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TECA D
E POSGRADO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA DE POSTGRADO
DOCTORADO EN CIENCIAS E INGENIERÍA
ESTUDIO EXPERIMENTAL DE UNIDADES DE ALBAÑILERÍA
FABRICADAS CON SUELO-CEMENTO COMO ALTERNATIVA
PARA LA CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE
TESIS
PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE
DOCTOR EN CIENCIAS E INGENIERÍA
AUTOR : MS. ROCIO DEL PILAR DURAND ORELLANA
ASESOR : DR. LUIS ALBERTO BENITES GUTIÉRREZ
TRUJILLO – PERU
2017
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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II
JURADO DICTAMINADOR
_______________________________
Dr. Segundo Seijas Velásquez
PRESIDENTE
______________________________________
Dr. Guillermo David Evangelista Benites
SECRETARIO
______________________________________
Dr. Luis Alberto Benites Gutiérrez
MIEMBRO
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III
DEDICATORIA
A Dios y la virgen, por escuchar mis oraciones y siempre brindarme
oportunidades de realizar mis sueños; por brindarme salud y paz.
A mi mamá Mimi, por haberme educado y hacer de mí una persona capaz de
contribuir con el desarrollo del país. Gracias por ese amor incondicional que solo
una madre puede dar, sé que puedo contar siempre contigo.
A mi esposo Oswaldo, por haberme apoyado en lograr esta meta, a mis hijos
Gianmarco y Vanessa, porque si de algo estoy feliz y orgullosa, es de tenerlos a
mi lado, gracias por su comprensión.
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IV
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a la Universidad Nacional de Trujillo, Escuela de Post Grado, por la
formación recibida a través de las enseñanzas y buenos consejos de los
docentes que lograron el mantener las ganas de superación constante.
Agradezco muy en especial a mi asesor el Dr. Luis Alberto Benites Gutiérrez,
por su colaboración brindada en el desarrollo de la presente tesis.
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V
INDICE CAPITULO I
INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 1
1.1. Realidad Problemática .................................................................. 2
1.2. Objetivos ....................................................................................... 5
1.3. Planteamiento del problema………………………………………..6
1.4. Justificación………………….………………………………………..6
1.5. Hipótesis…..………………….………………………………………..7
1.6. Marco de referencia ……….…………………………………….....10
1.7. Fundamentación teórica….…………………………………….....14
1.8. Normatividad…………….….…………………………………….....18
1.9. Ventajas comparativas entre unidades de albañilería ……....20
CAPITULO II
METODOLOGÍA ............................................................................................... 23
2.1 Material de estudio ..................................................................... 28
2.2 Proceso de elaboración de la unidad de albañilería ................... 27
2.3 Métodos experimentales ............................................................ 32
2.3.1 Ensayos a la Unidad de albañilería suelo-cemento ..................... 32
2.3.2 Ensayos a albañilería simple........................................................ 39
2.3.3 Resistencia a la fractura……………………………………………53
CAPITULO III
RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ........................................... 59
3.1 De la materia prima .................................................................... 60
3.2 Ensayos físicos y mecánicos ..................................................... 61
3.3 Resistencia a la fractura ............................................................. 67
CAPITULO IV
CONCLUSIONES Y RECOMENACIONES ....................................................... 73
4.1 Conclusiones .............................................................................. 74
4.2 Recomendaciones ...................................................................... 75
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VI
CAPITULO VI
RECOMENDACIONES ...................................................................................... 73
CAPITULO V
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 76
ANEXOS ........................................................................................................... 80
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VII
INDICE DE TABLAS
Tabla N° 1: Operacionalización de variables 7
Tabla N° 2: Tipos de Morteros. NTP E-070 18
Tabla N° 3: Aspectos técnicos: Contaminación 21
Tabla N° 4: Aspectos técnicos: Tecnológicos 21
Tabla N° 5: Aspectos técnicos: Materia prima 22
Tabla N° 6: Porcentajes seleccionados de arcilla, limo y arena para la
investigación 25
Tabla N° 7: Diseño de mezclas 26
Tabla N° 8: Compresión de unidades suelo cemento 33
Tabla N° 9: Resultados Finales de Compresión de Unidades 34
Tabla N° 10: Resultados Finales de Módulo de Elasticidad 34
Tabla N° 11: Variación dimensional del largo de la unidad 35
Tabla N° 12: Variación dimensional del ancho de la unidad 36
Tabla N° 13: Variación dimensional de la altura de la unidad 36
Tabla N° 14: Variación de dimensiones 37
Tabla Nº 15: Absorción de Unidades Suelo Cemento 38
Tabla Nº 16: Módulo de elasticidad E’m 41
Tabla Nº 17: Corrección por esbeltez 41
Tabla Nº 18. Ensayo de compresión axial en pilas 45
Tabla Nº 19. Resumen ensayo de compresión axial en pilas 46
Tabla Nº 20. Compresión diagonal en murete suelo cemento 52
Tabla Nº 21. Resumen Compresión diagonal en murete suelo cemento 52
Tabla Nº 22. Fuerza de fractura. Unidad de albañilería 55
Tabla Nº 23. Fuerza de fracción a tensión. Unidad de albañilería 55
Tabla Nº 24. Fuerza de fracción a tensión. Unidad de albañilería 56
Tabla Nº 25. Probabilidad de fractura. Unidad de albañilería 56
Tabla Nº 26. Probabilidad de fractura. Método de Weibull 57
Tabla Nº 27. Clases de unidades de albañilería E - 070. 62
Tabla Nº 28. Comparación de la variación dimensional 63
Tabla Nº 29. Espesor de la junta horizontal 63
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VIII
Tabla Nº 30. Factor de Weibull 69
Tabla Nº 31. Valores mínimos de módulos de ruptura. 72
Tabla Nº 32. Clasificación y comparación de las unidades. 72
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IX
INDICE DE FIGURAS
Figura N° 1: Clasificación del porcentaje de arcillas y limos por el método de
análisis granulométrico por medio de hidrómetro. 25
Figura N° 2: Prueba de humedad óptima. 26
Figura N° 3: Ladrillo KK Artesanal (Izquierda) y Ladrillo Suelo – Cemento
(Derecha) 27
Figura Nº 4: Dimensiones deLadrillo KK Artesanal (Izquierda) y Ladrillo Suelo –
Cemento (Derecha) 27
Figura Nº 5: Proceso de elaboración de la unidad de albañilería suelo – cemento
28
Figura Nº 6: CINVA RAM MODIFICADA 29
Figura Nº 7: Mezcla depositada en la CINVA-RAM 30
Figura Nº 8: Extracción de la unidad compactada 31
Figura Nº 9: Curado y acopio de las unidades 32
Figura Nº 10: Unidad de albañilería ubicada en la máquina de rotura 33
Figura Nº 11. Medición de las unidades de suelo-cemento 37
Figura Nº 12: Unidades colocadas en horno 39
Figura Nº 13: Características de las Pilas. Medidas en centímetros. 42
Figura Nº 14: Pilas construidas de tres hiladas 42
Figura Nº 15: Pilas de dos y tres hiladas refrendadas. 43
Figura Nº 16: Ensayo y forma de falla para pilas de 2 hileras 43
Figura Nº 17. Ensayo y forma de falla para pilas de tres hileras 47
Figura Nº 18. Características de los Muretes. Medidas en metros. 48
Figura Nº 19. Asentando las unidades de albañilería antes de su nivelación
49
Figura Nº 20. Máquina de compresión universal 50
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X
Figura Nº 21. Forma de falla de los muretes 51
Figura Nº 22: Prueba a flexión. 54
Figura Nº 23. Ensayo de tracción por flexión 55
Figura Nº 24: Características del suelos extraído 60
Figura Nº 25. Comparación estadística de resultados. 62
Figura Nº 26. Gráfico de ensayo de compresión axial – pilas 65
Figura Nº 27. Gráfico de ensayo de compresión diagonal – muretes 66
Figura Nº 28: Relación f’m – Em 67
Figura Nº 29. Gráfico de Weibull 68
Figura Nº 30. Resultados del Polymath 70
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XI
RESUMEN
Con el presente trabajo de investigación se presentan los resultados de las
propiedades físico-mecánicas de las unidades de albañilería fabricadas con
suelo-cemento de 7,5 x 13 x 23 cm en la ciudad de Trujillo; con el propósito que
un nuevo material de construcción mejore las condiciones de confort, facilite los
procedimientos constructivos, satisfaga la reglamentación al respecto y,
fundamentalmente en su manufactura y obtención preserve el medio ambiente,
ya que su fabricación requiere de un bajo nivel de energía y no cocción como el
ladrillo artesanal e industrial.
Se realizaron ensayos físicos-mecánicos para obtener propiedades como
absorción de agua, densidad, dimensiones y resistencia a la compresión en
laboratorio siguiendo los lineamientos de la norma E - 070, la norma E - 080 y
afines. Los resultados se compararon con los datos establecidos en las normas
antes mencionadas, por mencionar, la resistencia promedio a compresión fue de
72,22 kg/cm2 con una dispersión de resultados de 0,77%; este valor supera en
12% a la resistencia mínima exigida para ladrillos de arcilla King Kong
artesanales de acuerdo a la norma E - 070 (50 kg/cm2).
Por lo tanto, con este y demás ensayos realizados se logró determinar que las
unidades de albañilería suelo-cemento poseen propiedades semejantes con las
de albañilería industrial pudiendo ser una alternativa para la construcción
sostenible.
Palabras clave: Unidades de albañilería, ensayos físicos-mecánicos.
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XII
ABSTRACT
With this work of research is presented the results of them properties
Physicomechanical of them units of masonry made with soil of 7,5 x 13 x
23 cm in the city of Trujillo; in order that a new building material to improve
the conditions of comfort, facilitates the construction procedures, satisfies
the regulations in this regard, and in its manufacturing and obtaining
preserve the environment, since their manufacture requires a low level of
energy and not cooking as artisanal and industrial brick.
Fisicos-mecanicos trials were conducted to obtain properties as
absorption of water, density, dimensions and compressive strength in
laboratory following the guidelines of the standard E - 070, E - 080
standard and related.
The results are compared with the data established in the rules mentioned
above, mention, the average compressive strength was 72,22 kg/cm2 with
a scattering of results of 0,77%; this value exceeds the 12% to the
resistance minimum required for bricks of clay King Kong handmade
according to the standard E - 070 (50 kg / cm2).
Therefore, with this and other tests carried out, it was possible to determine
that the masonry-floor units have properties similar to those of industrial
masonry, which may be an alternative for sustainable construction.
Keywords: units of masonry, trials fisicos-mecanicos.
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CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
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1.1. Realidad Problemática
Según el último Censo Nacional de Población y Vivienda 20071, más del 80% de
las viviendas en el Perú siguen siendo casa habitación. Se estima que solo entre
el 30 y 40% de las edificaciones son resultado de procesos constructivos
formales, en tanto que las demás han sido autoconstruidas2 con una serie de
consecuencias desfavorables para la salud, el ambiente y la economía de las
familias. Además de contravenir la calidad de vida urbana, en muchos casos
debido a procesos constructivos insostenibles y ecológicamente ineficientes,
llegan a poner en riesgo las vidas de sus ocupantes.
Antiguamente la construcción era muy sostenible, al menos en un sentido
ambiental. El incipiente desarrollo de la construcción sostenible en el Perú, tiene
su origen en el conocimiento ancestral del manejo de materiales naturales
propios de cada localidad, como la arena, el barro, el carrizo, la madera, la
piedra, el adobe y la quincha, que fueron utilizados desde tiempos remotos por
las poblaciones originarias cada región del país. La diversidad cultural, orográfica
y climática ha facilitado la creación de una amplia variedad de fórmulas y
soluciones arquitectónicas a lo largo de las tres grandes regiones naturales del
país: la costa, la sierra y la selva; especialmente en zonas rurales, aunque
también se utilizan en muchas ciudades (Villafuerte, 2015).
Según el INEI, en su proyección de la evolución de los últimos años del material
predominante en las paredes de las viviendas del Perú, desde el 2001 hasta el
2015, se puede decir que después del ladrillo en el área urbana, el material más
utilizado es el adobe o tapia y en el área rural, este material le lleva una gran
ventaja al ladrillo o bloque de cemento. Si a esto lo sumamos que la arcilla,
materia prima de los ladrillos, es un recurso abundante en las diversas
localidades, aunque algunas veces su explotación conduce a la depredación de
paisajes y áreas agrícolas, y la contaminación ambiental que genera su
fabricación, nos lleva a poder mejorar el adobe de manera que cumpla con las
exigencias sísmicas del país.
1 INEI. Censos Nacionales 2007. XI de Población y VI de Vivienda. http://proyectos.inei.gob.pe/Censos2007
2 A principios de 1961 el 47% de la población urbana habitaba en Lima y de ello el 17% en asentamientos precarios o barriadas (Calderón 2006, INEI). Ante esta nueva modalidad de ciudad el Estado promulgo la ley 13517 “Ley de Barrios Marginales” donde recoge el concepto de “auto-desarrollo” basado en la relación entre el estado y los movimientos vecinales.
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La elaboración de este tipo de unidad de albañilería respondió a las necesidades
de reemplazar aquellos ladrillos de arcilla cocidos artesanalmente que se utilizan
en la autoconstrucción de obras civiles principalmente en viviendas unifamiliares,
bifamiliares o multifamiliares, por los bajos costos del material y que no cumplen
con la normatividad vigente; es por eso que las compras de ladrillos van de la
mano con el dinamismo de la autoconstrucción y edificaciones de vivienda3.
El mayor porcentaje de viviendas de autoconstrucción, que significa sin
supervisión profesional, terreno saneado, licencia municipal, etc.; asimismo que
en esta modalidad de construcción se adquieren ladrillos elaborados en forma
informal, sin estándares de calidad y de producción, por lo que acentúa el riesgo
de un colapso ante un sismo volviéndola a la vivienda en vulnerable4 y de forma
NO autosostenible.
Se dice que estas unidades de albañilería (suelo-cemento) entre sus ventajas
están su calidad, sus modelos que generan ahorros en su edificación, mejora el
sistema de construcción sismo resistente ante suelos blandos y flexibles ante los
ladrillos cocidos de arcilla, y es una alternativa para la construcción sostenible
integradas con políticas ambientales de salud; ya que como referencia se puede
citar que para la producción de 20 millares de ladrillos cocidos su utiliza: 1
camionada de aserrín, 5 llantas y 1 tonelada de carbón, según el Programa
regional de aire limpio y el ministerio de la producción.
En el estudio del diagnóstico sobre las ladrilleras artesanales en el Perú (2012),
nos muestra entre sus desventajas estaría que solo se podría construir un
máximo de 4 pisos. En la ciudad de Trujillo se encuentran 27 ladrilleras (Fuente:
Dirección Regional De Producción La Libertad – Sub dirección de industrias), en
los distritos de Huanchaco, La Esperanza, Laredo, Trujillo, El Porvenir, Víctor
Larco Herrera, Moche y Florencia; que en su mayoría son informales y no
cumplen procesos de producción normativos, comercialización y gestión del
negocio.
__________
3 MaximixeConsult S.A. : Ladrillo
4 www.larepublica.pe: Cada año se levantan 50 mil viviendas sin licencia de construcción.
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Los hornos de la mayoría de estas ladrilleras son del tipo artesanal de fuego
directo, de geometría rectangular, de tiro natural y abierto a la atmósfera, que
utilizan la quema de leña, aceites usados, llantas, cascara de café y carbón
mineral (briquetas de carbón mineral) en su proceso de cocción. Esta industria
origina grandes cantidades de dióxido de carbono CO2 y aguas residuales5.
Las unidades de albañilería suelo-cemento, surgen como alternativa de solución
ante el problema de impacto ambiental generado por esta industria, por lo que,
en países latinoamericanos como México, Colombia, Chile, entre otros ya
existen estos productos ecológicos como alternativa para la construcción para
sus edificaciones. Además, existen muchas organizaciones encargadas del
medio ambiente en nuestro país que exigen cada vez más el cuidado del medio
ambiente6.
Esta situación nos exige cada vez más el cuidado del medio ambiente en el
sector de la construcción, dando mayor predilección a empresas y productos que
trabajen con sostenibilidad y responsabilidad socio-ambiental, esto se ve
reflejado en el consumo de productos ecológicos, el mismo que se ha
incrementado en los último años en un 30,6% según estudios realizados por
PROMPERÚ. Ello es debido a que el calentamiento global y la alta
contaminación ambiental en el Perú que concientizan no sólo nuestra población,
sino también, a los empresarios e inversionistas nacionales e internacionales a
trabajar con responsabilidad en la extracción y transformación de nuestros
recursos naturales.
__________
5 Dentro de las emisiones por combustión y aguas residuales, los sectores de la industria manufacturera que aportan la mayor proporción son las cementeras (36%), las siderúrgicas (11%) y las ladrilleras (11%) seguidas de otros como la industria textil (8%), papel (8%) y vidrio (7%). El resto de sectores industriales aporta con menos del 5% cada uno. http://library.fes.de/pdf-files/bueros/peru/07881.pdf
6 Se busca impulsar el enfoque ambiental en el sector construcción: Suena a gran desafío: el Ministerio del Ambiente (Minam), la Cámara Peruana de la Construcción (Capeco) y el Consejo Peruano de ConstrucciónSostenible (PGBC) coordinan para impulsar la incorporación del enfoque de sustentabilidad ambiental,incluido el cambio climático, enlas actividades de la construcción. El objetivo es contar con más edificiosy viviendas que califiquen para la certificación ambiental.http://www.capeco.org/noticias/se-buscaimpulsar-el-enfoque-ambiental-en-el-sector-construccion/
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Para la investigación se realizó el estudio experimental de la mezcla de los
materiales suelo y cemento para conocer las características físicas y mecánicas
de esta nueva unidad de albañilería, aplicando los ensayos necesarios para
conocer su resistencia mecánica a la compresión y a la flexión, bajo las normas
técnicas de albañilería, como la NTP 339.089 Obtención en laboratorio de
muestras representativas (cuarteo), la NTP 399.613 Unidades de Albañilería.
Métodos y ensayos de ladrillos de arcilla usados en albañilería, entre otras
relacionadas.
Es necesario mencionar que la dosificación de 1:5:0,5 fue considerada de
investigaciones realizadas en Brasil (Neves, 2011) y teniendo en cuenta que la
cantidad de agua añadida sea lo más cercana posible al contenido óptimo de
humedad de la mezcla ya que es clave para el buen desarrollo. De hecho,
cualquier variación en este dato tiene gran repercusión en las propiedades
mecánicas de la unidad de albañilería (Cabo, 2011).
Durante su vida útil, las construcciones de albañilería están sujetas a la acción
de esfuerzos estáticos y dinámicos propios de la zona sísmica de nuestro país,
y que pueden generar algunos daños estructurales (Gallegos, 2005).
Si la calidad no es adecuada, pone en peligro a sus ocupantes, y el
fracturamiento de las unidades de albañilería presentes en las construcciones
influye en un aumento de su vulnerabilidad. Adicionalmente, se determinó
también el porcentaje de alabeo y absorción de esta nueva unidad de albañilería
(NTP E – 070 y NTP E – 080).
1.2. Objetivos
El objetivo general de esta investigación es determinar las características
físicas y mecánicas de unidades de albañilería fabricados con suelo – cemento,
en la ciudad de Trujillo; como alternativa de la construcción sostenible.
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Entre los objetivos específicos, se citan los siguientes:
- Obtener las características del suelo y la arena, que intervienen en la
elaboración de la unidad de albañilería suelo-cemento, mediante ensayos
experimentales.
- Elaborar prototipos de unidades de albañilería suelo-cemento,
definiendo las medidas y el diseño de mezclas para la elaboración.
- Comparar los resultados de los ensayos de laboratorio con la normativa
vigente.
1.3. Planteamiento del problema
¿Cuáles serán las características físicas y mecánicas de las unidades de
albañilería fabricados con suelo – cemento en la ciudad de Trujillo?
1.4. Justificación
La elaboración de este tipo de unidad de albañilería responde a las necesidades
de disminuir el gasto energético y el impacto ambiental provocado por
subproductos provenientes de cultivos agrícolas e industriales, y a la necesidad
de aumentar la calidad medio ambiental.
Con el presente proyecto se pretende realizar estudio experimental de la mezcla
suelo-cemento que nos permita conocer las características físicas y mecánicas
como alternativa de la construcción sostenible integradas con políticas
ambientales sociales (Salud-Pobreza).
El Reglamento Nacional de Edificaciones, instrumento que contiene
disposiciones de carácter técnico necesario para regular el diseño, construcción
y mantenimiento de las edificaciones y obras de servicios complementarios, no
articula las leyes ambientales con las leyes de construcción. Sin embargo, es
importante mencionar que en el proceso de búsqueda y estudio de normas y
reglamentos internacionales del marco de la construcción con tierra cruda se han
localizado 55 documentos, según J. Cid en 2011.
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1.5. Hipótesis
Teniendo en cuenta los antecedentes citados, podemos esperar que la
elaboración del ladrillo suelo – cemento cumpla con la características físicas y
mecánicas de la normatividad vigente que lo hagan utilizable como material de
construcción y que además sirva para la preservación del medio ambiente.
Por lo tanto, si agregamos un 20% de peso en cemento para la elaboración de
unidades de albañilería suelo-cemento, entonces obtendremos una resistencia
a la compresión que supere a un ladrillo industrial es decir que supere los 50
kg/cm2.
1.5.1. Variables
Independiente: Dosificación de la mezcla suelo-cemento (X).
Dependientes: características físicas y mecánicas a la unidad de
albañilería (Y1), albañilería simple (Y2), resistencia a la fractura (Y3).
(Y1.1) Resistencia a la compresión.
(Y1.2) Variación dimensional.
(Y1.3) Alabeo.
(Y1.4) Absorción.
(Y2.1) Resistencia a la compresión de pilas.
(Y2.2) Resistencia a la tracción diagonal de muretes.
(Y3.1) Resistencia a la flexión.
Operacionalización de las variables
Tabla Nº 1. Operacionalización de variables
VARIABLE Indicador Medición
(X) Muestra suelo-cemento Dosificación de mezcla
(Y) Características físicas-mecánicas Pruebas experimentales
X Y
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1.5.2. Instrumentos
La muestra para el objeto de investigación se obtuvo del distrito de
Huanchaco, Trujillo – La Libertad.
La metodología fue desarrollada en el marco de la investigación; con la
participación de los diferentes actores involucrados según las etapas de
avance del proyecto. Tiene carácter interdisciplinario y participativo. Se
desenvuelve en ciclos secuenciales que no son estrictamente lineales ni
rígidos, sino de avance y retroalimentación, desde la etapa de diagnóstico,
experimentación y evaluación.
Una vez evaluada la dosificación del diseño de mezclas se procedió a
realizar la unidad de albañilería con una maquina CINVA-RAM modificada
de compresión, una herramienta muy práctica y de fácil manejo.
1.5.3. Método y técnicas
Método: Experimental
Técnicas:
Toma de datos
Registros y procedimientos de datos
Instrumentos:
Prensa Cinva - Ram
Máquina para el control de rotura de pilas de ladrillos,
compresión axial.
Juego de tamices
Probetas graduadas
Martillo de goma
Badilejo
Agua
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Recipiente
Balanza eléctrica
Horno eléctrico
Programas
Word : Procesador de texto.
Excel : Procesador de datos numéricos.
Polimath profesional: Procesador estadístico.
La información requerida para cumplir con cada una las actividades
señaladas en el diagrama anterior se pudo obtener de múltiples fuentes;
entre ellas se cuentan:
- BASE DE DATOS SCIENCE DIRECT. Artículos académicos y/o
aplicaciones en materias.
- INTERNET. Textos y artículos de opinión; informes anuales y
estadísticas publicadas por agencias internacionales, regionales o
nacionales; publicaciones universitarias; presentaciones en congresos y
foros internacionales.
- TEXTOS, material de cursos y trabajos previos del autor.
Técnica de Recolección de Datos:
Utilizamos la técnica de Análisis de Contenidos (fichaje) ya que nos
permite recolectar informes de laboratorio de las diferentes pruebas
experimentales que se realizaron con la mezcla suelo-cemento y con la
unidad de albañilería como producto de la elaboración de esta mezcla.
Técnica de Análisis:
Se hizo la interpretación de los resultados obtenidos en las pruebas
experimentales que son presentados en cuadros y gráficos descritos;
además de hacer comparativos con la normatividad vigente que pueda ser
semejante.
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En efecto, para el inicio de esta investigación se requirió averiguar a través
de ciertos ensayos (Ensayo de granulometría, peso específico, límite
líquido y límite plástico) las características físicas del suelo a investigar,
ya que la naturaleza del mismo puede llevarnos a variar el diseño de
mezclas.
Diversas investigaciones nos sugieren tener en cuenta ciertos porcentajes
en los componentes del suelo, por ejemplo: arcilla (5 a 10%), limo (10 a
20%) y arena (60 a 80%), que lo comprobamos mediante ensayos como:
análisis granulométrico tamizado y contenido de humedad.
1.6 Marco de referencia
Entre las investigaciones en países latinoamericanos recientes realizadas
que nos sirvieron como base podemos mencionar la realizada por la Arq.
Mariana Gatani, de Córdova-Argentina (2000) donde plantea la
Producción de ladrillos de suelo-cemento. Una Alternativa eficiente,
económica y sustentable, y concluye que:
El material para usar en la fabricación de ladrillos de suelo- cemento se
debe extraer a una profundidad mayor a 40 cm para quitar la capa vegetal
superficial, siendo la proporción óptima es 75 % de arena y 25 % de limo
y arcilla. Siendo indispensable manejar la dosificación de cemento y la
selección de los procedimientos de moldeo y compactación.
La dosificación del cemento mucho depende del sistema de
compactación: A menor compactación o compactación manual, mayor
presencia de cemento y a mayor compactación o compactación
mecánica, menor presencia de cemento.
Con proporciones óptimas de arena, limo y arcilla; la dosificación
adecuada fue de 9 partes de suelo por cada parte de cemento, medidos
en volumen.
Para la fabricación de ladrillos de suelo-cemento se sugieren seguir los
siguientes pasos: Tamizado del suelo, mezclado en seco, agregado de
agua, compactación, acopio y curado.
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Sus dimensiones utilizadas fueron de 12,5 x 5 x 26,5 cm, idénticas de los
ladrillos cocidos de su país, pero a través de un análisis de costos se
demostró que con el mismo costo de fabricación de un millar de ladrillos
cocidos se puede elaborar 9 091 ladrillos de suelo-cemento, siendo una
alternativa económica viable.
El aspecto superficial de los ladrillos de suelos-cemento presentaron una
regularidad dimensional estable, con una textura suave al tacto y de color
gris (esto depende de la tierra empleada y esta de sus componentes).
Las características físicas del ladrillo de suelo-cemento frente al común
resultaron las siguientes:
Ladrillo común
Peso específico: 1 519 kg/cm3
Resistencia a la compresión: 78 kg/cm2
Contenido de Humedad: 2,0%
Ladrillo suelo-cemento
Peso específico: 1 851 kg/cm3
Resistencia a la compresión: 121,80 kg/cm2
Contenido de Humedad: 0,8%
Según José Toirac Corral, República Dominicana, 2008, Páginas: 520 –
571, de su investigación El suelo – cemento como material de
construcción comenta que para la mezcla de suelo-cemento, definieron
los suelos en dos tipos: suelos eficientes y suelos ineficientes.
Suelos eficientes: son aquellos que naturalmente reaccionan
perfectamente ante una proporción relativamente pequeña de cemento.
Suelos deficientes: estos que naturalmente no reaccionan bien ante una
proporción relativamente pequeña de cemento, es decir, necesitan mucho
cemento para poder endurecer.
Llegando a obtener el suelo ideal para la mezcla suelo-cemento con las
siguientes características:
Máximo agregado de arena 80% (óptimo 55% al 75%)
Máximo agregado de limo 30% (óptimo 0% al 28%)
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Máximo agregado de arcilla 50% (óptimo 15% al 18%)
Máximo agregado de materia orgánica 3%
Debe pasar por un tamiz de 4,8 mm (Tamiz #4)
En la producción de elementos de suelo-cemento de forma organizada
puede dirigirse a tres tipologías muy definidas que son:
Construcciones a base de elementos unitarios de pequeñas dimensiones
como blocks o ladrillos.
Construcción de elementos unitario de mayores dimensiones como
paneles.
Construcción de muros en el lugar a base del apisonado (compactado) de
la mezcla dentro de sistema modulares de encofrados transferibles.
María Cabo Laguna de España, en su investigación Ladrillo Ecológico
como material sostenible para la construcción, manifiesta que los
ladrillos de arcilla cocida son algunos de los materiales de construcción
más importantes de todos los tiempos. Hoy, sin embargo, a la mayoría de
productores les resulta cada vez más difícil competir con los productos a
base de cemento. Este es considerado un producto estrella de la
construcción que genera un gran impacto medio ambiental, que implica
en su elaboración altos niveles de energía y una gran dependencia del
petróleo. El incremento del precio del crudo desde 2008, la deforestación,
las nuevas normativas y regulaciones en materia medio ambiental y el
aumento del costo de producción, demandan la búsqueda de alternativas
para las empresas de ladrillos cocidos tradicionales.
El Ing. J. M. Mas, en sus Estudios de resistencia a la compresión en
bloques de suelo-cemento en el 2009 propone la utilización de bloques
de suelo-cemento en la construcción de viviendas de interés social es una
manera simple de aprovechar uno de los recursos naturales más
abundante con los que cuentan los sectores más desprotegidos de la
sociedad. Entre sus principales ventajas se destacan que:
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La materia prima principal es tierra, material natural, abundante,
económico, no contaminante, fácilmente extraíble y al alcance de
todos.
El uso de prensas manuales como técnica de fabricación de
bloques de tierra cruda, no solo requiere menor energía de
transformación respecto de otros materiales "industriales" como
por ejemplo los ladrillos cerámicos comunes, sino que además,
permite desarrollar numerosas variantes en los procedimientos
constructivos, en las dimensiones de los mampuestos, por lo que
son fácilmente adaptables a diversos requerimientos de los
usuarios y de las condicionantes ambientales del lugar. Otra
ventaja es que posibilita a los beneficiarios intervenir en los
procesos constructivos de su propio hábitat, desarrollando
procesos de autoconstrucción, con la consecuente economía en
mano de obra.
La resistencia a compresión simple en bloques de suelo-cemento
depende de muchos factores tales como: contenido y tipo de
cemento; eficiencia del mezclado; cantidad de materia orgánica y
sales existentes en el suelo; cantidad y calidad del agua usada.
En el ámbito nacional, la Ing. Dionisia Rosa Aguirre Gaspar, en su
investigación Evaluación de las Características Estructurales de la
Albañilería producida con Unidades Fabricadas en La Región Central
Junín, llega a las siguientes conclusiones: Que los ensayos de la unidad
(variación dimensional, alabeo, compresión, absorción, densidad, succión
y tracción por flexión) tienen como resultados que las unidades ensayadas
a compresión no alcanzan el valor mínimo especificado en la Norma E.070
vigente, siendo el promedio de las cuatro zonas de 39,4 kg/cm2; sin
embargo, con los resultados de los otros ensayos, éstas clasifican como
II o III.
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1.7 Fundamentación teórica
Definición de Unidad de Albañilería
Las unidades de mampostería para albañilería según Norma Técnica
Peruana E – 070. Albañilería, Capítulo 3 artículo 5.1 para su mejor
entendimiento se indica:
Se denomina ladrillo a aquella unidad cuya dimensión y peso, que permite
sea manipulada con una sola mano. Se denomina bloque a aquella unidad
que por su dimensión y peso requiere de las dos manos para su
manipuleo.
Unidades de albañilería a las que se refiere esta norma con ladrillos y
bloques en cuya elaboración tiene como materia prima arcilla, sílice – cal
o concreto.
Estas unidades pueden ser sólidas, huecas alveolares o tubulares y
podrán ser fabricadas de manera artesanal o industrial.
Las unidades de albañilería de concreto serán utilizadas después de
lograr su resistencia especificada y su estabilidad volumétrica. Para el
caso de unidades curadas con agua, el plazo mínimo para ser utilizadas
será de 28 días, que se comprobará de acuerdo a la NTP 399.602.
Componentes de Unidad de Albañilería Suelo-Cemento Prensado
A la mezcla de suelo (tierra de chacra), cemento, arena y agua, dosificada y
compactada, denominaremos unidades de albañilería suelo-cemento prensado.
Sus componentes:
- SUELO (Tierra de chacra)
El suelo dentro del proceso de elaboración viene a ser uno de los factores
más relevantes, puesto que la calidad de resistencia y durabilidad del
producto final depende de la materia prima en especial de la arcilla o tierra
de chacra dulce ya que ocupa aproximadamente el 65% de toda la unidad,
además deberá contener limos y arenas que aporten necesaria cohesión
a la mezcla.
Para la selección de una cantera para la explotación, existe un conjunto
de ensayos de laboratorio y una serie de pruebas de campo, como la
composición granulométrica, que de acuerdo a la NTP 400.037:1999, la
distribución granulométrica que presente la materia prima se puede
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establecer como la afinidad con el agua, la contracción de secado, la
trabajabilidad, la resistencia mecánica la mayor o menor compacidad y
porosidad de la pasta que en última instancia indicará su mejor utilización
en determinado producto. Además de la composición mineralógica y
química; la composición mineralógica nos indicará la composición de la
arcilla en cuanto a sílice, alúmina y agua, y la composición química de la
materia prima resulta de especial importancia en la medida que puede
afectar el proceso productivo desde diferentes perspectivas tales como:
- Influencia en la resistencia mecánica (formación de fases líquidas de
sintetizarían o de reestructuración interna, por efecto de óxidos de potasio,
calcio, hierro).
- Posibilidad de formación de eflorescencia.
- CEMENTO PORTLAND
Este componente constituye el medio estabilizante. El agregado de
cemento mejora las condiciones del suelo respecto a la acción de agentes
como la humedad, dándole características de estabilidad y resistencia.
Cemento
Es un material pulverizado que por la adición de agua forma una pasta
capaz de endurecer bajo el agua y bajo el aire.
Cemento portland
Según la Norma Técnica Peruana NTP 334.009, el cemento portland es
un cemento hidráulico producido mediante la pulverización del clinker
portland compuesto esencialmente por silicatos de calcio hidráulicos y que
contiene generalmente una o más de las formas de sulfato de calcio como
adición durante la molienda.
Cemento de albañilería
Es el obtenido por la pulverización conjunta del Clinker portland y
materiales que aun careciendo de propiedades hidráulicas o puzolánicas,
mejoran la plasticidad y retención del agua, aptos para trabajos generales
de albañilería.
Propiedad hidráulica
Es la aptitud que tiene el material para fraguar y endurecer en presencia
del agua.
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Propiedad puzolánica
Es la aptitud del material por el cual el hidróxido de calcio en presencia
del agua se fija formando compuestos con propiedades hidráulicas.
- SUELO – CEMENTO
Es una mezcla en seco de tierra (con determinadas características
granulométricas) cemento Portland y aditivos. A la mezcla se le adiciona
una cierta cantidad de agua para su fraguado y posteriormente se
compacta, la combinación ideal de ésta mezcla es:
70% - 80% de arena.
20% - 30% de cemento portland.
5% – 10% de arcilla.
- ARENA GRUESA
Es un agregado fino, partículas provenientes de la desintegración natural
o mecánicas de las rocas, que pasa el tamiz 3/8” y que cumple con la NTP
400.037. Entre los aspectos técnicos que debe cumplir el agregado fino
son:
Debe estar compuesto de partículas limpias de perfil angular duras
y compactas libres de materia orgánica u otras sustancias dañinas.
Debe estar graduado dentro de los límites dados en los requisitos
obligatorios.
El módulo de fineza debe estar entre 2,3 a 3,1.
Deberá estar libre de materia orgánica, que es determinado
mediante el ensayo indicado en ASTM C40, si no cumple con esta
edificación puede ser utilizado siempre que realizado al ensayo de
compresión a los 7 días de morteros preparados con arena sana y
otros con la arena en cuestión la resistencia no sea menor del 95%.
- AGUA
Las funciones principales del agua de mezcla son:
Reaccionar con el cemento para hidratarlo.
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Actuar como lubricante para contribuir a la trabajabilidad del
conjunto.
Procurar la estructura de vacíos necesarios en la pasta para que
los productos de hidratación tengan espacio para desarrollarse.
- BLOQUE DE TIERRA COMPRIMIDA (BTC)
También conocido como BTC, fue desarrollado en 1950 en Colombia
como producto de investigación del Centro Interamericano de Vivienda
(CINVA) consiste en un material de construcción fabricado con una
mezcla de tierra y un material estabilizante, como cal aérea, cal hidráulica,
cemento o arcilla, que es comprimida y moldeada utilizando una prensa
mecánica. El BTC es un sustituto del ladrillo cocido, con la finalidad de
reducir costos de construcción para el campesino, el cual ha tenido gran
difusión en todo el mundo, siendo además un desarrollo no patentado, lo
que facilita su replicación.
- MORTERO PARA LA JUNTA DE UNIDADES DE ALBAÑILERÍA
El mortero estará constituido por una mezcla de aglomerantes y agregado
fino a los cuales se añadirá la máxima cantidad de agua que proporcione
una mezcla trabajable, adhesiva y sin segregación del agregado. Para la
elaboración del mortero destinado a obras de albañilería, se tendrá en
cuenta lo indicado en las Normas NTP 399.607 y 399.610.
Componentes:
a) Los materiales aglomerantes del mortero pueden ser:
• Cemento Portland o cemento adicionado normalizado y cal hidratada
normalizada de acuerdo a las Normas Técnicas Peruanas
correspondientes.
b) El agregado fino será arena gruesa natural, libre de materia orgánica y
sales.
Se aceptarán otras granulometrías siempre que los ensayos de pilas
y muretes proporcionen resistencias según lo especificado en los
planos.
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• No deberá quedar retenido más del 50% de arena entre dos mallas
consecutivas.
• El módulo de fineza estará comprendido entre 1,6 y 2,5.
• El porcentaje máximo de partículas quebradizas será: 1% en peso.
• No deberá emplearse arena de mar.
c) El agua será potable y libre de sustancias deletéreas, ácidos, álcalis y
materia orgánica.
Clasificación para fines estructurales
Los morteros se clasifican en: tipo P, empleado en la construcción de
los muros portantes; y NP, utilizado en los muros no portantes (ver
Tabla N° 2).
Proporciones
Los componentes del mortero tendrán las proporciones volumétricas (en
estado suelto).
Tabla Nº 2: Tipos de Morteros. NTP E-070
Componentes Usos
Tipo Cemento Cal Arena
P1 1 0 a 1/4 3 a 31/2 Muros Portantes
P2 1 0 a 1/2 4 a 5 Muros Portantes
NP 1 - Hasta 6 Muros No Portantes
a) Se podrán emplear otras composiciones de morteros, morteros
con cementos de albañilería, o morteros industriales (embolsado o
pre-mezclado), siempre y cuando los ensayos de pilas y muretes
proporcionen resistencias iguales o mayores a las especificadas.
b) De no contar con cal hidratada normalizada, se podrá utilizar
mortero sin cal respetando las proporciones cemento-arena
indicadas en la Tabla N° 2.
1.8 Normatividad
Entre los aspectos legales se puede mencionar la NTP E-070 y la NTP
E-030.
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Norma Técnica Peruana E-070 Albañilería: esta norma establece los
requisitos y las exigencias mínimas para el análisis, el diseño, los
materiales, la construcción, el control de calidad y la inspección de las
edificaciones de albañilería estructuradas principalmente por muros
confinados y muros armados; asimismo, los sistemas de albañilería que
estén fuera del alcance de la Norma deberán ser aprobados mediante
Resolución del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento luego
de ser evaluados por la SENCICO, es decir una vez recibida la aprobación
de cumplimiento de requisitos mínimos del producto (en dureza,
durabilidad, absorción, etc.) por la SENCICO.
Asimismo, la Norma Técnica Peruana E-070; exige que los SISTEMAS
DE CONSTRUCCIÓN serán diseñadas por métodos racionales basados
en los principios establecidos por la mecánica y la resistencia de
materiales BAJO EL ANÁLISIS SÍSMICO bajo la Norma Técnica Peruana
E-030 Diseño Sismo-resistente que exige buenas prácticas de
construcción en los diferentes niveles sísmicos de nuestro país
consistiendo su filosofía en:
a. Evitar pérdidas de vidas.
b. Asegurar la continuidad de los servicios básicos.
c. Minimizar los daños a la propiedad.
También, la norma reconoce que dar protección completa frente a todos
los sismos no es técnica ni económicamente factible para la mayoría de
las estructuras, por lo que en concordancia con la filosofía de la misma,
se establecen los siguientes principios:
1. La estructura no debería colapsar ni causar daños graves a las
personas, aunque podría presentar daños importantes, debido a
movimientos sísmicos calificados como severos para el lugar del proyecto.
2. La estructura debería soportar movimientos de suelo calificados como
moderados para el lugar del proyecto, pudiendo experimentar daños
reparables dentro de límites aceptables.
3. Para edificaciones esenciales (hospitales, colegios, comisarías, etc.)
Se tendrán consideraciones especiales orientadas a lograr que estén en
condiciones operativas luego de un sismo severo.
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Por lo que, también el contenido de esta Norma Técnica no se limita a
procesos de construcción sismo resistentes establecido en la Norma
Técnica Peruana E-030, por el contrario invita a nuevas metodologías o
sistemas de construcción que garanticen mayor resistencia ante el
movimiento sísmico a menores costos7.
1.9 Ventajas comparativas entre unidades de albañilería
1.9.1 Aspectos técnicos
Entre los aspectos técnicos podríamos mencionar la contaminación,
tecnológico y de la materia prima, que se detallan en las tablas N°3, N°4
y N°5.
1.9.2 Justificación
La contaminación al suelo generado por el ladrillo suelo-cemento es en
menor grado, debido a que no requiere un tratamiento mecánico y la
humidificación.
El ladrillo suelo-cemento requiere menor cantidad de agua en
comparación con los ladrillos convencionales.
El proceso de prensado no genera contaminación en la atmósfera.
El proceso de fabricación de ladrillo suelo-cemento es menos complejo y
costoso ya que requieren menor cantidad de mano de obra, máquina y
equipo especializado a comparación con los ladrillos convencionales.
__________
7 Norma Técnica E-030 Diseño Sismo resistente.
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Tabla Nº 3: Aspectos Técnicos: Contaminación
TIPO LADRILLO COCIDO DE
ARCILLA
LADRILLO COCIDO
DE CEMENTO
LADRILLO SUELO-
CEMENTO
SUELO
El proceso de purificar y refinar la materia prima genera contaminación en suelo. El sector industrial generó 58 297 toneladas de residuos sólidos, según informe del Ministerio de Ambiente.
Su proceso de purificación y refinamiento ocasiona una mayor contaminación, debido al alto contenido de sílice y alúmina en las materias primas.
No requiere del proceso de purificación, ya que la materia prima, se origina de la mezcla del ladrillo de adobe (arcilla ligera y arena) y un aditivo o cemento portland tipo I, para la consolidación y la solidificación del ladrillo.
AGUA
El proceso de la humidificación requiere cantidades considerables de agua para obtener su masa de moldeo. Las aguas residuales producen gran contaminación por los silicatos contenidos y no tienen sistemas de reúso.
Se requiere agua para el proceso de fraguado, proceso final de la fabricación, dicha agua residual puede ser para reúso.
AIRE
En el proceso de cocción, se genera una contaminación de 9,9 MTCO, según el MINAM, dichas emisiones se duplican anualmente en la producción de minerales.
No hay proceso de cocción, esto es reemplazado por el PRENSADO.
Tabla Nº 4: Aspectos Técnicos: Tecnológicos
TIPO LADRILLO COCIDO DE
ARCILLA
LADRILLO COCIDO
DE CEMENTO
LADRILLO SUELO-
CEMENTO
PROCESO DE
FABRICACIÓN
1. Tratamiento mecánico previo 2. Depósito de materia prima procesada 3. Humidificación 4. Moldeado 5. Secado 6. Cocción 7. Almacenaje de productos terminados Una planta de producción bien implementada tiene un costo de inversión aproximado de 7 millones de soles.
1. Medición de las materias primas 2. Proceso de mezclado 3. Prensado 4. Fraguado 5. Almacenaje de productos terminados El costo de la planta según una investigación anterior sería aproximadamente de S/. 2 600.
GAS
NATURAL
Para reducir costos y la contaminación de la atmósfera, en el proceso de cocción se requiere reemplazar el combustible de las máquinas por gas natural. Cálidda informa que los precios se mantienen estables en el transcurso de los años, sin embargo, los costos de instalación son altos.
No requiere.
ARENA JUSTIFICACIÓN
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Tabla Nº 5: Aspectos Técnicos: Materia Prima
TIPO LADRILLO COCIDO DE
ARCILLA
LADRILLO COCIDO
DE CEMENTO
LADRILLO SUELO-
CEMENTO
ARCILLA
Arcilla refractaria Según la Dirección de Energía y Minas y el NGEMMET, el 67% de ellas, se encuentran en la región de Junín y 20% en Cajamarca.
Arcilla simple o tierra de chacra Existen 226 canteras de materiales arcillosos, distribuidas en 22 regiones del país, principalmente en región de Lima (22%) y La Libertad (15,5%).
La maquinaria para producir los ladrillos suelo-cemento, no requiere de
gas natural en comparación con las ladrilleras convencionales, que tienen
que reinvertir en adecuaciones de consumo de gas natural.
Las canteras de arcilla o tierra de chacra dulce son abundantes, por lo
tanto de mayor accesibilidad para la fabricación de ladrillos suelo-
cemento.
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CAPÍTULO II
METODOLOGÍA
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2.1. Material de estudio
En esta etapa de la investigación fue una de las más importantes, ya que
la resistencia de la unidad de albañilería depende de su materia prima de
la arcilla o tierra de chacra dulce que equivale a un 65% aproximadamente
de su composición; el material de estudio tuvo como procedencia el distrito
de Huanchaco, Centro Poblado El Milagro, Provincia de Trujillo,
Departamento de La Libertad; cantera 5G.
La tierra fue extraída de una profundidad considerable (0,80 cm) por lo
que era posible que contenga un gran porcentaje de humedad. Con
excesiva humedad resultaba muy difícil realizar el tamizado, debido a la
cohesión entre partículas; por lo cual fue necesario esparcir la tierra
uniformemente, con un espesor no mayor de 30 cm para que el aire y el
sol penetren en la totalidad del volumen de tierra, sobre una superficie
plana y seca. Cuanto más seco y más granular fuera el suelo, la mezcla
se hizo más homogénea, favoreciendo así la estabilización.
Con el objeto de eliminar partículas superiores a ¼” (6,35mm), tamizamos
toda la muestra, de tal manera que nos aseguró una eficiente
compactación.
Luego para analizar la muestra de estudio, se hizo mediante un muestreo
sistemático por el método de cuarteos sucesivos hasta obtener 5 kg, para
realizar los ensayos de caracterización física de la muestra desde el punto
de vista de: clasificación granulométrica, medidas de plasticidad por el
método de los límites de Atterberg, y clasificación del porcentaje de
arcillas y limos por el método de análisis granulométrico por medio de
hidrómetro.
Del ensayo correspondiente se obtuvo: de arenas (69%) y de limos y
arcillas (31%), dichos rangos se encuentran establecidos y recomendados
por otras investigaciones similares, que son para arena del 60 al 80 % y
de limos y arcillas entre el 20 y 40%. (Ver tabla N° 6)
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Tabla Nº 6: Porcentajes seleccionados de arcilla, limo y arena para la investigación
Material Rangos establecidos
por investigaciones
Porcentaje optado
para esta
investigación
Porcentaje del
suelo extraído
Arcilla y Limo 20 – 40 % 25 % 31%
Arena 60 – 80 % 75 % 69%
Fig. 1. Clasificación del porcentaje de arcillas y limos por el método de
análisis granulométrico por medio de hidrómetro.
Debido a que el porcentaje de arena es inferior al establecido y para evitar
problemas de fisuración por contracción de secado, se optó por añadir
6% de arena fina para cumplir con nuestro requisito establecido para la
Arcilla y Limo 31%
Arena 69%
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investigación. El mezclado se realizó a través de palanas y badilejo, en
una batea. Con respecto al cemento, considerado este material como
influyente en la resistencia de la unidad de albañilería, se ha considerado
un 20% del peso total.
Así mismo con respecto a la cantidad de agua, no siempre es exactamente
la misma, ya que algunas veces puede quedar la mezcla excesivamente
húmeda o muy seca, para ellos hemos optado por verificar dicha cantidad
a través de una prueba de campo, de la siguiente manera:
- Se toma un puñado de tierra humedecida y se aprieta con la mano.
- Se deja caer desde la altura de 1 metro.
Fig. 2. Prueba de humedad óptima
El resultado de la observación puede determinar las siguientes situaciones:
- La mezcla no se rompe y, al caer, se aplasta, dejando parte de la mezcla
pegada en la mano, hay “Exceso de agua”.
- La mezcla se desintegra, en una cantidad considerable de terrones,
semejante a la mezcla original, “La humedad es óptima”.
- La mezcla se desmorona sin conservar la forma de la mano, hay
“Insuficiencia de Agua”.
Por lo tanto se concluye con un diseño de mezcla para un m3 de material
suelo-cemento.
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Tabla Nº 7. Diseño de mezclas.
MATERIALES
CEMENTO SUELO ARENA FINA
1 5 0,5
Originalmente las dimensiones de la unidad de suelo-cemento tenían
como base las medidas del ladrillo artesanal King Kong 9x13x24cm
(Fig.3), pero para facilitar su maniobrabilidadse consideró variar la altura.
Para ello se modificó la altura a 7,5 cm, como base para elaboración de
las unidades, quedando las mismas con las siguientes dimensiones
7,5x13x23cm (Fig.4).
La unidad de albañilería suelo-cemento, objeto del estudio, es una unidad
sólida y compacta, que no presenta ningún tipo de orificio en ninguna cara
de su cuerpo.
Figura Nº 3: Ladrillo KK Artesanal (Izquierda) y Ladrillo Suelo – Cemento (Derecha)
Figura Nº 4: Dimensiones deLadrillo KK Artesanal (Izquierda) y Ladrillo Suelo –
Cemento (Derecha)
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2.2. Proceso de elaboración de la unidad de albañilería
El procedimiento de elaboración consisten en:
a. Selección, extracción y ensayos al suelo
b. Dosificación
c. Prensado
d. Fraguado y curado
e. Secado
Figura Nº 5: Proceso de elaboración de la unidad de albañilería suelo - cemento
Los puntos a y b fueron explicados en la muestra del estudio, para el prensado
motivo que hace que reciban el nombre de ladrillos ecológicos ya que no
requiere complejos procesos y costosas maquinarias de AMASADO,
SECADO Y COCCIÓN que normalmente se utilizan para la fabricación de
ladrillos convencionales y que además afectan a nuestra atmósfera con la
emisión de CO2 y el consumo grandes cantidades de agua. Nuestro proceso
es simple y práctico, que contribuyen a la preservación del medio ambiente
promoviendo una conciencia ecológica en el sector de la construcción.
SELECCIÓN DE
CANTERA
EXTRACCIÓN
DEL SUELO
ENSAYO AL
SUELO
DOSIFICACIÓN
PRENSADO
FRAGUADO
CURADO
SECADO
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Una vez lista la preparación con el diseño de mezcla propuesto se procedió a
realizar la unidad de albañilería con una máquina CINVA-RAM MODIFICADA
(Fig. 6).
Figura Nº 6: CINVA RAM MODIFICADA
La Máquina Prensadora CINVA RAM – MODIFICADA (Compactadora)
A principio de la década de los cincuenta, el ingeniero chileno Raúl Ramírez, en
un despliegue de creatividad e ingenio admirable, desarrolló para el centro
interamericano de vivienda y planteamiento (CINVA), con sede en Bogotá,
Colombia, una prensa de operación manual para fabricar unidades para
construcción, usando suelo-cemento como materia prima. La máquina
alcanzaría pronto fama internacional con el nombre CINVA RAM.
Básicamente la CINVA RAM consta de una caja o molde dentro del cual un pistón
actuado por un dispositivo de palanca en sentido inverso, el mismo pistón
expulsa la unidad, el cual es retirado manualmente para ser puesto a curar a la
sombra y en húmedo por un periodo mínimo de siete días. No obstante de
tratarse de un aparato sumamente portátil, de gran simplicidad mecánica, bajo
costo, fácil manejo y mantenimiento sencillo, la CINVA RAM es capaz de moldear
a alta presión, unidades densas y bien conformadas de la más alta calidad, a
razón de unas 120 unidades por jornada de ocho horas.
Nuestra máquina compactadora es un equipo portátil fabricado en Trujillo e
instalado mediante pernos sobre una base de madera simple en las instalaciones
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de la Universidad Privada Antenor Orrego. Este aparato metálico es de
funcionamiento manual. El molde presenta la sección transversal de la unidad
de albañilería, mientras que la tapa superior es giratoria en su plano y fija
verticalmente. La base es una plancha de metal. La presión se ejerce sobre la
base metálica de abajo hacia arriba, accionando manualmente una palanca que
desplaza verticalmente a la unidad de albañilería, el cual reacciona contra la
tapa.
La prensa está totalmente fabricada de acero, una vez prepara la muestra con la
dosificación obtenida se coloca en la caja de molde en la cual un pistón operado
a mano, comprime la mezcla de suelo y cemento ligeramente húmedo.
Figura Nº 7: Mezcla depositada en la CINVA-RAM
Posteriormente, se levanta la palanca para ejercer presión sobre la base
metálica, desplazándose verticalmente la unidad de albañilería hacia arriba
reaccionando contra la tapa. Para desmoldar, se abre la tapa girándola
horizontalmente y se acciona la palanca en sentido contrario (Fig. 5), luego se
lleva la unidad de albañilería al lugar donde tendrá su curado y acopio
colocándolo de canto.
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Figura Nº 8: Extracción de la unidad compactada
El rendimiento observado en la fabricación de las unidades de albañilería,
trabajando con 2 hombres (1 preparando la mezcla y 1 fabricando la unidad de
albañilería), fue de 1 unidad de albañilería cada 4 minutos. Entonces en una
jornada de trabajo en un día, 2 hombres hacen 120 unidades.
En total se fabricaron 500 unidades de albañilería, dejándolos secar durante 28
días antes de emplearlos en la construcción de los especímenes, aunque, debido
a su poca humedad, pudo observarse que a los 14 días estaban superficialmente
secos.
Una vez hechas las unidades de albañilería suelo – cemento y colocados sobre
una superficie no absorbente y plana, se realizó el fraguado con el riego
controlado de agua mediante un sistema de regado por tres días, siendo su
regado en promedio tres veces al día para la hidratación adecuada de la mezcla
de la materia prima (en base a un sistema de reúso de agua) y así adquirir la
solidez y fortaleza, siendo éste el acabado final.
Las unidades de albañilería se dejaron secar 28 días a una temperatura
ambiente normal bajo sombra.
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Figura Nº 9: Curado y acopio de las unidades
2.3. Métodos experimentales
Se realizaron las pruebas experimentales a la unidad de albañilería suelo-
cemento y a pilas conformadas, conforme la E-070.
2.3.1 Ensayos a la Unidad de albañilería suelo-cemento
Muestreo
Del lote compuesto por 500 unidades se seleccionaron un total de 20
unidades, de donde 10 se efectuarán las pruebas de variación de
dimensiones y alabeo. Mientras que para la resistencia a la compresión y
absorción se ensayaron 5 unidades respectivamente.
Resistencia a la Compresión
Para el desarrollo de este ensayo se siguió con el procedimiento indicado
en las normas NTP 339.613 y NTP 339.604.
Una vez secas las unidades de albañilería se procedieron al refrentado,
colocándoles un capping de yeso en sus caras mayores, que van a ayudar
a repartir la carga uniformemente a los especímenes.
Luego, se colocó uno por uno los especímenes con una de sus caras
mayores sobre el apoyo de la máquina (Fig. 10) y se hace descender el
vástago solidario al cabezal, maniobrando suavemente la rótula hasta
obtener un contacto perfecto sobre la cara superior del espécimen,
asegurando que el eje de la misma coincida con el eje longitudinal del
espécimen.
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Figura Nº 10: Unidad de albañilería ubicada en la máquina de rotura
La resistencia a la compresión (f’cb = f’b) se determinó dividiendo la carga
de la rotura entre el área bruta, y la resistencia característica resulto
restando la desviación estándar al valor promedio del ensayo.
Tabla Nº 8: Compresión de Unidades Suelo Cemento
Compresión de Unidades Suelo Cemento
Und. Peso (kg)
Dimensiones
Carga (kg-f) Resistencia a la
compresión (kg/cm2) Largo (cm)
Ancho (cm)
Alto (cm)
1 4,86 23 13 7,6 21 731,32 72,68
2 4,93 23 13 7,6 21 743,28 72,72
3 4,97 23 13 7,4 21 510,06 71,94
4 4,59 23 13 7,4 21874,84 73,16
5 4,49 23 13 7,4 21 946,60 73,40
Promedio (kg/cm2) 72,78
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Tabla Nº 9: Resultados Finales de Compresión de Unidades
Compresión de Unidades Suelo Cemento
Resistencia a la compresión promedio 72,78 kg/cm2
Desviación estándar 0,56
Resistencia a la compresión final 72,22 Kg/cm2
Dispersión de resultados 0,77%
La resistencia promedio a compresión fue de 72,22 kg/cm2 con una
dispersión de resultados de 0,77%.
Asimismo, si determinamos el módulo de elasticidad de la unidad Eb de
acuerdo a la siguiente ecuación: Eb = 300 x f’cb, según Sahlin (1971),
entonces compararemos con el módulo de elasticidad de la albañilería.
Se obtiene la siguiente tabla.
Tabla Nº 10: Resultados Finales de Módulo de Elasticidad
Módulo de elasticidad Unidades Suelo Cemento
Und. Dimensiones Resistencia a la
compresión (kg/cm2)
Módulo de elasticidad (kg/cm2)
Largo (cm)
Ancho (cm)
Alto (cm)
1 23 13 7,6 72,68 21 804,00
2 23 13 7,6 72,72 21 816,00
3 23 13 7,4 71,94 21 582,00
4 23 13 7,4 73,16 21 948,00
5 23 13 7,4 73,40 22 020,00
Promedio (kg/cm2)
72,78 21 834,00
δ 167,57
δ prom. 21 666,43
Variación Dimensional
Para ambos ensayos se tomaron como muestra 10 unidades. En el
primero se midió cada espécimen el largo, ancho y alto, con la
precisión de 1 mm, cada medida se obtiene como promedio de las
cuatro medidas entre los puntos medios de los bordes terminales de
cada cara.
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La variación dimensional (en porcentaje) de cada arista de la unidad
de albañilería se obtuvó como el cociente entre la desviación estándar
y el valor promedio de la muestra, multiplicado por 100 (coeficiente de
variación), como se muestra en la siguiente ecuación.
Donde:
σ : Desviación estándar.
x : Dimensión promedio.
A continuación se muestran los resultados:
Tabla Nº 11: Variación dimensional del largo de la unidad
Espécimen
N°
Largo (mm)
Resultados de
unidad
L1 L2 L3 L4 Lprom δ V (%)
HP-1 229,3 229,4 229,2 229,5 229,35 0,13 0,056
HP-2 229,4 229,3 229,5 229,2 229,35 0,13 0,056
HP-3 229,2 229,1 229,4 229,3 229,25 0,13 0,056
HP-4 229,2 229,4 229,5 229,6 229,325 0,15 0,065
HP-5 229,5 229,4 229,2 229,3 229,35 0,13 0,056
HP-6 229,0 229,2 229,1 229,2 229,125 0,10 0,042
HP-7 229,1 229,3 229,4 229,2 229,25 0,13 0,056
HP-8 229,3 229,4 229,3 229,4 229,35 0,06 0,025
HP-9 229,3 229,2 229,4 229,3 229,30 0,08 0,036
HP-10 229,4 229,2 229,3 229,1 229,25 0,13 0,056
Promedio (kg/cm2) 229,29
δ 0,07
V 0,032 %
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Tabla Nº 12: Variación dimensional del ancho de la unidad
Tabla Nº 13: Variación dimensional de la altura de la unidad
Espécimen
N°
Ancho (mm)
Resultados de
unidad
A1 A2 A3 A4 Aprom δ V (%)
HP-1 129,3 129,4 129,2 129,5 129,35 0,13 0,100
HP-2 129,4 129,3 129,5 129,2 129,35 0,13 0,100
HP-3 129,2 129,1 129,4 129,3 129,25 0,13 0,100
HP-4 129,1 129,3 129,4 129,2 129,25 0,13 0,100
HP-5 129,5 129,4 129,2 129,3 129,35 0,13 0,100
HP-6 129,0 129,2 129,1 129,2 129,125 0,10 0,074
HP-7 129,1 129,3 129,4 129,2 129.25 0,13 0,100
HP-8 129,2 129,1 129,4 129,3 129.25 0,13 0,100
HP-9 129,3 129,2 129,4 129,3 129.3 0,08 0,063
HP-10 129,0 129,2 129,1 129,2 129.125 0,10 0,074
Promedio (kg/cm2) 129,26
δ 0,08
V 0,065 %
Espécimen
N°
Altura (mm)
Resultados de
unidad
H1 H2 H3 H4 Hprom δ V (%)
HP-1 75,1 75,4 75,2 75,3 75,25 0,13 0,172
HP-2 75,4 75,3 75,2 75,0 75,225 0,17 0,227
HP-3 75,2 75,1 75,3 75,3 75,225 0,10 0,127
HP-4 75,2 75,4 75,2 75,6 75,35 0,19 0,255
HP-5 75,3 75,1 75,2 75,1 75,175 0,10 0,127
HP-6 75,0 75,2 75,1 75,2 75,125 0,10 0,127
HP-7 75,1 75,3 75,4 75,2 75,25 0,13 0,172
HP-8 75,2 75,2 75,3 75,4 75,275 0,10 0,127
HP-9 75,3 75,2 75,1 75,3 75,225 0,10 0,127
HP-10 75,4 75,2 75,3 75,1 75,25 0,13 0,172
Promedio (kg/cm2) 75,235
δ 0,06
V 0,079 %
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Para el segundo ensayo, el alabeo, se colocó el borde recto de la regla
ya sea longitudinalmente o sobre una diagonal de una de las caras
mayores del ladrillo. Posteriormente se introdució la cuña en el punto
correspondiente a la flecha máxima y se efectúa la lectura con la
precisión de 1 mm y se registra el valor obtenido.
En la siguiente tabla se presentan los resultados promedios y la
dispersión de los mismos obtenidos en las pruebas de variación de
dimensiones y de alabeo según las NTP 399.613 y 399.604. Además
se observa que las unidades de albañilería presentan dimensiones
que varían ligeramente respecto a las dimensiones nominales, en
menos de 0,1%; así mismo, su alabeo es bajo al igual que la dispersión
de resultados respectiva.
Tabla Nº 14: Variación de dimensiones
Figura Nº 11. Medición de las unidades de suelo-cemento
Variación de Dimensiones de Unidades Suelo-Cemento
Variación de Dimensiones (VD) Alabeo
Promedio
(mm) Nominal
(mm) VD (%)
Promedio (mm)
Dispersión
Largo 229,29 230 -0,032%
1 37,0% Ancho 129,26 130 -0,065%
Altura 75,235 75 0,079%
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Absorción
La absorción es una medida de la permeabilidad de la unidad de
albañilería; la absorción máxima, es la medida de la cantidad de agua
que puede contener una unidad saturada; finalmente, el coeficiente de
saturación es una medida de la facilidad con que una unidad puede
saturarse con agua.
Para este ensayo se tomaron como muestra tres unidades, siguiendo
el procedimiento establecido por la NTP 399.604 y 399.613.
Se calentaron los especímenes en el horno entre 110°C y 115°C y se
pesaron luego de enfriarlos a temperatura ambiente. Se repitió el
tratamiento hasta que no se tenga variaciones en el peso.
NOTA.- Para enfriar los especímenes se recomienda colocarlos sin
amontonarlos en un espacio abierto con libre circulación de aire
manteniéndolos a temperatura ambiente durante 4 horas.
Se introdujeron los especímenes secos en un recipiente lleno de agua
destilada, manteniéndolos completamente sumergidos durante 24 h,
asegurando que la temperatura del baño esté comprendida entre 15°C
y 30°C. Transcurrido el lapso indicado, se retiraron los especímenes
del baño, secando el agua superficial con un trapo húmedo y se
pesaron. Los especímenes se pesaron después de los 5 min a partir
del instante en que se extraen del recipiente.
En la siguiente tabla mostramos los resultados con el contenido de
agua absorbida:
Tabla Nº 15: Absorción de Unidades Suelo Cemento
Absorción de Unidades Suelo Cemento
Unidad Espécimen
Seco (g) Espécimen
Saturado (g) Contenido de
Agua (%) Promedio
(%)
1 4 145 4 690 11,62%
11,52% 2 3 985 4 495 11,35%
3 4 160 4 705 11,58%
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Figura Nº 12: Unidades colocadas en horno
2.3.2 Ensayos a albañilería simple
La resistencia de la albañilería a una solicitación (compresión, tracción y corte)
define el comportamiento estructural de la edificación. Con el propósito de
determinar dichas resistencias, muchos investigadores diseñaron una serie de
ensayos capaces de evaluar estructuralmente sus materiales componentes.
Tal evaluación se realizó en distintos componentes: pilas y muretes. En esta
parte se obtienen todas las características de la albañilería simple.
2.3.2.1. Ensayos de pilas
Tiene tres objetivos: en el rango elástico determinar el módulo de elasticidad Em;
en la rotura determinar la resistencia f’m y la forma de falla.
Las pilas de albañilería son prismas compuestos por dos o más hiladas de
unidades enteras (ladrillos o bloques) asentadas una sobre el otro mediante
mortero, con una altura total que no debe ser excesiva a fin de facilitar su
construcción, almacenaje y transporte dentro del laboratorio.
Estas pilas, con una edad nominal de 28 días, se ensayaron a compresión axial
de pilas y de compresión diagonal de murete mediante ensayos de laboratorio
de acuerdo a los indicados en las NTP 339.605 y NTP 339.621.
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Determinación del módulo de Elasticidad
Se calcula según la propuesta de norma [NTE E-070, 2004], entre el 50% y 10%
del esfuerzo máximo axial. Las ecuaciones con las cuales se calculó el módulo
de elasticidad (Em), fueron de la ecuación,
Donde:
E : módulo de elasticidad.
Δσ : incremento de esfuerzo axial.
Δε : incremento de deformación.
A : área de la sección transversal.
Li : longitud inicial.
P50% y P10% : carga axial al 50% y al 10 %.
50% y δ10% : desplazamiento al 50% y al 10%
K : rigidez
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41
Tabla Nº 16: Módulo de elasticidad E’m
Pila Área (cm2)
Pmáx. (kg)
50% Pmáx (kg)
10% Pmáx (kg)
Acort. 50% gráfico local (mm)
Acort. 10% gráfico local (mm)
Longitud inicial (mm)
K=P/d Rigidez (Kg/mm)
E’m (Kg/cm2)
P1 296,48 6 405 3 202 640 0,14 0,02 129,3 21 350 9 311
P2 296,84 6 110 3 055 611 0,08 0,01 129,4 34 914 15 219
P3 296,13 6 309 3 154 630 0,13 0,01 129,2 21 033 9 176
P4 295,90 5 069 2 534 506 0,14 0,01 129,1 15 600 6 806
P5 297,20 5 684 2 842 568 0,34 0,07 129,5 8 422 3 669
Promedio
E Prom. 8 836,2
δ 4 239,77
δ Prom. 4 596,43
Ensayo a compresión axial
La resistencia a la compresión f´m está definida como la carga máxima axial
entre el área de la sección transversal. Es una de las principales propiedades de
la unidad de albañilería, valores altos indican que son de buena calidad para
fines estructurales y de exposición; en cambio valores bajos, indican poca
resistencia y poca durabilidad. El cálculo de la resistencia en compresión f´m, se
determinó con la ecuación:
f’m = C Pmáx Área
Donde C es un coeficiente de corrección por esbeltez, y toma valores según la
siguiente Tabla
Tabla Nº 17: Corrección por esbeltez
FACTORES DE CORRECCIÓN DE f’m POR ESBELTEZ
Esbeltez 2,0 2,5 3,5 4,0 4,5 5,0
Coeficiente C(*) 0,73 0,80 0,91 0,95 0,98 1,00
(*) Interpolar linealmente para valores intermedios de esbeltez.
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42
Para la construcción de los prismas de albañilería se realizaron juntas
horizontales de mortero conproporciones volumétricas 1 : ½ : 4 (cemento : cal :
arena) y con un espesor de 1 a 1,5 cm.
En total se construyeron dos grupos de 5 pilas, de dos y tres hiladas
respectivamente, de acuerdo a las especificaciones indicadas en la Fig.13.
Figura Nº 13: Características de las Pilas. Medidas en centímetros.
Los prismas fueron almacenados a una temperatura no menor de 15°C y
secados bajo sombra durante 28 días.
Figura Nº 14: Pilas construidas de tres hiladas
PILA (3 HILADAS) PILA (2 HILADAS)
5 Pilas 5 Pilas
Mortero: 1 : ½ : 4 (Cemento Cal Arena)
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Las pilas de dos y tres hiladas fueron refrendadas con yeso en unos 3 mm de
espesor, en las caras de contacto con el equipo del ensayo.
Figura Nº 15: Pilas de dos y tres hiladas refrendadas.
El equipo del ensayo consistió en una máquina compresora marca ELE
International ADR Touch Head con capacidad hasta 20 000 KN.
La carga fue aplicada hasta provocar la rotura de las pilas, instante después del
cual se produjo la degradación de resistencia. La falla se evidencio a través de
una grieta vertical que corto las unidades y mortero (Fig.15), producida por
tracción debida a la expansión lateral causada por la compresión aplicada; esta
falla se produce por la expansión lateral que tiene la pila (efecto de Poisson) al
verse sujeta a compresiones axiales, no se produjo fallas por trituración de los
bloques ni del mortero.
Figura Nº 16: Ensayo y forma de falla para pilas de 2 hileras
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Los resultados individuales alcanzados por las diez pilas aparecen en
la Tabla N°18.
La resistencia promedio para la compresión axial sin considerar el
factor de corrección por esbeltez de 2 hileras fue 56,85 kg/cm2, con
una baja dispersión de resultados de 8,18%, del mismo modo la
resistencia promedio en las pilas de 3 hileras fue 55,83 kg/cm2, con
una baja dispersión de resultados de 6,65% (Tabla N°19). Debe
indicarse que las pilas de dos hileras presentaron una esbeltez
promedio de 1,28. Puesto que la misma no se encuentra en el rango
comprendido de acuerdo a la Norma E-070 (Esbeltez 2 - 5), optamos
por despreciar dichos datos por reflejar resultados incongruentes.
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Tabla Nº 18. Ensayo de compresión axial en pilas
Ensayos a Compresión Axial en Pilas
Pilas 2 Hileras P1 P2 P3 P4 P5 Promedio
A = 299 cm2
Carga Máxima 15 338,90 16 036,10 17 158,00 18 933,50 17 523,40 16 997,98
Altura 16,70 17,00 16,80 16,20 16,30 16,60
Espesor 13,00 13,00 13,00 13,00 13,00 13,00
Esbeltez 1,28 1,31 1,29 1,25 1,25 1,28
Resistencia (kg/cm2) 51,30 53,63 57,38 63,32 58,61 56,85
Pilas 3 Hileras P1 P2 P3 P4 P5 Promedio
A = 299 cm2
Carga Máxima 16 734,00 17 541,80 15 760,80 15 423,00 18 000,20 16 692,96
Altura 26,00 25,80 25,50 26,40 26,00 25,94
Espesor 13,00 13,00 13,00 13,00 13,00 13,00
Esbeltez 2,00 1,98 1,96 2,03 2,00 2,00
Resistencia (kg/cm2) 55,97 58,67 52,71 51,58 60,22 55,83
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De este modo los datos de las pilas de tres hileras, presenta una
esbeltez promedio normalizada.
Tabla Nº 19. Resumen ensayo de compresión axial en pilas
Resumen de Ensayos a Compresión Axial en Pilas
2 Hileras
Resistencia a la compresión promedio 56,85 kg/cm2
Desviación estándar 3,71
Dispersión de resultados 8,18%
Esbeltez promedio 1,28
Factor de corrección 0,73
Resumen de Ensayos a Compresión Axial en Pilas
3 Hileras
Resistencia a la compresión promedio 55,83 kg/cm2
Desviación estándar 3,71
Dispersión de resultados 6,65%
Esbeltez promedio 2,00
Factor de corrección 0,73
Modo de falla
Como se puedo ver, el mecanismo de falla predominante en la
gran mayoría de los ensayos es un agrietamiento vertical,
seguido de un descascaramiento no predonimante; finalizando
con un aplastamiento generalizado en la base o parte superior
de la unidad donde se aplica la carga.
En los prismas de tres hileras, por ejemplo no existe un
aplastamiento en la base, llegando probablemente por esta
razón, a valores de f´m (55,83 kg/cm2).
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Figura Nº 17. Ensayo y forma de falla para pilas de tres hileras
2.3.2.2. Ensayos de resistencia al corte (muretes)
En la resistencia a compresión diagonal, el murete es una probeta
con una longitud de al menos una vez y media la máxima dimensión
de la pieza (unidad o bloque) y con el número de hiladas para que la
altura sea aproximadamente igual a la longitud. El aparejo de las
piezas debe ser igual al que se use en obra.
Cuando se requiera evaluar la resistencia y rigidez de sistemas de
refuerzo de mampostería, o bien cuando las características de la
mampostería no se puedan representar en el tamaño del murete se
recomienda que las dimensiones del murete de albañilería sean por
lo menos de 60 cm y que sea un murete en forma cuadrada, a fin de
obtener resultados representativos con el objeto de poder
manipularlos tanto en el transporte a un laboratorio, como en el
montaje en los dispositivos de ensayo.
En total se construyeron dos muretes de acuerdo a las
especificaciones indicadas en la Fig.18.
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Figura Nº 18. Características de los Muretes. Medidas en metros.
En el proceso de asentado, la unidad de albañilería fue humedecida
con agua, con el fin de que no requiera absorber humedad de la
mezcla (mortero).
El recorte de las unidades de albañilería enteros en medios unidades
se realizó mediante una picota. El control del espesor (1,5 cm) de la
junta horizontal se hizo utilizando un escantillón. Para nivelar
horizontalmente a las unidades de albañilería ubicados en los
extremos del muro, se usó un nivel de mano, y para nivelar
verticalmente a estas unidades de albañilería se empleó una
plomada.
Una vez asentados las unidades de albañilería, ubicadas en los
extremos del muro (unidades maestras asentados utilizando el
escantillón, el nivel y la plomada), se utilizó una regla para alinear
horizontalmente a las unidades internos del muro.
MURETE
Mortero: 1 : ½ : 4 (Cemento Cal Arena)
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Figura Nº 19. Asentando las unidades de albañilería antes de su nivelación
Luego que los 2 muretes construidos cumpliesen 28 días de
edad, fueron ensayados a compresión diagonal según el
Capítulo 5 del RNE E-070.
Previamente, se aplicó un refrendado de yeso, de unos 3 mm de
espesor, en las esquinas del murete para estar en contacto con
los ángulos del equipo de ensayo. Adicionalmente, los muretes
fueron almacenados en un lugar techado para protegerlas del sol
y la lluvia.
Los muretes fueron construidos con mortero de cemento del tipo
P2 según la tabla 4 de la norma E-070 (Relación 1: ½: 4), fueron
denominados “M1” y “M2”.
El equipo de ensayo consistió de una máquina de compresión
universal, la cual consta de perfiles metálicos, sobre los que se
montan una gata hidráulica en la parte central superior (Fig. 20).
La carga se aplicó hasta la rotura del murete, luego la carga
última fue dividida entre el área bruta de la diagonal cargada,
para así obtener la resistencia a compresión diagonal de cada
murete (V’m).
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La resistencia al corte (por tracción diagonal) está definida como
la carga máxima diagonal entre el área de la diagonal del
espécimen. Es una propiedad importante por la similitud de la
forma de falla del ensayo con la forma de falla que ocurre en
algunos muros cuando son solicitados ante acciones sísmicas.
El cálculo de la resistencia al corte por tracción diagonal, V´m se
determina con la ecuación,
V´m = Pmáx.diagonal Área.diagonal
Esta carga máxima fue registrada en el manómetro de la
máquina de compresión universal.
Figura Nº 20. Máquina de compresión universal
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Modo de falla
Los muretes tuvieron una forma de falla diagonal (Fig. 21),
presentándose grietas a través de las juntas y que además
atravesaron las unidades de albañilería.
La falla que se obtuvo es por tracción diagonal en la cual se
produce una grieta diagonal que atraviesa predominantemente
las piezas, su trayectoria es aproximadamente recta.
Figura Nº 21. Forma de falla de los muretes
En los muretes ensayados se registraron la carga diagonal
máxima, en la primera fase el comportamiento fue elástico hasta
que se formaron las primeras fisuras, produciéndose una
pequeña caída en la resistencia. En la segunda fase la carga se
incrementó, registrándose otras fisuras. En la tercera la carga se
estabilizó hasta que se formó una gran grieta, que generó la
pérdida total de la resistencia. Es decir, el refuerzo proporcionó
ductilidad y resistencia adicional.
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La resistencia unitaria a corte (V’m), fue obtenida dividiendo la
carga diagonal (P) entre el área bruta de la diagonal cargada.
En la Tabla N° 20 aparecen los resultados obtenidos para los 2
muretes. Mientras que en la Tabla N° 21 se muestran los
resultados finales.
Tabla Nº 20. Compresión diagonal en murete suelo cemento
Compresión Diagonal en Murete Suelo Cemento
Murete P máx. (kg) t(cm) L (cm) A (cm2) V’m (kg/cm2) Tipo de Falla
M1 6 917,00 13,00 101,12 1 314,56 5,26 Diagonal
M2 6 633,00 13,00 101,12 1 314,56 5,05 Diagonal
Promedio (Kg/cm2) 5,15
En la Tabla N° 20 se presentan los valores de la carga máxima
aplicada (Pmáx.), el espesor del murete (t), la longitud de la
diagonal (Lc), el área del espécimen sobre la diagonal (A), la
resistencia a compresión diagonal de los especímenes (V’m),
junto con la desviación estándar y la dispersión; en la séptima
columna se presenta el tipo de falla observado para cada mortero.
La nomenclatura empleada para identificar al mortero es M1 y M2
para indicar el número de espécimen.
Tabla Nº 21. Resumen Compresión diagonal en murete suelo cemento
Compresión Diagonal en Muretes Suelo Cemento (V’m)
Resistencia a la compresión promedio 5,15 kg/cm2
Desviación estándar 0,15
Resistencia a la compresión final 5,00 Kg/cm2
Dispersión de resultados 2,96%
La resistencia a la compresión final 5,00 kg/cm2 se encuentra
relativamente cerca de la resistencia mínima de la compresión
diagonal para ladrillos de arcilla King Kong de acuerdo a la norma
E – 070, tabla 9 (5,1 kg/cm2).
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2.3.3 Resistencia a la fractura
Una de las propiedades mecánicas que es importante considerar,
después de analizar la resistencia a la compresión es la fragilidad
que al igual que la resistencia termina con la fractura de la unidad de
albañilería.
Entre una de sus características, las unidades de albañilería suelo-
cemento, nos muestran que son materiales duros y frágiles. Su
resistencia a la compresión es buena, sin embargo su resistencia a
la tensión es mala. La variación dimensional reduce la resistencia en
tensión del objeto de estudio.
Para describir la fractura de un material frágil, se utilizó el Modelo de
Weibull, este análisis consiste en el modelo del eslabón débil para
proponer que la probabilidad de supervivencia de un volumen V de
un material determinado, donde se utiliza la distribución de
probabilidad con la siguiente ecuación:
F = 1 – exp[ - VE(Ϭ/Ϭ0)m]
Donde:
F : Probabilidad de fractura del material
Si F = 0, no hay fractura Si F = 1, hay fractura VE: Volumen efectivo. Es el volumen equivalente al que debería
someterse una muestra del material en tensión, para que falle de
manera similar a la muestra en flexión.
Ϭ : Esfuerzo en tensión aplicado sobre el material. Ϭ0: Esfuerzo característico. Es una propiedad del material sin un
significado físico en concreto. Simplemente define que tan elevados
o bajos son los valores de la distribución de esfuerzos. Se define
como el esfuerzo uniforme para el cual la probabilidad de falla es
0,6321. Sus unidades son (esfuerzo) (volumen) 1/m
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m : módulo de Weibull. Define que tan dispersa es la distribución del
esfuerzo.
La prueba de flexión en 3 puntos consistió en aplicar
progresivamente una fuerza P en flexión hasta lograr su fractura. El
nombre de prueba a flexión en 3 puntos se deriva del hecho de que
la fuerza que se trasmite es a través de 3 puntos de apoyo, que son
cargas distribuidas en forma lineal, simétrica y perpendicular al eje
central de la unidad de albañilería, con características geométricas
determinadas.
P
L/2
L
Figura Nº 22: Prueba a flexión.
El valor del esfuerzo “Ϭ” de ruptura a tensión para cada espécimen
es la siguiente:
Ϭ = 3PL 2bd2
Donde:
P : Fuerza de fractura
L : Longitud entre apoyos inferiores
b : ancho de la unidad en promedio
d : alto de la unidad en promedio
Ϭ : Esfuerzo en fractura en tensión
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Figura Nº 23. Ensayo de tracción por flexión
El ensayo tuvo los siguientes valores:
Tabla Nº 22. Fuerza de fractura. Unidad de albañilería
FUERZA DE FRACTURA (kN) b (m) d (m)
3,12 0,1293 0,076
2,55 0,1294 0,076
3,67 0,1292 0,074
4,18 0,1291 0,074
1,99 0,1295 0,074
Determinamos el esfuerzo de fractura, las unidades deben ser
consistentes, si “b”, “d” y “L” están en cm, y “P” en kN, el valor de Ϭ debe
estar en Kg/cm2.
Tabla Nº 23. Fuerza de fracción a tensión. Unidad de albañilería
Ϭ (Kg/cm2)
11,28
9,21
13,28
15,96
7,58
Luego, se ordenan los esfuerzos comenzando del valor menor hacia el
valor mayor y se asigna un número correlativo “i” a cada valor de esfuerzo.
Si se hubiera repetido un valor, este se descarta.
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Tabla Nº 24. Fuerza de fracción a tensión. Unidad de albañilería
Ϭ (Kg/cm2) i
11,28 1
9,21 2
13,28 3
15,96 4
7,58 5
A partir del valor del número correlativo “i”, se asigna una probabilidad de
fractura a cada muestra. La probabilidad de fractura se calculó así:
F = i – 0,5 N
Donde N es el número total de valores de esfuerzo de fractura.
Tabla Nº 25. Probabilidad de fractura. Unidad de albañilería
Ϭ (Kg/cm2) i F
7,58 1 0,1
9,21 2 0,3
11,28 3 0,5
13,28 4 0,7
15,96 5 0,9
Se ajusta la ecuación F = 1 – exp[ - VE(Ϭ/Ϭ0)m] a los valores de Ϭ
y F de la tabla. Esto significa encontrar los valores de VE, Ϭ0y m que
hacen que al sustituir Ϭ en la ecuación, se obtenga el valor
correspondiente a F.
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El ajuste se hace así:
F = 1 – exp[ - VE(Ϭ/Ϭ0)m]
xp [ - VE(Ϭ/Ϭ0)m] = 1 – F, aplicando logaritmo natural
- VE(Ϭ/Ϭ0)m = ln (1 – F)
VE(Ϭ/Ϭ0)m = - ln (1 – F)
ln ( VE(Ϭ/Ϭ0)m) = ln ( - ln (1 – F))
ln VE+ m ln(Ϭ/Ϭ0) = ln ( ln ( 1__ )) 1 - F ln VE+ m ln Ϭ - m ln Ϭ0 = ln ( ln ( 1__ )) 1 – F ln VE- m ln Ϭ0+ m ln Ϭ = ln ( ln ( 1__ )) 1 – F
b + m x = y
y = b + m x Ecuación de Weibull
b = ln VE- m ln Ϭ0
x = ln Ϭ
y = ln( ln ( 1__ )) 1 – F
Tabla Nº 26. Probabilidad de fractura. Método de Weibull
Ϭ (Kg/cm2) F y x
7,58 0,1 -2,25 2,03
9,21 0,3 -1,03 2,22
11,28 0,5 -0,37 2,42
13,28 0,7 0,19 2,59
15,96 0,9 0,83 2,77
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El módulo de Weibull “m” da una idea de la homogeneidad de los valores
de esfuerzo de fractura obtenidos de las muestras. Entre más grande es
el valor de “m”, más homogéneos son los datos de fractura.
“Ϭ0” es una especie de “valor promedio” para las muestras. Se define
como el valor del esfuerzo que produce una probabilidad de fractura de
0,6321 y se utiliza para comparar si una distribución de valores de
esfuerzo es mayor o menor que otra.
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59
CAPÍTULO III
RESULTADOS Y
DISCUSIÓN DE
RESULTADOS
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En este capítulo se comentan los datos obtenidos en los ensayos de
laboratorio en relación con las normas técnicas vigentes.
3.1 De la materia prima
Para determinar las características de la tierra de chacra dulce, se
realizó la distribución granulométrica del suelo, obteniéndose como
resultado: de arenas (69%) y de limos y arcillas (31%). De acuerdo
a la tabla N° 6, nos indica que estos valores están entre los valores
recomendados por anteriores investigaciones. Además, de acuerdo
a la NTP 400.037:1999, la distribución granulométrica que presente
la materia prima establece su afinidad con el agua, la contracción de
secado, la trabajabilidad, la resistencia mecánica y la porosidad de
la pasta. Como la arena estaba cerca de su valor mínimo aceptable,
para la investigación se decidió incrementar en un 6% su contenido.
Figura Nº 24: Características del suelos extraído.
Al plantearse una alternativa a la construcción sostenible, no se
puede hacer uso del suelo agrícola sin antes obtener los permisos
correspondientes dentro del marco político y normativo del país. El
suelo que se utilizó en el estudio experimental fue tomado de una de
las canteras más solicitadas por los constructores de Trujillo que es
la cantera “5 G” ubicada en el Distrito de Huanchaco, Centro Poblado
de El Porvenir, cantera formal.
31%
69%
Porcentaje del suelo extraído
Arcilla y limo Arena
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Para la elaboración del diseño de mezcla (cemento, suelo, arena
fina) (1: 5: 0,5) el factor del material cemento se considera importante
ya que este nos brinda la resistencia de las unidades.
El tipo de cemento utilizado fue el tipo I, que por ser de uso general
es el más utilizado, no requiere de propiedades específicas y es de
menor costo, debido a que el uso de esta unidad de albañilería se
proyecta a niveles socio-económicos de medio a bajo. Identificando
al cemento como un factor clave, podemos entender como relación
directa al cemento a la resistencia, de manera que el porcentaje del
mismo podría variar y generar nuevos resultados. Conforme los
antecedentes de investigación, donde después de analizar con
varias proporciones se presenta los datos para el cálculo aproximado
de consumo de materiales por m3 de suelo-cemento prensado,
considerando los parámetros del suelo y el cemento obteniendo
resultados aceptables y recomendados. En esta investigación se
decidió utilizar el 20% en peso de cemento y así obtuvimos grados
más confiables y de buena resistencia.
3.2 Ensayos Físicos y Mecánicos
3.2.1 A la unidad de albañilería
Resistencia a la compresión
El ensayo a la resistencia a la compresión (f’b) se desarrolló en base
NTP 339.613 y NTP 339.604, y al comparar los resultados obtenidos
en el laboratorio según la Tabla N° 8, Tabla N° 9 y Tabla N°10 con
la norma E – 070 [Sencico, 2004] y con la norma de albañilería
ININVI (1982) vigente, resultados que nos demuestran que sería
confiable utilizar estas unidades de albañilería en cuanto que la
resistencia a la compresión resulta de 72,22 Kg/cm2 que
comparándolo con un ladrillo artesanal e industrial.
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Figura Nº 25. Comparación estadística de resultados.
Según estas precisiones para que una unidad sea aceptada la
dispersión de sus resultados no debe superar el 40% (unidades
producidas artesanalmente), requisito que cumplimos en todos
nuestros ensayos.
Los resultados obtenidos clasifican a la unidad de albañilería suelo-
cemento como un ladrillo II, según la Tabla N° 27.
Tabla Nº 27. Clases de unidades de albañilería E - 070.
CLASE
VARIACIÓN DE LA DIMENSIÓN
(máxima en porcentaje)
ALABEO
(máximo en mm)
RESISTENCIA A LA
COMPRESIÓN
f’b mínimo sobre área
bruta (Kg/cm2)
Hasta
100 mm
Hasta
150 mm
Más de
150 mm
Ladrillo I ± 8 ± 6 ± 4 10 50
Ladrillo II ± 7 ± 6 ± 4 8 70
Ladrillo III ± 5 ± 4 ± 3 6 95
Ladrillo IV ± 4 ± 3 ± 2 4 130
Ladrillo V ± 3 ± 2 ± 1 2 180
Bloque P ± 4 ± 3 ± 2 4 50
Bloque NP ± 7 ± 6 ± 4 8 20
72.68 72.72 71.94 73.16 73.4
0
20
40
60
80
100
1 2 3 4 5
Re
sist
en
cia
a la
co
mp
resi
ón
(Kg/
cm2
)
Probeta
Ensayo de compresión Unidades Suelo Cemento
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Variación dimensional
En la Tabla N° 28 se resume los resultados de la variabilidad
dimensional y se compara con la clasificación del proyecto de norma
E-070 [SENCICO, 2004]. La tabla muestra que la unidad de
albañilería clasifica en un TIPO V.
Tabla Nº 28. Comparación de la variación dimensional
VARIACIÓN DIMENSIONAL Clasificación
de la norma Und. L(mm) L (%) A(mm) A (%) H(mm) H (%)
MR 229,29 0,032 129,26 0,065 75,235 0,079 TIPO V
El ensayo de variación dimensional determinó el espesor de las
juntas de la albañilería. Se debe mencionar que por cada incremento
de 3 mm en el espesor de las juntas horizontales, adicionales al
mínimo requerido de 10 mm, la resistencia a compresión y al corte
de la albañilería disminuye en 15% aproximadamente [San
Bartolomé, 1998]. Según la norma E-070, el espesor de las juntas
horizontales debe ser 4 mm más dos veces la desviación estándar
de la altura de la unidad.
Tabla Nº 29. Espesor de la junta horizontal
Und. Desviación Estándar (mm)
Junta calculada 4mm + 2 δ
MR 0,06 4,12
De las Tablas N° 28 y 29; se deduce que, las unidades no tendrán
una reducción significa de la resistencia, siempre y cuando se
cumpla con el requerimiento mínimo de 10 mm de junta horizontal y
como máximo de 15 mm [San Bartolomé, 1998]. Asimismo, el alabeo
(ver Tabla N° 14) también determina esta característica; puede
disminuir la adherencia con el mortero al formarse vacíos como
especie de cangrejeras en las zonas más alabeadas; o incluso
puede producir fallas de tracción por flexión en la unidad.
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Absorción
Esta prueba se realizó cumpliendo con la NTP 399.613.
Las unidades de albañilería pasaron la prueba de absorción ya que
el porcentaje obtenido fue de 11,52% y es menor al establecido por
la norma E-070 (22%). De esta manera, no será necesario proteger
a los muros del agua.
3.2.2 A la albañilería simple
Módulo de elasticidad
Según el Ing. Héctor Gallegos, en su Libro “Albañilería Estructural”
(1989), el módulo de elasticidad debe estar entre 400·f´m a
1000·f´m.
Ensayo de Pilas a Compresión Axial
En la figura 26 se muestra la resistencia a la compresión axial
obtenida por cada una de las unidades utilizadas en el ensayo para
pilas de tres hileras.
En la compresión axial de tres hileras se observa que la diferencia
obtenida entre la menor y más alta resistencia fue 7,51 kg/cm2.
La resistencia promedio final a compresión axial fue de 37,23 kg/cm2
(La dispersión promedio de resultados de 7,41%), este dato es
menor que las resistencias individuales de la pilas, ya que se
encuentra rectificado por el factor de corrección que indica el RNE
E-070 (0,73 para una esbeltez de 2,0).
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Figura Nº 26. Gráfico de ensayo de compresión axial - pilas
Ensayo de Compresión Diagonal en Muretes
En la figura 27 se muestra la resistencia a la compresión diagonal
obtenida por cada una de los muretes utilizados en el ensayo.
Se observa que la diferencia obtenida entre la menor y más alta
resistencia fue de 0,21 kg/cm2.
La resistencia promedio final a compresión fue de 5,0 kg/cm2 con
una dispersión de resultados de 2,96%.
1 2 3 4 5
Resistencia a lacompresión
55.97 58.67 52.71 51.58 60.22
Promedio 37.23 37.23 37.23 37.23 37.23
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
Re
sist
en
cia
a la
Co
mp
resi
ón
(kg/
cm2
)
Ensayo de Compresión Axial - Pilas (3 Hileras )
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Figura Nº 27. Gráfico de ensayo de compresión diagonal – muretes
Con respecto al análisis de los resultados en los ensayos de pilas,
debe indicarse que las construidas de dos hileras presentaron una
esbeltez promedio de 1,28. Puesto que la misma no se encuentra
en el rango comprendido de acuerdo a la Norma E - 070 (Esbeltez 2
- 5), optamos por despreciar dichos datos por reflejar resultados
incongruentes. En la compresión axial de tres hileras se obtuvo la
resistencia promedio final a de 37,23 kg/cm2, la cual supera
ligeramente en 6,38% a la resistencia mínima exigida para ladrillos
de arcilla King Kong artesanales (35 kg/cm2).
Comparación de resultados de f´m – Em
Se ha visto conveniente, representar los resultados en forma visual,
mediante figuras ilustrativas. La Figura Nº 28, muestra los resultados
de la relación f´m – Em, de los ensayos realizados. El límite inferior,
representa una relación E=300·f´m; el límite superior, representa una
relación E=1000·f´m; finalmente, la indicación de la norma E-070, se
representa por la relación de E=500·f´m. Esta figura, muestra la gran
dispersión de resultados, pero así también, muestra que los valores
se encuentran dentro de un promedio cercano al de la Norma.
1 2
V’m (kg/cm2) 5.26 5.05
Promedio 5.00 5.00
4.85
4.9
4.95
5
5.05
5.1
5.15
5.2
5.25
5.3
Re
sist
en
cia
a la
Co
mp
resi
ón
(kg/
cm2
)
Ensayo de Compresión Diagonal - Muretes
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Figura Nº 28: Relación f’m - Em
3.3 Resistencia a la fractura
A través de la discusión de resultados se establecerán
conclusiones válidas con un margen de error conocido para las
propiedades físicas y mecánicas ensayadas a la unidad de
albañilería, objeto del estudio para obtener eso se utilizó el
programa POLYMATH 6.10, un sistema probado de cálculo que
se ha creado específicamente para uso profesional.
Los programas Polymath diferentes permiten al usuario aplicar
técnicas eficaces de análisis numérico en la solución de
problemas de forma interactiva en los ordenadores personales.
Los resultados se presentan gráficamente para una fácil
comprensión y de incorporación a los documentos e informes.
La ecuación de Weibull es el de una recta
y = b + m x
-2000
0
2000
4000
6000
8000
-20 0 20 40 60 80 100 120
Mó
du
lo d
e e
last
icid
ad
Resistencia a la compresión (f'm)
Relación de f'm - Em
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Figura Nº 29. Gráfico de Weibull
De la tabla 26
Utilizando mínimos cuadrados, se ajustan los valores X e Y a la
línea recta
y = 3,62 x – 6,15 r = 0,95
M = 3,62 Módulo de Weibull
b = - 6,15 = ln VE- m ln Ϭ0
Se sabe que:
ln ( ln ( 1__ )) = ln VE- m ln Ϭ0+ m ln Ϭ 1 – F
ln ( ln ( 1__ )) = - 6,15+ 3,62 ln Ϭ
1 – F
Cuando Ϭ = Ϭ0 F = 0,6321
Ϭ (Kg/cm2) F y x
7,58 0,1 -2,25 2,03
9,21 0,3 -1,03 2,22
11,28 0,5 -0,37 2,42
13,28 0,7 0,19 2,59
15,96 0,9 0,83 2,77
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Al sustituir se tiene que:
ln ( ln ( 1__ )) = 0 1 – F
Por tanto:
0 = - 6,15+ 3,62 ln Ϭ
Ϭ0= 5,47 Esfuerzo característico
Además:
o 6,15 = ln VE - m ln Ϭ0
o 6,15 = ln VE –(3,62)ln(5,47)
VE= 1,01 Volumen Efectivo
La ecuación de Weibull es entonces:
F = 1 – exp [ - 1,01 ( Ϭ__)3,62] 5,47
Tabla Nº 30. Factor de Weibull
Ϭ (Kg/cm2) F
(EXPERIMENTAL)
F
(WEIBULL)
7,58 0,1 0,12
9,21 0,3 0,24
11,28 0,5 0,47
13,28 0,7 0,71
15,96 0,9 0,92
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Figura Nº 30. Resultados del Polymath
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Según Bonett (2003), la resistencia a la tracción uniaxial de las
unidades de mampostería ftb, se puede obtener en función de la
resistencia a la compresión f´cb. No obstante, estas expresiones
son bastante sensibles a la técnica de ensayo empleada. La
siguiente ecuación, presenta una relación frecuentemente
utilizada:
ftb = c· f ´cb
La constante c, toma valores de acuerdo al tipo de ensayo, a
continuación, se muestra los valores recomendados [Bonett,
2003]:
c = 0.28, para un ensayo de tensión uniforme.
c = 0.34, para un ensayo de tensión indirecta.
c = 0.69, para un ensayo de flexión.
Los valores obtenidos en los ensayos son mayores que los
obtenidos con la ecuación antes indicada. Los valores tabulados
según la ecuación descrita por Bonett (2003), parecieran algo
más razonables, por la razón de que, cuando un prisma de
albañilería es sometido a una carga de compresión la primera
falla ocurre al rajarse verticalmente los ladrillos, como
consecuencia de la tracción lateral. Pero, como se puede notar la
resistencia en compresión de la unidad es relativamente baja
(además de estar ligada a la resistencia a compresión de pilas),
no pudiendo tener una resistencia en tracción alta.
Esto también es corroborado por la siguiente Tabla para valores
mínimos, Norma ITINTEC 331.017 (1978).
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Tabla Nº 31. Valores mínimos de módulos de ruptura.
TIPO DE LADRILLO MÓDULO DE RUPTURA(kg/cm2)
Ladrillo I 6.12
Ladrillo II 7.14
Ladrillo III 8.16
Ladrillo IV 9.18
Ladrillo V 10.20
En la Tabla N° 32, se muestra la clasificación de acuerdo a la
norma ITINTEC 331.017 (1978), con los resultados obtenidos en
el laboratorio y con lo calculado con la ecuación de base, descrita
en el estudio hecho por Bonett (2003).
Tabla Nº 32. Clasificación y comparación de las unidades.
Módulo de ruptura Clasificación Según
resultados ensayos
Clasificación Según
formula de ftb -
Bonett
Und Resultados según ensayos ftb
(kg/cm2)
Resultados según fórmula de ftb – Bonett
(kg/cm2)
MR 7,24 3,84 Tipo II NO CLASIFICA
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CAPÍTULO IV
CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
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4.1 Conclusiones
1. Con el diseño de mezcla empleado, cemento : suelo : arena (1 : 5 :
0,5) se logró unidades de albañilería con una resistencia a
compresión 72,22 kg/cm2, mayor en 22,22% a la resistencia mínima
exigida por la norma E - 070 (50 kg/cm2) para ladrillos tipo I industrial.
2. Con respecto al ensayo de las pilas, la resistencia a compresión axial,
corregida por esbeltez fue f’m = 55,83 kg/cm2, la misma que supera
en 6,38% a la resistencia mínima exigida para ladrillos de arcilla King
Kong artesanales (35 kg/cm2).
3. El peso de cada unidad de albañilería fue aproximadamente de 4,80
kg, con variación de sus dimensiones y alabeo mínimos. Las
unidades tienen mínima absorción (11%) en consecuencia no es
necesaria protegerlas del agua.
4. La textura y el color obtenido de la unidad es favorable si queremos
considerarlo como un tipo de acabado rústico, a nivel de
arquitectura.
5. Se pudo comprobar que el suelo presentó características aceptables
para ser utilizado como material en la elaboración de la unidad de la
albañilería. Se generó una mejora en la calidad frente a los
tradicionales ladrillos de arcilla cocidos. El concepto de calidad es
tomado como parte de un conjunto de atributos como el
dimensionamiento, absorción, resistencia a la compresión,
resistencia a la compresión axial en pilas de ladrillos, resistencia a la
compresión diagonal de muretes de ladrillos.
6. No se registraron fisuras por contracción de secado como parte del
proceso de elaboración de la unidad de albañilería y el rendimiento
observado fue de una (1) unidad cada cuatro minutos
aproximadamente.
7. En cuanto a la fractura de la unidad, después de analizarlo por
Polymath, podemos concluir que como el coeficiente de correlación
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se aproxima a 1 (0,990154) y la varianza tiende a 0 (0,0009846); los
datos son confiables de análisis.
4.2 Recomendaciones 1. Es importante que la extracción del suelo sea de canteras formales.
2. Variar el diseño de mezcla, teniendo en cuenta los resultados
obtenidos.
3. En el proceso de construcción de la maquina CINVA RAM, verificar
que sea realizada por personal calificado y con la más alta calidad
en los materiales, con el fin de evitar futuros problemas ya que será
sometida a grandes presiones durante su uso.
4. Realizar una investigación utilizando pilas mayores a 3 hileras, de
esta forma obtener mayor número de datos y poder verificar nuestra
resistencia calculada.
5. Los ensayos deben realizarse en laboratorios equipados con
instrumentos y maquinas adecuados y calibrados. De esta manera
obtener datos más confiables y verídicos.
6. Efectuar un análisis de costos, analizando en qué medida los ladrillos
suelo-cemento son más económicos que los ladrillos artesanales.
7. Se recomienda como línea de investigación realizar ensayos en
muros con cargas laterales sísmicas y realizar ensayos sísmicos de
módulos.
8. Además, se deberá tener en cuenta lo siguiente:
- Cemento Tipo I: Para el control de recepción, suministro y
almacenamiento se debe verificar que el material cumpla con NTP
399.009 – INDECOPI para comprobar su óptima calidad y
durabilidad.
- Arena y Tierra de chacra: Para la recepción, suministro
yalmacenamiento se debe verificar que cumpla NTP 339.146 –
INDECOPI para comprobar su óptima calidad y durabilidad.
- Para Agregados NTP 400.037 y el Agua para el Fraguado NTP
339.088.
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CAPÍTULO V
BIBLIOGRAFÍA
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ANEXOS
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Informes de Ensayos Preliminares al Suelo Extraído
A través de estos ensayos pudimos determinar datos que nos brindaron
información relevante acerca del tipo de suelo que estamos empleando
en esta investigación.
a. Ensayo de granulometría por tamizado (húmedo y seco)
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b. Contenido de humedad
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c. Límite líquido y límite plástico
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d. Gravedad específica
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