) 0,22
Mínimo (mm) 0,15
Máximo (mm) 0,37
Cuenta 50,00
86
REGISTRO FOTOGRÀFICO
FIBRA DE VIDRIO
RESULTADOS
Fibra de Vidrio (mm)
muestra 1 2 3 4 5 promedio
1 0,32 0,33 0,35 0,33 0,34 0,334
2 0,37 0,3 0,34 0,38 0,38 0,354
3 0,37 0,39 0,3 0,35 0,36 0,354
4 0,38 0,36 0,38 0,36 0,37 0,37
5 0,37 0,35 0,38 0,39 0,39 0,376
6 0,36 0,35 0,37 0,36 0,35 0,358
7 0,34 0,37 0,36 0,36 0,34 0,354
8 0,38 0,35 0,37 0,39 0,38 0,374
9 0,38 0,39 0,36 0,36 0,38 0,374
10 0,39 0,34 0,37 0,36 0,38 0,368
ANALISIS ESTADÌSTICO
OUTLIER
Cuartil 1 0,35
Cuartil 2 0,36
Cuartil 3 0,38
Rango intercuartil 0,01
87
OUTLIER
Menores 0,34
Rango intercuartil 2 0,02
Mayores 0,41
Análisis estadístico diámetro (FV)
Media (mm) 0,367
Mediana (mm) 0,370
Desviación estándar 0,016
Varianza de la muestra 0,000
Rango (mm) 0,050
Mínimo (mm) 0,340
Máximo (mm) 0,390
Cuenta 45,00
REGISTRO FOTOGRÀFICO
88
ANEXO B. ENSAYO DENSIDAD
89
FIBRA DE FIQUE
RESULTADOS
Muestra Mx (g) Mz (g) Va (cm3) Vf (cm3) Mf(g) (g/cm3)
1 34,719 83,881 49,162 0,838 0,819 0,977
2 34,856 83,565 48,709 1,291 0,956 0,741
3 35,066 83,166 48,100 1,900 1,166 0,614
4 34,978 83,618 48,640 1,360 1,078 0,793
5 35,245 83,483 48,238 1,762 1,345 0,763
6 34,968 83,678 48,710 1,290 1,068 0,828
7 34,873 83,690 48,817 1,183 0,973 0,822
8 34,624 83,780 49,156 0,844 0,724 0,858
9 35,117 83,815 48,698 1,302 1,217 0,935
10 35,238 83,509 48,271 1,729 1,338 0,774
Mp 33,900 Vp 50,000
Donde:
𝑀𝑥 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑦 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎
𝑀𝑧
= 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛ò𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜, 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑦 𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑉𝑎 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑉𝑓 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎
𝑀𝑓 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎
𝜌 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎
𝑀𝑃 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛ò𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
𝑉𝑝 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
ANALISIS ESTADÍSTICO
OUTLIER
Cuartil 1 0,766
Cuartil 2 0,808
Cuartil 3 0,850
Rango intercuartil 0,042
Menores 0,704
Rango intercuartil 2 0,043
Mayores 0,915
Análisis estadístico densidad (FF)
Media (g/cm3) 0,797
Mediana (g/cm3) 0,793
Desviación estándar 0,041
Varianza de la muestra 0,002
90
Análisis estadístico densidad (FF)
Rango (g/cm3) 0,117
Mínimo (g/cm3) 0,741
Máximo (g/cm3) 0,858
Cuenta 7,000
FIBRA DE VIDRIO
RESULTADOS
t Mx (g) Mz (g) Va (cm3) Vf (cm3) Mf(g) (g/cm3)
1 34,597 82,981 48,384 1,616 0,697 0,431
2 34,772 82,965 48,193 1,807 0,872 0,483
3 34,257 82,868 48,611 1,389 0,357 0,257
4 34,506 83,304 48,798 1,202 0,606 0,504
5 34,264 83,360 49,096 0,904 0,364 0,403
6 34,467 83,235 48,768 1,232 0,567 0,460
7 34,554 83,544 48,990 1,010 0,654 0,648
8 34,684 83,456 48,772 1,228 0,784 0,638
9 34,814 83,581 48,767 1,233 0,914 0,741
10 34,915 83,446 48,531 1,469 1,015 0,691
Mp 33,711 Vp 50,000
Donde:
𝑀𝑥 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑦 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎
𝑀𝑧
= 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜, 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑦 𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑉𝑎 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑉𝑓 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎
𝑀𝑓 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎
𝜌 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 (1 𝑔 𝑐𝑚3⁄ )
𝑀𝑃 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
𝑉𝑝 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 (50 𝑐𝑚3)
ANALISIS ESTADÍSTICO
OUTLIER
Cuartil 1 0,437
Cuartil 2 0,482
Cuartil 3 0,645
Rango intercuartil 0,045
Menores 0,370
Rango intercuartil 2 0,163
Mayores 0,890
91
Análisis estadístico densidad (FV)
Media (g/cm3) 0,552
Mediana (g/cm3) 0,504
Desviación estándar 0,127
Varianza de la muestra 0,016
Rango (g/cm3) 0,339
Mínimo (g/cm3) 0,403
Máximo (g/cm3) 0,741
Cuenta (g/cm3) 9,000
REGISTRO FOTOGRÁFICO
Muestras fibra de fique
Muestras fibra de vidrio
Fibra sumergida en picnómetro
Medición masa Mz
92
ANEXO C. ESAYO HUMEDAD
93
FIBRA DE FIQUE
RESULTADOS
Muestra M0 (g) Mf (g) H (%)
1 0,940 0,842 10,426
2 0,950 0,859 9,579
3 1,292 1,123 13,080
4 1,068 0,919 13,951
5 1,350 1,194 11,556
6 1,126 0,976 13,321
7 0,981 0,859 12,436
8 0,705 0,638 9,504
9 1,126 0,992 11,901
10 1,236 1,091 11,731
ANALISIS ESTADÍSTICO
OUTLIER
Cuartil 1 10,708
Cuartil 2 11,816
Cuartil 3 12,919
Rango intercuartil 1,108
Menores 9,046
Rango intercuartil 2 1,103
Mayores 14,575
Análisis estadístico humedad (FF)
Media (%) 11,749
Mediana (%) 11,816
Desviación estándar 1,532
Varianza de la muestra 2,348
Rango (%) 4,448
Mínimo (%) 9,504
Máximo (%) 13,951
Cuenta 10,000
94
FIBRA DE VIDRIO
RESULTADOS
Muestra M0 (g) Mf (g) H (%)
1 0,859 0,805 6,286
2 0,705 0,675 4,255
3 0,730 0,687 5,890
4 0,665 0,634 4,662
5 0,713 0,671 5,891
6 0,597 0,559 6,365
7 0,741 0,692 6,613
8 1,050 0,988 5,905
9 0,998 0,963 3,507
10 0,935 0,877 6,203
ANALISIS ESTADÍSTICO
OUTLIER
Cuartil 1 4,969
Cuartil 2 5,898
Cuartil 3 6,266
Rango intercuartil 0,929
Menores 3,576
Rango intercuartil 2 0,368
Mayores 6,817
Análisis estadístico humedad (FV)
Media (%) 5,786
Mediana (%) 5,898
Desviación estándar 1,041
Varianza de la muestra 1,084
Rango (%) 3,106
Mínimo (%) 3,507
Máximo (%) 6,613
Cuenta 10,000
95
REGISTRO FOTOGRÁFICO
Muestras fibra de fique
Muestras fibra de vidrio
Muestras en el horno
96
ANEXO D. ENSAYO ABSORCION
97
FIBRA DE FIQUE
RESULTADOS
Muestra M0 (g) Mf (g) Abs (%)
1 0,464 0,163 64,871
2 0,320 0,085 73,438
3 0,334 0,125 62,575
4 0,495 0,191 61,414
5 0,676 0,211 68,787
6 0,463 0,197 57,451
7 0,338 0,108 68,047
8 0,722 0,157 78,255
9 0,554 0,150 72,924
10 0,665 0,194 70,827
ANALISIS ESTADÍSTICO
OUTLIER
Cuartil 1 63,149
Cuartil 2 68,417
Cuartil 3 72,400
Rango intercuartil 1 5,268
Menores 55,246
Rango intercuartil 2 3,983
Mayores 78,374
Análisis estadístico absorción (FF)
Media (%) 67,859
Mediana (%) 68,417
Desviación estándar 6,336
Varianza de la muestra 40,140
Rango (%) 20,803
Mínimo (%) 57,451
Máximo (%) 78,255
Cuenta 10,000
98
FIBRA DE VIDRIO
RESULTADOS
Muestra M0 (g) Mf (g) Abs (%)
1 0,186 0,136 26,882
2 0,131 0,106 19,084
3 0,149 0,118 20,805
4 0,158 0,114 27,848
5 0,211 0,164 22,275
6 0,195 0,159 18,462
7 0,198 0,148 25,253
8 0,182 0,155 14,835
9 0,265 0,164 38,113
10 0,656 0,548 16,463
ANALISIS ESTADÍSTICO
OUTLIER
Cuartil 1 18,617
Cuartil 2 21,540
Cuartil 3 26,474
Rango intercuartil 1 2,923
Menores 14,233
Rango intercuartil 2 4,934
Mayores 33,876
Análisis estadístico absorción (FV)
Media (%) 21,323
Mediana (%) 21,540
Desviación estándar 6,853
Varianza de la muestra 46,969
Rango (%) 23,278
Mínimo (%) 14,835
Máximo (%) 38,113
Cuenta 10,000
99
REGISTRO FOTOGRÁFICO
Muestras fibra de fique (24 horas de inmersión
en agua)
Muestras fibra de vidrio (24 horas de
inmersión en agua)
Muestras en el horno
100
ANEXO E. ENSAYO TRACCION
FIBRAS
101
FIBRA DE FIQUE
RESULTADOS
Muestra Carga Máxima (N) Muestra Carga Máxima (N)
F1 14,384 F21 14,849
F2 17,866 F22 16,154
F3 19,279 F23 16,525
F4 13,694 F24 15,216
F5 11,894 F25 17,118
F6 19,581 F26 19,057
F7 19,473 F27 15,494
F8 13,669 F28 16,860
F9 18,241 F29 19,265
F10 12,482 F30 13,186
F11 20,021 F31 14,408
F12 15,096 F32 21,079
F13 12,632 F33 18,321
F14 14,208 F34 19,013
F15 18,787 F35 14,296
F16 18,741 F36 18,952
F17 18,517 F37 16,123
F18 14,222 F38 17,558
F19 14,727 F39 13,950
F20 16,326 F40 17,013 F41 16,746
ANALISIS ESTADÍSTICO
OUTLIER
Cuartil 1 14,384
Cuartil 2 16,525
Cuartil 3 18,741
Rango intercuartil 1 2,141
Menores 11,172
Rango intercuartil 2 2,215
Mayores 22,063
102
Análisis estadístico ensayo de tracción (FF)
Media (N) 16,464
Mediana (N) 16,525
Desviación estándar 2,403
Varianza de la muestra 5,776
Rango (N) 9,186
Mínimo (N) 11,894
Máximo (N) 21,079
Cuenta 41,000
FIBRA DE VIDRIO
RESULTADOS
Muestra Carga Máxima (N)
V1 23,639
V2 20,725
V3 27,270
V4 23,440
V5 23,962
V6 20,128
V7 16,305
V8 23,794
V9 16,727
V10 19,175
ANALISIS ESTADÍSTICO
OUTLIER
Cuartil 1 19,413
Cuartil 2 22,083
Cuartil 3 23,755
Rango intercuartil 1 2,670
Menores 15,408
Rango intercuartil 2 1,673
Mayores 26,264
Análisis estadístico ensayo de tracción (FV)
Media (N) 20,877
Mediana (N) 20,725
103
Análisis estadístico ensayo de tracción (FV)
Desviación estándar 3,038
Varianza de la muestra 9,229
Rango (N) 7,656
Mínimo (N) 16,305
Máximo (N) 23,962
Cuenta 9,000
REGISTRO FOTOGRÁFICO
Montaje Fibra de Fique
Montaje fibra de vidrio
Falla Fibra de Fique
Falla Fibra de Vidrio
104
ANEXO F. DETERMINACIÓN
RANGO LUNGITUD
105
Constantes de los resortes
Cálculo K
# prueba Masa (g) Fuerza (N) Desplazamiento (cm) Desplazamiento (m)
R-1 R-2 R-3 R-4 R-1 R-2 R-3 R-4
1 265,329 2,65329 0,5 0,5 0,6 0,7 0,005 0,005 0,006 0,007
2 500 5 2 2,5 2,4 2,6 0,02 0,025 0,024 0,026
3 765,329 7,65329 4 4,5 4,3 4,5 0,04 0,045 0,043 0,045
4 1020,522 10,20522 6 6 6,2 5,2 0,06 0,06 0,062 0,052
5 1120,39 11,2039 6,5 6,7 6,8 6 0,065 0,067 0,068 0,06
6 1220,178 12,20178 7 7,5 7,3 6,5 0,07 0,075 0,073 0,065
7 1323,132 13,23132 7,7 8,3 8,3 7,3 0,077 0,083 0,083 0,073
8 1426,615 14,26615 8,5 9 9 8 0,085 0,09 0,09 0,08
9 1475,487 14,75487 9 9,5 9,5 8,4 0,09 0,095 0,095 0,084
10 1524,409 15,24409 9,5 9,8 9,8 8,8 0,095 0,098 0,098 0,088
Constante resorte 1
y = 142,02x + 2,0206R² = 0,9977
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
Cra
ga (
N)
Desplazamiento (m)
RRESORTE 1
106
Constante resorte 2
Constante resorte 3
y = 138,09x + 1,7622R² = 0,9983
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
Cag
a (N
)
Desplazamiento (m)
RESORTE 2
y = 138,15x + 1,772R² = 0,9989
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
Car
ga (
N)
Desplazamiento (m)
RESORTE 3
107
Constante resorte 4
Cálculo fuerza máxima
Las siguientes tablas muestran el cálculo de la fuerza resistida por las probetas, para cada longitud
embebida, este se realizó con base en el desplazamiento medido en el deformímetro del montaje
cada vez que se agregaba masa al sistema; multiplicando dicho desplazamiento por la constante
de cada resorte y obteniendo la fuerza resistida por cada uno, finalmente la suma de los cuatro da
como resultado la fuerza final para cada serie de masa agregada y la fuerza total resistida por la
probeta será la suma de las cuatro series de masas.
Le = 5 mm
desplazamiento (mm) resorte 1 resorte 2 resorte 3 resorte 4 fuerza (N)
0,030 0,004 0,004 0,004 0,005 0,017
0,370 0,053 0,051 0,051 0,060 0,215
0,770 0,109 0,106 0,106 0,125 0,448
4,840 0,687 0,668 0,669 0,789 2,813 total (N) 3,493
y = 162,95x + 1,1905R² = 0,9898
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
Car
ga (
N)
Desplazamiento (N)
RESORTE 4
108
Le = 10 mm
desplazamiento (mm) resorte 1 resorte 2 resorte 3 resorte 4 fuerza (N)
1,110 0,158 0,153 0,153 0,181 0,645
1,910 0,271 0,264 0,264 0,311 1,110
6,870 0,976 0,949 0,949 1,119 3,993
7,030 0,998 0,971 0,971 1,146 4,086 total (N) 9,834
Le = 15 mm
desplazamiento (mm) resorte 1 resorte 2 resorte 3 resorte 4 fuerza (N)
0,450 0,064 0,062 0,062 0,073 0,262
1,170 0,166 0,162 0,162 0,191 0,680
2,980 0,423 0,412 0,412 0,486 1,732
6,600 0,937 0,911 0,912 1,075 3,836 total (N) 6,510
Le = 20 mm
desplazamiento (mm) resorte 1 resorte 2 resorte 3 resorte 4 fuerza (N)
0,590 0,084 0,081 0,082 0,096 0,343
1,370 0,195 0,189 0,189 0,223 0,796
3,490 0,496 0,482 0,482 0,569 2,028
6,620 0,940 0,914 0,915 1,079 3,848 total (N) 7,015
REGISTRO FOTOGRÁFICO
Cálculo constante de los
resortes
Detalle Montaje
Montaje con masas
109
ANEXO G. ENSAYO PULL-OUT
110
LONGITUD EMBEBIDA 4 mm
Le = 4 mm
Muestra Carga Máxima (N)
1A 0,808
1B 9,257
1C 5,523
1D 0,915
1E 1,297
1F 4,038
1G 8,847
1H 3,204
1I 5,993
1J 6,085
1K 1,639
1L 2,702
1M 7,065
OUTLIER
Cuartil 1 1,639
Cuartil 2 4,038
Cuartil 3 6,085
Rango intercuartil 1 2,399
Menores -1,960
Rango intercuartil 2 2,047
Mayores 9,155
Probeta
Montaje
Falla
Análisis estadístico PULL-OUT (4mm)
Media (N) 4,413
Mediana (N) 4,038
Desviación estándar 2,942
Varianza de la muestra 8,655
Rango (N) 8,449
Mínimo (N) 0,807
Máximo (N) 9,257
Cuenta 13,000
111
LONGITUD EMBEBIDA 6 mm
Le = 6 mm
Muestra Carga Máxima (N)
2A 19,062
2B 12,564
2C 5,988
2D 22,090
2E 13,309
2F 13,376
2G 19,476
2H 12,015
2I 10,148
2J 20,396
2K 13,630
2L 16,858
2M 17,300
2N 13,682
OUTLIER
Cuartil 1 12,751
Cuartil 2 13,656
Cuartil 3 18,621
Rango intercuartil 1 0,905
Menores 11,393
Rango intercuartil 2 4,966
Mayores 26,070
Probeta
Montaje
Falla
Análisis estadístico PULL-OUT (6mm)
Media (N) 14,992
Mediana (N) 13,656
Desviación estándar 4,415
Varianza de la muestra 19,490
Rango (N) 16,102
Mínimo (N) 5,988
Máximo (N) 22,090
Cuenta 14,000
112
LONGITUD EMBEBIDA 8 mm
Le = 8 mm
Muestra Carga Máxima (N)
3A 15,532
3B 13,727
3C 14,396
3D 14,033
3E 26,979
3F 16,046
3G 26,606
3H 14,648
3I 19,553
3J 19,047
3K 18,077
3L 17,503
3M 17,177
3N 19,961
3O 19,526
Probeta
Montaje
Falla
OUTLIER
Cuartil 1 15,090
Cuartil 2 17,503
Cuartil 3 19,540
Rango intercuartil 1 2,413
Menores 11,470
Rango intercuartil 2 2,037
Mayores 22,595
Análisis estadístico PULL-OUT (8 mm)
Media (N) 18,187
Mediana (N) 17,503
Desviación estándar 4,079
Varianza de la muestra 16,636
Rango (N) 13,252
Mínimo (N) 13,727
Máximo (N) 26,979
Cuenta 15,000
113
LONGITUD EMBEBIDA 10 mm
Le = 10 mm
Muestra Carga Máxima
(N)
4A 20,675
4B 22,658
4C 21,286
4D 20,163
4E 22,298
4F 21,587
4G 20,530
4H 14,035
4I 13,162
4J 14,914
4K 12,948
4L 16,223
4M 18,216
4N 17,411
4O 16,324
Probeta
Montaje
Falla
Análisis estadístico PULL-OUT (10 mm)
Media (N) 18,162
Mediana (N) 18,216
Desviación estándar 3,404
Varianza de la muestra 11,587
Rango (N) 9,710
Mínimo (N) 12,948
Máximo (N) 22,658
Cuenta 15,000
OUTLIER
Cuartil 1 15,568
Cuartil 2 18,216
Cuartil 3 20,981
Rango intercuartil 1 2,648
Menores 11,596
Rango intercuartil 2 2,764
Mayores 25,127
114
LONGITUD EMBEBIDA 12 mm
Le = 12 mm
Muestra Carga Máxima (N)
5A 18,642
5B 16,892
5C 22,343
5D 19,414
5E 19,828
5F 15,826
5G 17,921
5H 19,632
5I 16,641
5J 17,989
5K 19,070
5L 16,535
5M 17,584
5N 15,766
5O 17,138
OUTLIER
Cuartil 1 16,766
Cuartil 2 17,921
Cuartil 3 19,242
Rango intercuartil 1 1,154
Menores 15,035
Rango intercuartil 2 1,321
Mayores 21,223
Análisis estadístico PULL-OUT (12 mm)
Media (N) 18,081
Mediana (N) 17,921
Desviación estándar 1,776
Varianza de la muestra 3,156
Rango (N) 6,577
Mínimo (N) 15,766
Máximo (N) 22,343
Cuenta 15,000
115
ANEXO H. ENSAYO TRACCION
116
SERIE T-0 (0% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-0-A
117
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-0-B
118
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
ESFU
ERZO
(M
pa)
DEFORMACIÓN
T-0-C
119
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
ESFU
ERZO
(M
pa)
DEFORMACIÓN
T-0-D
120
SERIE T-1 (2% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-1-A
121
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-1-B
122
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-1-C
123
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-1-D
124
SERIE T-2 (4% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
ESSF
UER
ZO (
MP
a)
DEFORMACIÓN
T-2-A
125
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-2-B
126
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-2-C
127
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-2-D
128
SERIE T-3 (6% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
0,05
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-3-A
129
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
0,05
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-3-B
130
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
0,05
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-3-C
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
0,05
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-3-D
131
SERIE T-4 (8% FF)
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-4-D
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-4-B
132
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-4-C
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
T-3-D
133
ANEXO I. ENSAYO COMPRESIÓN
134
SERIE C-0 (0% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 2,6519x - 0,0006
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-0-A
135
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 2,4484x - 0,0003
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-0-B
136
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 2,6075x - 0,0004
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-0-C
137
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 2,7289x - 0,0003
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-0-D
138
SERIE C-1 (2% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 1,9799x - 4E-05
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACION
C-1-A
139
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 2,3465x - 0,0024
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-1-B
140
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 1,7957x - 0,0003
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACION
C-1-C
141
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 2,2203x + 4E-05
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACION
C-1-D
142
SERIE C-2 (4% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 1,2751x - 0,0019
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-2-A
143
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 1,9602x - 0,0001
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-2-B
144
MONTAJE
FALLA PROBETA
1
y = 1,188x - 4E-05
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-2-C
145
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 1,3423x - 0,0012
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-2-D
146
SERIE C-3 (6% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 1,1753x - 0,0003
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-3-A
147
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 0,9973x - 0,0007
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-3-B
148
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 1,0636x - 0,0001
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-3-C
149
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 0,9944x - 0,0013
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-3-D
150
SERIE C-4 (8% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 0,7742x + 0,0003
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-4-A
151
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 0,856x - 0,0003
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACION
C-4-B
152
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 1,0746x - 0,0005
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN
C-4-C
153
MONTAJE
FALLA PROBETA
y = 0,7361x - 0,0003
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACION
C-4-D
154
ANEXO J. ENSAYO FLEXIÓN
155
SERIE F-0 (0% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
1
2
3
4
5
6
7
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-0-A
156
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
0-B
157
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-0-C
158
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-0-D
159
SERIE F-1 (2% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
5
10
15
20
25
30
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
fUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-1-A
160
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-1-B
161
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-1-C
162
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-1-D
163
SERIE F-2 (4% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-2-A
164
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-2-B
165
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZIENTEO (mm)
F-2-C
166
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-2-D
167
SERIE F-3 (6% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-3-A
168
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-3-B
169
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-3-C
170
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-3-D
171
SERIE F-4 (8% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-4-A
172
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-4-B
173
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-4-C
174
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
F-4-D
175
ANEXO K. ENSAYO RESISTENCIA
AL CORTE
176
SERIE CT-0 (0% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
140
0 1 2 3 4 5 6 7 8
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO
CT-0-A
177
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6 7 8
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-0-B
178
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
140
0 1 2 3 4 5 6 7 8
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-0-C
179
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
140
0 1 2 3 4 5 6 7 8
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-0-D
180
SERIE CT-1 (2% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-1-A
181
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
FUER
ZA (
N)
DESPAZAMIENTO
CT-1-B
182
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-1-C
183
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-1-D
184
SERIE CT-2 (4% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-2-A
185
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-2-B
186
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-2-C
187
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-2-D
188
SERIE CT-3 (6% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
140
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-3-A
189
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO(mm)
CT-3-B
190
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
140
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-3-C
191
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-3-D
192
SERIE CT-4 (8% FF)
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-4-A
193
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-4-B
194
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-4-C
195
MONTAJE
FALLA PROBETA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 2 4 6 8 10 12
FUER
ZA (
N)
DESPLAZAMIENTO (mm)
CT-4-D
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