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RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO 
REFORZADOS CON FIBRA DE CÁÑAMO 
Yusely Sánchez Hernández
 
yusely.sanchez@uptc.edu.co
 
Especialista en estadística aplicada 
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia 
 
Oscar Javier Gutiérrez Junco 
oscarjavier.gutierrez@uptc.edu.co
 
Doctor en ingeniería y ciencia de los materiales 
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia 
 
Camilo Andrés Acuña Flórez 
camilo.acuna01@uptc.edu.co 
Estudiante 
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia 
 
Resumen: 
Las fibras de cáñamo son de las fibras naturales más resistentes y duraderas del mundo, y 
los seres humanos la han implementado en el campo de la construcción hace varios siglos. 
En las últimas décadas su uso se ha incrementado en gran medida siendo una de sus 
aplicaciones reforzar materiales estructurales. En este estudio se realizó el ensayo de 
resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos de concreto según las 
especificaciones de la norma técnica colombiana NTC 673, realizada a 17 especímenes 
reforzados con fibra de cannabis sativa cultivada en Boyacá-Colombia a 2600 msnm 
aproximadamente. La fibra fue agregada a los cilindros en concentraciones del 0,03%, 
0,1% y 1%, logrando una mejoría en la resistencia a la compresión de los especímenes 
reforzados con el 0,03 %, en comparación a la resistencia promedio de un concreto de 3000 
psi sin contenido de fibra. El valor promedio de resistencia a compresión obtenido fue de 
21,8 MPa, con solo 4 especímenes por debajo de los 21 MPa y 3 especímenes por encima 
de los 27 MPa. 
Palabras clave: Cáñamo, Fibras, Compresión, Concreto, Cannabis, Resistencia. 
 
 
 
 
 
 
1. Introducción 
El concreto es el material de construcción más implementado para uso estructural en el 
mundo, gran parte de sus propiedades se conciben en función de sus constituyentes, los 
cuales brindan características mecánicas seguras en estructuras civiles. El hormigón es 
resistente a la compresión, sin embargo ya que es un material frágil tiene baja capacidad de 
deformación en tensión y, en consecuencia, baja tenacidad. Como resultado, se desarrollan 
grietas cada vez que las cargas generan tensiones de tracción que exceden la resistencia a la 
tracción del concreto [1]. Debido a que es un material frágil necesita el uso de refuerzo 
continuo, mediante barras de acero usadas tradicionalmente para brindar mayor estabilidad 
y resistencia, especialmente a tracción. 
Hoy en día, los materiales compuestos biológicos han sido el foco de investigaciones 
académicas e industriales. El uso de fibras vegetales en materiales compuestos como 
materiales de refuerzo aumenta en una amplia gama de industrias, como la industria del 
embalaje, la automoción y la construcción [2], [3]. El uso de fibras naturales como refuerzo 
aunque ha estado presente en desde la antigüedad, en la actualidad son poco usadas en 
Colombia, a pesar de su contribución con bajos costos, disminución en peso y la mitigación 
de los efectos contaminantes causados por las emisiones de CO2. También tienen otras 
ventajas, como buenas propiedades de aislamiento térmico y acústico [4]. El hormigón 
reforzado con fibra (FRC) es un material compuesto de hormigón rial que comprende una 
matriz de cemento hidráulico reforzada con fibras discretas discontinuas, estas fibras son 
cortas y se distribuyen aleatoriamente en el hormigón. Con la adición de refuerzo de fibra, 
se puede lograr la transición del comportamiento del concreto de quebradizo a cuasi dúctil 
o incluso dúctil con mayor tenacidad y capacidad de absorción de energía [5]. 
Sin embargo, existen varios inconvenientes en el uso de fibras naturales como materiales de 
refuerzo de hormigón. Por ejemplo, las fibras varían en propiedades más que las fibras de 
acero o vidrio, lo que puede dar lugar a variaciones en la calidad del concreto. También hay 
una falta de métodos de mezcla adecuados y herramientas de predicción para estimar el 
rendimiento mecánico de los hormigones resultantes [6]. 
En este contexto, se pretende evaluar el efecto de la fibra de cáñamo (cannabis Sativa L), en 
las propiedades mecánicas y cambios dimensionales a edad temprana en concretos a base 
de cemento comercial colombiano tipo HE9 (alta resistencia), mediante el ensayo de 
compresión de cilindros de concreto según la norma NTC 673. Para esto previamente la 
fibra es caracterizada y expuesta a modificaciones superficiales a partir de diversos 
tratamientos amigables con el medio ambiente, con el fin de promover la compatibilidad de 
las fibras naturales embebidas en la matriz de pasta de cemento y agregados, verificando la 
compatibilidad mediante ensayos de control volumétrico y de resistencia a compresión. 
Se realizó el ensayo de compresión a 17 especímenes cilíndricos de concreto reforzado con 
fibra de cáñamo, cultivada en Boyacá-Colombia y agregada a los cilindros en 
concentraciones de 0.03%, 0.1% y 1% en relación al peso de cemento usado en el diseño de 
 
 
 
 
mezcla. Los cilindros fueron elaborados y fallados en el laboratorio de materiales ubicado 
en las instalaciones de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia y, haciendo 
uso de la máquina para fallar cilindros instalada en dicho laboratorio. 
 
2. Materiales y métodos 
 
2.1. Selección del material orgánico 
Se seleccionaron tallos provenientes de plantas (cannabis sativa L) especie Colorada de 
cuatro meses de edad, tiempo en el que las plantas alcanzan su nivel máximo de 
crecimiento. 
 
2.2. Obtención de la fibra natural de cáñamo (cannabis sativa L). 
 
2.2.1. Método de enriado 
Consiste en introducir el tallo del cáñamo (Cannabis Sativa L) en agua. Este proceso se 
realiza para que se produzca una transformación den los tallos por acción de la enzimas que 
activadas por la humedad y el calor, producen un proceso de putrefacción que deteriora la 
lignina, la cual se eliminada del tallo y así se puede extraer fácilmente la fibra. 
Figura 1. Extracción de fibra de cáñamo 
 
Fuente: Autores 
 
2.3. Caracterización de materias primas y tratamiento de las fibras naturales 
 
2.3.1. Alcalinización 
Una vez obtenida la cantidad necesaria de fibra, se realiza un tratamiento con hidróxido de 
sodio con el propósito de remover la hemicelulosa, lignina y sustancias grasas; este 
tratamiento consiste en sumergir la fibra en una disolución acuosa de (NaOH), al 2% p/v, 
durante una hora a 25°C. Luego las fibras serán lavadas con agua destilada. Finalmente 
 
 
 
 
serán secadas en dos etapas: en la primera etapa se secaran a temperatura ambiente durante 
12h, y posteriormente en un horno a 60°C durante 24h. 
2.3.2. Impregnación 
Este tratamiento se realiza a las fibras después de su alcalinización, se impregnan en una 
solución de silicato de sodio en diferentes tiempos con el fin de favorecer la mineralización 
y adherencia de la fibra a la matriz. 
2.3.3. Caracterización del cemento hidráulico 
Debido a los grandes requerimientos de adherencia entre pasta y agregados es necesario el 
uso de cementos de alta calidad, y de excelentes resistencias, y que cumplan con la 
normatividad de cementos (ASTM C-1157), es por esto que se recomienda utilizar 
cementos Tipo HE9 (Alta Resistencia Inicial), el cual desarrolla resistencias más rápido que 
el cemento tradicional Tipo GU (Uso General) [7], [8]. 
2.3.4. Con el fin de observar la interface entre la fibra matriz se realizan los siguientes 
ensayos. 
 
● Microscopia electrónica de barrido (SEM-EDX). 
 
2.4. Dosificación de las fibras de cáñamo y mezcla 
Las fibras de cáñamo se dosifican en tres porcentajes diferentes de 0,03%, 0,1% y 1% en 
relación al contenido de cemento de la mezcla. La mezcla para la construcción de los 
cilindros de concreto se diseñó para una resistencia de 3000 psi aproximadamente. 
2.5. Ensayo de compresiónde cilindros de concreto. 
Ensayo mecánico a la resistencia de compresión ASTM: C 39/C 39M [9]. Realizada a los 
28 días de curado. 
Ensayo de resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos de concreto. NTC 673 de 
2010 [10]. 
2.6. Análisis de los resultados 
Los análisis de resultados consistirán en comparar el efecto de la fibra de cáñamo (cannabis 
sativa) en las mezclas de cemento que conformaran el concreto, los cambios en sus 
resistencia mecánica, trabajabilidad y durabilidad, correlacionando, los cambios en su 
composición química y su micro estructura, confrontándola con muestra sin adición de 
fibra de cáñamo.
3. Resultados 
El proceso de enriado del material fue exitoso permitiendo extraer fibras de cáñamo 
apropiadas y cantidad suficiente para ser utilizadas en la mezcla. 
 
 
 
 
La adherencia de la fibra con la matriz cementante y los agregados fue positiva gracias a los 
procesos de alcalinización e impregnación realizados a las fibras antes de adicionarlas a la 
mezcla, esto se puede apreciar gracias a las imágenes captadas por medio de la microscopia 
electrónica de barrido SEM. 
Figura 2. Microscopía electrónica de barrido SEM realizada a fibras de cáñamo dentro de la 
matriz 
Fuente: Autores 
Figura 3. Microscopía electrónica de barrido SEM realizada a fibras de cáñamo dentro de la 
matriz Fuente: Autores 
 
 
El trabajo en conjunto de las fibras con la matriz es indispensable ya que garantiza el buen 
funcionamiento del concreto, generando en este un comportamiento más dúctil, ya que las 
fibras ayudan a soportar los esfuerzos a tensión y permite que el concreto alcance su nivel 
máximo de resistencia. 
En la Tabla 1 se muestran las dimensiones obtenidas de los 17 cilindros de concreto con 
adición de fibras de cáñamo que fueron fallados en esta prueba. 
Tabla 1. Datos de los cilindros de concreto 
 
Dimensiones 
 
 
 
 
No. Cilindro d(mm) h(mm) Área (mm
2
) 
0-0 75,14 155,00 4434,40 
1-1 77,16 152,00 4676,00 
1-2 76,98 151,00 4654,20 
1-3 77,33 154,00 4696,60 
1-4 77,75 154,00 4747,80 
2-1 77,67 154,00 4738,00 
2-2 76,56 152,00 4603,60 
2-3 76,30 153,00 4572,30 
2-4 75,75 154,00 4506,70 
3-1 76,73 151,00 4624,00 
3-2 76,97 149,00 4653,00 
3-3 76,97 154,00 4653,00 
3-4 75,54 153,00 4481,70 
4-1 77,20 153,00 4680,80 
4-2 77,11 153,00 4669,90 
4-3 78,24 152,00 4807,80 
4-4 77,30 154,00 4693,00 
Edad 28 Días 
Velocidad(MPa/s) 0,2 
Fuente: Autores 
 
El ensayo de compresión s realizo a los 28 días de curado de los especímenes de concreto 
y, a una velocidad de aplicación de la carga de 0,2 MPa/s según lo indica la norma. 
Los cilindros de concreto adicionado con fibra de cáñamo después de realizado el proceso 
de carga se muestran en la Figura 4. 
Figura 4. Cilindros de concreto con cáñamo después de la falla 
Fuente: Autores 
 
 
 
 
Se observó que los cilindros presentaron fallas de Tipo 2: Conos bien formados en un 
extremo, fisuras verticales a través de los cabezales, cono no bien definido en el otro 
extremo y Tipo 5: fracturas en los lados en las partes superior o inferior comúnmente con 
cabezales no adheridos [10]. 
Ninguna de las fallas fue explosiva, súbita o de alto riesgo y los cilindros mantuvieron su 
integridad casi en su totalidad, esto gracias a una buena adherencia entre los materiales, las 
fibras no permiten que la matriz se separe o destruya en su totalidad. 
Los valores para la carga y el esfuerzo específico obtenidos del ensayo de compresión para 
cada uno de los cilindros se presentan en la Tabla 2. 
Tabla 2. Resultados del ensayo de compresión 
No. Cilindro Carga (KN) Carga especifica (MPa) 
0-0 121,20 27,34 
1-1 32,00 6,85 
1-2 68,60 14,73 
1-3 106,20 22,62 
1-4 104,80 22,08 
2-1 116,60 24,61 
2-2 108,70 23,61 
2-3 125,80 27,50 
2-4 129,90 28,82 
3-1 111,60 24,14 
3-2 112,60 24,21 
3-3 101,00 21,70 
3-4 114,50 25,54 
4-1 83,60 17,85 
4-2 76,20 16,33 
4-3 101,60 21,12 
4-4 104,20 22,20 
C. especifica promedio (MPa) 21,84 
C. especifica mínima (MPa) 6,85 
C. especifica máxima (MPa) 28,82 
Fuente: Autores 
 
El valor promedio de esfuerzo soportado por los cilindros fue de 21,84 MPa. El valor 
mínimo de esfuerzo obtenido fue de 6,85 MPa para el cilindro 1-1 y, el valor máximo 
obtenido fue de 28,82 MPa para el cilindro 2-4. Un número de 4 cilindros presentaron una 
resistencia superior a 25 MPa y, tan solo 6 cilindros tuvieron valores por debajo del 
promedio. 
 
 
 
 
Después de producida la falla de los cilindros en que la resistencia fue menor a la esperada 
se analizó su posible causa, encontrando la presencia de vacíos de aire y planos de falla 
inducidos probablemente por la acumulación de fibras en un mismo punto dentro de la 
matriz. Esto se debe a la dificultad de distribuir uniformemente las fibras dentro de la 
matriz, ya que estas fueron agregadas de manera aleatoria. Se notó que el uso de fibras de 
cáñamo como refuerzo en materiales a base de concreto puede llegar a reducir la resistencia 
a la compresión en algunos casos, como en los concretos de alta resistencia. 
 
A continuación se muestran los gráficos de Deformación en donde se representa el 
Esfuerzo de compresión vs el Tiempo de aplicación de la carga para algunos de los 
especímenes de concreto reforzado con fibras de cáñamo, en los que se puede observar el 
comportamiento del material. Los siguientes 4 gráficos corresponden a los especímenes 
que soportaron un mayor esfuerzo a la compresión: 
 
Figura 5. Gráfico de deformación. Cilindro 0-0. 
Fuente: Autores 
 
 
Figura 6. Gráfico de deformación. Cilindro 2-3. 
Fuente: Autores 
 
Figura 7. Gráfico de deformación. Cilindro 2-4. 
 
 
 
 
Fuente: Autores 
 
Figura 8. Gráfico de deformación. Cilindro 3-4. 
Fuente: Autores 
Se evidencio una mejoría en las propiedades dúctiles del concreto con adición de cáñamo, 
en el que las fibras ayudan a evitar agrietamientos y desintegración de la matriz, soportando 
cargas de tensión. 
 
 
Discusión y conclusiones 
Cuando se va a trabajar un material con adición de fibras naturales es indispensable realizar 
los procesos de alcalinización e impregnación con el objetivo de mejorar la adherencia y 
compatibilidad con los materiales. La mala adherencia de la superficie debido a una 
humectación insuficiente es la razón principal de la formación de una interfaz débil o 
ineficaz entre la fibra y la matriz [11]. 
Durante el proceso de realización de la mezcla de concreto se observó que a mayor 
contenido de fibra en la matriz se presenta una mayor absorción de agua. En particular, las 
propiedades térmicas y mecánicas del hormigón de cáñamo dependen del contenido de 
humedad, por lo que es fundamental seguir y comprender el transporte de humedad en el 
hormigón de cáñamo [12]. Estas propiedades pueden variar en gran medida de un tipo de 
planta de cannabis a otra, por lo que se dificulta generar una guía representativa de las 
propiedades de las fibras de cáñamo en su totalidad. 
 
 
 
 
El uso de fibras naturales de cáñamo en un concreto de alta resistencia genera reducción de 
la resistencia a la compresión en un rango entre 10% y 15% según sea la cuantía de fibras a 
agregar [7]. Las pruebas de cilindros en muestras preparadas con diferentes relaciones 
volumétricas de fibras y reducciones en el agregado grueso, indican una disminución en la 
resistencia a la compresión con la adición de fibras y un aumento en la reducción del 
agregado grueso [13]. 
Sin embargo, la adición de fibras de cáñamo al concreto en las cantidades adecuadas puede 
mejorar sus propiedades dúctiles, sin disminuir significativamente la resistencia a la 
compresión. Además la adición de fibras a la mezcla de concreto reduce su trabajabilidad, 
por lo que se recomienda usar bajas cantidades de fibra. La adición de fibras de cáñamo a 
concretos puede mejorar los modos en que este falla, reduciendo la probabilidad de que sepresenten fallas súbitas y ayuda a mantener unido el concreto después de la falla. Mientras 
mayor sea la cuantía de fibra más contribuye a evitar fallas súbitas [7]. 
El porcentaje de fibra utilizado, su longitud y distribución dentro de la matriz, afectan 
directamente la resistencia y el comportamiento del concreto ante esfuerzos de compresión 
y tensión. 
 
Contribuciones de los autores 
Planteamiento del problema de investigación, y desarrollo del proyecto. Construcción de 
los cilindros de concreto y realización de los ensayos de compresión
1
. 
Apoyo y asesoría profesional para el desarrollo del proyecto y sus correcciones. Fuente de 
información bibliográfica, estudios previos y conocimientos en el campo de los materiales
2
. 
Interpretación, análisis de resultados y construcción del artículo y presentación de la 
ponencia
3
. 
 
Referencias 
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Constr. Build. Mater., vol. 40, pp. 991–997, 2013. 
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modification of hemp shives and their characterization,” Procedia Eng., vol. 42, no. 
August, pp. 931–941, 2012. 
[3] B. Çomak, A. Bideci, and Ö. Salli Bideci, “Effects of hemp fibers on characteristics 
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[4] C. Niyigena et al., “Variability of the mechanical properties of hemp concrete,” 
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[5] I. Netinger Grubeša, B. Marković, A. Gojević, and J. Brdarić, “Effect of hemp fibers 
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[6] Z. Li, X. Wang, and L. Wang, “Properties of hemp fibre reinforced concrete 
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[7] C. A. C. VILLAMIL and D. F. C. VILLAMIL, “Evaluación de resistencia a la 
compresión de un concreto de alta resistencia adicionado con fibras,” vol. 10, no. 
 
2. pp. 1–15, 2018. 
[8] A. Si, L. Nota, C. Especificaci, P. C. Pr, and V. Needle, “C 1157 – 03 Standard 
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[9] D. Referenciados, V. Aserradas, D. Precisi, C. Colados, M. Cil, and C. Endurecido, 
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Método de Ensayo Estándar para Esfuerzo de Compresión en Especímenes 
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[10] ICONTEC, “Ensayo de Resistencia a la Compresión de Especimenes Cilindricos de 
Concreto,” Norma técnica Colomb. NTC 673, no. 571, p. 17, 2010. 
[11] R. Sepe, F. Bollino, L. Boccarusso, and F. Caputo, “Influence of chemical treatments 
on mechanical properties of hemp fiber reinforced composites,” Compos. Part B 
Eng., vol. 133, pp. 210–217, 2018. 
[12] M. Fourmentin et al., “NMR and MRI observation of water absorption/uptake in 
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