Factibilidad del uso de polvo de hierro producto del corte por pl

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Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle 
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería 
2017 
Factibilidad del uso de polvo de hierro producto del corte por Factibilidad del uso de polvo de hierro producto del corte por 
plasma de la industria metalmecánica como sustituto parcial de plasma de la industria metalmecánica como sustituto parcial de 
la arena en el mortero la arena en el mortero 
Elkin Yesid Moreno Sanchez 
Universidad de La Salle, Bogotá 
Beyer Augusto Osorio Casallas 
Universidad de La Salle, Bogotá 
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Citación recomendada Citación recomendada 
Moreno Sanchez, E. Y., & Osorio Casallas, B. A. (2017). Factibilidad del uso de polvo de hierro producto del 
corte por plasma de la industria metalmecánica como sustituto parcial de la arena en el mortero. 
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FACTIBILIDAD DEL USO DE POLVO DE HIERRO PRODUCTO DEL CORTE POR 
PLASMA DE LA INDUSTRIA METALMECÁNICA COMO SUSTITUTO PARCIAL DE 
LA ARENA EN EL MORTERO. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ELKIN YESID MORENO SANCHEZ 
BEYER AUGUSTO OSORIO CASALLAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL 
BOGOTÁ D.C. 
2017 
 
 
 
 
 
Factibilidad del uso de polvo de hierro producto del corte por plasma de la industria 
metalmecánica como sustituto parcial de la arena en el mortero. 
 
 
 
 
 
 
 
 Elkin Yesid Moreno Sánchez 
 Beyer Augusto Osorio Casallas 
 
 
 
 
 
 
 
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de ingeniero civil. 
 
 
 
 
 
 
 
Directora: Sandra Liliana Uribe Celis 
 Ing. Civil 
 
 
 
 
 
 
 
Universidad de la Salle 
Facultad de ingeniería 
Programa de Ingeniería Civil 
Bogotá D.C. 
2017 
 
 
 
 
 
 
A Dios, por ser mi guía y mi mayor apoyo en todo este proceso, por permitir que un sueño que 
empezó hace 5 años ya sea una realidad, además de renovar mis fuerzas y mi aliento cuando 
creí ya no poder más 
A mi madre Consuelo, por brindarme su amor y apoyo incondicional a lo largo de todos estos 
años, por ser mi mayor motivación y por quien decidí, que tenía que ser un profesional y 
algún día poderle devolver un poco de todo lo que ha hecho por mí, ESTO ES DE LOS DOS... 
A mi hermana Alejandra por impulsarme a emprender esta etapa de mi vida, y apoyarme a lo 
largo de la misma, asimismo ser siempre mi ejemplo a seguir. 
A mi novia Diana por estar allí, escuchándome, aconsejándome y consolándome cuando más 
lo necesitaba, por brindarme tanto amor y cariño a lo largo de este tiempo, y soportar mis 
berrinches y pataletas en momentos de desesperación. 
A mi familia en general y amigos cercanos, por ayudarme a buscar soluciones cuando no las 
encontraba y demostrarme que cuando se trabaja en equipo las dificultades y los problemas 
son más llevaderos. 
A Beyer mi compañero de tesis, ya que con su ayuda y amistad he podido cumplir con muchas 
de las labores y objetivos impuestos a lo largo de esta formación. 
 
ELKIN YESID MORENO SANCHEZ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A Dios por ser fuente de fe y sabiduría y brindarme esta oportunidad de crecimiento 
profesional. 
A mis padres Margarita y Beyer por creer en mí, por ofrecer sus esfuerzos para cumplir esta 
meta que no solamente es mía sino también de ellos; por ser un ejemplo a seguir en todo 
sentido, apoyarme incondicionalmente en cada decisión que he tomado y ser el principal 
cimiento para la construcción de mi vida profesional. 
A mi novia Carolina por escuchar, por estar allí junto a mí siempre incondicionalmente, ser 
la fuente de inspiración y brindarme sus consejos en momentos difíciles. 
A mi familia y amigos cercanos porque gracias a ellos soy quien soy hoy en día. 
 
BEYER AUGUSTO OSORIO CASALLAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
Los autores expresan sus agradecimientos a: 
 
 Sandra Liliana Uribe Celis, ingeniera civil, Msc, docente de la Universidad de La Salle y 
directora de esta investigación; por ser guía, brindar recomendaciones y ayuda a lo largo de esta. 
 Luis Eduardo Borja Vargas, laboratorista del programa de ingeniería civil de la Universidad 
de La Salle, por su ayuda y apoyo en el proceso de experimentación ya que gracias a él se 
pudieron realizar los ensayos de caracterización y mezcla de las muestras de mortero. 
 Camilo Gómez Martínez laboratorista, del programa de ingeniería civil de la Universidad de 
La Salle, por su ayuda y apoyo en el proceso de experimentación ya que gracias a él se pudieron 
realizar los ensayos de resistencia mecánica a las muestras de mortero. 
 Julián Camilo Romero Pérez, estudiante de ingeniería civil de la Universidad de La Salle, 
por su ayuda y dedicación desinteresada en la elaboración del presente documento. 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla de contenido. 
Resumen ................................................................................................................................... 13 
Introducción .............................................................................................................................. 14 
Glosario .................................................................................................................................... 16 
Descripción del problema ......................................................................................................... 19 
Pregunta de investigación ......................................................................................................... 20 
Objetivos ................................................................................................................................... 21 
Objetivo general .................................................................................................................... 21 
Objetivos específicos ............................................................................................................ 21 
Marco de referencia .................................................................................................................. 23 
Marco teórico ........................................................................................................................ 23 
Estado del arte ....................................................................................................................... 27 
Marco legal ........................................................................................................................... 34 
Metodología .............................................................................................................................. 39 
Factibilidad de mercado. ....................................................................................................... 41 
Factibilidad técnica. ..............................................................................................................41 
Caracterización de la arena y del polvo de hierro. ............................................................ 41 
Ensayos en el mortero. ...................................................................................................... 42 
Ensayos del mortero fresco. ........................................................................................... 42 
Ensayos del mortero endurecido .................................................................................... 43 
Factibilidad económica. ........................................................................................................ 43 
Factibilidad ambiental. .......................................................................................................... 44 
Procesamiento de datos, análisis de resultados y conclusiones. ........................................... 44 
Desarrollo de la metodología, resultados y análisis. ................................................................ 45 
Factibilidad de mercado ........................................................................................................ 45 
Factibilidad técnica ............................................................................................................... 51 
Caracterización de los materiales. ..................................................................................... 51 
Granulometría por tamizado. ......................................................................................... 52 
Polvo de hierro. ...................................................................................................................... 53 
Arena. ..................................................................................................................................... 55 
Agregado resultante al sustituir arena por PH. ....................................................................... 58 
Hidrometría. ................................................................................................................... 59 
Polvo de hierro. ...................................................................................................................... 62 
Arena. ..................................................................................................................................... 63 
pH. ................................................................................................................................. 65 
Polvo de hierro. ...................................................................................................................... 66 
Arena. ..................................................................................................................................... 66 
Gravedad especifica del polvo de hierro y la arena. ...................................................... 67 
Polvo de hierro. ...................................................................................................................... 69 
Arena. ..................................................................................................................................... 70 
Materia orgánica. ........................................................................................................... 72 
Polvo de hierro. ...................................................................................................................... 73 
Arena. ..................................................................................................................................... 74 
Densidad del cemento. ................................................................................................... 75 
Diseño de la mezcla de mortero patrón. ............................................................................ 76 
Mezcla de laboratorio .................................................................................................... 82 
Ensayos al mortero. ........................................................................................................... 83 
Ensayos al mortero en estado fresco. ............................................................................. 83 
Fluidez. ................................................................................................................................... 83 
Consistencia Normal. ............................................................................................................. 86 
Tiempo de Fraguado mediante el aparto de Vicat. ................................................................. 88 
Tiempo de Fraguado mediante las agujas de Gillmore. ......................................................... 91 
Ensayos al mortero en estado endurecido. ..................................................................... 97 
Resistencia a la compresión. .................................................................................................. 97 
Resistencia a la flexión. ........................................................................................................ 115 
Resistencia a la tensión. ....................................................................................................... 130 
Densidad del mortero con las diferentes sustituciones de PH. ............................................. 146 
Factibilidad económica ....................................................................................................... 148 
Costo de producir un mortero convencional. .................................................................. 149 
Costo de producir un mortero con el porcentaje óptimo de polvo de hierro. .................. 150 
Comparación de costos. .................................................................................................. 150 
Factibilidad ambiental ......................................................................................................... 152 
Ciclo de vida del mortero convencional .......................................................................... 152 
Cálculo de los datos ..................................................................................................... 153 
Etapa 1: Extracción de materias primeras y transporte a fábrica. ........................................ 153 
Etapa 2: Expedición. - Transporte a punto de consumo. ...................................................... 154 
Etapa 3: Puesta en obra. ....................................................................................................... 155 
Etapa 4: Vida útil. ................................................................................................................. 155 
Etapa 5: Demolición y reciclado. ......................................................................................... 156 
Ciclo de Vida del mortero con remplazo de arena por polvo de hierro .......................... 158 
Cálculo de los datos ..................................................................................................... 159 
Transporte de PH .................................................................................................................. 159 
Ahorro con el uso de PH ...................................................................................................... 159 
Demolición y reciclado. ....................................................................................................... 160 
Indicador de impacto y cálculo de resultados ................................................................. 162 
Toxicidad ..................................................................................................................... 162 
Agotamiento de recursos naturales .............................................................................. 163 
Efecto invernadero ....................................................................................................... 165 
Energía consumida ......................................................................................................167 
Conclusiones ........................................................................................................................... 168 
Factibilidad de mercado ...................................................................................................... 168 
Factibilidad técnica ............................................................................................................. 168 
Factibilidad económica. ...................................................................................................... 172 
Factibilidad Ambiental ....................................................................................................... 172 
Recomendaciones ................................................................................................................... 174 
Bibliografía ............................................................................................................................. 176 
Apéndices ............................................................................................................................... 179 
 
Lista de tablas. 
Tabla 1 Granulometría del polvo de hierro ............................................................................................ 54 
Tabla 2 Diámetros donde pasa el 50% de las partículas del material. ................................................... 55 
Tabla 3 Granulometría de la arena por tamizado ................................................................................... 56 
Tabla 4 Diámetros donde pasa el 50 % de las partículas del material. .................................................. 57 
Tabla 5 Módulos de finura del agregado al sustituir con los diferentes porcentajes la arena Sikadur – 
506 por PH. ............................................................................................................................................ 58 
Tabla 6 Diámetro de partículas y porcentaje de suelo en suspensión del polvo de hierro. ................... 62 
Tabla 7 Diámetro de partículas y porcentaje de suelo en suspensión de la arena Sikadur – 506. ......... 63 
Tabla 8 Escala colorimétrica de Garden. ................................................................................................ 73 
Tabla 9 Fluidez recomendada para un mortero de mampostería estructural. ........................................ 78 
Tabla 10 Resultados ensayos sobre la pasta de cemento para % Fluidez .............................................. 78 
Tabla 11 Valores de factor b. ................................................................................................................. 79 
Tabla 12 Cantidades para la mezcla patrón de mortero por m3 .............................................................. 82 
Tabla 13 Cantidades de material utilizado para fundir en laboratorio el mortero patrón. ...................... 82 
Tabla 14 Cantidades para las mezclas de mortero modificado para fundir en laboratorio. .................... 83 
Tabla 15 Resultados registrados y cálculo de la fluidez de las diferentes mezclas. ............................... 85 
Tabla 16 Relaciones de agua cemento (A/C) para los diferentes porcentajes de sustitución de PH. ..... 87 
Tabla 17 Resultados de tiempo de fraguado inicial por Vicat con las diferentes sustituciones ............. 89 
Tabla 18 Resultados de tiempo de fraguado final por Vicat con las diferentes sustituciones ................ 90 
Tabla 19 Resultados de tiempo de fraguado inicial por Gillmore con las diferentes sustituciones ....... 93 
Tabla 20 Resultados de tiempo de fraguado final por Gillmore con las diferentes sustituciones .......... 94 
Tabla 21 Resistencia a la compresión del mortero a las 24 horas. ....................................................... 100 
Tabla 22 Resistencia a la compresión del mortero a los 3 días. ........................................................... 102 
Tabla 23 Resistencia a la compresión del mortero a los 7 días. ........................................................... 104 
Tabla 24 Resistencia a la compresión del mortero a los 14 días. ......................................................... 105 
Tabla 25 Resistencia a la compresión del mortero a los 28 días. ......................................................... 107 
Tabla 26 Resistencia a la compresión del mortero a los 56 días. ......................................................... 109 
Tabla 27 Resistencia a la flexión del mortero a las 3 horas. ................................................................ 117 
Tabla 28 Resistencia a la flexión del mortero a los 3 días. .................................................................. 118 
Tabla 29 Resistencia a la flexión del mortero a los 7 días. .................................................................. 120 
Tabla 30 Resistencia a la flexión del mortero a los 14 días. ................................................................ 121 
Tabla 31 Resistencia a la flexión del mortero a los 28 días. ................................................................ 123 
Tabla 32 Resistencia a la flexión del mortero a los 56 días. ................................................................ 125 
Tabla 33 Resistencia a la tensión del mortero a las 24 horas. .............................................................. 132 
Tabla 34 Resistencia a la tensión del mortero a los 3 días. .................................................................. 133 
Tabla 35 Resistencia a la tensión del mortero a los 7 días. .................................................................. 135 
Tabla 36 Resistencia a la tensión del mortero a los 14 días. ................................................................ 137 
Tabla 37 Resistencia a la tensión del mortero a los 28 días. ................................................................ 139 
Tabla 38 Resistencia a la tensión del mortero a los 56 días. ................................................................ 141 
Tabla 39 Densidad y variación de la densidad del mortero con las diferentes sustituciones. .............. 146 
Tabla 40 Costo para la producción del mortero ................................................................................... 149 
Tabla 41 Cantidades de material para la producción de un mortero convencional .............................. 149 
Tabla 42 Costo de los materiales para la producción de un metro cubico de mortero convencional. .. 149 
Tabla 43 Cantidades de material para la producción de un mortero con el 7% de arena sustituida por 
polvo de hierro. .................................................................................................................................... 150 
Tabla 44 Costo de los materiales para la producción de un metro cubico de mortero con el 7% de arena 
sustituida por polvo de hierro. .............................................................................................................. 150 
Tabla 45 Cantidades de material por tonelada para el diseño del mortero patrón. ............................... 153 
Tabla 46 Resumen de resultados del Ciclo de Vida del mortero convencional ................................... 158 
Tabla 47 Cantidades de material por tonelada para el diseño del mortero con remplazo de arena por 
PH. ........................................................................................................................................................ 158 
Tabla 48 Resumen de resultados del Ciclo de Vida del mortero con sustitución ................................ 162 
 
Lista de figuras. 
Figura 1 logos de las empresas entrevistadas. ........................................................................................ 45 
Figura 2 Proceso de corte de lámina por plasma en la empresa CMA S.A para la producción de platinas 
usadas en las estructuras metálicas ......................................................................................................... 46 
Figura 3 Formato de preguntasque se realizaron a las empresas........................................................... 46 
Figura 4 Resultado de la primera pregunta de la encuesta a las empresas. ............................................ 47 
Figura 5 Resultado de la segunda pregunta de la encuesta a las empresas. ........................................... 48 
Figura 6 Resultado de la tercer pregunta de la encuesta a las empresas. ............................................... 48 
Figura 7 Resultado de la cuarta pregunta de la encuesta a las empresas. ............................................... 49 
Figura 8 Resultado de la quinta pregunta de la encuesta a las empresas. .............................................. 49 
Figura 9 desechos aprovechables producto del corte de lámina............................................................. 51 
Figura 10 Polvo de hierro desechado por TAESMET.LTDA (A), arena Sikadur-506 (B) y cemento 
Argos Colombia (C). .............................................................................................................................. 51 
Figura 11 Cuarteo al polvo de hierro para selección de muestra. .......................................................... 52 
Figura 12 Tamices en orden decreciente según el tamaño. .................................................................... 52 
Figura 13 Curva granulométrica del PH. ............................................................................................... 55 
Figura 14 Curva granulométrica de la arena Sikadur 506. ..................................................................... 57 
Figura 15 Mescladora eléctrica (A), solución de hexametafosfato 3% (B) hidrómetro usado -152h (C).
 ................................................................................................................................................................ 60 
Figura 16 Hidrómetro sumergido y muestras de Polvo de hierro y arena Sikadur- 506 en inmersión. . 60 
Figura 17 Curva granulométrica del polvo de hierro por hidrometría. .................................................. 63 
Figura 18 Curva granulométrica de la arena Sikadur – 506 por hidrometría. ....................................... 64 
Figura 19 Preparación de muestras para la prueba de pH. ..................................................................... 65 
Figura 20 Lectura de pH del polvo de hierro. ........................................................................................ 66 
Figura 21 Lectura de pH de la arena Sikadur - 506. ............................................................................... 66 
Figura 22 Molde, pistón (A) y picnómetro(B) usados para determinar gravedad especifica. ............... 68 
Figura 23 Procedimiento gravedad específica del PH. ........................................................................... 69 
Figura 24 Procedimiento para determinar gravedad específica. ............................................................ 70 
Figura 25 Hidróxido de sodio (A), frasco de 200 ml incoloro (B), cantidad de material (C), volumen 
total de material y agua (D). ................................................................................................................... 72 
Figura 26 Muestras 24 horas de inmersión en hidróxido de sodio (A),), Vidrios de referencia para 
contenido de materia orgánica (B). ........................................................................................................ 73 
Figura 27 Medición de materia orgánica del polvo de hierro mediante los vidrios de referencia. ....... 73 
Figura 28 Medición de materia orgánica de la arena Sikadur – 506 mediante los vidrios de referencia.
 ................................................................................................................................................................ 74 
Figura 29 Determinación de la gravedad específica del cemento. ......................................................... 75 
Figura 30 Arenas recomendadas por Sika. ............................................................................................ 77 
Figura 31 Relación agua cemento seleccionada. .................................................................................... 77 
Figura 32 Relación entre % fluidez y relación agua-cemento. ............................................................... 79 
Figura 33 Mesa de flujo con especificaciones de la NTC 111 ............................................................... 84 
Figura 34 Procedimiento para determinar la fluidez de un mortero. ...................................................... 84 
Figura 35 Procedimiento realizado para encontrar la consistencia normal del cemento. ....................... 87 
Figura 36 Moldes para la realización de los tiempos de fraguado por Vicat en pasta con y sin adición 
de polvo de hierro. .................................................................................................................................. 89 
Figura 37 Variación porcentual del fraguado inicial por Vicat. ............................................................. 90 
Figura 38 Variación porcentual del fraguado final por Vicat................................................................. 91 
Figura 39 Moldes para la realización de los tiempos de fraguado por las agujas de Gillmore en pasta 
con y sin adición de polvo de hierro. ..................................................................................................... 92 
Figura 40 Variación porcentual del fraguado inicial por Gillmore. ....................................................... 93 
Figura 41 Variación porcentual del fraguado final por Gillmore. .......................................................... 95 
Figura 42 Tiempos de fraguado inicial por Vicat y Gillmore. ............................................................... 96 
Figura 43 Tiempos de fraguado final por Vicat y Gillmore. .................................................................. 96 
Figura 44 Curado de las muestras en agua limpia. ................................................................................. 97 
Figura 45 Moldes para la elaboración de los cubos de mortero. ............................................................ 98 
Figura 46 Orden en que se deben apisonar las capas. ............................................................................ 98 
Figura 47 Cubos de mortero antes de fallar (A), listos para fallar (B) y después de la falla. ................. 99 
Figura 48 Resistencia a la compresión del mortero a las 24 horas con los diferentes porcentajes de PH.
 .............................................................................................................................................................. 101 
Figura 49 Variación porcentual de la resistencia a la compresión del mortero a las 24 horas con los 
diferentes porcentajes de PH. ............................................................................................................... 101 
Figura 50 Resistencia a la compresión del mortero a los 3 días con los diferentes porcentajes de PH.
 .............................................................................................................................................................. 102 
Figura 51 Variación porcentual de la resistencia a la compresión del mortero a los 3 días con los 
diferentes porcentajes de PH. ............................................................................................................... 103 
Figura 52 Resistencia a la compresión del mortero a los 7 días con los diferentes porcentajes de PH.
 .............................................................................................................................................................. 104 
Figura 53 Variación porcentual de la resistencia a la compresión del mortero a los 7 días con los 
diferentes porcentajes de PH. ...............................................................................................................105 
Figura 54 Resistencia a la compresión del mortero a los 14 días con los diferentes porcentajes de PH.
 .............................................................................................................................................................. 106 
Figura 55 Variación porcentual de la resistencia a la compresión del mortero a los 14 días con los 
diferentes porcentajes de PH. ............................................................................................................... 107 
Figura 56 Resistencia a la compresión del mortero a los 28 días con los diferentes porcentajes de PH.
 .............................................................................................................................................................. 108 
Figura 57 Variación porcentual de la resistencia a la compresión del mortero a los 28 días con los 
diferentes porcentajes de PH. ............................................................................................................... 109 
Figura 58 Resistencia a la compresión del mortero a los 56 días con los diferentes porcentajes de PH.
 .............................................................................................................................................................. 110 
Figura 59 Variación porcentual de la resistencia a la compresión del mortero a los 56 días con los 
diferentes porcentajes de PH. ............................................................................................................... 111 
Figura 60 Resistencias a la compresión del mortero a las diferentes edades con los diferentes 
porcentajes de PH. ................................................................................................................................ 113 
Figura 61 Variación de la resistencia a compresión con respecto al tiempo. ....................................... 114 
Figura 62 Orden en que se deben apisonar las capas. .......................................................................... 115 
Figura 63 Vigas de mortero antes de fallar (A), listos para fallar (B) y después de la falla................. 116 
Figura 64 Resistencia a la flexión del mortero a los 24 horas con los diferentes porcentajes de PH. .. 117 
Figura 65 Variación porcentual de la resistencia a la flexión del mortero a las 24 horas con los 
diferentes porcentajes de PH. ............................................................................................................... 118 
Figura 66 Resistencia a la flexión del mortero a los 3 días con los diferentes porcentajes de PH. ...... 119 
Figura 67 Variación porcentual de la resistencia a la flexión del mortero a los 3 días con los diferentes 
porcentajes de PH. ................................................................................................................................ 119 
Figura 68 Resistencia a la flexión del mortero a los 7 días con los diferentes porcentajes de PH. ...... 120 
Figura 69 Variación porcentual de la resistencia a la flexión del mortero a los 7 días con los diferentes 
porcentajes de PH. ................................................................................................................................ 121 
Figura 70 Resistencia a la flexión del mortero a los 14 días con los diferentes porcentajes de PH. .... 122 
Figura 71 Variación porcentual de la resistencia a la flexión del mortero a los 14 días con los diferentes 
porcentajes de PH. ................................................................................................................................ 123 
Figura 72 Resistencia a la flexión del mortero a los 28 días con los diferentes porcentajes de PH. .... 124 
Figura 73 Variación porcentual de la resistencia a la flexión del mortero a los 28 días con los diferentes 
porcentajes de PH. ................................................................................................................................ 125 
Figura 74 Resistencia a la flexión del mortero a los 56 días con los diferentes porcentajes de PH. .... 126 
Figura 75 Variación porcentual de la resistencia a la flexión del mortero a los 56 días con los diferentes 
porcentajes de PH. ................................................................................................................................ 127 
Figura 76 Resistencias a la flexión del mortero a las diferentes edades con los diferentes porcentajes de 
PH. ........................................................................................................................................................ 128 
Figura 77 Variación en la resistencia a flexión con respecto al tiempo. .............................................. 129 
Figura 78 Moldes normalizados para ensayo de resistencia de morteros a tensión. ............................ 130 
Figura 79 Corbatines de mortero antes de fallar (A), listos para fallar (B) y después de la falla. ....... 131 
Figura 80 Resistencia a la tensión del mortero a las 24 horas con los diferentes porcentajes de PH. .. 132 
Figura 81 Variación porcentual de la resistencia a la tensión del mortero a las 24 horas con los 
diferentes porcentajes de PH. ............................................................................................................... 133 
Figura 82 Resistencia a la tensión del mortero a los 3 días con los diferentes porcentajes de PH. ...... 134 
Figura 83 Variación porcentual de la resistencia a la tensión del mortero a los 3 días con los diferentes 
porcentajes de PH. ................................................................................................................................ 135 
Figura 84 Resistencia a la tensión del mortero a los 7 días con los diferentes porcentajes de PH. ...... 136 
Figura 85 Variación porcentual de la resistencia a la tensión del mortero a los 7 días con los diferentes 
porcentajes de PH. ................................................................................................................................ 137 
Figura 86 Resistencia a la tensión del mortero a los 14 días con los diferentes porcentajes de PH. .... 138 
Figura 87 Variación porcentual de la resistencia a la tensión del mortero a los 14 días con los 
diferentes porcentajes de PH. ............................................................................................................... 139 
Figura 88 Resistencia a la tensión del mortero a los 28 días con los diferentes porcentajes de PH. .... 140 
Figura 89 Variación porcentual de la resistencia a la tensión del mortero a los 28 días con los 
diferentes porcentajes de PH. ............................................................................................................... 141 
Figura 90 Resistencia a la tensión del mortero a los 56 días con los diferentes porcentajes de PH. .... 142 
Figura 91 Variación porcentual de la resistencia a la tensión del mortero a los 56 días con los 
diferentes porcentajes de PH. ............................................................................................................... 142 
Figura 92 Resistencias a la tensión del mortero a las diferentes edades con los diferentes porcentajes de 
PH. ........................................................................................................................................................ 144 
Figura 93 Variación en la resistencia a tensión con respecto al tiempo. .............................................. 145 
Figura 94 Densidad del mortero con cada una de las sustituciones de PH. ......................................... 146 
Figura 95 Variación de la densidad del mortero con cada una de las sustituciones de PH. ................. 147 
Figura 96 Diagrama de etapas del Ciclo de Vida del mortero. ........................................................... 152 
Figura 97 Etapas del Ciclo de Vida del mortero .................................................................................. 157Figura 98 Elementos de seguridad para trabajo con cemento .............................................................. 163 
Figura 99 Resultados Ciclo de Vida de un mortero convencional y uno con sustitución de PH ......... 164 
Figura 100 Di de los recursos consumidos y desechos generados de un mortero con sustitución de PH 
con respecto a uno convencional .......................................................................................................... 165 
 
 
 
 
 
 
Lista de apéndices. 
Apéndice 1 Resultados del ensayo de granulometrías por tamizado. .................................................. 179 
Apéndice 2 Resultados del ensayo de gravedad especifica. ................................................................. 180 
Apéndice 3 Resultados de las hidrometrías realizadas. ........................................................................ 181 
Apéndice 4 Resultados del ensayo de pH. ........................................................................................... 182 
Apéndice 5 Resultados del ensayo de contenido de materia orgánica. ................................................ 183 
Apéndice 6 Resultados del ensayo de fluidez. ..................................................................................... 184 
Apéndice 7 Resultados del ensayo de consistencia normal.................................................................. 187 
Apéndice 8 Resultados del ensayo de tiempos de fraguado mediante el aparato de Vicat y Gillmore.
 .............................................................................................................................................................. 190 
Apéndice 9 Resultados de ensayo a flexión de las vigas de mortero con y sin sustitución. ............... 195 
Apéndice 10 Resultados de ensayo a compresión de los cubos de mortero con y sin sustitución. ...... 201 
Apéndice 11 Resultados de ensayo a tensión de los corbatines de mortero con y sin sustitución. ...... 207 
 
 
13 
 
Resumen 
 La presente investigación pretende exponer la factibilidad del uso de polvo de hierro (PH) 
producto del corte por plasma de la industria metalmecánica como sustituto parcial de la arena 
en el mortero de cemento. 
 Para poder dar desarrollo a la investigación, se realizaron algunos procedimientos abordados 
desde frentes tales como una factibilidad de mercado, en la que se realizó un estudio de oferta 
y demanda de PH en Bogotá; una Factibilidad técnica, en la cual se desarrolló una campaña 
experimental que incluye ensayos de caracterización de los materiales usados en la elaboración 
del mortero (Gravedad específica, contenido de materia orgánica, acides, tamaño de las 
partículas), además se mezclaron morteros con sustitución de la arena por PH en proporciones 
variables, los cuales se compararon cuantitativamente con uno convencional mediante ensayos 
en estado fresco (Fluidez, Consistencia normal, Tiempos de fraguado) y ensayos de resistencia 
mecánica en estado endurecido (Resistencia a la tensión, compresión y flexión), estos últimos 
se realizaron a diferentes edades hasta los 56 días; una factibilidad económica dentro de la cual 
se evidencio la relación costo beneficio de realizar un mortero convencional con respecto a uno 
con sustitución, y por último una factibilidad ambiental donde se comparó la energía no 
renovable consumida y las toneladas de CO2 arrojadas al medio ambiente a raíz de la 
producción del mortero convencional con respecto a la del mortero con la sustitución optima 
hallada en la factibilidad técnica 
 Finalmente, realizadas las factibilidades, se procedido a analizar los resultados y a partir de 
ellos se obtuvieron conclusiones con el fin de poder explicar resultados y algunas 
recomendaciones las cuales puedan servir para resolver interrogantes que no hayan quedado 
suficientemente resueltos a través del presente trabajo. 
14 
 
Introducción 
 Según la empresa productora de cementos CEMEX en su página principal el cemento es uno 
de los materiales más usados en el mundo ya que está presente en casi cualquier obra de 
construcción, como este es un material resultante de la pulverización, calentamiento y 
clinkerizacion de piedras calizas provenientes de los recursos naturales (Guzmán, 2001). 
 Se han realizado numerosas investigaciones tanto en Colombia como en el mundo 
encaminadas hacia la exploración de nuevos materiales de construcción que brinden 
propiedades similares o mayores a las tradicionales, a un menor costo y que sean amigables con 
el medio ambiente; así como las realizadas por Heras, (2015) en la cual se hicieron 
nanoadiciones de hierro al mortero y Shehdeh, Husam & Rosa (2015) en la que se elaboró un 
hormigón con granito y PH como sustitutos parciales de arena. En ambas investigaciones se 
evidencio que las adiciones de material férreo al cemento elevan las resistencias mecánicas a 
flexión y a compresión. 
 Las industrias metalmecánicas de Bogotá en sus procesos de corte por plasma generan un 
desecho en forma de polvo, el cual es recogido en tolvas y posteriormente llevado a su respectiva 
disposición final; cabe resaltar que en la entrevista realizada Leonardo Quiñones (2017) la 
persona encargada de recolectar el PH en algunas empresas, afirmó que este desecho es rico en 
óxido de hierro y con base en las investigaciones mencionadas más adelante en el estado del 
arte, podría ser un material que al utilizarse en la industria de la construcción arroje resultados 
favorables, siendo que una posible manera de lograrlo es como sustituto parcial de la arena en 
el mortero. 
15 
 
 Al implementarlo de esta manera y de ser factible su uso, se obtendría un material que 
brindará la posibilidad de obtener mayores rendimientos y resistencias en comparación a los 
tradicionalmente usados en la industria de la construcción y al mismo tiempo se eliminaría una 
fuente de contaminación para el aire y los rellenos sanitarios, creando además un beneficio 
económico que no está siendo contemplado por parte de quienes producen el PH al poderlo 
comercializar dentro de la industria de la construcción. 
16 
 
Glosario 
 Adiciones: Según la EHE citada por Heras, se entiende por adiciones, aquellos materiales 
inorgánicos, puzolánicos o con hidraulicidad latente que, finamente divididos, pueden ser 
añadidos al hormigón con el fin de mejorar alguna de sus propiedades o conferir características 
especiales. (Guzmán, p.17). 
 Agregados o áridos: Todos aquellos materiales que, poseyendo una resistencia propia 
suficiente, no perturban ni afectan el proceso de endurecimiento del cemento hidráulico, es decir 
que son inertes y garantizan una adherencia suficiente con la pasta de cemento endurecida. Estos 
materiales pueden ser naturales o artificiales, dependiendo de su origen. (Guzmán, p. 23). 
 Cementante: Es un material con la capacidad de unir dos materiales generando una pasta 
que posteriormente se solidificara gracias a su pérdida de humedad, como lo es el caso del 
cemento más agua con agregados que al deshidratarse forma concreto o mezclas de mortero. 
(Díaz, 2015, p.1). 
 Cemento Portland: Material aglutinante que tiene propiedades tanto adhesivas como 
cohesivas, que le dan capacidad de aglutinar los agregados o áridos para conformar el concreto. 
(Guzmán, p. 22). 
 Según Taylor citado por Correa, 2010: 
 Las materias primas del cemento están compuestas básicamente por calizas y arcillas 
que se mezclan con otros minerales correctores y se trituran para después ser llevadas a 
un proceso de calentamiento en hornos donde se produce la clinkerización a 
temperaturas hasta 1.450°C para el cemento gris y hasta 1.550°C para el cemento 
blanco. Cuando el cemento sale del horno en donde se produce el proceso de 
clinkerización, sale en forma de esferas de diferentes diámetros luego se mezcla con 
yeso y se muele hasta conseguir lapulverización obteniendo el cemento Portland. Se 
conocen cinco tipos de cemento Portland (tipo I, tipo II, tipo III, tipo IV y tipo V). 
17 
 
 Densidad del cemento: La densidad del cemento hidráulico se define como la masa del 
volumen unitario de sólidos. ICONTEC (NTC 221). 
 Mega Pascales (MPa): Es la unidad del esfuerzo del (SI) Sistema Internacional (Díaz, p.2). 
 Mortero: Mezcla de pasta y agregado fino (arena). La cual es muy utilizada en la pega de 
ladrillos para hacer muros de mampostería o en el recubrimiento de estos últimos, caso en el 
cual se le conoce como pañete, repello o revoque. (Guzmán, p. 22). 
 Módulo de finura: Se define como la suma de los porcentajes acumulados en la serie 
normalizada de tamices desde el de 150μm en adelante y divididos por 100. Los tamices de la 
serie normalizada son: 150μm (No. 100), 300μm (No. 50), 600μm (No. 30), 1,18 mm (No. 16), 
2,36 mm (No. 8), 4,75 mm (No. 4), 9,5 mm, 19,0 mm, 37,5 mm y mayores, incrementándose la 
tasa de 2 a 1. ICONTEC (NTC 77). 
 Mortero de pega: Mezcla plástica de materiales cementantes, agregado fino y agua, usado 
para unir las unidades de mampostería. (Guzmán, p. 36). 
 Mortero de relleno: Mezcla fluida de materiales cementantes, agregados y agua, con la 
consistencia apropiada para ser colocado sin segregación en las celdas o cavidades de la 
mampostería. Guzmán (p. 32). 
 Nano partículas: Se entiende como nano adición, desde un punto de vista geométrico, 
aquella partícula que cuenta con unas dimensiones de tamaño inferior a la milésima de 
milímetro. Cabe por tanto esperar que el tamaño sea una propiedad decisiva e influyente en el 
comportamiento de las mismas. (Heras, p. 23). 
 
18 
 
 Pasta o pegante: El término pasta se refiere a la mezcla de cemento, agua, aire (naturalmente 
atrapado o intencionalmente incluido y aditivos (cuando son adicionados). (Guzmán, p. 22). 
 Puzolanas: Según Restrepo et al, citados por Correa, actualmente se conoce con el nombre 
de puzolana a cualquier material de carácter silíceo o silíceo aluminoso, muy amorfo y en 
tamaños muy pequeños que reaccionan con la cal libre del cemento y el agua para formar 
silicatos cálcicos hidratados (C-S-H), con lo cual incrementa notablemente las propiedades 
mecánicas del cemento. (p.31). 
 Residuo o desecho: Es cualquier objeto, material, sustancia, elemento o producto que se 
encuentra en estado sólido o semisólido, o es un líquido o gas contenido en recipientes o 
depósitos, cuyo generador descarta, rechaza o entrega porque sus propiedades no permiten 
usarlo nuevamente en la actividad que lo generó o porque la legislación o la normatividad 
vigente así lo estipula. (Instituto de medio ambiente, 2010, p.9). 
 
19 
 
Descripción del problema 
 De acuerdo con la persona encargada de recolectar el PH en algunas empresas de la 
industria metalmecánica en Bogotá, Leonardo Quiñones (2017), tan solo en nueve de las 
empresas que utilizan el corte por plasma en sus procesos de producción, se reúnen de manera 
constante durante todo el año, aproximadamente entre 12 y 16 toneladas de este desecho 
mensualmente. 
 Según las entrevistas realizadas en el presente proyecto, el PH actualmente está siendo 
tratado como residuo común y su disposición final no es la adecuada ya que generalmente es 
almacenado y en el peor de los casos es llevado a rellenos sanitarios, convirtiéndose en un agente 
de impacto ambiental negativo. Aunado a lo anterior, este escenario desprecia la posibilidad 
de generar ingresos a partir del aprovechamiento de residuos cuya factibilidad técnica podría 
arrojar resultados favorables que justifiquen una estrategia económicamente viable y 
compatible con los procesos constructivos. 
 
 
20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pregunta de investigación 
 ¿Es factible usar PH producto del corte por plasma en la industria metalmecánica como 
sustituto parcial de la arena en el mortero? 
 
 
 
 
 
 
21 
 
Objetivos 
Objetivo general 
 Exponer el beneficio del uso de PH producto del corte por plasma de la industria 
metalmecánica como sustituto parcial de la arena en el mortero, a partir de un análisis de 
factibilidad de mercado, técnica, económica y ambiental. 
Objetivos específicos 
 Realizar un estudio de mercado mediante un análisis de oferta y demanda de una muestra de 
cinco empresas productoras de PH resultante del corte por plasma, para determinar la existencia 
de una cantidad suficiente de material. 
 Caracterizar los materiales que se usarán en la investigación mediante ensayos que permitan 
observar algunas de sus propiedades físicas para determinar su posible comportamiento dentro 
de la pasta e mortero. 
 Plantear una metodología preliminar del diseño de un mortero con sustitución parcial de la 
arena en diferentes porcentajes de PH, mediante la calibración de la consistencia normal y el 
flujo de este, para definir un proceso de elaboración del mismo en laboratorio que sirva de guía 
en futuras investigaciones. 
 Determinar el comportamiento mecánico del mortero sustituyendo parcialmente la arena por 
PH para determinar la factibilidad técnica de la propuesta. 
 Evidenciar la relación costo beneficio de reemplazar parcialmente arena por PH en el 
mortero, mediante la comparación del costo de producción del mismo con respecto a la del 
22 
 
mortero convencional para determinar su factibilidad económica. 
 Exponer el beneficio ambiental de reemplazar parcialmente arena por PH en el mortero, por 
medio un análisis de Ciclo de Vida del mismo y disminución en toneladas de CO2 arrojadas al 
medio ambiente, para determinar su factibilidad ambiental. 
 
23 
 
Marco de referencia 
Marco teórico 
Adherencia. 
 Adhesión y enlace del concreto o el mortero al refuerzo o a otras superficies junto a las 
cuales es colocado. Capacidad del mortero para atender esfuerzos normales y tangenciales a la 
superficie que lo une en la estructura. (Guzmán, 2001, p.45). 
Consistencia normal. 
 La cantidad de agua que se le agrega al cemento le comunica una determinada fluidez, la 
cual aumenta al incrementarse el contenido de agua. Existe una determinada fluidez para la cual 
debe agregarse cierta cantidad de agua. Esta fluidez es lo que se llama consistencia normal. Esta 
se mide por medio del aparato de Vicat. (Guzmán, p. 44). 
 Esta propiedad se halla mediante la norma NTC 110 Método Para Determinar La 
Consistencia Normal. 
Fluidez del mortero. 
 La cantidad necesaria de agua que necesita un mortero de cemento para su homogeneización 
entre el cemento y el árido (arena) con esta cantidad de agua el mortero puede generar mucha 
más eficiencia en obra. (Gamarra, 2015, p 85). 
Esta propiedad se halla mediante la norma NTC 111 Método para determinar la fluidez de 
morteros. 
 
24 
 
Gravedad especifica. 
 La gravedad especifica de las partículas sólidas del suelo, (Gs) es la relación entre la masa 
de un cierto volumen de solidos a una temperatura dada y la masa del mismo volumen de agua 
destilada y libre de gas a igual temperatura. La temperatura generalmente usada como 
referencia es 20°c. INVIAS, 2013 (INV E – 128). 
Hidratación del cemento. 
 Reacción mediante la cual el cemento portland se transforma en un agente de enlace, se 
genera por los procesos químicos responsables por los procesos químicos responsables de la 
formación del compuesto durante la hidratación, los cuales originan propiedades mecánicas 
útiles en las aplicaciones estructurales. (Guzmán, p. 38). 
Manejabilidad del mortero. 
 Es la característica de fluidez de la mezcla que estandarizadamente se mide en la mesa de 
flujo y se puede decir que está relacionada con la consistencia es decir que tan dura o blanda se 
encuentra la mezcla es su estado plástico. (Díaz, p. 18). 
Resistencia a la compresión.Es la característica mecánica principal del concreto, se define como la capacidad para 
soportar una carga por unidad de área y se expresa en términos de esfuerzo, generalmente en 
Kg/Cm2, Mpa y con alguna frecuencia en libras por pulgada cuadrada. (Rodríguez, 2014, s.p). 
Resistencia a la tensión. 
 Carga tensional por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación 
25 
 
extensional, esta propiedad es un indicativo de la resistencia del material a los esfuerzos de 
tensión que soportan las briquetas elaboradas con mortero de cemento. (INV, 2007, INV 327). 
Retracción. 
 La retracción es debida a las reacciones químicas de hidratación de la pasta, la arena 
soluciona el problema en parte ya que evita los cambios de volumen de la mezcla y así 
minimizando el peligro de agrietamiento. (Díaz, p.19). 
Tiempo de fraguado 
 Este término se usa para describir el cambio del estado plástico al estado endurecido 
de una pasta de cemento. Aunque durante el fraguado la pasta requiere de alguna 
resistencia, para efectos prácticos es conveniente distinguir el fraguado del 
endurecimiento, pues este último se refiere al aumento de resistencia de una pasta de 
cemento fraguada. 
Tiempo de fraguado inicial 
 Tiempo transcurrido desde la adición del agua hasta llegar un momento en que la 
pasta pierde su viscosidad y se eleva su temperatura, el cemento se encuentra 
parcialmente hidratada y la pasta semidura. 
Tiempo de fraguado final 
 Tiempo transcurrido desde la mezcla con agua hasta que deja de ser deformable con 
cargas relativamente pequeñas. Se vuelve rígida y llega al máximo de temperatura. 
 La medida de los tiempos de fraguado se hace de acuerdo con los procedimientos 
descritos en la norma NTC 118 mediante la aguja de Vicat. O en la norma NTC 109 
mediante las agujas de Gillmore. En nuestro medio el método más generalizado es el de 
la aguja de Vicat. (Guzmán, p. 45). 
 
 
 
26 
 
Análisis del Ciclo de Vida 
 El análisis del Ciclo de Vida (ACV) estudia principalmente los impactos ambientales 
relacionados con los sistemas ecológicos, la salud humana y el agotamiento de los recursos. No 
tiene en cuenta los efectos económicos o sociales, aunque tengan gran importancia, no hay 
ninguna normativa que los regula porque las mejoras no suelen ser rentables para los 
empresarios y los efectos nocivos para la sociedad se pasan por alto. Según M. Bellart & S. 
Mesa 2008. 
Un ACV tiene varios objetivos según para qué fines se realice: 
 Identificación de los procesos, ingredientes y sistemas que más contribuyen al impacto 
ambiental. 
 Comparación de diferentes opciones para un proceso en particular con el objetivo de 
minimizar los impactos ambientales. 
 Servir de guía en las planificaciones estratégicas a largo plazo relacionadas con las modas 
en el diseño de productos y en los materiales. 
 Evaluación de los efectos sobre los recursos naturales asociados con determinados 
productos. 
 Ayudar a introducir a los diseñadores de productos el uso de materiales de producción más 
respetuosos con el medioambiente y en la comparación ambiental de productos equivalentes. 
27 
 
Estado del arte 
 Con respecto a las investigaciones y estudios encontrados y de pertinencia para el desarrollo 
de la presente investigación es posible mencionar los artículos realizados por: 
 Xiang, et al (2016), investigaron la Preparación y aplicación del material cementico de 
escoria de acero sin usar cemento portland. La escoria de acero que se utilizó es la cola de la 
separación magnética que genera una Wuhan Iron and Steel Group Corporation en China, la 
escoria de acero se utiliza directamente sin molienda, los tamaños de partículas oscilan entre 0 
mm y 10 mm. Se utilizan cuatro clases de escoria de acero que incluyen escoria de acero vertido 
en caliente, escoria de acero de relleno en caliente, escoria de acero de flujo corto Baosteel 
(BSSF) y escoria de acero enfriada por el viento que a su vez se mezclan con arena fina, grava, 
consiste en escoria de alto horno, yeso, silicato y agua. Las pruebas de resistencia a compresión 
de cada grupo después de 3 días, 7 días y 28 Días se llevan a cabo respectivamente de acuerdo 
con la norma nacional china GB / T50081-2002, los resultados permitieron concluir que: La 
escoria de acero puede utilizarse para preparar material cementoso sin cemento y no es necesario 
moler la escoria de acero en polvo muy fino. Es necesario hidratar la escoria de acero como el 
agente compuesto para mejorar la estructura compuesta del material cementoso. La resistencia 
del material cementicio de escoria de acero sin cemento es alta y Puede satisfacer los requisitos 
del grado C70. Los resultados de la aplicación de ingeniería práctica indican que el cemento 
libre de cemento de material cementoso es una especie de material de construcción verde con 
un rendimiento estable y puede ser ampliamente utilizado en la industria de materiales de 
construcción. 
 
28 
 
 Heras. (2015) en su trabajo Morteros de cemento con nano-adiciones de hierro y sílice, 
realizó una investigación sobre el mortero de cemento con nano-adiciones de hierro (nFe) y 
sílice en el cual evalúa los efectos a nivel microestructural y macroestructural del efecto de 
adiciones de tamaño nanométrico de hierro y sílice en porciones variables a morteros de 
cemento. Para el estudio de resultados incluyó ensayos de resistencia, porosimetría, análisis 
térmico diferencial y resistividad, la caracterización macroscópica del material comprendió 
ensayos de resistencia mecánica a flexión y compresión en probetas prismáticas de mortero. 
Este trabajo estudió la influencia de la adición de nano partículas de hierro y sílice, en distintas 
proporciones variables en cada dosificación entre el 2 y el 6%, en un mortero convencional. 
 Como conclusión, en esta investigación, se expresa que, en todos los casos evaluados, las 
mezclas adicionadas con nFe, presentan mayores resistencias a la compresión y a la flexión a 7 
y 28 días que la mezcla patrón; mostrando mayor incremento en las resistencias a menor 
porcentaje de adición (máxima resistencia a compresión para un porcentaje de adición del 3%). 
Dentro de la misma línea de investigación. 
 Shehdeh, Husam & Rosa (2015). Estudio experimental de hormigón realizado con 
granito y polvo de hierro como sustitución parcial de arena. Este se realizó en los Estados 
Unidos de Norteamérica en donde se llevó a cabo una investigación para explorar la posibilidad 
de utilizar el polvo de granito (PG) y el polvo de hierro (PH) virutas de residuos de hierro de 
pequeñas fábricas de torno en el área de Amman, como sustituyentes parciales de la arena en el 
hormigón. Se prepararon y ensayaron 20 muestras de hormigón con GP y 20 muestras de 
hormigón con PH. Los porcentajes de PG y PH añadidos para reemplazar la arena fueron 5%, 
10%, 15% y 20% de la arena en peso. Los resultados del ensayo mostraron que la sustitución 
de hasta el 20% de arena por peso con polvo de hierro en el hormigón, da como resultado un 
29 
 
aumento de la resistencia a la compresión ya la flexión del hormigón de aproximadamente un 
30% en comparación con el hormigón normal. 
 Yeong, Sheen, Duc & Sun (2015) realizó un trabajo sobre El uso de escorias de acero 
inoxidable en el hormigón autocompactante. Este trabajo se basa en el desarrollo del hormigón 
autocompactante (HAC) con un contenido de escoria blanca (EBA) y escoria negra de acero 
inoxidable (ENA) los cuales son subproductos de la producción de acero inoxidable. La escoria 
negra se empleó como agregado fino y grueso, sustituyendo materiales convencionales (arena 
y grava) en diversos porcentajes (es decir, 0%, 50% y 100%). Mientras tanto, la escoria blanca 
se usó como parte del cemento Portland ordinario, (por ejemplo, 0%, 10%, 20% y 30%). Se 
prepararon un total de12 mezclas con una relación agua (W)-aglomerante (b) fija (w / b = 0,4) 
para el experimento. Se examinaron las propiedades obtenidas en estado fresco incluyendo 
densidad, fluidez, viscosidad, y tiempo de fraguado y en estado endurecido la resistencia a la 
compresión, velocidad de pulso ultrasónica, rebote de martillo y cambio volumétrico. Los 
resultados indican que la incorporación como agregado de ENA o como cemento de EBA en 
mezclas de HAC, aparentemente reduce la trabajabilidad además de mejorar efectivamente su 
viscosidad. La mezcla con EBA muestra una mayor densidad fresca que el hormigón 
convencional, mientras que un contenido alto de ENA reduce la densidad. Un resultado 
interesante, fue que el HAC con escorias de acero inoxidable acelera el proceso de 
endurecimiento, al acortar el tiempo de fraguado en un 25% al 36%, en cuanto a lo 
correspondiente a la mezcla con EBA al 50% y al 100%. Para las propiedades endurecidas, la 
resistencia a la compresión de HAC preparado con sustitución de EBA en su totalidad muestra 
ligeramente una mejoría o al menos es similar a la del hormigón convencional, también se 
encontró que mejora considerable potencialmente la inestabilidad volumétrica. 
30 
 
Otra investigación sobre el uso de estos desechos fué: 
 Jihui Zhao, et al (2015) realizaron una investigación, Propiedades auto cementantes de polvo 
de escoria de acero mezclado con yeso, en donde Con el fin de revelar la propiedad auto 
cementicia de la escoria de acero, se investigaron las características de hidratación y 
endurecimiento del polvo de escoria de acero mezclado con 5% en peso de yeso a partir del 
calor de hidratación, el contenido de agua no evaporable (Wn) y Ca(OH) La escoria de acero 
utilizada fue la calentada con calor del convertidor, que fue proporcionada por la compañía de 
acero Laiwu de la provincia de Shandong en China. En esta investigación se encontró que el 
proceso de hidratación de la escoria de acero-yeso también tiene dos picos exotérmicos, que es 
similar al cemento, pero tiene un período de hidratación temprana más largo, además, las 
relaciones entre los contenidos de Wn o los contenidos de Ca(OH)2 con las edades de la pasta 
de escoria de acero y yeso muestran una buena relación. Las resistencias de la edad temprana y 
media de la escoria de yeso-yeso son muy bajas, pero el crecimiento de la fuerza es 
relativamente rápido. Los productos de hidratación de escorias de acero-yeso contienen 
principalmente geles CSH amorfos, etringita tipo bastón y una pequeña cantidad de Ca (OH)2, 
mientras que casi no etringita que se genera en productos de hidratación de escoria de acero 
puro. Las cantidades y el grado compacto de productos de hidratación para la escoria de acero 
-yeso son mayores que los de la escoria de acero pura a la misma edad. El contenido de Wn y 
la resistencia de la pasta de escoria de acero-yeso se pueden mejorar obviamente mediante la 
solución simulada de poro de cemento a 28 días y 90 días, mientras que su cambio es muy 
pequeño a los 7 días. 
 Takafumi & Young (2014). Realizo la investigación, El efecto del polvo de hierro sobre la 
inhibición del proceso de carbonatación en materiales cementosos, realizada en la república de 
31 
 
Corea, Este estudio encontró que los polvos de hierro ionizados pueden difundirse a lo largo de 
los poros conectados y llenar los poros vecinos que en su mayoría varían en diámetro de 0,075 
a 7,500 μm. Se utilizó un microanalizador de sonda de electrones para confirmar visualmente 
la corrosión, ionización y difusión del polvo de hierro que llenaba los poros de los materiales 
cementosos, bajo la severa condición de acelerar la carbonatación y el curado, se encuentro que 
la sustitución de arena con polvo de hierro al 2% reduce la porosidad total hasta en un 50% en 
comparación con la muestra de hormigón sin polvo de hierro y así logrando una disminución 
del proceso de carbonatación en materiales cementosos. 
Dentro de la misma línea de investigación se encuentran los estudios realizados por: 
 Correa (2010). Evaluación del desempeño del cemento portland tipo III adicionado con 
nanopartículas de hierro. En esta investigación se utilizó cemento Portland tipo III 
suministrado por la empresa de cementos Argos S.A. y el nFe (nanoFe2O3) producido por 
NaBond Nanomaterials, Shenzhen de China y En una segunda etapa de la investigación se 
utilizó nFe (nanoFe2O3) producido por Nanostructured & Amorphous Materials Inc. de 
Houston, Texas, USA, Arena de ottawa en todas las mezclas elaboradas y agua potable de la 
ciudad de Medellín, se realizaron pruebas de consistencia normal, tiempos de fraguado y 
mineralogía para caracterizar las pastas de las mezclas, se evaluaron las resistencias mecánicas 
con ensayos de resistencia a la compresión y a la flexión además de evaluar las propiedades 
físicas con ensayos de fluidez y durabilidad. Se realizaron procedimientos para evaluar la 
microestructura y el comportamiento de las mezclas utilizando Distribución De Tamaño De 
Partículas (Granulometría Láser). - DTP, Difracción De Rayos X - DRX, Fluorescencia De 
Rayos X - FRX, Microscopía Electrónica De Transmisión - TEM, Potencial Zeta, las mezclas 
se realizaron por varios métodos de homogenización, dentro de los resultados obtenidos cabe 
resaltar que con ninguna de las nanopartículas ensayadas (nFe chino, nFe Houston) se 
32 
 
obtuvieron mejoras significativas de la resistencias mecánicas a la compresión y a la flexión a 
7 y 28 días, Por DRX se encuentran tamaños de cristales menores para el nFe chino que para 
el nFe Houston, al analizar los resultados de los ensayos de Potencial Zeta se pudo concluir que 
no se presenta aglomeración de las nanopartículas adicionadas que pudieran afectar los 
resultados de resistencias mecánicas. En las edades tempranas (1, 3 y 7 días) no se obtuvieron 
resultados positivos en cuanto al aumento de resistencias para ningún porcentaje de adición. 
Para el 1% de adición de nFe Chino se obtuvo una pequeña mejoría del 5% para edades mayores 
a 28 días. Para el 3% se obtuvieron mejorías en la resistencia a la compresión alrededor del 
10% para edades mayores a 90 días. 
 Arabani & Mirabdolazimi (2009) en el cual se propuso Modelo para describir el 
comportamiento de fatiga de las mezclas asfálticas que contienen polvo de hierro residual, se 
utilizó bitumen puro (60-70), en la preparación de las muestras las características del asfalto 
siguieron las especificaciones de la normas ASTM (American society for testing materials) y el 
polvo de hierro que se utilizó fue adquirido a partir de los desechos generados por un dispositivo 
de corte mecánico para perfiles de acero en una empresa ensambladora de segmentos de acero, 
los resultados de esta investigación mostraron un aumento importante en la resistencia al daño 
por fatiga de mezclas asfálticas con contenido de polvo de hierro en comparación con mezcla 
asfáltica en caliente, se encontró que la resistencia a la fatiga de los especímenes con contenidos 
de 8 y 12 % de polvo de hierro a 5°c aumenta en 100 y 150% respectivamente. 
 Li et al (2003) realizaron dos investigaciones tituladas "A Study on mechanical and 
pressure sensitive properties of cement mortar with nanophase materials” y “Microstructure 
of cement mortar with nano particles” en donde encontraron problemas de distribución en la 
mezcla al adicionar porcentajes mayores al 10 % por lo que decidieron utilizar adiciones 
33 
 
menores a esta, todo él fue material proveniente de china, utilizaron una mezcladora a alta 
velocidad en donde ponían las adiciones propuestas en cada caso además de aditivos como 
reductores de agua, antiespumantes y dispersantes en porcentajes de 25%, pero no se especifica 
con qué motivo lo hacen, pero se podría decir que es para mejorar la dispersión de las 
nanopartículas adicionadas en la mezcla, en todas las mezclas se reemplazael cemento por una 
adición de nanopartículas (Nano Hierro, Nano Silice, Nano Alumina, Nanotubos De Carbono y 
Nano Titanio) y SF (Humo De Silice) y luego se les adiciona arena, todas se comparan con una 
mezcla patrón a la cual no se le adiciono nada. 
 En las resistencias obtenidas se pueden ver las diferencias de una adición con nFe y una con 
nSi, mostrándose incluso mejor la adición de nFe, pues con un 3 % de nFe (mezcla B1), se 
obtienen los mismos resultados (26% de ganancia de resistencia) que con un 10% de nSi (mezcla 
C3) en las resistencias a la compresión a los 28 días. El porcentaje de ganancia de resistencia 
lo estiman respecto a los obtenidos con la muestra patrón. 
 Además al observar las mezclas en el microscopio electrónico de barrido (SEM) se observó 
que las nanoadiciones no actúan sólo como Fillers o llenantes sino que también trabajan como 
un activador que promueve los procesos de hidratación, debido a que la altísima energía 
superficial de las nanopartículas hace que éstas se porten como un imán que atrae los productos 
hidratados y la nanopartícula se vuelve un núcleo alrededor del cual crecen las estructuras 
hidratadas y mejoran la micro estructura de las pastas de cemento, siempre y cuando las 
nanopartículas se logren dispersar uniformemente en toda la mezcla, por último concluyen que 
en todos los casos evaluados las mezclas adicionadas con NFe, presentan mayores resistencias 
a la compresión y a la flexión a 7 y 28 días que la mezcla patrón, mostrando mayor incremento 
en las resistencias a menor porcentaje de adición. 
34 
 
Marco legal 
Guía para la gestión y manejo Integral de residuos Industria Metalmecánica en Bogotá. 
 Esta guía pretende ofrecer un modelo de gestión que permita a los diferentes actores 
asumir la responsabilidad que tienen frente a la generación y gestión adecuada de los 
residuos, por una parte brinda a los generadores orientación para formular el Plan de 
Manejo de Residuos y su posterior implementación, por otra los gestores pueden ver 
oportunidades de negocio en el tratamiento, aprovechamiento o disposición final 
adecuada de las diferentes corrientes generadas por los procesos productivos, y a la 
comunidad en general le ofrece conocimientos básicos para reconocer la gestión de las 
empresas presentes en su entorno y convertirse en veedores de la misma. Bogotá (2010, 
p.9). 
 
Resolución N° 01115 del 26 de septiembre del 2012. 
 Por medio de la cual se adoptan los lineamientos técnico- ambientales para las actividades 
de aprovechamiento y tratamiento de los residuos de construcción y demolición en el distrito 
capital. (Secretaría Distrial De Ambiente , 2012) 
 
Resolución No. 00715 del 30 de mayo de 2013. 
 Por medio de la cual se adoptan los lineamientos técnico- ambientales para las actividades 
de aprovechamiento y tratamiento de los residuos de construcción y demolición en el distrito 
capital. (Secretaria Distrital De Ambiente, 2013) 
Decreto No. 586 de 2015 del 29 de diciembre de 2015 
 Por medio del cual se adopta el modelo eficiente y sostenible de gestión de los residuos de 
construcción y Demolición - RCD en Bogotá D.C. (Secretaría Distrial De Ambiente , 2015) 
35 
 
NTC 220 Resistencia a la compresión de morteros de cemento hidráulico. 
 Este ensayo cubre la determinación del esfuerzo de compresión de morteros de cemento 
hidráulico, usando cubos de 50mm o (2”) de lado. NTC (NTC 220). 
NTC 119 Resistencia a la tensión de morteros de cemento hidráulico. 
 Este ensayo define el método para determinar la resistencia a la tensión de morteros de 
cemento hidráulico. NTC (NTC 119). 
NTC 120 Resistencia a la flexión central morteros de cemento hidráulico. 
 Este ensayo define el método para determinar la resistencia a la flexión de morteros de 
cemento hidráulico. NTC (NTC 120). 
NTC 110 Método Para Determinar La Consistencia Normal Del Cemento Hidráulico. 
 Esta norma establece el método de ensayo para determinar la consistencia normal del 
cemento hidráulico mediante el aparato de Vicat. ICONTEC (2001) (NTC 110). 
NTC 111 Método Para Determinar La Fluidez De morteros De Cemento Hidráulico. 
 Esta norma específica los requisitos que debe tener la mesa de flujo y establece el método 
para determinar la fluidez de morteros de cemento hidráulico. ICONTEC (NTC 111). 
NTC 118 Método de ensayo para determinar el tiempo de fraguado del cemento hidráulico 
Mediante el aparato de Vicat. 
 Esta norma establece el método de ensayo para determinar el tiempo de fraguado del 
cemento hidráulico mediante el aparato de Vicat. ICONTEC (NTC 118). 
36 
 
NTC 109 Método de ensayo para determinar el tiempo de fraguado del cemento hidráulico 
Mediante las agujas de Gillmore. 
 Esta norma establece el método de ensayo para determinar el tiempo de fraguado del 
cemento hidráulico mediante las agujas de Gillmore. ICONTEC (NTC 109). 
NTC 3674 Práctica para la reducción del tamaño de las muestras de agregados, tomadas 
en campo, para la realización de ensayos. 
 Esta norma describe tres métodos para la reducción de las muestras de campo de los 
agregados, al tamaño apropiado para ensayarlas utilizando técnicas que tienen por objeto 
minimizar las variaciones, en las características medidas, entre las muestras de ensayo 
procesadas de esta manera y la muestra de campo. ICONTEC (NTC 3674). 
 
 
 
NTC 221 Método de ensayo para determinar la densidad del cemento hidráulico 
 Está norma establece el método de ensayo para determinar la densidad del cemento 
hidráulico. Su principal utilidad está relacionada con el diseño y control de las mezclas de 
concreto. ICONTEC (NTC 221). 
 
 
37 
 
NTC 127 Método de ensayo para determinar las impurezas orgánicas en agregado fino 
para concreto. 
 Esta norma presenta procedimientos para una determinación aproximada de la presencia de 
impurezas orgánicas perjudiciales para el agregado fino usado en mortero de cemento hidráulico 
o en concreto. ICONTEC (NTC 127). 
NTC 77 Método de ensayo para el análisis por tamizado de los agregados finos y gruesos. 
 Esta norma abarca la determinación de la distribución de los tamaños de las partículas que 
componen los agregados finos y gruesos, a través de un proceso de tamizado. ICONTEC (NTC 
77). 
INV E – 123 – 13 Determinación de los tamaños de las partículas de los suelos. 
 Esta norma se refiere a la determinación cuantitativa de la distribución de los tamaños de las 
partículas de un suelo. La distribución de los tamaños de las partículas menores de 75 Micras 
se determina mediante un proceso de sedimentación empleando un hidrómetro. INVIAS (INV 
E – 123). 
INV E – 128 – 13 Determinación de la gravedad especifica de las partículas sólidas de los 
suelos y de llenante mineral, empleando un picnómetro con agua. 
 Esta norma de ensayo se utiliza para determinar la gravedad especifica de los suelos que 
pasan por el tamiz de 4.75 mm (#4) y llenante mineral (filler), empleando un picnómetro. 
INVIAS (INV E – 128). 
 
38 
 
INV E – 131 – 13 pH de los suelos. 
 Este método de prueba cubre la determinación del pH de los suelos para usos diferentes de 
la prueba de corrosión. Tales determinaciones se usan en campos tales como el agrícola, del 
medio ambiente y de recursos naturales. Esta medida determina el grado de acidez o alcalinidad 
en materiales de suelo suspendidos en agua. INVIAS (INV E – 131). 
 
39 
 
Metodología 
Para dar cumplimiento a los objetivos planteados anteriormente se desarrolló el siguiente 
procedimiento. 
ESQUEMA METODOLOGICÓ PARA 
ELDESARROLLO DE LA INVESTIGACION 
 
 
 
Visitas a una muestra de empresas 
 productoras del desecho 
Entrevistas a entidades encargados de la 
disposición final del polvo de hierro. 
 
Exponer la existencia de una cantidad suficiente de 
material de polvo de hierro en el medio (oferta). 
 
 
FACTIBILIDAD TÉCNICA