INSTITUTO POLITECNICO NACIONALtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/8292/1/ESTEFECFIB.pdf · TESIS DE MAESTRIA JOSÉ LUIS MONTES BERNABÉ iv AGRADECIMIENTOS Al Instituto Politécnico

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIÓN PARA EL DESARROLLO INTEGRAL REGIONAL UNIDAD

OAXACA

MAESTRÍA EN CIENCIAS EN CONSERVACIÓN Y APROVECHAMIENTO DE RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA

“ESTUDIO DEL EFECTO DE LA FIBRA DE BAGAZO DE Agave angustifolia Haw EN LA

RESISTENCIA A FLEXIÓN Y COMPRESIÓN DEL ADOBE COMPACTADO”

PRESENTA:

JOSÉ LUIS MONTES BERNABÉ

TESIS DE MAESTRÍA

PARA OBTENER EL GRADO DE:

MAESTRO EN CIENCIAS

DIRIGIDA POR:

DR. MAGDALENO CABALLERO CABALLERO

DICIEMBRE 2009.

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AGRADECIMIENTOS

Al Instituto Politécnico Nacional por haberme brindado las facilidades para la elaboración de mi tesis “Estudio del efecto de la fibra de bagazo de Agave angustifolia Haw en la resistencia a flexión y compresión del adobe compactado”. Al honorable comité tutorial y jurado integrado por: Dr. Magdaleno Caballero Caballero, Dr. Salvador Isidro Belmonte Jimenez, Dr. Juan Alejandro Vásquez Feijoo, Dr. Guillermo Manuel Urriolagoitia Calderón, Dr. Luis Héctor Hernández Gómez, Dr. Pedro Montes García y M.C. Rafael Alavéz Ramírez por las atenciones, consejos, sugerencias y recomendaciones para el mejoramiento de este trabajo. En especial al Dr. Magdaleno Caballero Caballero y al M. C. Luis Silva Santos por darme un espacio para realizar mis actividades académicas y la oportunidad de participar en sus proyectos de investigación. A M. C. Valentín Juventino Morales Domínguez y M. C. Margarito Ortiz Guzmán por sus consejos y la oportunidad de compartir sus conocimientos y experiencias. Al personal del CIIDIR-IPN Unidad Oaxaca: A Dr. Celerino Robles Pérez, M.C Lourdes Robles Martínez, M. C. Francisco Reyes López, Dr. Pastor Matadamas Ortiz, Ing. Cayetano Serrano Blanco, M. I. José Navarro Antonio; Ing. Vicente Ríos Olivera; M. C. Fidel Diego Nava, M. C. Rodolfo Martínez y Cárdenas; M. C. Betsabé Ortiz Alfaro, Lic. Alicia Rodríguez Varela, Sra. Guillermina Aquino; Hipólito Hernández Pérez; a todos los compañeros del personal docente y no docente del CIIDIR-Oaxaca, en general a todos mis compañeros de trabajo en el CIIDIR, A mis compañeros : Carlos Inocencio Cortes Martínez, Rey Fernando García Méndez, Luis Alberto Ríos Santos, Armando José José, Isai López Hernández y a todos mis compañeros por su amistad, paciencia, apoyo y comprensión que tuvieron conmigo en este caminar. También a los compañeros de servicio social y residencia profesional que de una u otra manera intervinieron en la realización de este trabajo.

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DEDICATORIAS

Este documento es dedicado a Dios, por concederme la vida y permanencia en este mundo. A mi esposa Marcela Cecilia A mis hijos; María Isabel y Luis Edgar A la memoria de mis padres; Vicente y Basilisa A la memoria de mis abuelos; Isabel, Domitilo, Crispina y Salvador A mis compañeros y amigos.

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RESUMEN

Este trabajo presenta un estudio para determinar las dimensiones y concentraciones de fibra

de bagazo de Agave angustifolia Haw que se le adiciona al suelo para fabricar adobe

compactado, con el objeto de incrementar su resistencia y cumplir con los requerimientos

de la norma N-CMT-2-01-001/02. El adobe compactado sin refuerzo tiene baja resistencia

a la flexión (0.56 MPa) y a la compresión (6.85 MPa). El bagazo de Agave angustifolia

Haw es un material residual del proceso de producción de mezcal que en la actualidad

no tiene uso, por lo que se ha propuesto usarlo como agregado para mejorar el

comportamiento del adobe compactado cuando es sometido a esfuerzos de flexión y

compresión.

Para determinar en el adobe el incremento de la resistencia, se realizaron pruebas con

adobes compactados hechos con suelo previamente seleccionado y caracterizado;

posteriormente a ese mismo suelo se incorporó la fibra con longitudes de 10, 15, 20 y 25

mm, en una proporción de 0.25, 0.50, 0.75 y 1 % del peso del adobe, manteniendo

constante el porcentaje de humedad. Los valores muestran que con la incorporación de fibra

al adobe compactado en una concentración de 1% y con longitud de 25 mm, se incrementó

la resistencia a la compresión en 24.12 % con un valor de 8.51 MPa. En la resistencia a la

flexión hubo un incremento de 7.86 % con respecto al adobe compactado sin fibra con un

valor de 0.60 MPa al incorporarle fibra con una concentración de 0.75% y longitud de 25

mm.

Palabras clave: Agave angustifolia Haw, fibra, bagazo, resistencia a flexión y a compresión.

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ABSTRACT

This work is a study that presents the procedure to determine lengths and concentrations of

fiber of Agave bagasse in the sun-dried brick for the purpose of incrementing its strength,

satisfying requirements of standard N-CMT- 2-01-001/02. The compacted sun-dried brick

without reinforcement has low bending strength ( 0.56 MPa ) and compressive strength (

6.85 MPa ). The agave bagasse is mezcal's residual material of the process of production

that as of the present moment does not have an use, proposing to use like aggregate its

behavior of the sun-dried brick for the better.

Tests with compacted sun-dried bricks made with ground previously selected and

characterized came true in order to determine in the sun-dried brick the increment of

strength, at a later time the fiber with lengths of 10, 15, 20 and 25 mm, in 0.25, 0,50, 0.75

and 1 %'s proportion of weight the sun-dried brick weight, was incorporated to that same

ground, holding the percentage of humidity constantly. The values show that with the

incorporation of the fiber to the compacted sun-dried brick in 1% proportion of weight and

25 mm length, there was increment in the resistance to compressive strength in a 24.12 %

with 8.51 MPa. In the bending strength there was 7.86 % increment regarding the sun-

dried brick without fiber, with 0.60 MPa. Values, With 0.75% proportion of weight and 25

mm length.

Key words: Agave angustifolia Haw, fiber, bagasse, compressive and bending strength

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CONTENIDO

Resumen ----------------------------------------------------------------------------------------vi Abstract---------------------------------------------------------------------------------------- vii Lista de figuras ---------------------------------------------------------------------------------xi Lista de tablas---------------------------------------------------------------------------------- xii Simbología ------------------------------------------------------------------------------------ xiii Introducción --------------------------------------------------------------------------------- xiv Planteamiento del problema -------------------------------------------------------------- xvi Antecedentes---------------------------------------------------------------------------------xviii Justificación---------------------------------------------------------------------------------- xxi Objetivos--------------------------------------------------------------------------------------xxii Hipótesis -------------------------------------------------------------------------------------xxiii CAPÍTULO I. Generalidades ---------------------------------------------------------------1 1.1. El adobe---------------------------------------------------------------------------------2 1.1.2.1 adobe semiestabilizado --------------------------------------------------------4 1.2. Fibra -------------------------------------------------------------------------------------5 1.2.2. Fibras vegetales -----------------------------------------------------------------5 1.2.3. Fibras naturales minerales -----------------------------------------------------7 1.3. Resistencia a la flexión --------------------------------------------------------------8 1.4. Resistencia a compresión ------------------------------------------------------------9 1.5. Materiales compuestos ------------------------------------------------------------ 10 1.5.1. Compuestos -------------------------------------------------------------------- 10 1.5.2. Estructura ----------------------------------------------------------------------- 10 1.5.3. Clasificación ------------------------------------------------------------------- 11 CAPÍTULO II. Marco teórico------------------------------------------------------------- 13 2.1. Estabilización de suelos------------------------------------------------------------- 14 2.1.1. Estabilización por compactación --------------------------------------------- 14 2.1.2 Contenido de agua de los suelos ---------------------------------------------- 15 2.1.3. Estabilización por fibras ------------------------------------------------------- 15 2.1.4. Estabilización química -------------------------------------------------------- 16 2.1.5. Estabilización química con cemento ---------------------------------------- 16 2.1.6. Estabilización química con cal ---------------------------------------------- 17 2.2. Pruebas para caracterización del suelo ------------------------------------------ 17 2.2.1. Secado parcial ----------------------------------------------------------------- 17 2.2.1.1 Procedimiento -------------------------------------------------------------- 18 2.2.2 Disgregación -------------------------------------------------------------------- 18 2.2.2.1 Procedimiento -------------------------------------------------------------- 19 2.2.3. Cuarteo de muestras ---------------------------------------------------------- 20 2.2.3.1 Procedimiento -------------------------------------------------------------- 20 2.2.4. Peso volumétrico suelto-------------------------------------------------------- 21 2.2.4.1 Procedimiento ---------------------------------------------------------------22 2.2.5. Granulometría ------------------------------------------------------------------- 23

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2.2.5.1 Procedimiento --------------------------------------------------------25 2.2.6. Límites de consistencia -------------------------------------------------------- 29 2.2.6.1. Calibración del equipo---------------------------------------------------- 31 2.2.7 Límite líquido ------------------------------------------------------------------ 32 2.2.7.1 Equipo y materiales-------------------------------------------------------- 32 2.2.7.2 Procedimiento -------------------------------------------------------- ---- -32 2.2.8. Límite plástico ------------------------------------------------------------------ 35 2.2.8.1 Equipo y materiales ---- ---------------------------------------------------35 2.2.8.2 Procedimiento ---------------------------------------------------------------35 2.3 Prueba aashto---------------------------------------------------------------------- ----36 2.4. Métodos para caracterizar las fibras----------------------------------------------- 37 2.4.1. Evaluación del área de la sección transversal ----------------------------- 38 2.4.2. Prueba de tensión de la fibra ------------------------------------------------ 39 2.4.3 Densidad de fibras-------------------------------------------------------------- 39 2.4.4 Características y pruebas de resistencia de los materiales ----------------- 39 2.5. Métodos para evaluar las propiedades del material compuesto---------------- 44 2.5.1. Resistencia a la flexión--------------------------------------------------------- 44 2.5.2. Resistencia a compresión axial ----------------------------------------------- 45 2.6 Materiales compuestos reforzados con fibra -------------------------------------- 47 2.6.1 Influencia de la longitud de la fibra ------------------------------------------- 47 2.6.2 Influencia en la orientación y concentración de la fibra ------------------- 49 2.6.3 Materiales compuestos con fibras continuas y alineadas------------------- 50 2.6.3.1 Resistencia longitudinal a la tracción---------------------------------- - 52 2.6.3.2 Resistencia transversal a la tracción---------------------------------------53 2.6.4 Materiales compuestos con fibras discontinuas y alineadas-----------------53 2.6.5 Materiales compuestos con fibras discontinuas y alineadas al azar------- 54 2.7 Productos de arcillas ----------------------------------------------------------------- 57 CAPÍTULO III. Desarrollo experimental ---------------------------------------------- 58 3.1. Metodología -------------------------------------------------------------------------- 59 3.2. Desarrollo metodológico del proyecto -------------------------------------------- 60 3.2.1. Ubicación del banco de material --------------------------------------------- 60 3.2.2. Muestreo del suelo-------------------------------------------------------------- 60 3.2.3. Preparación de las muestras -------------------------------------------------- 61 3.2.3.1 Secado parcial ------------------------------------------------------------ 61 3.2.3.2 Disgregado------------------------------------------------------------------ 61 3.2.3.3. Cuarteo --------------------------------------------------------------------- 62 3.2.3.4. Peso volumétrico suelto-------------------------------------------------- 62 3.2.4. Análisis granulométrico ------------------------------------------------------- 63 3.2.4.1 Características del material del banco -------------------------------------- 63 3.2.5. Determinación de límites de consistencia ---------------------------------- 66 3.2.5.1 Características del agua --------------------------------------------------- 66 3.2.6. Pruebas para mampostería----------------------------------------------------- 67 3.2.6.1. Prueba de flexión --------------------------------------------------------- 67 3.2.7. Resistencia a la compresión axial -------------------------------------------- 67 3.2.8. Obtención y preparación de la fibra de bagazo de agave ----------------- 68

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3.2.8.1. Preparación de la fibra (NMX-AA-015-1985) residuos sólido municipales - muestreo – método de cuarteo 68 3.2.9. Determinación de la humedad optima del suelo 71 3.2.10. Prueba de flexión de adobe compactado-------------------------------- 72 3.2.11. Prueba a compresión ------------------------------------------------------ 72 3.2.12 Adobes con fibra de bagazo de agave- ---------------------------------- 73 3.3. Diseño experimental----------------------------------------------------------------- 74 3.3.1. Diseño factorial de dos factores y cuatro niveles --------------------------- 74 3.4 Caracterización de los materiales--------------------------------------------------- 76 3.4.1 Granulometría------------------------------------------------------------------- -76 3.4.2 Prueba AASHTO estándar ----------------------------------------------------- 77 3.4.3 Resistencia de las fibras -------------------------------------------------------- 78 3.4.3.1 En función del diámetro ---------------------------------------------------78 3.4.3.2 En función de la longitud--------------------------------------------------78 3.5 Resistencia a flexión y a compresión del adobe sin refuerzo ------------------ 79 3.5.1 Determinación de humedad óptima ------------------------------------------- 79 3.5.2 Resistencia a flexión y compresión del adobe con refuerzo de fibras ---- 80 CAPÍTULO IV. Resultados---------------------------------------------------------------- 83 4.1 Análisis estadístico ----------------------------------------------------------------------- 86 4.2 Resistencia a flexión de adobe compactado reforzado con fibra------------------- 88 4.3 Resistencia a compresión de adobe compactado reforzado con fibra ------------- 94 Discusión --------------------------------------------------------------------------------------- 99 Conclusiones----------------------------------------------------------------------------------100 Recomendaciones ----------------------------------------------------------------------------101 Referencias bibliográficas-------------------------------------------------------------------102 Anexo------------------------------------------------------------------------------------------104

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LISTA DE FIGURAS Figura 1. Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra. -------------- 48 Figura 2. Perfiles de esfuerzos-posición en un compuesto reforzado con fibras y esfuerzo a tracción. ---------------------------------------------------------- 49 Figura 3. Representación esquemática de compuestos reforzados con fibras ------- 50 Figura 4. (a) Curvas de esfuerzo-deformación para materiales de fibra frágil y matriz dúctil. Se observan el esfuerzo y la deformación a la rotura en

ambos materiales. (b) Curva de esfuerzo de deformación en un material compuesto reforzado con fibra alineada, sometido a un esfuerzo uniaxial aplicado en la dirección de alineamiento----------- 51

Figura 5. Gráfico de la metodología ------------------------------------------------------ 59 Figura 6. Banco de material de Ánimas Trujano y agencia municipal de Cruz Blanca, Cuilapan------------------------------------------------------------ 60 Figura 7. Obtención de la muestra-------------------------------------------------------- 60 Figura 8. Secado al sol de la muestra de suelo------------------------------------------ 61 Figura 9. Cuarteo de suelo----------------------------------------------------------------- 62 Figura 10. Pesado de muestras de suelo para lavado ------------------------------------ 65 Figura 11. Cribado del suelo lavado por los tamices ------------------------------------ 65 Figura 12. Cuarteo de residuos sólidos municipales------------------------------------- 69 Figura 13. Cuarteo para la obtención de muestras de fibra ----------------------------- 69 Figura 14. Transporte en bolsas de la muestra de fibra --------------------------------- 69 Figura 15. Lavado de la fibra --------------------------------------------------------------- 70 Figura 16. Secado de la fibra --------------------------------------------------------------- 70 Figura 17. Prueba de flexión---------------------------------------------------------------- 72 Figura 18. Prueba a compresión------------------------------------------------------------ 72 Figura 19. Mezcla de suelo y fibras-------------------------------------------------------- 73 Figura 20. Curva granulométrica----------------------------------------------------------- 76 Figura 21. Determinación del peso específico seco máximo y % de humedad Óptima ------------------------------------------------------------------------ 77 Figura 22. Resistencia a flexión con diferentes contenidos de humedad ------------- 79 Figura 23. Resistencia a compresión con diferentes contenidos de humedad -------- 80 Figura 24. Gráfica de cajas, resistencia a flexión ---------------------------------------- 84 Figura 25. Gráfica de cajas, resistencia a compresión----------------------------------- 85 Figura 26. Prueba de normalidad, resistencia a flexión --------------------------------- 86 Figura 27. Prueba de normalidad, resistencia a compresión---------------------------- 87 Figura 28. Gráfica de resistencia a flexión series: concentraciones ------------------- 91 Figura 29. Gráfica de resistencia a flexión, series: longitudes ------------------------- 92 Figura 30 LSD y prueba de medias para el factor longitud----------------------------- 93 Figura 31. Gráfica de resistencia a compresión, series: concentraciones ------------- 96 Figura 32 Gráfica de resistencia a compresión, series: longitudes--------------------- 97 Figura 33. LSD y prueba de medias para el factor longitud ----------------------------- 98

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1.Características físicas para ladrillos y bloques cerámicos fabricados con máquina. --------------------------------------------------------------------------- 40 Tabla 2. Características de algunos materiales de mampostería ------------------------ 41 Tabla 3. Especificaciones para ladrillos y bloques de barro arcilla--------------------- 42 Tabla 4. Requisitos físicos de los ladrillos de arcilla hechos a mano------------------- 43 Tabla 5. Propiedades del policarbonato sin refuerzos y reforzado con fibras de vidrio orientadas al azar --------------------------------------------------------- 55 Tabla 6. Eficiencia del refuerzo de materiales compuestos reforzados con fibras orientadas en varias direcciones y esfuerzos aplicados en varias direcciones------------------------------------------------------------------------- 56 Tabla 7. Dieciséis tratamientos, concentración de fibras y longitud de fibras -------- 74 Tabla 8. Propiedades de la fibra en función del diámetro. ------------------------------- 78 Tabla 9. Propiedades de la fibra en función de la longitud ------------------------------ 79 Tabla 10. Resultados de resistencia a flexión del adobe compactado reforzado con fibras en MPa.---------------------------------------------------------------- 81 Tabla 11. Resultados de resistencia a compresión del adobe compactado reforzado con fibra en MPa.----------------------------------------------------- 82 Tabla 12. Análisis de varianza (ANOVA) para resistencia a flexión de adobe compactado------------------------------------------------------------------------ 89 Tabla 13. Análisis por tratamientos, resistencia a flexión ------------------------------- 90 Tabla 14. Análisis de medias del factor longitud ----------------------------------------- 93 Tabla 15 Análisis de varianza (ANOVA) para resistencia a flexión de adobe compactado------------------------------------------------------------------------ 94 Tabla 16. Análisis por tratamientos, resistencia a compresión -------------------------- 95 Tabla 17. Análisis de medias del factor longitud ----------------------------------------- 98

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Simbología

H2SO4 Ácido sulfúrico NaOH Hidróxido de sodio RF γ Peso específico y/o volumétrico del material seco y suelto

(Kg./m3). Wγm Peso del recipiente + material (Kg.) Wγ Peso del recipiente (Kg.) Wm Peso del material (Kg.) V Es el volumen del recipiente o del material contenido en el

mismo, en metros cúbicos %W Contenido de agua remanente en el material. Wms Peso de la muestra representativa del material seco (gr.). Wfg Fracción retenida por la malla No. 4.75 al no tomarse en

cuenta la humedad. Wff Fracción que pasa la malla No. 4 de la muestra seca. Wm1 Peso de la fracción retenida en la malla No. 4 de la muestra

original húmeda Wm2 Peso de la fracción que pasa la malla No. 4 de la muestra. KPa Kilo pascales. w Humedad en %. WH Peso de la muestra húmeda + peso de la tara (gr.). Ws Peso de la muestra seca + peso de la tara (gr.).

Wt Peso de la tara (g).

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INTRODUCCIÓN

El adobe es uno de los materiales más antiguos y ampliamente usado para la construcción

de viviendas tanto en ciudades como en zonas rurales (Degirmenci, 2007). Dicho material

presenta ventajas tales como: costo menor que el de los materiales industrializados, por sus

propiedades térmicas, reduce el consumo de energía para la climatización de la vivienda,

preserva el medio ambiente de la contaminación al no pasar por la fase de horneado,

además que los materiales de una construcción antigua pueden reciclarse o reintegrarse al

medio natural.

A pesar de estos beneficios, el adobe tiene algunas desventajas como propiedades

mecánicas bajas en comparación con el ladrillo cocido (Yetgin, y col. 2006), presenta un

comportamiento pobre cuando se somete a acciones sísmicas con baja resistencia a los

esfuerzos de flexión y compresión (Ortiz, 2006). Adicionalmente a estas desventajas el

adobe se deteriora por la absorción de humedad, la erosión, la contracción y el daño

mecánico; por lo que se recurre a la estabilización para modificarlo, con un conjunto de

procedimientos que mejoran las características para satisfacer las exigencias para su

utilización en una obra.

Para mejorar las características del suelo la compactación es una forma mecánica de

incrementar su resistencia. Otro método de estabilización es por armazón, adicionando

fibras vegetales al material. Las fibras vegetales son usadas para materiales compuestos

debido a su bajo costo, son renovables, tienen baja densidad y producen reducida irritación

de piel y vías respiratorias en su manejo (Boss y col., 2005). Las fibras vegetales proveen

rigidez y fuerza a los compuestos, son reciclables y a diferencia de las fibras como la de

vidrio no son quebradizas (Narendra y Yang, 2005).

El adobe compactado elaborado solo con suelo presenta insuficiente resistencia mecánica,

por lo que se propone como estabilizadores la compactación y la adición de fibras. Se han

usado diferentes fibras naturales como estabilizadores, tales como paja, coco, sisal

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(Prabacar y col., 2002) y fibras artificiales de plástico y poliestireno (Binici, 2004). En el

presente trabajo será utilizado como agente estabilizador la fibra del bagazo de agave

Angustifolia Haw obtenido del proceso de fabricación artesanal de mezcal. El adobe

compactado adicionado con fibra se probó su resistencia a la flexión y compresión.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Dentro de las técnicas más utilizadas con el uso de la tierra como material de construcción

se encuentran la tierra apisonada, adobe tradicional y adobe compactado (Jiménez y Cañas,

2005), otras técnicas son la construcción de muros de olote, casas de llantas rellenas de

tierra y también la construcción con bolsas de tierra (Chiras, 2002).

Disponibilidad, bajo costo y propiedades de aislamiento térmico le dan al adobe ventajas

sobre otros materiales de construcción en zonas áridas, pero son desventajas importantes la

baja resistencia a la compresión y alta absorción de humedad (Pineda y col., 2005).

El adobe compactado tiene una mayor resistencia mecánica comparada con el tradicional

(Juárez, 2004), pero no presenta alta resistencia mecánica como el concreto o el ladrillo

(Degirmenci, 2007). Para mejorar la durabilidad del adobe y su resistencia además de

disminuir su capacidad de absorción de agua, existen varios métodos de estabilización: con

cal, cemento, asfalto y con fibras (Yetgin, S. y col. 2006).

Al compactar el adobe se obtiene un material más resistente para el uso de la construcción,

alcanzando una resistencia a la compresión del orden de 3.17844 a 3.75723 Mpa y una

resistencia a la flexión entre 0.7259 y 0.8730 Mpa (Ortíz, 2006), sin embargo la norma

NMX-C-404(1997) establece valores de resistencia mínima a la compresión; para las piezas

de mampostería de 5.886 Mpa (60 Kg./cm2), y según la norma N-CMT-2-01-001/02: 20,

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12, 8 y 4 Mpa respectivamente para calidades A, B, C Y D de bloques macizos hechos con

maquina.

Existe una diferencia entre los valores de resistencia reportados del adobe compactado sin

ningún agente estabilizador y los valores requeridos de la norma para elementos

estructurales de mampostería, observándose baja resistencia mecánica de este elemento, por

lo que se propone como una alternativa de estabilización la adición de fibra de bagazo de

Agave Angustifolia Haw.

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ANTECEDENTES

Fibras naturales son usadas en la elaboración de compuestos debido a su bajo costo, baja

densidad y alta resistencia, proveen rigidez y resistencia a los compuestos, son fáciles de

reciclar y a diferencia de otras fibras como por ejemplo la fibra de vidrio no son

quebradizas. Compuestos son usados en automóviles, muebles, como aislantes térmicos y

paneles prefabricados para el ramo de la construcción (Narendra, 2005).

Los resultados de los experimentos muestran que cuando se incrementa el contenido de

fibras en el adobe disminuye la resistencia a la tensión pero aumenta la resistencia a la

compresión (Yetgin, 2006). Las fibras utilizadas fueron tallos de trigo que tienen una

sección circular y estructura hueca mostrando flexibilidad bajo la acción de cargas. Para

una mezcla normal de adobe el contenido de fibra debe ser aproximadamente de 0.50% con

respecto al peso. El estudio se realizo manejando proporciones de: 13-17 % de arcilla, 25%

de limo y 60% de arena, la longitud de la paja fue de 50 mm, con proporciones de fibra

desde 0.85 hasta 3.34% con respecto al peso del adobe. La tasa de agrietamiento se

incrementa si se incrementa el contenido de arcilla y de agua, al contrario la tasa de

agrietamiento disminuye si aumenta la concentración de fibra.

Las fibras proporcionan resistencia a la tensión y una mejor cohesión entre las capas de

barro. La resistencia a la compresión de adobes reforzados con fibra ha sido mayor que los

adobes convencionales, en las muestras que se han experimentado hay fibras en forma

longitudinal y transversal, estas fibras previenen las deformaciones que pudieran aparecer

en el adobe, de esta manera conservan su forma y ayudan a evitar la ruptura (Binici, 2004).

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La presencia de estas fibras aumenta la elasticidad. La distribución arbitraria de las fibras

aumenta la resistencia a la tensión y las propiedades de elasticidad del adobe mejoran. Se

han realizado pruebas de resistencia a la compresión de adobes hechos con arcilla, cemento,

piedra pómez, cal y yeso, haciendo diferentes series con varios tipos de fibras, usando

fibras de poliestireno, plástico y paja, así como también diferentes arreglos de la

disposición de las fibras en el adobe, obteniéndose tres grupos de especímenes. Los adobes

fueron sacados del molde y curados bajo costales de yute húmedos por una semana.

Enseguida fueron sometidos a pruebas de resistencia a la compresión después de 28, 72 y

96 días de haber sido hechos.

Los valores registrados de estas pruebas reportan que se logro una resistencia promedio de

6.5 MPa para fibra plásticas con un tiempo de 96 días, un valor promedio de 5.3 MPa para

el mismo tiempo con la fibra de paja, y un valor promedio de 4.2 MPa para la fibra de

poliestireno. Se observa que muestra mejor valor de resistencia el adobe adicionado con

fibra plástica, sin embargo la fibra natural muestra un valor intermedio de resistencia, por lo

que se considera un buen estabilizador del adobe compactado.

Se han realizado estudios de reforzamiento de suelo (Prabackar y col 2002), adicionándole

de manera aleatoria fibra de sisal, como material de refuerzo probando con cuatro

porcentajes diferentes de contenido de fibra, 0.25, 0.5, 0.75 y 1 % por peso de suelo y

cuatro longitudes diferentes de fibra, 10, 15, 20 y 25 mm. Cuando el suelo se incrementa la

dimensión y el contenido de fibra baja su densidad seca así como el contenido óptimo de

humedad, en este experimento el contenido de humedad óptimo estuvo en un rango entre

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16.0 y 19.2 %. El máximo rango encontrado de densidad fue de 1.775 a 698 g/cm3. La

resistencia al corte fue mejorada con la adición de fibra de sisal, el cual tuvo un incremento

no lineal con el incremento de la dimensión de la fibra hasta 20 mm, cuando se incremento

mas allá de 20 mm la longitud la resistencia se redujo, el incremento de la dimensión de la

fibra favorece que la unión entre el suelo y la fibra falle. El porcentaje de fibra también

influye en la resistencia al corte la cual mejora de forma no lineal con el incremento del

contenido de fibra hasta un 0.75%, si el contenido de fibra rebasa esta cantidad la

resistencia se reduce. En este caso los valores máximos de resistencia fueron obtenidos con

una dimensión de 20 mm y una concentración de 0.75%.

En pruebas de resistencia mecánica adobes tradicionales sin ningún tipo de aditivo, tienen

una resistencia a la compresión entre 2.4 MPa y 3.9 MPa, y una resistencia a la flexión

entre de 0.14 MPa y 0.31 MPa. La resistencia a la compresión de adobes compactados sin

estabilizante se reporta con valores de 3.17844 MPa (32.40 Kg/cm2) a 3.75723 MPa (38.30

Kg/cm2). Y una resistencia a la flexión con valores de 0.7259 MPa. (7.40 Kg/cm2) a

0.8730 MPa (8.90 Kg/cm2). (Ortiz, 2006).

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JUSTIFICACIÓN

La arquitectura tradicional recurre a la utilización de materia prima mineral o vegetal

tomada de la naturaleza, ya sea de manera directa o con algún grado de elaboración de

manera manual o con herramientas rudimentarias.

En la actualidad el 30% de la población del mundo habita en viviendas hechas con tierra, y

debido a la falta de recursos económicos y al crecimiento poblacional, este porcentaje no

disminuirá sino que seguirá en aumento.

Se recomienda la estabilización del material para lograr los requerimientos estructurales del

adobe de acuerdo a la norma de materiales para la construcción de mampostería,

obteniendo nuevas propiedades, mediante la compactación y el uso de fibras naturales o

aglomerados químicos como cemento, asfalto, cal y yeso.

En este trabajo se estudia el efecto de la fibra del bagazo de agave en el incremento de la

resistencia a la compresión y flexión del adobe compactado.

Por otra parte, existen estudios en cuanto a la estabilización del adobe compactado, pero

con componentes químicos y con otros tipos de fibras tanto naturales como artificiales no

existiendo estudios de estabilización con fibras de agave Angustifolia Haw.

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OBJETIVOS

Objetivo general

Evaluar la resistencia a compresión y a flexión del adobe compactado con la adición de

fibra de bagazo de Agave Angustifolia Haw al suelo en cuatro longitudes y cuatro

concentraciones distintas.

Objetivos específicos

Determinar e identificar las concentraciones de fibra en el adobe que incrementen la

resistencia a la compresión y flexión del adobe.

Determinar e identificar las dimensiones de la fibra que incrementen la resistencia a la

compresión y flexión del adobe.

Determinar la humedad óptima de la mezcla para obtener adobe compactado con la máxima

resistencia.

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HIPÓTESIS

La resistencia a flexión y a compresión del adobe compactado se incrementa cuando se

agregan al suelo fibras de bagazo de Agave Angustifolia Haw con longitudes de 10, 15 y 20

mm, a una concentración con respecto al peso de 0.25, 0.50, 0.75. para cada una de las

longitudes.

La resistencia a flexión y a compresión del adobe compactado es mejorada si se utilizan

fibras de bagazo de agave con dimensiones de 10, 15, 20 y 25 mm.


fibras de bagazo de agave con concentraciones de 0.25, 0.50, 0.75 y 1 %


fibras de bagazo de agave con una interacción entre la longitud y la concentración de la

fibra en el adobe.

TESIS DE MAESTRIA

JOSÉ LUIS MONTES BERNABÉ 1

CAPITULO I

GENERALIDADES

TESIS DE MAESTRIA


1.1 introducción

Las arcillas son un sedimento o depósito mineral que es plástico cuando se humedece y

consiste de un material granuloso muy fino, formado por partículas muy pequeñas cuyo

tamaño es inferior a 4 micras, se componen principalmente de silicatos de aluminio

hidratados. La arcilla es un material natural, abundante utilizado desde la antigüedad en

Mesopotamia en la llanura aluvial entre el Tigris y Éufrates en el año 6000 A de C, se

utilizaba para la construcción de viviendas al elaborar el adobe, un material abundante y de

fácil manejabilidad para la construcción. Sus usos provienen de Egipto y lejano Oriente

pasando por Europa a través de Grecia y Roma (Castro y col., 2007).

El adobe es un bloque elaborado artesanalmente de una mezcla a base de suelo con un

contenido balanceado de materiales finos (arcilla) y de materiales gruesos (arena), así como

material orgánico y agua, siendo secados preferentemente a la sombra. A este adobe lo

llamamos adobe simple. Si además se le añade un material estabilizante para hacerlo más

resistente a la humedad, entonces se obtiene adobe estabilizado. Una de las variables que

más influye en las propiedades del adobe es la relación arcilla / arena. Si no hay suficiente

arcilla la mezcla del suelo con el resto de los componentes, incluyendo el agua, no será

suficientemente fuerte como para lograr la consistencia necesaria que debe presentar el

adobe para soportar las acciones a las que estará sometido. Si por el contrario no hay

suficiente arena, el adobe se fisura por retracción durante el proceso de secado. La arcilla,

actúa como aglomerante manteniendo unida la masa, mientras que la arena sirve de

esqueleto interno de la masa, además de ser la que le da resistencia la dureza al adobe. Es

por esto que la combinación óptima entre ambos constituyentes influye en un mejor

comportamiento del adobe como material. El material orgánico tiene como función limitar

las variaciones que se producen en el adobe durante el proceso de retracción que ocurre en

la etapa de secado, es decir, evitar que el adobe se fisure durante esta etapa. Además, el

material orgánico le concede ligereza a la pieza, lo cual resulta muy ventajoso para su

manipulación, ya que debido a su gran tamaño estos adobes suelen ser muy pesados. Otras

funciones de las fibras son facilitar la aceleración del secado a través de un drenaje de la

humedad hacia el exterior por los canales de la fibra, aumentar la resistencia a la tracción

TESIS DE MAESTRIA


(éste es uno de los principales objetivos con que se utiliza la fibra) además de aumentar la

resistencia a la compresión. La mayoría de las fibras orgánicas cuentan con una desventaja,

y es que deben ser picadas en trozos pequeños para poder ser mezcladas en la masa de

adobe.

Las características principales del adobe es que se elaboran con un material barato,

abundante, reciclable, térmico e ideal para zonas áridas, aislante acústico, no es flamable.

Hasta hace poco todavía se utilizaba en la costa Peruana.

Se han definido dos tipos de suelos apropiados para la elaboración de los adobes. Tipo I y

Tipo II. El suelo Tipo I debe contener entre un 15 y un 40 % de arcilla y entre un 50 y un

70 % de arena. El suelo Tipo II puede contener limo, pero siempre y cuando el contenido

de arcilla más limo esté comprendido entre el 25 y el 40 % (siendo el porcentaje de arcilla

mayor del 10 %) y arena entre el 60 y el 70 %. Podemos decir que lo más importante es que

se cumpla el porcentaje de finos, no importando tanto que no se cumpla el de gruesos, pues

éstos pueden añadirse posteriormente, lo que permite que el margen de suelos que se

pueden utilizar para la elaboración de adobes sea más amplio. En los suelos donde es

necesario adicionar arena se considera ésta, como un componente más. El suelo o tierra

apropiada para la fabricación de adobe debe encontrarse en el mismo lugar donde se va a

construir tanto el taller para elaborar los ladrillos de adobe como la propia edificación. En

esto se basa fundamentalmente su bajo costo.

Suelo no cohesivo (granular): son suelos compuestos de rocas, piedras, gravas y arenas, o sea suelos de granos gruesos, en el caso de suelos granulares el proceso de compactación más adecuado resulta el de la vibración, pero debe tenerse en cuenta, como ya se sabe, que el comportamiento de los suelos gruesos depende mucho de la granulometría. Suelo cohesivo: son suelos arcillosos y limosos o sea material de grano muy fino.

Suelos mixtos: en la naturaleza la mayoría de los suelos están compuestos por una íntima

mezcla de partículas de muchísimos tamaños.

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1.1.2.1. Adobe semiestabilizado

Se clasifica como un adobe resistente a la humedad, debido al incorporado de estabilizantes

en la mezcla para su elaboración de un 3.5 % de su peso, en forma de agente estabilizador o

agente impermeabilizante, dicho estabilizador posee gran importancia en la protección del

bloque durante el proceso del curado. La emulsión asfáltica es el principal estabilizador

debido a la facilidad de su uso y bajo costo, se debe de adicionar el agente estabilizador

antes del vaciado al molde. En los adobes estabilizados debe limitarse la proporción de agua que asimila al 4 % de su

peso, requiriendo para ello la incorporación de una emulsión asfáltica que fluctúa entre el 6

al 12 % de su peso total.

Es un proceso de la disminución o minimización de espacios vacíos por medio de la acción

mecánica de los equipos de compactación. Durante este proceso se pueden mejorar las

características del suelo, con un aumento simultáneo de densidad. Por lo que con la

compactación de un suelo se busca una mayor capacidad de su carga. Al compactar un

suelo se obtiene mayor densidad del mismo, debido a lo anterior se obtiene una mejor

distribución de fuerzas que actúan directamente sobre el suelo, lo que nos da una mayor

capacidad de carga. Disminución de la contracción del suelo.

El adobe compactado es una nueva alternativa para la construcción de viviendas donde se

mejoran las características del suelo mediante la estabilización mecánica provista por una

máquina compactadora manual, con lo que se promueve el uso del suelo como material de

construcción. Con esta alternativa se obtienen muros más resistentes a la compresión,

flexión y una elevada resistencia a la erosión con lo cual se obtiene un material con mejor

comportamiento ante los sismos.

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1.2 Fibra

Estructura de origen animal, vegetal, mineral o sintético parecida al pelo. Su diámetro no

suele ser superior a 0,05 cm. Las fibras se utilizan, entre otras muchas aplicaciones, en

productos textiles y se clasifican en función de su origen, de su estructura química o de

ambos factores.

Las fibras naturales pueden proceder de origen animal (tipos de lana, seda,...), vegetal

(algodón, lino, yute, cáñamo, sisal...) o mineral (asbestos,...).

Desde un punto de vista químico, las fibras de origen animal son proteínas resistentes a la

mayoría de los ácidos orgánicos.

También resisten, en unas condiciones determinadas, la acción de ciertos ácidos minerales

como el ácido sulfúrico (H2SO4). Por el contrario, las bases o álcalis poco agresivos pueden

dañar las fibras proteínicas y los álcalis fuertes como el hidróxido de sodio (NaOH) pueden

disolverlas por completo.

1.2.2 Fibras vegetales

Las fibras vegetales son principalmente de celulosa, que, a diferencia de las proteínas de las

fibras de origen animal, es resistente a los álcalis. Estas fibras son asimismo resistentes a la

mayoría de los ácidos orgánicos, pero los ácidos minerales fuertes las destruyen. La

utilización incorrecta de la mayoría de los blanqueadores puede debilitar o destruir estas

fibras.

Desde el punto de vista de su estructura, las fibras vegetales se clasifican en cuatro tipos

principales.

En primer lugar, fibras de semillas, que forman el pelo suave que envuelve las semillas de

algunas plantas.

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El segundo tipo es el de las fibras de líber, las fibras fuertes que crecen entre la corteza y el

tallo de muchas plantas dicotiledóneas.

Las fibras vasculares son las fibras fuertes que se encuentran en las hojas y los tallos de las

monocotiledóneas, y

El cuarto tipo de fibras vegetales es el constituido por los tallos completos de algunas

gramíneas.

La utilidad de algunas de estas variedades de fibras es limitada. Tal es el caso, por ejemplo,

de las tiras de cutícula de las hojas, como la rafia, las fibras de la cáscara de las frutas, el

esparto y las fibras de la palmera.

Sólo dos fibras de semillas tienen valor comercial: el algodón y el capoc. El algodón, la

fibra más versátil y utilizada de todas, es la única de semillas utilizada en la industria. El

capoc no puede hilarse, pero se utiliza como relleno en tapicería. Al ser hueco, el capoc

flota y se ha utilizado, por ejemplo, en chalecos salvavidas, aunque hoy se ha visto

desplazado por otros materiales. Las distintas variedades de fibras de líber se utilizan para

fabricar muchos productos, desde tejidos de alta calidad hasta cuerdas.

Los tejidos de hilo se fabrican con lino. El cáñamo, el yute, el ramio y la crotalaria se

emplean para fabricar paños más toscos, sogas y bramantes. Las fibras vasculares se

destinan casi en su totalidad a la fabricación de cuerdas.

Entre las fibras de este tipo se encuentran el agave (maguey o pita), el cáñamo de Manila y

la yuca. Las fibras vasculares de la piña se han utilizado en la fabricación de tejidos.

Mención aparte merece el henequén, agave silvestre que se cultiva sobre todo en la

península de Yucatán, México.

Sus hojas, carnosas y punzantes, contienen multitud de fibras duras semejantes al cáñamo

con las que se han elaborado tejidos y cordelería desde la época de los mayas, a quienes fue

de gran utilidad.

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Los tallos de algunas gramíneas, entre ellas el esparto, y algunos tipos de paja se tejen

como si fueran fibras para fabricar sombreros y esteras. Las fibras de origen vegetal tienen

muchas aplicaciones en la industria del papel. El algodón y el lino son la base de algunos

papeles rugosos de calidad, mientras que las gramíneas, el cáñamo, el yute y el cáñamo de

Manila se utilizan para fabricar papeles de embalaje y otros de menor calidad. El papel de

los periódicos y el papel de tipo kraft se fabrican con fibra de madera tratada químicamente.

Con fibra de madera y bagazo (la fibra de la caña de azúcar), y mediante un proceso similar

al de la fabricación del papel, se obtienen tableros para la construcción.

1.2.3 Fibras naturales minerales

La fibra natural mineral se considera como "una partícula que tiene una relación entre su

longitud y su diámetro de 3 a 1 (ratios de aspecto > 3:1). También son determinantes sus

propiedades de superficie, su flexibilidad, y su capacidad para romperse en partículas.

Estas fibras se forman directamente por el proceso mineral natural, o bien por

fragmentación de cristales más grandes. Se citan: asbestos, wollastonita, attapulgita,

cepolita, y zeolitas.

La fibra de vidrio es la única fibra de origen inorgánico (mineral) que se utiliza a gran

escala en los tejidos corrientes. Se fabrica moldeando o soplando el vidrio fundido hasta

formar hilos.

Se ha descubierto que la fibra de amianto, que se empleaba en el pasado en aislamientos y

protecciones ignífugas, es cancerígena. Para la fabricación de gasa se utiliza alambre fino

de metal, mezclado con fibras orgánicas que forman un patrón determinado. Sin embargo,

la mayoría del hilo metálico consiste en tiras delgadas de hoja de metal similares al

espumillón. Para conseguir más resistencia, las hojas de metal se intercalan con capas

delgadas o película de plástico. Otros hilos metálicos están formados por un núcleo de

algodón rodeado de una tira delgada o una hebra de metal cubierta por una sustancia

viscosa e impregnada de polvo metálico. El material aislante llamado lana de roca es una

sustancia fibrosa hecha de viruta de fresadora, piedra caliza o roca silícea.

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El contenido de agua óptimo o humedad óptima es el contenido de agua necesaria para

obtener en el material el peso volumétrico seco máximo, teniendo en el proceso de

compactación el papel de lubricante entre partículas de material, ofreciendo un mejor

acomodamiento y un menor número de huecos o vacíos.

1.3 Resistencia a flexión

Definición: Técnicamente la resistencia a la flexión (RF) se define como el cociente del

momento flexionante (M), producida por la fuerza máxima (FM) aplicada, y el momento de

resistencia del material (W). (Navarro, 2005).

MRfW

=

Casi todas las estructuras mecánicas, desde las vigas hasta los troncos de los árboles o las

extremidades de los seres humanos, están sometidas a diversos tipos de esfuerzos, cuando

el esfuerzo es una simple compresión o tracción, la forma del objeto es irrelevante, puesto

que la deformación solo depende del área de la sección transversal. Sin embargo, la

resistencia de un objeto a doblarse o su capacidad de doblarse sin romperse depende no

solo de la composición, sino también de la forma del objeto. Por ejemplo, un tubo hueco

hecho de una determinada cantidad de material es mas fuerte que una barra maciza de la

misma longitud construida con la misma cantidad del mismo material. (Kane y col. 1996)..

Se presenta la resistencia de fluencia de la flexión en lugar de la resistencia a la flexión para

aquellos materiales que no se rompen en el ensayo de flexión. Sinónimo de módulo de

rotura.

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1.4 Resistencia a la compresión

Capacidad del material para resistir a las fuerzas que intentan comprimirlo o apretarlo. El

esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un

sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de

volumen o un acortamiento en determinada dirección. En general, cuando se somete un

material a un conjunto de fuerzas se produce tanto flexión, como cizallamiento o torsión,

todos estos esfuerzos conllevan la aparición de tensiones tanto de tracción como de

compresión.

En un prisma mecánico el esfuerzo de compresión puede caracterizarse más simplemente

como la fuerza que actúa sobre el material de dicho prisma, a través de una sección

transversal al eje baricéntrico, lo que tiene el efecto de acortar la pieza en la dirección de

eje baricéntrico.

En ingeniería se necesita saber cómo responden los materiales sólidos a fuerzas externas

como la tensión, la compresión, la torsión, la flexión o la cizalladura. Los materiales sólidos

responden a dichas fuerzas con una deformación elástica (en la que el material vuelve a su

tamaño y forma originales cuando se elimina la fuerza externa), una deformación

permanente o una fractura.

La compresión es una presión que tiende a causar una reducción de volumen. Cuando se

somete un material a una fuerza de flexión, cizalladura o torsión, actúan simultáneamente

fuerzas de tensión y de compresión. Por ejemplo, cuando se flexiona una varilla, uno de sus

lados se estira y el otro se comprime. Probablemente, el caso más sencillo que se puede

considerar para empezar es el de una barra metálica inicialmente recta, de sección

constante, sometida en sus extremos a dos fuerzas colineales dirigidas en sentidos opuestos

y que actúan en el centro de las secciones. Para que haya equilibrio estático, las magnitudes

de las fuerzas deben ser iguales. Si están dirigidas en sentido de alejarse de la barra, se dice

que ésta esta sometida a tracción, mientras que si actúan hacia la barra, existe un estado de

compresión. Bajo la acción de estas dos fuerzas aplicadas se originan otras fuerzas internas

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nica�

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n�

http://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lido_deformable�

http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_medios_continuos�

http://es.wikipedia.org/wiki/Flexi%C3%B3n_mec%C3%A1nica�

http://es.wikipedia.org/wiki/Cizallamiento�

http://es.wikipedia.org/wiki/Torsi%C3%B3n_mec%C3%A1nica�

http://es.wikipedia.org/wiki/Tracci%C3%B3n�

http://es.wikipedia.org/wiki/Prisma_mec%C3%A1nico�

TESIS DE MAESTRIA


dentro de la barra, que pueden estudiarse imaginando un plano que la corte en un punto

cualquiera y sea perpendicular a su eje longitudinal.

1.5 Materiales compuestos

1.5.1 Compuestos En ciencia de materiales reciben el nombre de '''materiales compuestos''' aquellos que

cumplen las siguientes propiedades:

Están formados de 2 o más componentes distinguibles físicamente y separables

mecánicamente.

Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y

separadas por una interfase.

Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus

componentes, sinergia.

Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen las propiedades

de los cerámicos, los plásticos y los metales. Por ejemplo en la industria del transporte son

necesarios materiales ligeros, rígidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosión

y el desgaste, propiedades éstas que rara vez se dan juntas.

1.5.2 Estructura Aunque existe una gran variedad de materiales compuestos, en todos se pueden distinguir

las siguientes partes:

Agente reforzante: es una fase de carácter discreto y su geometría es fundamental a la hora

de definir las propiedades mecánicas del material.

Fase matriz o simplemente matriz: tiene carácter continuo y es la responsable de las

propiedades físicas y químicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante. También lo

protege y da cohesión al material.

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1.5.3 Clasificación Los materiales compuestos se pueden dividir en tres grandes grupos:

Materiales Compuestos reforzados con partículas.

Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y

uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil

Tipos:

Endurecidos por dispersión, Formados por partículas verdaderas.

Materiales Compuestos reforzados con fibras.

Un componente suele ser un agente reforzante como una fibra fuerte: fibra de vidrio,

cuarzo, kevlar, Dyneema o fibra de carbono que proporciona al material su fuerza a

tracción, mientras que otro componente (llamado matriz) que suele ser una resina como

epoxi o poliéster que envuelve y liga las fibras, transfiriendo la carga de las fibras rotas a

las intactas y entre las que no están alineadas con las líneas de tensión. También, a menos

que la matriz elegida sea especialmente flexible, evita el pandeo de las fibras por

compresión. Algunos compuestos utilizan un agregado en lugar de, o en adición a las

fibras.

En términos de fuerza, las fibras (responsables de las propiedades mecánicas) sirven para

resistir la tracción, la matriz (responsable de las propiedades físicas y químicas) para resistir

las deformaciones, y todos los materiales presentes sirven para resistir la compresión,

incluyendo cualquier agregado.

Los golpes o los esfuerzos cíclicos pueden causar que las fibras se separen de la matriz, lo

que se llama de laminación.

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Materiales compuestos estructurales.

Están formados tanto por composites como por materiales sencillos y sus propiedades

dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño. Los más abundantes son los

laminares y los llamados ''paneles sándwich''.

Los laminares están formadas por paneles unidos entre si por algún tipo de adhesivo u otra

unión. Lo más usual es que cada lámina esté reforzada con fibras y tenga una dirección

preferente, más resistente a los esfuerzos. De esta manera obtenemos un material isótropo,

uniendo varias capas marcadamente anisótropas. Es el caso, por ejemplo, de la madera

contrachapada, en la que las direcciones de máxima resistencia forman entre sí ángulos

rectos.

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CAPITULO II.

MARCO TEORICO

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2.1. Estabilización de suelos

La estabilización de suelos es el conjunto de procedimientos que permiten mejorar sus

características, pudiéndose definir un procedimiento de estabilización como un método

físico, fisicoquímico o químico que le permite a un suelo satisfacer los requerimientos para

su utilización en una obra, siendo la estabilización el proceso de mejoramiento mas usado

para elevar la resistencia de los suelos. La estabilización puede realizarse por varios

métodos, como: la compactación, por vibro flotación, con asfalto, por impermeabilización,

estabilización mecánica con otros suelos, estabilización química con cemento,

estabilización química con cal, y la estabilización por armazón, (Ortiz, 2006).

2.1.1. Estabilización por compactación

Este procedimiento es una forma mecánica a la que se recurre para incrementar la

resistencia de los suelos y disminuir la capacidad de deformación, crece el peso específico

del material, sin embargo el empleo de mayores intensidades de compactación no siempre

conduce a valores más altos de la resistencia. Este método modifica la comprensibilidad de

los suelos, sin embargo, la compactación no es la única forma de estabilización que influye

en la compresibilidad pero puede decirse que, de todos los métodos de estabilización es

uno de los que mas influyen.

En la compactación se reducen los vacíos obligando a las partículas del suelo a estar mas

en contacto unas con las otras, reduciendo la capacidad de deformación y aumentando su

resistencia. El método empleado de compactación depende del tipo de material con que se

este trabajando. En los materiales puramente friccionantes como la arena, los métodos

vibratorios son los más eficientes, en tanto que en suelos plásticos el procedimiento de

carga estática resulta el más ventajoso.

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2.1.2 Contenido de agua de los suelos.

La humedad o contenido de agua de un suelo es la relación expresada en por ciento, El

contenido de agua juega un papel importante, especialmente en suelos finos, por lo que

existe un contenido de humedad optimo, para el cual el proceso de compactación dará un

peso máximo de suelo por unidad de volumen, es decir un peso específico seco máximo.

Para bajos contenidos de humedad, el agua se encuentra en forma capilar en el material

produciendo compresiones entre las partículas constituyentes del suelo, existiendo una

tendencia a la formación de grumos difícilmente desintegrables que dificultan la

compactación, si aumenta la cantidad de humedad disminuye la tensión capilar en el agua,

por lo que una misma energía de compactación producirá mejores resultados.

2.1.3. Estabilización por fibras

La resistencia a la compresión de adobes reforzados con fibra ha sido más alta que los

adobes sin fibra, las fibras previenen las deformaciones que puedan aparecer, preservando

su forma y previniendo agrietamientos.

Consiste en agregar al suelo un material de cohesión, en este caso fibras que permita

asegurar, por un frotamiento de los elementos mezclados a la arcilla, una mayor firmeza.

En compuestos de fibras de henequén y polipropileno se obtuvieron los mejores resultados

cuando se usaron fibras mas pequeñas (malla 100), debido a una mejor dispersión de las

fibras en la matriz; en comparación con fibras mas grandes (malla 30), esto debido a que

en las ultimas la matriz no cubre completamente a las fibras grandes y estas se aglomeran,

induciendo zonas de falla en la matriz, lo cual es mas notorio a altas concentraciones de

fibra. En materiales compuestos con fibras pequeñas (malla 100), se aprecia una mejor

distribución de las fibras en la matriz, observándose que el tamaño y contenido de fibra

afecta las propiedades mecánicas de los materiales compuestos (Balam y col., 2006).

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En un estudio hecho de estabilización de suelo con fibras de sisal (Prabacar, y col. 2002), el

cual fue usado como material de refuerzo los autores usaron cuatro tamaños de fibra, 10,

15, 20, y 25 mm. Cada tamaño de fibra fue agregado al suelo en cuatro diferentes

porcentajes, 0.25, 0.50, 0.75, y 1.00 %. Por encima de 1.00% es difícil mezclar suelo-fibra

por que las fibras forman conjuntos semejantes a bolsas de baja densidad, por lo que se

decidió tener como limite en la concentración el 1.00%.

2.1.4 Estabilización Química Este tipo de estabilización cosiste en mejorar las propiedades de la tierra, agregándoles

diversas sustancias capaces de formar compuestos estables con elementos de la arcilla. Los

productos químicos adaptados varían según la composición química de la arcilla y es

necesario el análisis previo para determinar que elemento puede reaccionar químicamente

con otro. Así en algunos casos la estabilización que se basa en el empleo de la cal, se

revela como una estabilización por tratamiento químico más que por cementación.

2.1.5 Estabilización química con cemento

A esta estabilización se reconoce comúnmente como suelo-cemento, la reacción que se

produce en el suelo al adicionarle cemento y posteriormente agua, el cemento reacciona con

los componentes silicosis de los suelos, que producen conglomerantes que ligan a las

gravas, arenas y limos, este es el proceso básico de los suelos gruesos, además la reacción

del cemento con el agua libera iones de calcio muy ávidos de agua, la cual toma de las

laminillas de arcilla dando como resultado la disminución de la porosidad y plasticidad del

suelo arcilloso y aumentando su resistencia y durabilidad.

En contraparte la reacción suelo-cemento se ve atacada o nulificada ante la presencia de

materia orgánica en la mezcla, ya que esta ultima posee gran avidez de los iones de calcio

liberados por la reacción del agua con el cemento, captándolos y dificultando la acción

aglutinante del cemento en los suelos gruesos o la estabilización de las partículas laminares

en las arcillas, por ello, las especificaciones establecen que el contenido de la materia

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orgánica en el suelo a estabilizar químicamente no pase del 1 o 2 % en peso. Cualquier

suelo con bajos contenidos de materia orgánica es susceptible de estabilizarlo con cemento.

En la actualidad se ha empleado la técnica de estabilizar la tierra con aditivos como

cemento, cal apagada, asfalto, y aun con algunas resinas epoxicas. Con la tierra así

estabilizada se obtiene una mayor resistencia a la humedad, las paredes se vuelven

impermeables, la resistencia a la compresión mejora.

2.1.6 Estabilización química con cal

Una de la ventajas en aplicaciones que ofrece la cal como elemento para estabilizar es hacia

los materiales mas arcillosos que donde se emplea el cemento y menos hacia los materiales

granulares, a su vez hace mas versátil unas estabilización definitiva, la cal hidratada se

emplea mas de preferencia con suelos húmedos.

La cal disminuye mucho el índice de plasticidad de los suelos puy plásticos, tiene poca

influencia en los suelos de plasticidad media y puede aumentar el índice de plasticidad en

los suelos finos menos plásticos, se recomienda el empleo de un 4% en peso para disminuir

la plasticidad y de un 10% para aumentarla.

2.2 Pruebas para la caracterización del suelo

2.2.1 Secado parcial

El sacado se realiza con el objeto de facilitar la disgregación y manejo de las muestras

cuando su contenido de agua es tal que no se pueden disgregar fácilmente.

El equipo para el secado estará en condiciones de operación, calibrado, limpio y completo

en todas sus partes, el equipo a utilizar es el siguiente:

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Horno: Eléctrico o de gas, provisto de termostato capaz de mantener una

temperatura de 105 ± 5 oC y con dimensiones mínimas de 50 X 80 X 30 cm.

Cucharón: De 20 cm de largo, 11 cm de ancho y 10 cm de altura, formando un

paralepípedo rectangular con solo cuatro caras, cuya cara menor lleva acoplado un

mango metálico de sección circular de 13 cm de largo.

Charolas: De lámina galvanizada, de forma rectangular de 40 X 70 X 10 cm.

Pala: De acero, de forma rectangular.

2.2.1.1 Procedimiento

Para realizar el secado de la muestra al aire o al sol a temperatura ambiente, se extiende la

muestra en las charolas o sobre una superficie horizontal, lisa y limpia, para que sea fácil

recogerla, evitar la perdida de finos y su contaminación.

Cuando se utilice un horno para el secado, la muestra se colocara dentro de éste en las

charolas y se mantendrá a 60 ± 5oC.

En ambos casos, se revuelve periódicamente el material con el cucharón para lograr un

secado más rápido y uniforme hasta reducir su contenido de agua a un grado tal que

permita su fácil disgregación.

2.2.2 Disgregación

El disgregado se realiza con el objeto de separar las diferentes partículas aglomeradas que

constituyen la muestra. Esta operación es relativamente fácil si se trata de materiales

granulares con pocos finos y pocos plásticos; la dificultad aumenta si contiene una

cantidad apreciable de grava que ha de ser disgregada separando con el proceso las

partículas que lo constituyen, hasta quedar parcial o totalmente reducidas a sus fracciones

mas pequeñas. La disgregación de la muestra se efectuara sin romper las partículas duras

llevándose, a un grado tal que permita reproducir en o posible las condiciones de

utilización en el campo.

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El equipo para la disgregación estar en condiciones de operación, calibrado, limpio y

completo en todas sus partes, el equipo a utilizar es el siguiente:

Mazo de madera: Con masa aproximada de 1 Kg de forma prismática rectangular,

con una altura de 15 cm y base de 9.cm, por lado, cuyo mango estará situado en la

cara opuesta a la base y ésta estará forrada con cuero, sujeto a los lados del mazo

por medio de clavos y cinchos metálicos.


Balanza: Con capacidad de 120 Kg y aproximación de 10 g.

Juego de mallas: De alambre de bronce o de acero inoxidable, tejido en forma de

cuadrícula. El tejido estará sostenido mediante un bastidor circular metálico, de

lámina de bronce o latón, de 206 ± 2 mm de diámetro interior y 68 ± 2 mm de

altura, sujetando la malla rígida y firmemente mediante un sistema de metales, a una

distancia de 50 mm de borde superior del bastidor. Para cribar los materiales que no

pasen la malla número 4, también se podrán utilizar mallas con marco de 400 mm o

más por lado, a fin de facilitar la operación.

2.2.2.1 Procedimiento de disgregado

Una vez secada la muestra se determina y registra su masa con una aproximación de 10 g.

El material se criba por la malla numero 4 (4.75 mm) se criba en la malla 3” (75 mm) y la

fracción retenida se coloca en charolas de lámina, donde se disgrega con el mazo aplicando

golpes verticales desde un altura aproximada de 20 cm hasta obtener partículas que ya no

sean disgregables. El material disgregado se criba nuevamente por la malla 32 (75 mm), se

obtiene y registra la masa de la fracción retenida con aproximación de 10g y se calcula su

porcentaje con relación a la masa total de la muestra.

El material disgregado y cribado que pasa la malla 3” (75mm), se agrega al que

inicialmente la paso y se criba por la malla 2” (50mm), repitiendo el mismo procedimiento

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de cribado, disgregado y calculo descritos anteriormente. Se repite la misma operación con

las mallas 12 (25 mm), 3/8 (9.5 mm) y numero 4 (4.75 mm).

Por ultimo, se reintegra la muestra con todas las porciones obtenidas en estas operaciones

para posteriormente proceder al mezclado y cuarteo de la misma. Cuando las pruebas por

ejecutar lo requieren, el material que pasa por la malla numero 4 ( 4.75 mm) se disgregará a

tamaños menores según lo indicado en dichas pruebas.

2.2.3 Cuarteo de muestras

El cuarteo se realiza con el objeto de obtener de un a muestra, porciones representativas de

tamaño adecuado para efectuar las pruebas de laboratorio que se requieran.

El equipo para el cuarteo estará incondiciones de operación, calibrado, limpio y completo

de sus partes.

Balanza: Con capacidad de 120 kg y aproximación de 10 g.

Pala: De acero, de forma rectangular.

Brocha: Con las dimensiones y cerdas adecuadas para distribuir el material fino en

cada operación de cuarteo.

Charolas: De lámina galvanizada, con forma rectangular de 40 X 70 X 10 cm.

Cucharones: Uno pequeño y otro de acero galvanizado de 20 cm de largo, 1 cm de

ancho y 10 cm de altura.

2.2.3.1 Procedimiento de prueba

Se mezcla todo el material de la muestra disgregada hasta que presente un aspecto

homogéneo traspaleándolo de un lugar a otro aproximadamente cuatro veces, sobre una

superficie sensiblemente horizontal, lisa y limpia, de preferencia cubierta con lona.

TESIS DE MAESTRIA


Una vez homogeneizada la muestra, se forma un cono, depositando con la pala el material

en el vértice del mismo, para que se acomode por si solo y procurando a la vez que la

distribución se haga uniformemente.

Se forma un cono truncado, encajando la pala en el vértice del cono original y haciéndola

girar alrededor de su eje con el fin de ir desalojando el material hacia la periferia, hasta

dejarlo con una altura de 15 a 20 cm.

Enseguida, el cono truncado se separa en cuadrantes iguales, con la ayuda de una regla de

dimensiones adecuadas al volumen de la muestra.

Sobre una charola se junta el material de dos cuadrantes opuestos, en caso de ser necesario,

se repite el procedimiento indicado en los párrafos anteriores, las veces necesarias para

obtener la porción del tamaño requerido para la prueba de que se trate. Se tendrá cuidado de

distribuir y de no perder el material fino en cada operación de cuarteo, para lo cual se

contara con la ayuda de una brocha.

2.2.4 Peso volumétrico seco suelto

Consiste en obtener la relación entre el peso del material y su volumen, una vez que la

muestra respectiva ha sido debidamente preparada y después corregido el valor encontrado

de acuerdo con el contenido de agua.

El equipo para el secado estará en condiciones de operación, calibrado, limpio y completo

en todas sus partes, el equipo a utilizar es el siguiente:

Recipiente: De lámina galvanizada W14, de forma cilíndrica, con capacidad de 10

l, con diámetro interior de 25 cm y de masa conocida.

Balanza: con capacidad de 120 Kg. y aproximación de 10 gr.

TESIS DE MAESTRIA



paralepípedo rectangular con sólo cuatro caras, cuya cara menor lleva acoplado un


Escantillón: De 20 cm de longitud.

Regla: Metálica, de 30 cm de longitud.

De la muestra del material obtenido, que se secó, disgregó y separó, se toma la cantidad

necesaria para llenar el recipiente de 10 l.


Se homogeneiza el material mediante mezclado, para después, empleando el cucharón de

lámina y utilizando como referencia el escantillón, se llena el recipiente de lámina, para lo

cual se deja caer el material desde una altura de 20 cm evitando su reacomodo por

movimientos indebidos. Posteriormente se enrasa el material utilizando la regla de 30 cm.

Se obtiene la masa del recipiente con el material.

Finalmente, se determina el contenido del agua.

El peso especifico o volumétrico del material seco y suelto, se calcula por medio de la

formula 1:

1 0 0 ( ) 1 0 0

(1 0 0 ) (1 0 0 )d

W rm W r W mV W V W

γ −= =

+ + (1)

En donde:

dγ : Es el peso específico o volumétrico del material seco y suelto, en kilogramos por metro

cúbico

TESIS DE MAESTRIA


W r m : Es el peso del recipiente conteniendo el material, en kilogramos.

W r : Es el peso del recipiente, en kilogramos.

W m : Es el peso del material contenido en el recipiente, en kilogramos.

V : Es el volumen del recipiente o del material contenido en el mismo, en metros cúbicos.

%W: Es el contenido de agua remanente en el material.

2.2.5 Granulometría

Esta prueba permite determinar a composición por tamaños (granulometría) de las

partículas que integran los materiales empleados para tercerías, mediante su paso por una

serie de mallas con aberturas determinadas. El paso de material se hace primero a través de

las mallas con la abertura más grande, hasta llegar a las cerradas, de tal forma que los

tamaños se van reteniendo, para así obtener la masa que se tiene en cada malla, calcular su

porcentaje respecto al total y determinar porcentaje de la masa.

El equipo para granulometría estará en condiciones de operación, calibrado, limpio y

completo en todas sus partes:

Juego de mallas: Fabricadas con alambre de bronce o de acero inoxidable de

diversos calibres, tejidos en forma de cuadricula. El tejido estará sostenido mediante

un bastidor circular metálico, de lámina de bronce o latón, de 206 ± 2 mm de

diámetro interior y 68 ± 2 mm de altura, sujetando la malla rígida y firmemente

mediante un sistema de engargolado de metales, a una distancia de 50 mm del borde

superior del bastidor. Para cribar las partículas mayores de 4.75 mm (malla numero

4) también se podrán utilizar mallas con marco de 400 mm o más por lado, a fin de

facilitar la operación.

Horno: Eléctrico o de gas, con capacidad minima de 20 dm3, ventilado, con

termostato capaz de mantener una temperatura constante de 105 ± 5oC.

Balanzas: Una con capacidad de 20 kg y aproximación de 1 g y otra con capacidad

de 2 Kg. y aproximación de 0.1 g.

Vaso de aluminio: De 500 cm3 de capacidad.

TESIS DE MAESTRIA


Agitador de varilla metálica: De 6.3 mm (1/4”) de diámetro y 20 cm de longitud.

Máquina agitadora para las mallas: DE acción mecánica, activada por un motor

eléctrico o manivela de velocidad constante, mediante la cual transmita un

movimiento excéntrico controlado a un plato de soporte, sobre el que se sujeten las

mallas en orden descendente.


paralelepípedo rectangular con solo cuatro caras, cuya cara menor lleva acoplado un



Tapas y charolas de fondo para las mallas: Tapas de forma circular, que se acoplen

perfectamente con la parte superior del bastidor de las mallas y charolas de fondos

de forma circular de 206 ± 2 mm de diámetro interior y 68 ± 2 mm de altura para

sujetarse a la parte inferior del bastidor de las mallas.

Cepillos o brochas: Con las dimensiones y cerdas adecuadas para desprender el

material que se adhiera a las mallas.

Desecador: De cristal, de tamaño adecuado según las dimensiones de los

recipientes.

De la muestra del material se apartan aproximadamente 15 Kg. Se obtiene la masa de este

material.

Para realizar la prueba, del material apartado se separa la grava de la arena con finos. Se

vacía poco a poco y cuidadosamente el material sobre la malla numero 4 ( 4.75 mm), sin

sobrepasar la capacidad de la malla y recolectando el material que pasa en una charola.

Utilizando la brocha, se retiran todas las partículas que se hubieran adherido a la malla para

hacerlas pasar también por ella a fin de no perder ninguna porción del material. El material

retenido en la malla numero 4 se coloca en otra charola.

Se vierte en la balanza la porción retenida en la malla numero 4; se determina su masa, que

representa la grava, y se regresa a la charola dicha porción. De la misma forma se obtiene

la masa de la fracción que pasa dicha malla, que representa la arena con finos de la muestra.

TESIS DE MAESTRIA


De la fracción de material que pasó la malla número 4, se obtiene una porción de 100 g

para determinar su contenido de agua.

De la fracción restante de material que pasó la malla numero 4 que tiene el contenido de

agua original, se obtiene una porción que corresponda aproximadamente 200 g de material

seco.

2.2.5.1 Procedimiento de la prueba

Preparación de las mallas

Se preparan dos juegos, el primero para la grava y el segundo para la arena, acomodándolas

en el primer caso y ensamblándolas en el segundo, en orden descendente de aberturas y

terminando cada juego con las charolas e fondo.

Cribado de la fracción de material retenido en la malla numero 4

La porción del material retenida en la malla numero 4, se criba por la malla 3” (75 mm) y

menores.

Para el cribado, el material se vierte poco a poco y cuidadosamente por cada malla, a la que

se le aplica un movimiento vertical y de rotación horizontal, con el fin de mantener al

material en constante movimiento para permitir que las partículas de tamaños menores

pasen a través de las aberturas y recolectarlas en una charola. El material retenido se

coloca en otra charola.

Este cribado se hará considerando además que:

La cantidad de material que se vaya colocando sobre la malla será menor que la

capacidad de la misma para evitar pérdidas y facilitar el cribado.

TESIS DE MAESTRIA


El paso de las partículas a través de las aberturas de la malla se efectuara libremente

y sin forzarlas.

El cribado se suspenderá cuando se estime que la masa del material que pasa dicha

malla durante 1 minuto de agitación, es menor de 1 g.

Concluido el cribado, se verifica si las partículas que quedaron retenidas y que tiene forma

de laja o de aguja pueden pasar a través de la malla, para lo cual se acomodan con la mano

según su dimensión menor y sin forzarlas se introducen entre las separaciones,

incorporando a la porción retenida aquellas que de cualquier forma queden atoradas en las

tramas de la malla.

De la misma forma, la porción del material que pasó la malla 3” (75.0 mm), se criba por la

malla 2” (50.0 mm) y así sucesivamente por todas las mallas para grava, obteniendo la

masa del material retenido en cada una.

Cribado de la fracción de material que pasa por la malla numero 4

La porción del material que atravesó la malla número 4, se coloca en un vaso metálico

donde se agregan aproximadamente 500 cm3 y se deja reposar durante 12 horas como

mínimo.

Posteriormente se lava a través de la malla número 200, para lo cual:

Con ayuda de una varilla se agita, en forma de ochos el contenido del vaso durante

15 s para formar una suspensión.

Se deja reposar dicha suspensión durante 30 s e inmediatamente después se decanta

sobre la malla número 200.

Para facilitar el paso de las partículas finas a través de la malla, se aplica sobre ésta

un chorro de agua a baja presión.

Se repite la operación de lavado, hasta que el agua decantada salga limpia.

TESIS DE MAESTRIA


El material retenido en la malla numero 200 se regresa al vaso metálico, utilizando un poco

de agua, misma que se decanta al final de la operación, pero evitando el arrastre de

partículas.

Se seca el material dentro del vaso metálico hasta masa constante, manteniéndolo en el

horno durante un lapso no menor de 16 horas, a una temperatura de 105 ± 5oC.

Posteriormente se retira del horno y se deja enfriar dentro del desecador hasta temperatura

ambiente.

Una vez ensambladas las mallas para la arena, se vierte el material seco y frío sobre la

malla superior y se coloca la tapa.

Se efectúa la operación de cribado imprimiendo al juego de mallas un movimiento vertical

y de rotación horizontal durante 5 min., en esta operación es conveniente emplear el

agitador mecánico.

Concluido el cribado, se quita la tapa y se separa la primera malla (№ 10), la cual se agita

sobre un acharola hasta que se estime que la masa del material que pasa dicha malla durante

1 min. no sea mayor de 1 gr. El material depositado en la charola, se vierte sobre la

siguiente malla (№ 20). Este procedimiento de cribado se repite en forma subsecuente con

cada una de las mallas restantes, verificando que las partículas que queden atoradas sean

regresadas a la porción retenida correspondiente mediante un cepillado de las mallas por su

reverso.

Finalmente se obtienen las masas de los materiales retenidos en cada una las mallas y se

anotan las masas con aproximación de 0.1 gr.

El peso de la muestra seca se determina por medio la formula 2:

2

1 1fg ffW mW m s W W W m

W⎛ ⎞= + = + ⎜ ⎟+⎝ ⎠ (2)

TESIS DE MAESTRIA


En donde:

W m s = Es el peso de la muestra representativa del material seco en g.

fgW = Corresponde a la fracción retenida por la malla № 4.75 al no tomarse en cuenta la

humedad.

ffW = Peso de la fracción que pasa la malla № 4 de la muestra seca.

1Wm = Peso de la fracción retenida en la malla № 4 de la muestra original húmeda.

2Wm = Peso de la fracción que pasa la № 4.

Precauciones para evitar errores

Para evitar errores durante la ejecución de las pruebas, se observarán las siguientes

precauciones:

Que las pruebas se realicen en un lugar cerrado, con ventilación indirecta, limpio y

libre de corrientes de aire que puedan provocar la pérdida de partículas del material.

Que la fracción que pasa la malla № 4 esté perfectamente seca al momento de

efectuar su cribado, cuando la prueba se realice mediante el procedimiento estándar.

Que todo el equipo esté perfectamente limpio y funcional, y que las mallas no

tengan indicios de falla, es decir, que sus hilos presenten aberturas uniformes y no

estén dañados ni otos.

Que las balanzas estén limpias en todas sus partes y bien calibradas, colocadas en

una superficie horizontal, sin vibraciones que alteren las lecturas.

Que no se produzcan pérdidas de materiales por manipulaciones descuidadas

durante las operaciones de cribado, lavado, secado y pesado. Especialmente se

deben evitar las partículas atoradas en la trama de las mallas.

Que se tome en cuenta que la sucesión de tamaños obtenidos mediante el empleo de

mallas, da una idea de la composición granulométrica únicamente en dos

dimensiones, por lo que las curvas granulométricas resultantes solo serán

representativas de materiales constituidos por partículas equidimensionales. Si las

partículas del material tienen forma laminar o acicular, es decir de lajas o agujas,

respectivamente, los resultados que se obtengan no serán representativos de los

TESIS DE MAESTRIA


tamaños reales del material y, en consecuencia, de su comportamiento. Asimismo,

la curva granulométrica no dará una idea correcta de la sucesión de tamaños en los

materiales con partículas de masas específicas muy diferentes, en cuyo caso será

necesario efectuar la corrección correspondiente, para transformar los porcentajes

obtenido en función de masas, a porcentajes en función de volúmenes.

2.2.6 Límites de consistencia

Estas pruebas permiten conocer las características de plasticidad de la porción de los

materiales para tercerías que pasan la malla № 40 (0.425 mm), cuyos resultados se

utilizan principalmente para la identificación y clasificación de los suelos. Las pruebas

consisten en determinar, el límite liquido, es decir, el contenido de agua para cual el

suelo plástico adquiere una resistencia al corte de 2.45 KPa (25g/cm2); este se

considera como la frontera entre los estados semilíquidos y plástico. El límite plástico o

el contenido de agua para el cual un rodillo se rompe en tres partes al alcanzar un

diámetro de 3 mm; este se considera como la frontera entre los estados plástico y

semisólido. El índice plástico se calcula como la diferencia entre los límites líquido y

plástico.

El comportamiento de un suelo formado por partículas finamente divididas, como una

arcilla no estructurada, depende en gran parte de la humedad. El agua forma una

película alrededor de los granos y su espesor puede ser determinante de

comportamientos diferentes del material. Cuando el contenido de agua es muy elevado,

en realidad se tiene una suspensión muy concentrada, sin resistencia estática al esfuerzo

cortante; al perder agua, va aumentando esa resistencia hasta alcanzar un estado

plástico en que el material es fácilmente moldeable; si el secado continúa, el suelo llega

a adquirir las características de un sólido, pudiendo resistir esfuerzos de compresión y

tensión considerables.

TESIS DE MAESTRIA


Según su contenido de agua en orden decreciente, un suelo susceptible de ser plástico

puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definidos por

Atterberg.

Estos estados de consistencia son los siguientes:

Estado líquido: Cuando manifiestan las propiedades de una suspensión.

Estado semilíquido: Cuando los suelos tienen el comportamiento de un fluido

viscoso.

Estado plástico: Los suelos presentan propiedades plásticas descritas con

anterioridad.

Estado semisólido: La apariencia de los suelos es la de un sólido, sin embargo al

secarse disminuyen su volumen.

Estado sólido: El volumen del suelo no varia, aún cuando se someten en secado.

Las fronteras entre estados de consistencias antes mencionadas fueron establecidas bajo el

nombre de “Limites de consistencia” , y son los siguientes: Límite liquido, Límite plástico,

Índice plástico y Contracción lineal.

El equipo para la ejecución de estas pruebas estará en condiciones de operación, calibrado,

limpio y completo en todas sus partes. Todos los materiales por emplear serán de calidad,

considerando siempre la fecha de su caducidad.

El material a utilizar es el siguiente:

Malla 40: Fabricada con alambres de bronce o de acero inoxidable, tejidos en

forma de cuadricula, con abertura nominal de 0.425 mm, el tejido estará sostenido

mediante un bastidor circular metálico, de lámina de bronce o latón, de 2006 ± 2

mm de diámetro interior y 68 ± mm de altura, sujetando la malla rígida y

firmemente mediante un sistema de engargolado de metales, a una distancia de 50

mm de borde superior del bastidor.

Copa de Casagrande: Calibrada para una altura de de caída de 1 cm, provista de un

ranurador plano.

TESIS DE MAESTRIA


Balanza: De 2000 g de capacidad y aproximación de 0.01 g.

Horno: Eléctrico o de gas con termostato capaz de mantener una temperatura de 105

± 5oC.

Desecador: De cristal, de tamaño adecuado según las dimensiones de los

recipientes.

Vaso o recipiente De 0.5 l de capacidad.

Capsula de porcelana: De 12 cm de diámetro.

Espátula flexible: De acero inoxidable, 7.5 cm de longitud y 2 cm de ancho, con

punta redonda.

Cuenta gotas: De vidrio o de metal.

Vidrios de reloj: Refractarios para el secado del material.

Paño: De material absorbente, de 60 X 60 cm.

Placa de vidrio: Con dimensiones mínimas de 40 X 40 cm por lado y 0.6 cm de

espesor.

Alambre de acero: De 3 mm de diámetro y 10 cm de longitud.

2.2.6.1 Calibración del equipo

Antes de cada prueba se verificara que la altura de caída de la copa de Casagrande sea de 1

cm utilizando para ello el mango calibrador del ranurador, que tiene precisamente esas

dimensiones. Si la altura de caída es diferente, el aparato debe corregirse mediante los

tornillos de ajuste.

La preparación de la muestra de materiales se hace de la siguiente manera:

De la muestra del material se aparta, una porción de tamaño tal que, una vez cribada en

forma manual por la malla 40 (0.425 mm), se obtengan aproximadamente 300 gr. del

material que pase esa malla; éste se coloca en una charola y se desecha el material retenido.

De la fracción que pasa se separan aproximadamente 250 gr.; se obtiene y se registra la

masa del material separado, con aproximación de 0.01 gr.

TESIS DE MAESTRIA


Se coloca el material separado en un recipiente apropiado, se le agrega el agua necesaria

para saturar el material y se deja en reposo durante aproximadamente 24 horas, en un lugar

fresco, cubriendo el recipiente con un paño que se mantendrá húmedo a fin de reducir al

mínimo la perdida de agua por evaporación.

2.2.7 Limite Líquido

2.2.7.1 Equipo y materiales

El equipo necesario para efectuar esta prueba es la copa de Casagrande, balanza, horno,

desecador, vaso o recipiente, cápsulas de porcelana, espátula, cuenta gotas, vidrios de reloj

y paño, mismos que se describieron anteriormente.


De la fracción del material preparada, se toma una porción de aproximadamente 150 g que

se coloca en la cápsula de porcelana donde se homogeneiza utilizando la espátula.

En la copa de Casagrande, previamente calibrada, se coloca una cantidad suficiente de

material para que, una vez extendido con la espátula, se alcance un espesor de 8 a 10 mm

en la parte central de la copa, considerando lo siguiente:

Para evitar que el material colocado sobre la copa se insuficiente, es conveniente

poner una cantidad ligeramente mayor y eliminar el sobrante al envasarlo con la

espátula.

Para extender el material se procede del centro hacia los lados sin aplicar una

presión excesiva y con el mínimo de pasadas de espátula.

Mediante una pasada firme del ranurador se hace una abertura en la parte central del

material contenido en la copa, para lo cual, éste se mantendrá siempre normal a la

superficie interior de la copa.

TESIS DE MAESTRIA


Colocado y ranurado el material, se acciona la manivela del aparato para hacer caer la copa

a razón de dos golpes por segundo, registrando el número de golpes necesarios para lograr

que los bordes inferiores de la ranura se pongan en contacto en una longitud de 13 cm.

Logrando lo anterior se toma con la espátula aproximadamente 10 g de material de la

porción cerrada de la ranura y, para determinar su contenido de agua, se colocan en un

vidrio de reloj del que previamente se determina su masa.

Una vez que se ha tomado la porción requerida para la determinación del contenido de

agua, el material restante se integra a la capsula de mezclado, par lavar y secar la copa y el

ranurador.

Inmediatamente, mediante el cuentagotas, se agrega agua el material en la cápsula y se

homogeniza con la espátula; dicho material se prueba según el procedimiento anterior. Este

procedimiento se repite hasta contemplar cuatro determinaciones, las cuales se registran

adecuadamente. La cantidad de agua que se adicione al material será tal que las cuatro

determinaciones queden comprendidas entre los 10 y 35 golpes en la copa de Casagrande,

siendo necesario obtener dos valores por arriba y dos por debajo de los 25 golpes, ya que

para consistencias menores de 10 golpes es difícil identificar el momento de cierre de la

ranura en la longitud especificada y para más de 35 golpes se dificulta la ejecución de la

prueba.

Se grafican los puntos correspondientes a cada determinación representando en el eje de las

abscisas en escala logarítmica, el número de golpes n y en el de las ordenadas en escala

aritmética, los respectivos contenidos de agua Wn. Se traza una línea recta que una

aproximadamente los puntos graficados; a esta recta se le llama curva de fluidez.

Para calcular el límite líquido se utiliza la fórmula 3:

1 0 0H S

S t

W WW XW W

−=

− (3)

En donde:

TESIS DE MAESTRIA


W = Humedad en %

HW = Peso de la muestra húmeda + peso de la tara (g).

SW = Peso de la muestra seca + peso de la tara (g).

tW = Peso de la tara (g).

Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observan las siguientes

precauciones:

Que la prueba se realice en un lugar cerrado, con ventilación indirecta, limpio y

libre de corrientes de aire, de cambios de temperatura y de partículas que puedan

provocar la alteración del material.

Que todo el equipo esté perfectamente limpio y funcional, especialmente la copa y

el ranurador deberán estar limpios, calibrados y sin indiciosa de desgaste.

Que las dimensiones del ranurador que se utilice sean las especificadas.

Que al efectuar la prueba, la ranura se cierre debido al flujo provocado por los

golpes y no al deslizamiento de la muestra sobre la copa, originadas por una mala

colocación de éste y que ocasionan que fluya con mayor facilidad.

Que la cantidad de material colocado en la copa sea suficiente para tener un espesor

mínimo de 8 mm en el centro de la copa.

Que la caída de la copa se efectúe a un ritmo uniforme de dos golpes por segundo.

Que la forma, dimensiones y ubicación de la ranura sean las indicadas.

Que no se incorpore material seco para reducir el contenido de agua de la porción

de prueba que se prueba y que se efectúe un amasado correcto de ésta.

TESIS DE MAESTRIA


2.2.8 Límite plástico.

2.2.8.1 Equipo y materiales

El equipo necesario para efectuar esta prueba es la balanza, horno, desecador cápsulas de

porcelana, espátula, vidrios de reloj, placa de vidrio y alambre de acero, mismos que ya se

describieron anteriormente.


De la fracción del material preparada, se toma una porción de tamaño tal que se pueda

formar una pequeña esfera de aproximadamente 12 mm en toda su longitud, la que se

moldea con los dedos para que pierda agua y se manipula sobre la palma de la mano para

formar un cilindro.

A continuación el cilindro se hace girar con los dedos de las manos sobre la placa de vidrio

para reducir su diámetro hasta que sea aproximadamente de 3 mm en toda su longitud. La

velocidad de girado será de 60 a 80 ciclos por minuto, entendiéndose por “ciclo” un

movimiento de la mano hacia delante y hacia atrás, hasta volver a la posición de partida.

Si al alcanzar un diámetro de 3 mm el cilindro no se rompe en tres secciones

simultáneamente, significa que su contenido de agua es superior al del límite plástico. En

tal caso se junta nuevamente todo el material para formar la pequeña esfera, manipulándola

con los dedos para facilitar su pérdida de agua y logar una distribución uniforme de la

misma, repitiendo el procedimiento descrito anteriormente, hasta que el cilindro se rompa

en tres segmentos precisamente en el momento de alcanzar dicho diámetro, el cual se

verifica comparándolo contra el alambre de referencia.

Inmediatamente se colocan sobre un vidrio de reloj los fragmentos del cilindro y se

determina el contenido de agua de ese material. Para mayor seguridad en los resultados, la

TESIS DE MAESTRIA


prueba se efectuará por triplicado, obteniendo para cada una de las determinaciones, el

contenido de agua.

2.3 Prueba aashto

Actualmente existen muchos métodos para reproducir, al menos teóricamente, en el

laboratorio unas condiciones dadas de compactación de campo. Históricamente, el primer

método, en el sentido de la técnica actual, es el debido a R. R. Proctor, y es conocida hoy en

día como "Prueba Proctor Estándar". La prueba consiste en compactar el suelo en cuestión

en tres capas dentro de un molde de dimensiones y forma determinadas por medio de

golpes de un pisón, que se deja caer libremente desde una altura especificada.

Con este procedimiento de compactación Proctor estudió la influencia que ejercía en el

proceso el contenido inicial del agua en el suelo, encontrando que tal valor era de vital

importancia en la compactación lograda. En efecto observó que a contenidos de humedad

crecientes, a partir de valores bajos, se obtenían más altos pesos específicos secos y, por lo

tanto, mejores compactaciones del suelo, pero que esa tendencia no se mantenía

indefinidamente, sino que la pasar la humedad de un cierto valor, los pesos específicos

secos obtenidos disminuían, resultando peores compactaciones. Proctor puso de manifiesto

que, para un suelo dado y usando el procedimiento descrito, existe una humedad inicial

llamada "óptima", que produce el máximo peso específico seco que puede lograrse con este

procedimiento de compactación. En estas pruebas las muestras de suelo que van a

ensayarse se compactan por capas hasta llenar un molde especifico. El esfuerzo de

compactación se logra dejando caer un pisón de dimensiones y peso conocidas, desde una

altura específica, un número especificado de veces para cada capa. Entonces se obtiene l

contenido de humedad del material compactado y se determina la densidad en seco a partir

del peso medido del suelo compactado y del volumen conocido del molde. Luego el suelo

es extraído o se obtiene otra muestra del mismo suelo. Posteriormente, se aumenta el

contenido de humedad y se repite la prueba. El proceso se repite hasta que se observa una

reducción en la densidad. Generalmente se requiere un mínimo de cuatro o cinco ensayes

de compactación. Después se traza una grafica de la densidad en seco contra el contenido

TESIS DE MAESTRIA


de humedad a partir de la cual se obtiene el contenido de humedad óptimo. Los dos tipos de

ensayos que se usan comúnmente son la prueba estándar AASHTO o la prueba modificada

AASHTO. A medida que aumenta el esfuerzo de compactación, también aumenta la

densidad en seco máxima. También aumenta el esfuerzo de compactación que se requiere

para obtener una densidad dada a medida que disminuye el contenido de humedad del

suelo.

2.4 Métodos para caracterizar las fibras

Las propiedades mecánicas de las fibras dependen de las fibras vegetales dependen de sus

propiedades físicas, químicas y morfológicas, tales como, contenido de celulosa, estructura

cristalina, diámetro y área de la sección transversal de la fibra.

Los resultados de las pruebas dependen generalmente de varios parámetros tales como el

tiempo y velocidad de prueba, tipo de mordazas de sujeción y la determinación del área de

la sección transversal de la fibra. El área de sección transversal tiene una fuerte influencia

en la resistencia de la fibra.

TESIS DE MAESTRIA


2.4.1 Evaluación del área de la sección transversal

La sección transversal de cada fibra es observada usando un microscopio un microscopio

electrónico.

El área de la sección transversal de la fibra es un importante parámetro para determinar la

resistencia a la tensión de la fibra. El área ( oS ) para la resistencia a la tensión de la fibra es

calculada por la ecuación siguiente a partir de la dimensión del diámetro ( d o), formula 4.

2

4o

odS π

= (4)

En donde:

oS = Área de la sección transversal

d o = Diámetro de la fibra

Sin embargo, el área de la sección transversal de la fibra calculada por la ecuación anterior

tiene cierto grado de error cuando la sección de la fibra no es circular. (Munawar y col.,

2006).

El factor fue calculado para evaluar el error en la medida de la sección transversal. El

coeficiente (C) es definido como el radio del área de la sección transversal ( cS ) de cada fibra

basado en el promedio de cinco diámetros ( d c) medidos en intervalos de36o a través de la

sección transversal de la fibra ( rS ).

214 c

c

r r

dSCS S

π= =

(5)

En donde:

C = Coeficiente de error

cS = Área de la sección transversal basada en el promedio de cinco diámetros

cd = Radio promedio del área de la sección transversal

rS = Área de la sección transversal medida a través de software.

TESIS DE MAESTRIA


2.4.2 Prueba de tensión de la fibra

De acuerdo al procedimiento de preparación descrito e la norma ASTM D 3379-75, el haz

de fibra es pegado a un marco de papel, con 10 mm de longitud. El numero total de

pruebas esta en el rango de 139 a 194, cada fibra fue cortada entre 20 a 25 mm de longitud.

Entonces el diámetro de cada espécimen es seleccionado al azar, seleccionando cinco

localizaciones, los cuales son medidos con un microscopio de 300X de aumentos.

Previamente a la prueba, los especimenes de fibra son acondicionados a 60% de humedad

relativa y a 20oC de temperatura durante una semana. El contenido de humedad de cada

espécimen después del acondicionamiento varía desde 6 % a 9%. Siguiendo la norma

ASTM D-882, las propiedades mecánicas de las fibras son determinadas usando una

maquina universal de prueba (Instron 4411) con una velocidad de 1 mm/min.

2.4.3 Densidad de fibras

La densidad aparente de haces de fibras son medidos usando una longitud mayor de 300

mm. Tres ejemplos son pesados y medidos sus diámetros y longitudes. Los diámetros son

medidos usando un microscopio óptico (Micro Squire DS-3USV) seleccionando al azar de

11 a 83 con 300X de aumento. Calculando el promedio de diámetros. La longitud de las

fibras es medida con una regla. El volumen del haz de fibras es calculado como un cilindro.

2.4.4 Características y pruebas de resistencia de los materiales.

Según la norma N-CMT-2-01-001/02, . CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES

(Tabla 1) establece los requisitos de calidad de los ladrillos y bloques cerámicos que se

utilizan en elementos estructurales de mampostería, con valores de 4, 8, 12 y 20 Mpa.,

respectivamente para calidades D, C, B y A de bloques macizos hechos con maquina.

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Tabla 1.- Características físicas para ladrillos y bloques cerámicos fabricados con máquina.

Subtipos

Macizo Perforado Hueco vertical

Hueco horizontal

Grados de calidad

Características

A B C D B C D C D D E

Resistencia a compresión simple: MPa, mínima

20 12 8 4 8 6 4 10 4 4 2

Los bloques cerámicos de barro, arcilla y/o similares son los elementos de construcción, de

forma prismática rectangular, obtenidos por moldes y cocción de pasto cerámico, de barro,

arcillas y/o similar. Se usan en la construcción de muros de carga. Los ladrillos hechos en la

máquina, por su diseño se dividen en cuatro subtipos y, para este caso, tienen un subtipo

Mn, que trata de ladrillos hechos a mano y deben tener una resistencia a la compresión

mínima de 20 Kg./cm2 , adherencia mínima de 1.5 Kg./c m2 , absorción de agua de 22%, y

dentro de los requerimientos funcionales, no se aceptan para muros aparentes sin

revestimiento. En la tabla 2 se muestran algunas características de los bloques.

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Tabla 2. Características de algunos materiales de mamposterías.

Material Resistencia a la

compresión

(F'c = Kg./cm2)

Coeficiente de

variación

(CV)

Peso

Volumétrico

(Kg./cm2)

Tabique rojo de barro

recocido

35-115 10-30 1.3-1.5

Bloques de concreto:

Ligero

Intermedio

20-50

20 - 80

10-26

7 - 29

0.95 – 1.21

1.32 – 1.70

Tabicón b 45 - 120 11 -35 1.05 – 1.60

La industria de la construcción considera las siguientes especificaciones de las que se

presentan sus requerimientos en la tabla numero 3.

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Tabla 3. Especificaciones para ladrillos y bloques de barro arcilla

TIPOS: MQ

Subtipos: MqM

Grados de calidad A B C D

Promedio de

5 piezas

250 150 100 50 Resistencia

a la

compresión

mim.

(Kg./cm2)

Individual 200 120 80 40

Promedio de

5 piezas

6 4 4 2.5 Adherencia

mim.

(Kg./cm2) Individual 4 3 2 1.7

Promedio de

5 piezas

10 14 16 18 Absorción

de agua (%

en peso) Individual 12 16 18 20

Mq=Hechos a maquina Calidad: Muy Buena=A, Buena=B, Regular=C, Malo=D

La Secretaría de Comunicaciones y Transportes de México dentro de sus especificaciones

para mampostería menciona la de dos de los materiales de construcción más empleados en

nuestro medio y que son: los tabiques de arcilla recocida hechos a mano y los tabiques

cemento-arena, de los que se presentan sus requerimientos en la tabla 4.

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Tabla 4. Requisitos físicos de los ladrillos de arcilla hecha a mano.

TIPOS CONCEPTO

A B C

Modulo de ruptura a la flexión en Kg./cm2 mínimo 15 12 10

Esfuerzo de compresión a la primera grieta 30 25 20

Esfuerzo de compresión a la ruptura final 70 60 50

Por ciento de absorción a las 5 horas de permanencia 20 23 25

Por ciento de absorción a las 5 horas de permanencia 25 28 30

Coeficiente de saturación máximo 0.8 0.82 0.81

A continuación se describen las pruebas a realizarse a las probetas de tabiques para

verificar que cumplan las especificaciones técnicas requeridas.

En este apartado se refiere a los procedimientos que deben seguirse para el muestreo y

ensaye de tabiques, relativas al módulo de ruptura (prueba de flexión), resistencia a la

compresión.

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2.5 Métodos para evaluar las propiedades del material compuesto

2.5.1 Resistencia a la flexión.

Para realizar la prueba de módulo de ruptura (prueba a la flexión) deberán tenerse en cuenta

los siguientes aspectos:

Deberán ensayarse cinco tabiques completos, como mínimo. El espécimen de prueba

deberá estar sostenido en posición plana sobre un claro de diez y ocho centímetros y

deberá cargarse en el centro del claro. Si los especimenes tienen depresiones deberán

colocarse en tal forma que dichas depresiones queden en la zona de compresión durante la

prueba. La carga deberá aplicarse sobre la cara superior del espécimen por medio de una

placa de apoyo de seis milímetros de espesor, de cuatro centímetros de ancho y con una

longitud cuando menos igual al ancho del espécimen. La dirección en que se aplique la

carga deberá ser perpendicular a la superficie cargada del espécimen. Los apoyos del

espécimen de prueba deberán tener libertad de rotación tanto en dirección longitudinal

como transversal y deberán estar ajustados de tal manera que no ejerzan fuerza alguna en

ninguna de las direcciones mencionadas.

En la realización d la prueba se tendrá presente que la velocidad de la carga no deberá

exceder de mil kilogramos por minuto, pero este requisito puede considerarse como

satisfecho cuando la velocidad de la cabeza de la máquina de prueba, durante la aplicación

de la carga no sea mayor de un décimo de centímetro por minuto.

El módulo de ruptura de cada espécimen se calcula de la siguiente manera.

2

2

3M odulo de ruptura = kg/cm2

Plbd (6)

En donde:

P = Carga máxima indicada en la máquina de prueba, en kilogramos.

l = Distancia que hay entre los dos apoyos del espécimen, en centímetros.

b = Ancho promedio del espécimen, en centímetros.

= Espesor o peralte promedio total del espécimen, en centímetros.

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Repórtese el promedio de los resultados de módulo de rupturas de todos los especímenes

ensayados como el módulo de ruptura del lote e tabiques ensayados.

2.5.2 Reisitencia a la compresión axial.

Para realizar la prueba de resistencia a la compresión se deberán considerar los siguientes

aspectos:

Para realizar la prueba objeto de este inciso deberán probarse, cuando menos cinco

especímenes.

Los especímenes para esta prueba deben consistir de medios (1/2) tabiques con sus

extremos aproximadamente planos y paralelos puede obtenerse un espécimen de un tabique

completo por cualquier método, que no rompa o astille el material. Pueden usarse los

medios tabiques provenientes después de que se ha ejecutado la prueba de flexión. Si las

caras aparentemente planas del espécimen de prueba tienen depresiones, éstas deben

rellenarse con una pasta de cemento Pórtland dejándose ésta fraguar cunado menos por

espacio de veinticuatro (24) horas antes de enrasar el espécimen. Deben recubrirse las dos

caras planas opuestas de cada espécimen con un mortero a base de azufre, yeso o cemento

que tengan una resistencia a la compresión superior a la especificada para el espécimen.

Una vez cabeceados los especímenes se dejará transcurrir cuando menos diez y seis (16)

horas antes de ejecutar la prueba.

Todos los especímenes deberán probarse apoyándolos sobre sus caras mayores; la carga

deberá aplicarse en la dirección del espesor del tabique. La cabeza de la máquina de prueba

debe consistir de una pieza o bloque de metal, con asiento esférico. El centro de la esfera

debe caer precisamente al centro del bloque que esta en contacto con el espécimen. El

bloque deberá estar bien sostenido en su asiento esférico, pero haciéndose la salvedad de

que deberá tener libertad para moverse en cualquier dirección. El diámetro de la superficie

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de contacto deberá ser de doce punto cinco (12.5) centímetros, como mínimo. Deberá

usarse un bloque soporte de metal, endurecido, abajo del espécimen a fin de reducir al

mínimo la abrasión del plato inferior de la maquina. Las superficies de soporte de los

bloques entre los cuales va a estar en contacto el espécimen deberá y tener una dureza no

menor de grado C60 Rockwell (o número 620 Brinell). Las irregularidades de estas placas

no serán mayores de veinticinco milésimas (0.025) de milímetro. Cuando el área de soporte

del bloque de apoyo esférico no sea suficiente para cubrir el área del espécimen; deberá

colocarse una placa de acero con superficies planas maquinadas a veinticinco milésimos

(0.025) de milímetro de tolerancia en más o menos y cuyo espesor sea igual, cuando menos,

a la tercera parte de la distancia que haya entre el reborde de la placa esférica y la esquina

mas que alejada; esta placa debería ir entre el cojinete esférico y el espécimen cabeceado.

La carga, hasta la mitad de la carga máxima probable puede aplicarse a cualquier

velocidad; después de llegar a este punto, los controles de la maquina deben ajustarse de

manera que se tenga una velocidad uniforme. Con esta velocidad, la carga remante deberá

aplicarse en no menos de un (1) minuto ni mas de dos (2). L resistencia a la compresión de

cada espécimen se calcula de la manera siguiente:

PR esistencia a la com presión = A (7)

La resistencia a la compresión esta expresada en kilogramos por centímetro cuadrado.

En donde:

P = Carga máxima, indicada en kilogramos, en la maquina de prueba.

A = Promedio de las aéreas netas de las superficies del soporte superior e inferior del

espécimen, en centímetros cuadrados.

Se reportará el promedio de la resistencia a la compresión de todos los especímenes

ensayados como la resistencia a la compresión del lote de tabiques sujeto a consideración.

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2.6 Materiales compuestos reforzados con fibras.

Tecnológicamente, los materiales compuestos más importantes son aquellos en los cuales

la fase dispersa existe en la forma de fibras. Los objetivos de diseño de los materiales

compuestos reforzados con fibras con frecuencia incluyen alta resistencia y alta rigidez

según el peso. Estas características se expresan mediante los parámetros de resistencia

específica y modulo específico, los cuales corresponden, respectivamente, a las relaciones

entre resistencia a la tracción y peso específico, y entre el módulo de elasticidad y el peso

específico. Se han producido materiales compuestos reforzados con fibras con resistencias

específicas y módulos específicos notablemente elevados en los que se utilizan materiales

de baja densidad para las fibras y las matrices.

Los materiales compuestos reforzados con fibras se subdividen según la longitud de la

fibra. En el caso de fibras cortas, éstas son demasiado cortas para producir un aumento

significativo de la resistencia.

2.6.1 Influencia de la longitud de la fibra

Las características mecánicas de los materiales compuestos reforzados con fibras dependen

no solamente de las propiedades de la fibra, sino también de grado en que una carga

aplicada es transmitida a las fibras a través de la fase matriz. Al respecto, es muy

importante la magnitud de la unión interfacial entre las fases de fibra y matriz, bajo un

esfuerzo aplicado, la unión matriz-fibra cesa en los extremos de la fibra, lo que produce un

patrón de deformación de la matriz como el que se muestra esquemáticamente en la figura

1; en otras palabras, en cada uno de los extremos de la fibra no hay transmisión de la carga

desde la matriz.

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Fig. 1.- Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra

Se requiere una longitud de fibra crítica para un aumento efectivo de la resistencia y de la

rigidez del material compuesto. Esta longitud crítica lc depende del diámetro d de la fibra y

de su resistencia última ( o a la tracción) σf , así como de la resistencia de la unión matriz-

fibra ( o de la resistencia a la cizalladura de la matriz, la que sea más pequeña) τc de

acuerdo con la formula 8 .

2

fc

c

dl

στ

= (8 )

En varias combinaciones de matriz-fibra de vidrio y de carbono, esta longitud crítica es del

orden de 1 mm, equivalente a unas 20 a 150 veces el diámetro de la fibra.

Cuando se aplica un esfuerzo igual a fσ a una fibra que tenga justo esta longitud critica se

obtiene el perfil esfuerzo posición mostrado en la figura 2a; es decir la carga máxima en la

fibra se alcanza solamente en el centro del eje de la fibra. A medida que aumenta la

longitud l de la fibra, el refuerzo de la fibra se hace más efectivo, como se demuestra en la

figura 2b, un perfil esfuerzo-posición axial para l> lc cuando el esfuerzo aplicado es igual

a la resistencia de la fibra. La figura 2c muestra el perfil esfuerzo –posición para l< lc .

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Fig. 2.- Perfiles de esfuerzo-posición en un compuesto reforzado con fibra y esfuerzo a

tracción.

Las fibras con l>> lc (generalmente l>15lc ) se denominan continuas; las fibras

discontinuas o cortas tienen longitudes menores que ésta. En las fibras discontinuas de

longitudes significativamente menores que lc , la matriz se deforma alrededor de la fibra de

modo que prácticamente no hay transferencia de esfuerzo y el efecto de refuerzo de la fibra

es poco. Estos son esencialmente los materiales compuestos reforzados con partículas. Para

obtener una mejora significativa de la resistencia de un material compuesto las fibras deben

ser continuas.

2.6.2 Influencia de la orientación y concentración de la fibra.

La disposición u orientación de las fibras unas con respecto a otras, la concentración de la

fibra y su distribución tienen una influencia significativa en la resistencia y otras

propiedades de los materiales compuestos reforzados con fibras. Con respecto a la

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orientación son posibles dos extremos: (1) la alineación paralela de los ejes longitudinales

de las fibras según una sola dirección, y (2) una alineación totalmente aleatoria. Las fibras

continuas normalmente se alinean como se puede ver en la figura 3a, mientras que las

fibras discontinuas pueden estar alineadas, figura 3b, orientadas aleatoriamente, figura 3c, u

orientadas parcialmente. Las mejores propiedades generales de los materiales compuestos

se obtienen cuando la distribución de las fibras es uniforme.

Fig. 3.- Representación esquemática de compuestos reforzados con fibras

2.6.3 Materiales compuestos con fibras continuas y alineadas La respuesta mecánica de este tipo de materiales compuestos depende de varios factores,

como el comportamiento esfuerzo-deformación de las fases y, además, la dirección en que

se aplica el esfuerzo o la carga. Además, las propiedades de un material compuesto con sus

fibras alineadas son altamente anisotrópicas, es decir, dependen de la dirección en que se

miden. Consideremos primero el comportamiento esfuerzo-deformación en aquella

situación en la cual el esfuerzo es aplicado a lo largo de la dirección de alineamiento, la

dirección longitudinal, cuya dirección se indica en la figura 3a.

Para empezar, considere los comportamientos esfuerzo deformación de las fases de fibra y

de matriz que se representan esquemáticamente en la figura 4a; de acuerdo con este

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tratamiento, se considera que la fibra es totalmente frágil y que la fase matriz es

razonablemente dúctil.

Fig. 4.- (a) Curvas de esfuerzo deformación para materiales de fibra frágil y matriz dúctil.

Se observan el esfuerzo y la deformación a la rotura en ambos materiales.(b) Curva de

esfuerzo deformación en un material compuesto reforzado con fibra alineada sometido a un

esfuerzo uniaxial aplicado en la dirección del alineamiento.

También se indican en esta figura las resistencias a la rotura bajo tracción para la fibra y

para la matriz fσ y mσ respectivamente, y las deformaciones a la rotura correspondientes

f∈ y m∈ ; además, se supone que m∈ > f∈ , como normalmente sucede.

Un material compuesto reforzado con fibras que consiste en estos materiales de fibras y la

matriz exhibe la respuesta uniaxial esfuerzo-deformación que se ilustra en la figura 4b para

tener una perspectiva. En la región inicial de la Etapa I, tanto las fibras como la matriz se

deforman elásticamente; en general esa parte de la curva es lineal. Típicamente, en un

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material compuesto de este tipo, la matriz fluye y se deforma plásticamente ( y m∈ , figura

4b) mientras que las fibras continúan estirándose elásticamente, ya que la resistencia a la

tracción de las fibras es significativamente más alta que el limite elástico de la matriz. Este

proceso constituye la Etapa II como se observa en la figura, la cual generalmente es casi

lineal, pero con una pendiente menor en relación con la Etapa I. Además, al pasar de la

Etapa I a la Etapa II, aumenta la proporción de la carga aplicada que sustentan las fibras.

El inicio de la rotura del material compuesto comienza a medida que las fibras empiezan a

romperse, lo que corresponde a una deformación de fσ aproximadamente como se observa

en la figura 4b. La rotura del material compuesto no es catastrófica debido a un par de

razones. Primero, no todas las fibras se rompen al mismo tiempo, ya que siempre existirán

variaciones considerables en la resistencia a la rotura de materiales de fibra frágil. Además

aun después de la rotura de la fibra, la matriz sigue intacta siempre que f∈ < m∈ (figura 4b).

De este modo, estas fibras fracturadas, que son mas cortas que las originales, todavía están

embebidas en la matriz intacta y, en consecuencia, son capaces de sustentar una carga

disminuida a medida que la matriz continua deformándose plásticamente.

2.6.3.1 Resistencia longitudinal a la tracción Consideremos las características de resistencia de los materiales compuestos reforzados

con fibras alineadas y continuas que tienen carga en al dirección longitudinal. En estas

circunstancias, generalmente se toma la resistencia como el esfuerzo máximo en la curva

esfuerzo-deformación, figura 4b; con frecuencia este punto corresponde a la rotura de la

fibra e indica el inicio de la rotura del material compuesto. La rotura de este tipo de

material compuesto es un proceso relativamente complejo, y son posibles varios modos

diferentes de rotura. El modo que opera para un material compuesto específico depende de

las propiedades de la fibra y de la matriz, y de la naturaleza y la unión interfacial matriz-

fibra.

Si suponemos que f∈ < m∈ (figura 4a), como suele suceder, entonces las fibras se rompen

antes que la matriz. Una vez que las fibras se han roto, la mayor parte de la carga que era

sustentada por las fibras se transfiere a la matriz. En este caso, es posible adaptar la

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expresión del esfuerzo de material compuesto, formula , para obtener la resistencia

longitudinal del material compuesto, clσ :

( )1cl m f f fV Vσ σ σ′= − + (9)

Aquí mσ ′ es el esfuerzo en la matriz a la rotura de la fibra (como se ilustra en la figura 4 a)

y fσ es la resistencia a la tracción de la fibra, fV es la fracción de volumen de la fibra.

2.6.3.2 Resistencia transversal a la tracción La resistencia de los materiales compuestos fibrosos continuos unidireccionales es

altamente anisotrópica; estos materiales compuestos normalmente están diseñados para ser

cargados a lo largo de la dirección longitudinal, de alta resistencia. Sin embargo, durante

las aplicaciones en servicio también pueden existir cargas transversales de tracción. En

estas circunstancias, puede presentarse la rotura prematura ya que la resistencia transversal

generalmente es muy baja, algunas veces se encuentra por debajo de la resistencia a la

tracción de la matriz. Entonces, de hecho, el efecto de refuerzo de las fibras es negativo.

Mientras que la resistencia de la fibra domina la resistencia longitudinal, varios factores

tienen una influencia significativa en la resistencia transversal; estos factores incluyen las

propiedades de la fibra y de la matriz, la resistencia de la unión matriz-fibra y la presencia

de poros. Las medidas que se han empleado para mejorar la resistencia transversal de estos

materiales compuestos generalmente incluyen la modificación de la matriz.

2.6.4 Materiales compuestos con fibras discontinuas y alineadas

Aunque la eficacia del refuerzo con fibras discontinuas es menor que la que se obtiene con

fibras continúas, los materiales compuestos de fibra alineada y discontinua (figura 3b) cada

vez adquieren más importancia en el mercado. Las fibras de vidrio troceadas se usan muy

ampliamente; sin embargo, también se emplean las fibras discontinuas de carbono y de

aramida. Estos compuestos con fibras cortas pueden producirse con módulos de elasticidad

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y resistencias a la tracción que se aproximan a 90% y 50%, respectivamente, de sus

equivalentes fabricados con fibras continuas.

En un material compuesto de fibra alineada y discontinua que tenga una distribución

uniforme de fibras y en el cual l> lc , la resistencia longitudinal ( cdσ ) esta dada por la

formula 10 .

( )1 1

2c

cd f f m flV Vl

σ σ σ⎛ ⎞= + −⎜ ⎟⎝ ⎠ (10)

Donde fσ y mσ representan la resistencia al fractura de la fibra y el esfuerzo en la matriz

cuando se rompe el material compuesto (figura 4a).

Si la longitud de la fibra es menor que la critica (l< lc), entonces la resistencia longitudinal

esta dada por la formula 11 .

( )1c

cd f m fl V Vdτσ σ= + −

(11)

Donde d es el diámetro de la fibra y cτ es el valor menor ya sea de la resistencia de la unión

matriz-fibra o del límite elástico del esfuerzo de cizalladura de la matriz.

2.6.5 Materiales compuestos con fibras discontinuas y orientadas

al azar Normalmente, cuando la orientación de la fibra es al azar, se usan fibras cortas y

discontinuas; el refuerzo de este tipo se muestra esquemáticamente en la figura 3c. En estas

circunstancias, se puede utilizar la expresión de la “regla de las muestras” para el modulo

elástico, definido por la ecuación .

Regla de las muestras. Las propiedades de una aleación multifásica o de un material

compuesto son un promedio ponderado, (generalmente en base al volumen) de las

propiedades de los componentes individuales.

cd f f m mE KE V E V= + (12)

En esta expresión, K es el parámetro de eficiencia de la fibra que depende de fV y de la

relación fE / mE . Desde luego, su magnitud es menor que la unidad, generalmente del

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orden de 0.1 a 0.6. Entonces para el refuerzo con fibras al azar (al igual que el refuerzo con

fibras orientadas), el modulo aumenta según la proporción de la fracción de volumen de la

fibra. La tabla 5 indica algunas de las propiedades mecánicas de los policarbonatos

reforzados y no reforzados con fibras de vidrio orientadas al azar y discontinuas,

proporciona una idea de la magnitud del refuerzo que es factible.

Tabla 5.- Propiedades del policarbonato sin refuerzo y reforzado con fibra de vidrio

orientada al azar.

Reforzado con fibra (% volumen) Propiedades No reforzado

20 30 40

Peso especifico 1.19-1.22 1.35 1.43 1.52

Resistencia a la tracción

[MPa (Ksi)]

59-62

(8.5-9.0)

110

(16)

131

(19)

1.59

(23)

Módulo de elasticidad

[Gpa (106 psi)]

2.24-2.345

(0.325-0.340)

5.93

(0.86)

8.62

(1.25)

11.6

(1.68)

Elongación (%) 90-115 4-6 3-5 3-5

Resistencia al impacto, Izod

con entalla (lbf /pulg)

12-16 2.0 2,0 2.5

En resumen, los materiales compuestos con fibras alineadas son por naturaleza

anisotrópicos, porque la resistencia y el refuerzo máximos se obtienen a lo largo de la

dirección de alineamiento (longitudinal). En la dirección transversal, el refuerzo con fibras

prácticamente no existe: en general, la rotura se presenta con esfuerzos de tracción

relativamente bajos. Con otras orientaciones del esfuerzo, la resistencia del material

compuesto se sitúa entre estos extremos. En la tabla 6 se presenta la eficiencia del refuerzo

de fibras en distintas situaciones; en un material compuesto de fibras orientadas, esta

eficiencia se considera como la unidad en la dirección de alineamiento, y como cero en la

dirección perpendicular.

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Cuando se imponen esfuerzos multidireccionales a un plano individual, con frecuencia se

utilizan capas alineadas yuxtapuestas con fibras alineadas en diferentes direcciones. Se les

denomina materiales compuestos laminares.

Tabla 6.- Eficiencia del refuerzo de materiales compuestos reforzados con fibra orientada

en varias direcciones y esfuerzos aplicados en varias direcciones

Orientación de la fibra Dirección del esfuerzo Eficiencia del

refuerzo

Todas las fibras paralelas Paralela a las fibras

Perpendicular a las fibras

1

0

Fibras orientadas al azar y uniformemente distribuidas en un plano especifico

Cualquier dirección en el

plano de las fibras

3/8

Fibras orientadas al azar y uniformemente distribuidas en el espacio de tres dimensiones

Cualquier dirección 1/5

En las aplicaciones en las que se utilizan esfuerzos totalmente multidireccionales por lo

regular se emplea fibras discontinuas, las cuales están orientadas al azar en el material de

la matriz. La tabla 2 muestra que la eficiencia del refuerzo es solamente una quinta parte de

la eficiencia equivalente en un material compuesto con fibras alineadas en la dirección

longitudinal; sin embargo, las características mecánicas son isotropicas.

Las consideraciones de la orientación y de la longitud de la fibra para un material

compuesto específico dependen del nivel y de la naturaleza del esfuerzo aplicado, así como

del costo de fabricación. Las velocidades de producción de materiales compuestos de fibras

cortas (tanto alineadas como orientadas al azar) son rápidas, y se pueden conformar piezas

de formas intrincadas que no son posibles con el refuerzo de fibras continuas. Además, los

costos de fabricación son considerablemente más bajos que en el caso de los compuestos

reforzados con fibras continuas y alineadas; las técnicas de fabricación que se aplican a los

materiales compuestos de fibras cortas incluyen moldeo por compresión, moldeo por

inyección y moldeo por extrusión.

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2.7 Productos de arcillas Uno de los materiales cerámicos crudos más ampliamente usados es la arcilla. Este

ingrediente barato, que se encuentra de forma natural en gran abundancia, con frecuencia se

utiliza tal como es extraído de la mina sin ninguna mejora en la calidad. Otra razón de su

popularidad radica en la facilidad con que se pueden formar los productos de arcilla;

cuando se mezclan agua y arcilla en las proporciones adecuadas se obtiene una masa

plástica que es muy fácil de darle forma. La pieza conformada se seca para eliminar parte

de la humedad, después de lo cual se cuece a una temperatura elevada para mejorar su

resistencia mecánica.

La mayoría de los productos a base de arcilla caen en dos grandes clasificaciones:

elementos estructurales de arcilla y porcelanas. Entre los elementos estructurales de

arcilla se incluyen ladrillos de construcción, baldosas y tuberías de aguas residuales,

aplicaciones en las cuales es importante la integridad estructural. Los minerales de arcilla

desempeñan dos papeles muy importantes en las piezas de cerámica. En primer lugar,

cuado se les añade agua, se hacen muy plásticos, propiedad que se denomina

hidroplasticidad. Esta propiedad es muy importante de conformado. Además, la arcilla se

funde o se derrite en un amplio intervalo de temperaturas; así puede obtenerse una

cerámica densa y fuerte durante la cocción sin fusión completa, de modo que se conserve la

forma deseada. Este intervalo de temperaturas de fusión depende de la composición de la

arcilla.

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CAPITULO. III.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

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3.1. Metodología

El estudio se realizó en el Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo

Integral Regional unidad Oaxaca.

Figura 5.- Grafico de la metodología

Metodología del

experimento

Selección del banco de material

Fibra de bagazo de agave

Muestreo Caracterización de suelo

Preparación del suelo

Obtención Preparación de fibra

Diseño de mezcla Adobe sin Fibra

Adobe con fibra Pruebas a compresión y flexión

Pruebas a compresión y flexión

Análisis estadístico

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3.2. Desarrollo metodológico del proyecto

3.2.1. Ubicación del banco de material Se realizaron visitas a los bancos de materiales cercanos y disponibles, con características

adecuadas para el adobe compactado y que generalmente son las que surten de material

para revestimiento. Los bancos más cercanos se localizan en Animas Trujano, San Javier

Xoxocotlán, San Agustín de las juntas y Cruz blanca agencia municipal de Cuilapam de

Guerrero. El suelo seleccionado fue el de Cruz Blanca, fig. 6.

Fig. 6.- Bancos de material de Animas Trujano y Cruz Blanca

3.2.2. Muestreo del suelo. Determinado el banco de material se realiza el muestreo para obtener una porción

representativa del material a utilizar. Fig. 7.

Fig. 7.- Obtención de la muestra.

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3.2.3. Preparación de las muestras

3.2.3.1. Secado parcial

El secado es necesario solo si el material presenta humedad, esta operación se realiza para

facilitar su disgregación, y puede ser al sol o en horno, si es al sol se extiende la muestra en

charolas o en el patio de asoleado el cual debe de ser liso para evitar la perdida de fino y la

contaminación con otros materiales. En el horno la temperatura debe controlarse a 60 oC,

independientemente del método es necesario mover el material periódicamente para lograr

un secado uniforme y su disgregación sea fácil (Ortiz, 2006). Fig. 8.

Fig. 8.- Secado al sol de la muestra de suelo.

3.2.3.2. Disgregado

Una vez seca la muestra por el procedimiento anterior, se disgregó con un mazo de madera

de 1 Kg de peso, aplicando golpes en forma vertical y a 20 cm de altura, esto con la

finalidad de deshacer los grumos que contenía la muestra, la disgregación de la muestra se

efectuó si tratar de romper las partículas duras, , llegando a un grado tal, que se acercara lo

más posible al grado mínimo de disgregación teniendo la precaución de no perder los

materiales finos.

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3.2.3.3 Cuarteo En una superficie horizontal, lisa y limpia se revolvió el material a trabajar con un

traspaleo, hasta que se presento un aspecto homogéneo, después se formó un cono,

depositando con la pala el material en el vértice del mismo, permitiendo que dicho material

por si solo buscara su acomodo y procurando a la vez que su distribución se hiciera

uniformemente.

El cono formado se truncó, encajando la pala del vértice hacia abajo y haciéndola girar

alrededor del eje del cono con el fin de ir desalojando el material hacia la periferia, hasta

dejarlo con una altura de 15 o 20 cm, enseguida el cono truncado se dividió y separó en

cuadrantes similares.

Con un cucharón se tomaron muestras de dos cuadrantes opuestos, uno a la vez, para

obtener material para las pruebas de granulometría, densidad y limites de consistencia, en

esta ultima, el material, se cribo por la malla № 40. figura 9.

Fig. 9.- Cuarteo de suelo.

3.2.3.4. Peso volumétrico seco suelto

El peso volumétrico o peso especifico de un suelo en estado suelto sirve principalmente

para determinar el coeficiente de variación volumétrica y para el diseño de mezclas y

consiste en obtener la relación entre el peso seco suelto del material entre su volumen, con

TESIS DE MAESTRIA


unidades de kilogramos por metro cúbico o gramos por centímetro cúbico, corrigiendo el

valor de acuerdo al contenido de agua.

Para esta prueba, se empleó una tara de la que se conocía su peso y volumen, para con ella

determinar el peso volumétrico del material.

Del material previamente cuarteado, con un cucharón de lámina, se tomaron varias

porciones de dos cuadrantes opuestos de la tierra y se dejo caer en el recipiente desde una

altura de veinte (20) centímetros, hasta que se llenó, utilizando como referencia un

fluxómetro y se evito que el material se reacomodara por movimientos indebidos; después

se procedió a enrasar el material utilizando una regla o hilo, lo suficientemente tenso para

controlar que el enrase fuera lo más exacto posible.

Se pesó el material en una báscula con aproximación de cinco (5) gramos y se registro su

peso.

3.2.4. Análisis granulométrico

3.2.4.1 Características del material del banco

Mediante cuarteos sucesivos, se tomo una muestra representativa del material y se realizó el

cribado comenzando por la malla de mayor denominación, de la siguiente forma:

Se realizó primero la granulometría gruesa, que consistió en cribar el material a través de

las mallas; 3” (76.2 mm), 2” (50.8 mm), 1 1/2" (38.1 mm), 1” (25.4 mm), 3/4" (19.1 mm), 1/2" (12.7 mm), 3/8” (9.52”), № 4 (4.76 mm).

Las porciones retenidas en cada una de las mallas mencionadas, así como la porción que

pasó la malla № 4, se pesaron en la báscula y se anotaron los resultados.

TESIS DE MAESTRIA


Después se determinó la granulometría de finos, para lo cual se tomó por cuarteo una

porción de 200 gramos de material que paso por la malla № 4, este material se depositó en

un vaso metálico y se saturo con agua durante 24 horas, pasando este tiempo y con la ayuda

de una varilla metálica de una longitud de 20 cm y con diámetro de 6.3 mm se agito durante

15 segundos, se dejó que se asentara el material y posteriormente se vertió el agua sobre la

malla № 200 para que pasaran los finos con el agua y se retuvieran las partículas mayores

a 0.075 mm, el material cernido en la malla se regresó al vaso metálico con la ayuda de un

chorro de agua, y se repitió el procedimiento hasta que el agua que pasaba la malla № 200

estuviera limpia.

Ya limpio el material, se procedió a secarlo en un horno a una temperatura constante de 105

± 5oC, durante un lapso de 24 horas, hasta que el material alcanzó un peso constante,

transcurrido este tiempo se sacó el vaso el horno y se dejó enfriar hasta una temperatura

cercana o igual a la temperatura ambiente.

Con el material seco y frío, se procedió a cribarlo por las mallas para la granulometría de

finos y que son; malla № 10 (2.00 mm), № 20 (0.84 mm), № 40 (0,42 mm), № 60 (0.25

mm), № 100 (0.149 mm) y № 200 (0.074 mm). Se pesaron los retenidos de cada malla,

expresando dichos retenidos como porcentaje de los 200 gramos iniciales; al sumar los

porcentajes de retenidos, se observó que no sumaban el 100%, ya que en el proceso de

lavado, se perdieron los finos arcillosos que pasaron la malla № 200 y para el cálculo, se

consideraron como material que paso la malla № 200.

Teniendo los pesos de los retenidos en cada una de las mallas, se procedió a expresarlos

como porcentaje y representarlos en la gráfica granulométrica.

Para la granulometría grueso se empleo como 100% el peso total del material, y para la

granulométrica fina, se emplearon 200 gramos, del porcentaje que pasó la malla № 4.

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Los pesos (W p ) de cada una de las proporciones retenidas empleadas en la granulometría

de la fracción gruesa, se expresaron en porcentajes del peso de la muestra seca ( W m s ),

anotando como porcentajes retenidos parciales (% R p ).

Esta es una prueba definitiva para juzgar la calidad de los materiales, de acuerdo al fin que

se les destine y se verifique mediante la determinación de los tamaños de las partículas que

forma el suelo, Figura 5.

Las características granulométricas de un suelo influyen en la mayor o menor facilidad

para lograr una compactación adecuada y tiene gran importancia en su comportamiento

mecánico, Figura 10.

Fig. 10.- Pesado de muestra de suelo para lavado.

Fig. 11.- Cribado del suelo lavado por los tamices.

TESIS DE MAESTRIA


La granulometría se realizó tanto por vía seca, para la fracción gruesa, como por vía

húmeda, para la fracción de material de material que paso por la malla № 4.

3.2.5. Determinación de límites de consistencia

Estas pruebas permiten determinar los límites de consistencia y así determinar las fronteras

entre los estados de consistencia de los suelos, definidos por Atterberg: estado liquido,

semilíquido, plástico, semisólido y solidó. Estos estados dependen de la cantidad de agua

mezclada con el suelo.

3.2.5.1 Características del agua

El agua, liquido preciado para todo ser viviente, pero tiene otros usos indispensables, en

este caso para la elaboración de mezclas y curado, para ello tiene que cumplir con las

condiciones normales para su uso, estará limpia y libre de cantidades dañinas de sales,

aceites, ácidos, álcalis, materia orgánica o mineral y otras impurezas que puedan reducir la

resistencia, durabilidad o calidad de la mezcla.

El agua no contendrá más de 250 ppm del ión cloro, ni más de 250 ppm de sales de sulfato

expresados como SO4. La mezcla no contendrá más de 500 mg de ión cloro por litro de

agua. Otros como Mg no excederán de 1500 ppm.

La cantidad total de sales solubles en agua no excederá de 1500 ppm, las sales en

suspensión no excedan de 1000 ppm y los de magnesio, expresados como Mg. No

excederán de 1500 ppm.

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3.2.6. Pruebas para mampostería

3.2.6.1. Prueba de flexión

Prueba para determinar el modulo de ruptura de las piezas de adobe, deberán ensayarse

cinco especímenes como mínimo.

El espécimen de prueba deberá estar sostenido en posición plana sobre un claro de diez y

ocho centímetros, aplicándose la carga al centro del claro en la cara superior del espécimen

por medio de una placa de apoyo de seis milímetros de espesor, de cuatro centímetros de

ancho y con una longitud cuando menos igual a la del espécimen, siendo la dirección de la

carga perpendicular a la superficie cargada del espécimen. Los apoyos del espécimen

deberán tener la libertad de rotación tanto en dirección longitudinal como transversal y

deberán estar ajustados de tal manera que no ejerzan fuerza en ninguna de la direcciones

mencionadas.

3.2.7. Resistencia a la compresión axial

Prueba para determinar la capacidad de carga vertical de las piezas de adobe, deberán

probarse cuando menos cinco especímenes.

Para esta prueba se requiere de (1/2) especímenes con sus extremos planos y paralelos.

Todos los especímenes deberán probarse apoyándolos sobre sus caras mayores, aplicándose

la carga en la dirección del espesor del espécimen.

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3.2.8 Obtención y preparación de la fibra de bagazo de agave.

3.2.8.1. Preparación de la fibra (NMX-AA-015-1985) residuos

sólidos municipales - muestreo – método de cuarteo.

El bagazo de agave se obtuvo de un palenque de la población de San Juan Guelavia,

Tlacolula, Oaxaca. En este sitio se procedió a obtener el material, siguiendo los pasos que

se describen a continuación.

Para efectuar el cuarteo, se requiere la participación de cuando menos tres personas.

El equipo requerido antes descrito, está de acuerdo con el número de personas que

participan en el cuarteo.

Para realizar el cuarteo, se toman las bolsas de polietileno conteniendo los residuos sólidos,

resultado del estudio de generación según la Norma Oficial Mexicana NOM-AA-61-. En

ningún caso se toma más de 250 bolsas para efectuar el cuarteo. El contenido de dichas

bolsas, se vacía formando un montón sobre un área plana horizontal de 4 m x 4 m de

cemento pulido o similar y bajo techo.

El montón de residuos sólidos se traspalea con pala y/o bieldo, hasta homogeneizarlos, a

continuación, se divide en cuatro partes aproximadamente iguales A B C y D (Figura 8), y

se eliminan las partes opuestas A y C ó B y D, repitiendo esta operación hasta dejar un

mínimo de 50 Kg. de residuos sólidos con los cuales se debe hacer la selección de

subproductos de acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-AA-22. De las partes

eliminadas del primer cuarteo, se toman 10 Kg. aproximadamente de residuos sólidos para

los análisis del laboratorio, con el resto se determina el peso volumétrico de los residuos

sólidos "in situ", según Norma Oficial Mexicana NOM-AA-19. La muestra obtenida para

los análisis físicos, químicos y biológicos debe trasladarse al laboratorio en bolsas de

polietileno debidamente selladas e identificadas, evitando que queden expuestas al sol

durante su transporte, además se debe tener cuidado en el manejo de la bolsa que contiene

la muestra para que no sufra ninguna rotura, Fig. 12 y 13.

TESIS DE MAESTRIA


Fig. 12.- Cuarteo de residuos sólidos municipales.

Fig. 13.- Cuarteo para la obtención de muestra de fibra.

Fig. 14.- Transporte en bolsas de las muestras de fibra.

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Obtenido el material se procederá al lavado, Fig. 15, secado de la fibra, Fig. 16, y su

posterior molienda en un molino de martillos de mallas intercambiables, dependiendo la

dimensión de la malla del tamaño final de la fibra.

Fig. 15.- Lavado de la fibra.

Fig. 16.- Secado de la fibra.

La proporción de materiales componentes del adobe compactado será:

Contenido de arcilla del 5 al 15%, contenido de arena del 40 al 60%, y un contenido de

limo de 20 al 35% por peso.

La proporción de fibra en un compuesto no debe rebasar el 10 % en peso (Balam y col.,

2006), recomendándose par una mezcla normal de adobe el 0.50 % en peso. (Yetgin, 2006).

La proporción de agua será de 5 al 6%.

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3.2.9. Determinación de la humedad óptima del suelo para adobe

compactado

Cribado el suelo por la malla numero 6 se determino su humedad y con ese dato, aplicando

la formula (13), se determino la cantidad de agua necesaria para la humedad propuesta.

2 1

11 0 0mw wA w

w−

=+

(13)

En donde:

A: Volumen de agua por agregar, en cm3

Wm : Peso de la muestra con su humedad inicial en gr.

W1 : Humedad inicial del material, en por ciento

W2 : Humedad optima, en por ciento.

Para determinar la cantidad óptima de humedad se hicieron ocho mezclas de suelo y agua

iniciando con una humedad del 10%, creciendo este porcentaje en 1.5 hasta llegar a 20.5 %.

Se controlo el peso de material desde 7 Kg hasta 8.2 Kg de suelo, necesario para la

elaboración de cada adobe, en charolas taradas y húmedas, vaciándose este material al

interior del molde de la compactadora de adobe, previamente limpia y humedecida, esta

operación se realiza siempre cuidando que no se pierda material, rasado el molde se le

aplica una pre compactación con la mano, cuidando que en las esquinas del molde tenga

suficiente material, se cierra el molde y se aplica presión con el brazo de palanca, la cual

hace que el embolo suba y compacte el material contra la tapa superior, se abre el molde y

se retira el adobe para su secado y almacenamiento. El adobe compactado fue medido en

los ejes x, y, z con un vernier digital marca mitutoyo, enseguida se peso y se metió en un

horno a secar a una temperatura de 105oC por un tiempo de 60 horas hasta tener un peso

constante.

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3.2.10. Prueba de flexión de adobe sin fibra

Cada adobe se trazo con líneas de eje y de posicionamiento de los apoyos y aplicación de

la carga, sometiéndose a la prueba de flexión en una máquina marca GEOTEST, modelo

55830, aplicándose carga a una velocidad de 1 mm/min. Como se observa en la Fig. 17.

Fig.17.- Prueba de flexión

Esta prueba mostró que los adobes con una humedad de 17.21% son los que presentan la

más alta resistencia con un valor de 5.4 Kg/cm2 (0.529 MPa).

3.2.11. Prueba a compresión Se prepararon los adobes en ambas caras expuestas a la carga con azufre al 99%,

probándose en una maquina ELVEC, modelo 271103, como se observa en la figura 18.

Fig. 18.- Prueba a compresión.

En esta prueba, se observó que con una humedad de los adobes de 17.21%, se presenta una

resistencia a la compresión de 55.9 Kg/cm2 (5.48 MPa).

TESIS DE MAESTRIA


En base a estos resultados se tomo como la humedad óptima del material la de 17.21%,

procediéndose a elaborar adobes con fibra.

3.2.12. Adobes con fibra de bagazo de agave

Teniendo definido el valor de la humedad y el peso de suelo (8 Kg) se elaboraron adobes

con un 17.5% de agua y un 0.25, 0.5, 0.75 y 1.00% de concentración de fibra (Yetgin, y

col. 2006), con dimensiones, de 10 mm, 15 mm, 20 mm y 25 mm. Se mezclo el suelo con

el agua y la fibra, de esta mezcla se pesó 7.80 Kg para cada adobe, compactándose en una

máquina compactadora de adobe manual, se metieron en un horno a secar a una

temperatura de 105oC por un tiempo de 60 horas hasta tener un peso constante. Figura 19.

Fig. 19.- Mezcla de suelo y fibras.

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3.3. Diseño experimental

Unidad de análisis: Adobe compactado reforzado con fibras de bagazo de

Agave Angustifolia Haw.

3.3.1. Diseño factorial de dos factores y cuatro niveles Se llevara a cabo un estudio del efecto del porcentaje y la dimensión de la longitud de la

fibra adicionada en el adobe compactado, sobre la resistencia a la compresión y a la flexión.

Teniendo cada uno de los factores cuatro niveles, 42.

Tabla 7.- Dieciséis tratamientos, concentración de fibra y longitud de fibra

FACTOR PORCENTAJE DE CONCENTRACION (%) FACTOR

DIMENSION

(mm)

0.25 0.50 0.75 1

(MPa) 10

15

20

25

Variable respuesta: Dos variables, la resistencia a flexión resistencia a compresión..

Planteamiento de las hipótesis a probar

a) En forma verbal

H0 : El tamaño de la fibra no influye en la resistencia a la compresión del adobe.

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H1 : El tamaño de la fibra influye en la resistencia a la compresión del adobe.

En forma estadística

H0 : τ1 = τ2 = τ3 = τ4 = 0

H1 : Cuando menos un τi ≠ 0

b) En forma verbal

H0 : El porcentaje de fibra no influye en la resistencia a la compresión del adobe

H1 : El porcentaje de fibra influye en la resistencia a la compresión del adobe.

En forma estadística

H0 : β1 = β2 = β3 = β4 = 0

H1 : Cuando menos un βj ≠ 0

c) En forma verbal

H0 : La combinación del tamaño y el porcentaje de fibra no influyen

en la resistencia a compresión del adobe.

H1 : La combinación del tamaño y el porcentaje de fibra influyen en la

resistencia a compresión del adobe.

H0 : (τβ) ij = 0, para todo ij

H1 : Cuando menos un (τβ) ij ≠ 0

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3.4. Caracterización de materiales

3.4.1 Granulometría En la Fig. 20, se muestra la curva granulométrica obtenida del material de banco, donde

podemos observar que la fracción de suelo comprendida entre las mallas № 4 y № 200,

es de 20% de limos, 33% de arenas, y 24% de gravas.

GRANULOMETRIA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.010.1110100TAMAÑO (MM)

POR

CIE

NTO

QU

E PA

SA

Serie1

Fig.20.- Curva granulométrica

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3.4.2 Prueba AASHTO estándar

Concluida la prueba AASHTO estándar variante “C” se generan los siguientes resultados,

una humedad óptima de 15.90 % y un peso especifico seco máximo de 1792.5 Kg./m3

PESO ESPECIFICO

1700

1720

1740

1760

1780

1800

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0

CONTENIDO DE AGUA EN %

PESO

ESP

ECIF

ICO

EN

K

g/m

3

PESOESPECIFICO

Figura 21- Determinación del peso específico seco máximo y % humedad óptima

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3.4.3 Resistencia de las fibras

3.4.3.1 En función del diámetro

Tabla 8.- Propiedades de la fibra en función del diámetro Para obtener los datos del equipo de ensayos en unidades del Sistema Internacional, se

utilizó el área de la sección transversal promedio de cada diámetro.

En la tabla 8 se presentan los resultados obtenidos.

Con el incremento del diámetro, Resistencia última a la tensión Rut (RUT), Modulo de

elasticidad (ME) y Deformación unitaria (DU) aumentan de 14.83 a 86.51 MPa, 0.20 a 1.26

GPa y 0.24 a 0.26 mm/mm, respectivamente.

. 3.4.3.2 En función de la longitud

Las condiciones para este experimento fueron las siguientes: diámetro de 0.20 a 0.39 mm,

velocidad de deformación de 5 mm/min., y tres longitudes de ensayo: 10, 15 y 20 mm. Para

obtener el esfuerzo en unidades del Sistema Internacional, se utilizó el área de la sección

transversal promedio de D1.,en la tabla 9 se presentan los resultados.

RUT (MPa) ME (GPa) D U (mm/mm) Diámetro

(mm) Max. Min. Media

Desv. Est. Max. Min. Media

Desv. Est. Max. Min. Media

Desv. Est.

0.20-0.39 30.70 5.70 14.83 6.33 0.41 0.04 0.20 0.10 0.39 0.14 0.24 0.08

0.40-0.59 87.36 28.16 51.30 16.07 1.04 0.30 0.63 0.20 0.40 0.15 0.25 0.08

0.60-0.79 160.10 42.80 86.51 32.29 2.15 0.65 1.26 0.37 0.44 0.08 0.26 0.08

TESIS DE MAESTRIA


Tabla 9 .- Propiedades de la fibra en función de la longitud.

RUT (MPa) ME (GPa) D U (mm/mm)

Longitud (mm) Max. Min. Media

Desv. Est.

Max. Min. Media Desv. Est.

Max. Min. Media Desv. Est.

10 30.70 5.70 14.83 6.33 0.41 0.04 0.20 0.10 0.39 0.14 0.24 0.08

15 29.20 6.58 14.77 6.12 0.38 0.12 0.25 0.08 0.31 0.06 0.19 0.07

20 24.56 5.24 13.99 4.94 0.42 0.14 0.24 0.07 0.25 0.06 0.16 0.06

3.5 Resistencia a flexión y a compresión del adobe sin refuerzo

3.5.1 Determinación de humedad óptima La cantidad óptima de humedad se determinó haciendo ocho mezclas de suelo y agua desde

una humedad teórica del 10%, creciendo este porcentaje en 1.5 hasta llegar a 20.5 %,

compactándose la mezcla en una máquina manual. Se secó en un horno a 105oC durante 72

horas hasta tener un peso constante.

Figura 22 .- Resistencia a flexion con diferentes contenidos de humedad

TESIS DE MAESTRIA


Figura 23 .- Resistencia a compresión con diferentes contenidos de humedad

En esta prueba, como se puede observar en la gráfica de la figura 22 al igual que en la

prueba a flexión, con una humedad de los adobes de 17.21%, se presenta una resistencia a

la compresión de 5.48 MPa.

En base a estos resultados se tomo como la humedad óptima del material la de 17.21%,

procediéndose a elaborar adobes con fibra.

3.5.2 Resistencia a flexión y compresión del adobe con refuerzo de

fibras Teniendo definido el valor de la humedad y el peso de suelo (7.8 Kg ) se elaboraron adobes

con un 17.21% de humedad y fibra con longitudes de 10, 15, 20 y 25 mm, en una

proporción de 0.25, 0.50, 0.75 y 1 % con respecto al peso del adobe [2]. Primero se mezcló

el suelo y la fibra con pala sobre una lamina galvanizada, posteriormente esta mezcla se

deposito en una revolvedora SOILTEST modelo CT-30A, agregándole la correspondiente

cantidad de agua, de esta mezcla se pesaron 7.8 Kg de suelo para cada adobe,

compactándose en una máquina compactadora de adobe manual, se metieron en un horno a

Secar a una temperatura de 105oC durante 72 horas.

De la prueba de resistencia a flexión se generaron dos mitades, siendo la de mayor longitud

utilizada en la prueba de resistencia a compresión, después de su previa preparación de

cabeceo con azufre al 99%, probándose en una maquina ELVEC, modelo 271103.

TESIS DE MAESTRIA


Tabla10.- Resultados de resistencia a flexión del adobe compactado reforzado con fibra

en MPa .

Concentración de fibra Longitud de fibra

0.25% 0.50% 0.75% 1%

C0.25L10 C0.50L10 C0.75L10 C1.00L10 0.48 0.24 0.46 0.51 0.47 0.45 0.37 0.51 0.48 0.39 0.46 0.51 0.37 0.39 0.18 0.45

10 mm

0.46 0.32 0.15 0.45 C0.25L15 C0.50L15 C0.75L15 C1.00L15 0.47 0.36 0.36 0.53 0.51 0.50 0.50 0.60 0.52 0.32 0.32 0.69 0.35 0.32 0.35 0.35

15 mm

0.41 0.31 0.21 0.29 C0.25L20 C0.50L20 C0.75L20 C1.00L20 0.53 0.49 0.32 0.43 0.57 0.48 0.33 0.55 0.58 0.40 0.29 0.47 0.34 0.21 0.29 0.42

20 mm

0.32 0.19 0.31 0.41 C0.25L25 C0.50L25 C0.75L25 C1.00L25 0.62 0.46 0.61 0.65 0.60 0.30 0.65 0.60 0.59 0.33 0.60 0.53 0.56 0.41 0.59 0.33

25 mm

0.55 0.42 0.57 0.46

TESIS DE MAESTRIA


Tabla 11.- Resultados de resistencia a compresión del adobe compactado reforzado con

fibra en MPa.

.

0.25% 0.50% 0.75% 1% Longitud de fibra

C0.25L10 C0.50L10 C0.75L10 C1.00L10

6.92 6.10 6.76 8.21 7.16 7.83 6.72 8.34 7.30 7.83 7.70 8.62 6.67 5.10 3.52 8.68

10 mm

4.53 4.89 3.42 8.25 C0.25L15 C0.50L15 C0.75L15 C1.00L15 4.61 5.91 6.27 6.75 4.36 7.16 5.44 7.22 4.79 6.19 5.15 7.74 5.99 6.05 5.79 7.12

15 mm

5.96 6.26 6.31 6.64 C0.25L20 C0.50L20 C0.75L20 C1.00L20 8.96 4.71 5.47 7.70 8.81 4.81 5.20 8.04 9.38 4.74 5.36 7.77 5.39 5.47 6.21 7.67

20 mm

5.31 5.39 6.01 7.57 C0.25L25 C0.50L25 C0.75L25 C1.00L25 7.43 9.12 7.44 9.76 7.22 7.66 8.24 9.26 7.39 5.83 8.52 8.48 7.07 6.74 7.42 7.56

25 mm

6.88 7.14 7.06 7.50

TESIS DE MAESTRIA


CAPITULO IV.-

RESULTADOS

TESIS DE MAESTRIA


RESULTADOS DE ADOBE COMPACTADO REFORZADO CON

FIBRA DE BAGAZO DE AGAVE ANGUSTIFOLIA HAW

Resultados de resistencia a flexión de adobe compactado reforzado con fibra El experimento fue de dos factores y cuatro niveles (42) dando16 tratamientos con 5

repeticiones cada uno, realizándose ochenta pruebas a flexión..

Análisis descriptivo para resistencia a flexión

Al termino de las pruebas a flexión de los adobes compactados los resultados se pueden

observar en la grafica de la figura 24, se obtuvo el valor mas alto en el tratamiento con una

longitud de fibra de 15 mm y una concentración de 1%, en general los valores mas altos se

obtuvieron con una longitud de 25 mm y una concentración de 0.75 y 25 %, presentando

valores desde 0.57 hasta 0.65 MPa de resistencia.

Mpa

longitud

porcentaje

252015100

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

Boxplot of Mpa vs longitud, porcentaje

Figura 24.- Grafica de cajas, resistencia a flexión

TESIS DE MAESTRIA


Resultados de resistencia a compresión de adobe compactado reforzado con fibra

El experimento fue de dos factores y cuatro niveles (42) dando16 tratamientos con 5

repeticiones cada uno, realizándose ochenta pruebas a compresión.

Análisis descriptivo para resistencia a compresión Al termino de las pruebas de compresión los resultados se pueden observar en la grafica de

la figura 25, se obtuvieron los valores mas altos en los tratamiento con una longitud de

fibra de 10, 20 y 25 mm con concentraciones de 1, 0.25 y 1% respectivamente, presentando

los valores mas bajos el tratamiento con una longitud de fibra de 15 mm. En general los

valores mas altos se obtuvieron con una longitud de 25 mm y una concentración de 0.1%,

presentando valores desde 7.50 hasta 0.76 MPa de resistencia.

Mpa

longitud

porcentaje

252015100

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

10

9

8

7

6

5

4

3

Boxplot of Mpa vs longitud, porcentaje

Figura 25.- Grafica de cajas, resistencia a compresión

TESIS DE MAESTRIA


4.1 Análisis estadístico Pruebas a flexión

PRUEBA DE NORMALIDAD PARA FLEXION

Mpa

Perc

ent

0.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0

99.9

99

9590

80706050403020

10

5

1

0.1

Mean

0.263

0.4341StDev 0.1227N 80AD 0.455P-Value

test de normalidadNormal

Figura 26.-Prueba de normalidad, resistencia a flexión.

Conclusión:

Basado en el argumento y en la prueba es razonable asumir que los datos no se desvían

substancialmente de una distribución normal.

Los datos vienen de una distribución normal, ya que los puntos siguen la línea de

referencia.

Si los datos no vinieran de una distribución normal, los puntos no seguirán la línea.

TESIS DE MAESTRIA


Pruebas a compresión TEST DE NORMALIDAD PARA LAS PRUEBAS DE COMPRESION

Esta prueba asume que la población esta normalmente distribuida.

Mpa

Perc

ent

111098765432

99.9

99

9590

80706050403020

10

5

1

0.1

Mean

0.619

6.776StDev 1.415N 75AD 0.285P-Value

tes de normalidadNormal

Figura 27.- Prueba de normalidad, resistencia a compresión.

Conclusión: Basado en el argumento y en la prueba es razonable asumir que los datos no se desvían

substancialmente de una distribución normal.

Los datos vienen de una distribución normal, ya que los puntos siguen la línea de

referencia.

Si los datos no vinieran de una distribución normal, los puntos no seguirán la línea.

TESIS DE MAESTRIA


Procesamiento de resultados

Los resultados de resistencia a flexión y a compresión fueron analizados con el programa

estadístico SAS (Statistical Analysis System) en la versión 9.0 para Windows, mediante

pruebas de análisis de varianza y pruebas de medias a través de la prueba de Tukey e

intervalos de mínima significancia a un nivel del 5%. Se utilizó un arreglo factorial 42 (dos

factores con cuatro niveles) dando un total de 16 tratamientos y 5 repeticiones, para un total

de 80 unidades experimentales; el modelo empleado para cada uno de los ensayos fue:

( )80 4 4 8016y C L CLμ ε= + + + +

Donde: C = El efecto del factor concentración (0.25, 0,50, 0.75 y 1.00%)

L = El efecto del factor longitud (10, 15, 20, y 25 mm)

4.2 Resistencia a flexión de adobe compactado reforzado con fibra.

El análisis se inició con la codificación de datos en el programa SAS, arrojando los

siguientes resultados mostrados en la tabla 14, en donde se muestra el análisis de varianza

ANOVA. Indicando que la concentración y la longitud de la fibra son significativas al 5%

(P< 0.05), no así la interacción de ambas.

TESIS DE MAESTRIA


Tabla 12- Análisis de varianza (ANOVA) para resistencia a flexión de adobe compactado.

Fuente de

variación

Grados de

libertad

Suma de

cuadrados

Cuadrado

de la media

F-valor Pr>F

Modelo 15 0.60693875 0.04046258 4.45 <0.0001

Concentración 3 0.24216375 0.08072125 8.87 <0.0001

Longitud 3 0.20647375 0.06882458 7.57 0.0002

Interrelación

(C*L)

9 0.15830125 0.01758903 1.93 0.0627

Error 64 0.5822 0.00909687

Total 79 1.18913875

R-cuadrado Coeficiente

de variación

Raíz MSE Media

0.510402 21.97006 0.095378 0.434125

Análisis de medias por tratamientos para resistencia a flexión En la tabla 15 se realizó el análisis por tratamientos, el adobe que tuvo una mayor

resistencia a flexión fue el tratamiento C0.75L25 que se realizó con una concentración de

0.75% (C0.75 ) y una longitud de 25mm (L25 ) con un valor medio de 0.60400 MPa. Sin

embargo como se observa en la misma tabla este tratamiento no es estadísticamente

significativo diferente a los tratamientos C0.25L25 , C0.25L25, C1.00L15 , C1.00L10 , C0.25L20 ,

C0.25L20, C0.25L15 , C0.25L10.

TESIS DE MAESTRIA


Tabla 13.- Análisis por tratamientos, resistencia a flexión

Tukey Agrupamiento Media Tratamiento

A 0.60400 C0.75L25

B A 0.58400 C0.25L25

B A C 0.51400 C1.00L25

B A C 0.49200 C1.00L15

B A C 0.48600 C1.00L10

B A C 0.46800 C0.25L20

B A C 0.45600 C1.00L20

B A C 0.45200 C0.25L15

B A C 0.45200 C0.25L10

B C 0.38400 C0.50L25

C 0.36200 C0.50L15

C 0.35800 C0.50L10

C 0.35400 C0.50L20

C 0.34800 C0.75L15

C 0.32400 C0.75L10

C 0.30800 C0.75L20

Gráficamente las figuras 28 y 29 muestran el valor más alto de resistencia con fibras de 25

mm de longitud y con una concentración de fibra de 0.75% con un valor de 0.604 MPa,

seguido por la concentración de 0.25% con un valor máximo de 0.584 MPa , quedando los

valores de las concentraciones de 0.50% y 0.25 %, por debajo del valor promedio del adobe

testigo que fue de 0.560 MPa.

TESIS DE MAESTRIA


RESISTENCIA A FLEXIÓN

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 5 10 15 20 25 30

LONGITUD DE FIBRA (mm)

RES

ISTE

NC

IA(M

pa)

0.25%0.50%0.75%1.00%

Figura 28.- Grafica de resistencia a flexión, series: concentraciones

TESIS DE MAESTRIA



0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

CONCENTRACIÓN DE FIBRA (%)

RES

ISTE

NC

IA (M

pa)

10 mm15 mm20 mm25 mm

Figura 29.- Grafica de resistencia a flexión, series: longitudes

TESIS DE MAESTRIA


Análisis de medias por factor longitud para resistencia a flexión

Factor Longitud (Dimensión)

En la tabla 17 se puede observar que el valor máximo de la resistencia a la flexión es con

una longitud de 25 mm, existe una diferencia significativa con las longitudes de 10, 15 y

20 mm. Así mismo entre las longitudes de 10, 15 y 20 mm no existe una diferencia

significativa. Este análisis se realizo con un valor critico del rango estudentizado de

3.73047 y una diferencia significativa minima (DSM) de 0.0796 MPa.

Tabla 14.- Análisis de medias del factor longitud

Tukey agrupamiento

Media Longitud (Dimensión)

mm A 0.52150 25 B 0.41350 15 B 0.40500 10 B 0.39650 20

Gráficamente la figura 31 muestra que la longitud de 25 mm presenta un valor máximo de

resistencia a flexión de 0.52150 MPa, disminuyendo para longitudes de 10, 15 y 20 mm

con valores medios de 0.40500 MPa, 0.41350 MPa y 0.396500 MPa respectivamente.

Figura 30- LSD y prueba de medias para el factor longitud.


0.56 0.405 0.4135 0.3965

0.5215

0 0.2 0.4 0.6

0 10 15 20 25 LONGITUD DE FIBRA (mm)

RES

ISTE

NC

IA

(MPa

)

TESIS DE MAESTRIA


4.3 Resistencia a compresión de adobe compactado reforzado con fibra.

El análisis se inicio con la codificación de datos en el programa SAS, arrojando los

siguientes resultados mostrados en la tabla 18, en donde se muestra el análisis de varianza

ANOVA. Indicando que la concentración, la longitud de la fibra así como la interacción de

ambas son significativas al 5% (P< 0.05), .

Tabla 15.- Análisis de varianza (ANOVA) para resistencia a flexión de adobe compactado

Fuente de

variación

Grados de

libertad

Suma de

cuadrados

Cuadrado de

la media

F-valor Pr>F

Modelo 15 92.6135488 6.1742366 6.13 <0.0001

Concentración 3 40.03378375 13.34459458 13.24 <0.0001

Longitud 3 27.62826375 9.20942125 9.14 <.0001

Interrelación

(C*L)

9 24.95150125 2.77238903 2.75 0.0088

Error 64 64.4997200 1.0078081

Total 79 157.1132688

R-cuadrado Coeficiente

de variación

Raíz MSE Media

0.589470 14.87392 1.003896 6.749375

Análisis de medias por tratamientos para resistencia a compresión En la tabla 19 se realizó el análisis por tratamientos, el adobe que tuvo una mayor

resistencia a compresión fue el tratamiento C1.00L25 que se realizó con una concentración de

1.00% (C1.00) y una longitud de 25mm (L25 ) con un valor promedio de 8.5120 MPa. Sin

embargo como se observa en la misma tabla este tratamiento no es estadísticamente

significativo a los tratamientos C1.00L10 , C1.00L20 , C0.75L25 , C0.25L20 , C0.50L25 , C0.25L25 ,

C1.00L15 , C0.25L10 , C0.50L10 , C0.50L15 .

TESIS DE MAESTRIA


Tabla 16.- Análisis por tratamientos, resistencia a compresión

Tukey Agrupamiento Media Tratamiento

A 8.5120 C1.00L25

A 8.4200 C1.00L10

B A 7.7500 C1.00L20

B A 7.7360 C0.75L25

B A 7.5700 C0.25L20

B A C 7.2980 C0.50L25

B D A C 7.1980 C0.25L25

B D A C 7.0940 C1.00L15

B D A C 6.5160 C0.25L10

B D A C 6.3500 C0.50L10

B D A C 6.3140 C0.50L15

B D C 5.7920 C0.75L15

B D C 5.6500 C0.75L20

B D C 5.6240 C0.75L10

D C 5.1420 C0.25L15

5.0240 C0.50L20

Gráficamente las figuras 32 y 33 muestran el valor más alto de resistencia a compresión

con fibras de 25 mm de longitud y con una concentración de fibra de 1.00% con un valor de

8.5120 MPa, seguido por el tratamiento C1.00L10 con una concentración de 1.00% y longitud

de 10 mm con un valor máximo de 8.4200 MPa, Valores mayores al valor promedio de la

resistencia a compresión del adobe testigo que fue de 6.858 MPa.

TESIS DE MAESTRIA


RESISTENCIA A COMPRESIÓN

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 5 10 15 20 25 30

LONGITUD DE FIBRA (mm)

RES

ISTE

NC

IA (M

Pa)

0.25%0.50%0.75%1.00%

Figura 31.- Grafica de resistencia a compresión, series: concentraciones.

TESIS DE MAESTRIA



0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

CONCENTRACIÓN DE FIBRA (%)

RES

ISTE

NC

IA (M

pa)

10 mm15 mm20 mm25 mm

Figura 32.- Grafica de resistencia a compresión, series: longitudes.

TESIS DE MAESTRIA


Análisis de medias por factor longitud para resistencia a compresión.

Factor Longitud (dimensión)

En la tabla 21 se puede observar que el valor máximo es con una longitud de 25 mm,

existe una diferencia significativa con las longitudes de 10, 15 y 20 mm. Así mismo entre

las longitudes de 10, 15 y 20 mm no existe una diferencia significativa. Este análisis se

realizo con un valor critico del rango estudentizado de 3.73047 y una diferencia

significativa minima (DSM) de 0.0796 MPa.

Tabla 17.- Análisis de medias del factor longitud

Tukey agrupamiento

Media Longitud (Dimensión)

mm A 7.6860 25 B 6.7275 10 B 6.4985 20 B 6.0855 15

Gráficamente la figura 35 muestra que para la longitud de 25 mm el valor más alto de

resistencia a compresión es de 7.686 MPa, disminuyendo para longitudes de 10, 15 y 20

mm con valores medios de 6.7275 MPa, 6.0855MPa y 6.4985 MPa respectivamente.

Figura 33.- LSD y prueba de medias para el factor longitud.


6.858 6.7275 6.0855 6.4985 7.686

0

5

10

0 10 15 20 25 LONGITUD DE FIBRA (mm)

RES

ISTE

NC

IA

(MPa

)

TESIS DE MAESTRIA


DISCUSION

En datos reportados de resistencia ultima a tensión de fibra de bagazo de Agave

Angustifolia Haw las fibras de longitud igual a 10 mm son las que tienen el valor mas alto

de 14.83 MPa, con respecto a las de longitud 15 y 20 mm las cuales reportan una

resistencia de 14.77 y 13.99 MPa respectivamente, por lo que la expectativa fue obtener los

valores mas altos de resistencia tanto a flexión como a compresión en los adobes

reforzados con fibra con longitudes menores a 25 mm de longitud. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran que la resistencia tanto a flexión como a

compresión del adobe compactado son incrementadas al adicionarle fibra de bagazo de

agave, esto sucede con la fibra de 25 mm de longitud en una concentración de 0.75 % para

la resistencia a flexión y 1% para la resistencia a compresión. Por lo que se puede observar

que la mayor resistencia fue obtenida con las fibras de mayor longitud de los cuatro niveles

que se utilizaron, esto es debido a que en una unión interfacial entre la fibra y la matriz , la

unión fibra-matriz cesa en los extremos de la fibra, Por lo que es necesaria una longitud

crítica de fibra para un aumento efectivo de la resistencia del material compuesto por lo

que en cada extremo de la fibra no hay transmisión de carga desde la matriz, bajo un

esfuerzo aplicado la carga máxima en la fibra se alcanza solamente en el centro del eje de la

fibra y a medida que aumenta la longitud de la fibra, el refuerzo de la fibra se hace mas

efectivo.

TESIS DE MAESTRIA


CONCLUSIONES

La adición de fibra de bagazo de Agave Angustifolia Haw al adobe compactado

incremento la resistencia a flexión de 0.560 MPa a 0.604 MPa, existe un incremento en la

resistencia de 7.86% con respecto al adobe compactado testigo.

La adición de fibra de bagazo de Agave Angustifolia Haw al adobe compactado

incremento la resistencia a compresión de 6.858 MPa a 8.512 MPa, existe un incremento

en la resistencia de 24.12% con respecto al adobe compactado testigo.

El tratamiento que incrementó la resistencia a flexión fue el de una concentración de 0.75%

de fibra con respecto al peso del adobe y una longitud de fibra de 25mm.

El tratamiento que incrementó la resistencia a compresión fue el de una concentración de

1.00% de fibra con respecto al peso del adobe y una longitud de fibra de 25mm.

Con la adición de fibra de bagazo de Agave Angustifolia Haw al adobe compactado hubo

un incremento a la resistencia a flexión y a compresión, con una longitud de fibra de 25 mm

pudiéndose aplicar en ambos casos una concentración de 0.75%.

TESIS DE MAESTRIA


RECOMENDACIONES

Con los resultados alcanzados en este trabajo se cumplen con los objetivos planteados al

inicio del mismo, surgiendo nuevas interrogantes, motivo de estudio para trabajos

posteriores.

Realizar otros estudios con otras longitudes de fibra superiores a los 25 mm.

Evaluar la resistencia a flexión y compresión del adobe compactado con fibras orientadas

longitudinalmente y transversalmente.

Evaluar la resistencia mecánica del adobe compactado adicionado con fibras tratadas en su

superficie.

Efectuar un análisis de adherencia entre la fibra y la matriz.

TESIS DE MAESTRIA


REFERENCIAS

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estructuras. Materiales para mamposterías. Ladrillos y bloques cerámicos.

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Residuos sólidos municipales-Muestreo-Método de cuarteo.

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mechanic properties of de adobes. Construction and Building Materials, 30, 30-30.

TESIS DE MAESTRIA


ANEXOS

TESIS DE MAESTRIA


OBRA: Material de Banco ENSAYE NUMERO: 1UBICACIÓN: CRUZ BLANCA FECHA DE INICIACION: 11-Sep-08ESTUDIO: Granulometría FECHA DE INFORME: 12-Sep-08SOLICITO: SONDEO N° 1

MUESTRA N° UnoP.V. SUELTO

Capsula No. 28Peso h+cap. 143.00 gr Peso h+Tara 18052.0 grPeso s+cap. 138.60 gr Peso Tara 5134.0 gr pesons + cap.= 202.2 gAgua 4.40 gr Peso neto 12918.0 gr Peso capsula= 2.2 gPeso capsula 35.90 gr Peso corr. 13616.3 grPeso s. Seco 102.70 gr Vol. Tara 9770.0 cm3 NOTA: se considera el peso de la capsula de 2.2 g.% w 4.28 Peso Vol. 1394 kg/m3 debido a que el material se peso con la misma.

Tamaño max. Nº 4Peso retenido Peso ret. Corr. Ret. Parcial Ret. Acum. Pasa Lavado vaso: 20

Malla gr gr % % % Límites vaso: 83" 0.00 0.00 0.000 0 100 Ss vaso:2" 139.65 139.65 1.105 1 991 1/2" 180.50 180.50 1.428 3 97 No de Ens. 11" 418.30 418.30 3.309 6 94 Cápsula 28 Malla Tamaño Por ciento3/4" 260.40 260.40 2.060 8 92 Frasco No 2 No mm que pasa1/2" 727.20 727.20 5.752 14 863/8" 758.70 758.70 6.001 20 80 Ps + Rec. 202.2 gr1/4" 0.00 0.00 0.000 20 80 Rec. 2.2 gr 3 76.2 100N° 4 1975.88 1975.88 15.629 35 65 Ps. 200.0 gr 2 50.8 99Pasa N° 4 8532.00 8181.48 64.716 100 0 PFSW 804.2 gr 1 1/2 38.1 97Suma 11993.78 12642.11 100.000 100 Temp. 20 ºC 1 25.4 94

PFW 680.7 gr 3/4 19 92Vol. 76.5 cc 1/2 12.7 86

Peso retenido Peso ret. Corr. Ret. Parcial Ret. Acum. Pasa Ss. 2.61 3/8 9.5 80Malla gr gr % % % 1/4 6.3 80N° 4 0.00 0.00 0.000 35 65 4 4.75 65N° 10 26.00 26.00 8.774 44 56 10 2.00 56N° 20 18.40 18.40 6.209 50 50 20 0.850 50N° 40 24.00 24.00 8.099 58 42 40 0.425 42N° 60 11.60 11.60 3.914 62 38 60 0.250 38N° 100 23.50 23.50 7.930 70 30 100 0.150 30N° 200 18.80 18.80 6.344 77 23 200 0.075 23Pasa N°200 77.70 69.48 23.447 100 0 0.010 0Suma 200.00 191.78 64.716

D10 0.001D30 0.075D60 0.13

Cu 130Cc 43.27

ANALISIS GRANULOMETRICO

FRACCION RETENIDA EN LA MALLA NUMERO 4

FRACCION QUE PASA POR LA MALLA NUMERO 4

Humedad de la muestra

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACION PARA EL DESARROLLO REGIONAL, UNIDAD OAXACA

TESIS DE MAESTRIA


GRANULOMETRIA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.010.1110100TAMAÑO (MM)

POR

CIE

NTO

QU

E PA

SA

Serie1

TESIS DE MAESTRIA


DATOS PARA DETERMINAR HUMEDAD OPTIMA

ADOBE 1 ADOBE 2 ADOBE 3 ADOBE 4 ADOBE 5 ADOBE 6 ADOBE 7 ADOBE 8 ADOBE 9 ADOBE 10 ADOBE 11 ADOBE 12 ADOBE 13 ADOBE 14 ADOBE 15 ADOBE 16

PESO ADOBE FRESCO (Kg) 6.97 6.98 6.98 6.98 7.18 7.23 7.22 7.24 7.47 7.47 7.98 7.97 7.94 7.95 7.91 7.95

LONGITUD 1 29.14 29.15 28.67 29.2 29.13 29.15 29.19 29.16 29.14 29.15 29.17 29.16 29.18 29.29 29.16 29.2LONGITUD 2 29.18 29.16 29.27 29.27 29.15 29.08 29.20 29.15 29.15 29.26 29.18 29.14 29.47 29.2 29.21 29.2LONGITUD 3 29.16 29.28 29.13 29.15 29.13 29.19 29.22 29.2 29.17 29.14 29.2 29.18LONGITUD 4 29.14LONGITUD PROMEDIO 29.16 29.16 28.97 29.25 29.14 29.13 29.17 29.16 29.16 29.21 29.18 29.15 29.33 29.25 29.19 29.20

ANCHO 1 15.38 15.36 14.86 15.37 15.39 15.38 15.32 15.34 15.34 15.37 15.36 15.36 15.44 15.51 15.47 15.51ANCHO 2 15.31 15.71 15.41 15.54 15.38 15.51 15.34 15.59 15.54 15.55 15.32 15.49 15.42 15.63 15.43 15.41ANCHO 3 15.43 15.37 15.39 15.52 15.43 15.57 15.48 15.35 15.39 15.37 15.45 15.44 15.64

15.34 15.54ANCHO PROMEDIO 15.35 15.50 15.21 15.43 15.43 15.44 15.41 15.44 15.41 15.44 15.34 15.44 15.43 15.53 15.45 15.52

ESPESOR 1 8.27 8.16 7.64 8.2 8.23 8.24 8.23 8.17 8.10 8.03 8.6 8.37 8.53 8.55 8.6 8.61ESPESOR 2 8.26 8.28 7.62 8.19 8.23 8.12 8.18 8.15 8.12 8.18 8.4 8.39 8.61 8.57 8.44 8.52ESPESOR 3 8.24 8.26 7.71 8.16 8.22 8.19 8.2 8.25 8.35 8.39 8.44 8.42 8.61 8.58 8.47 8.48ESPESOR PROMEDIO 8.26 8.23 7.66 8.18 8.23 8.18 8.20 8.19 8.19 8.20 8.48 8.39 8.58 8.57 8.50 8.54

PESO ADOBE SECO A MASA CTE. 6.29 6.35 6.25 6.27 6.36 6.39 6.35 6.33 6.47 6.48 6.80 6.81 6.67 6.67 6.62 6.65

LONGITUD 1 29.11 29.05 29.11 29.09 29.12 29.09 29.06 29.11 29.05 29.03 28.94 28.98 28.90 28.87 28.92 28.96LONGITUD 2 29.17 29.13 29.15 29.14 29.18 29.11 29.09 29.13 29.02 29.09 29.05 29.00 28.98 29.04 29.01 29.00LONGITUD 3 29.11 29.18 29.14 29.14 29.17 29.19 29.11 29.10 29.05 29.07 29.03 28.97 29.04 29.01 29.06 28.98LONGITUD 4 29.14 29.08 29.07 29.09 29.12 29.10 29.07 29.01 29.10 28.99 28.94 28.95 29.04 29.03 29.04 28.89LONGITUD PROMEDIO 29.13 29.11 29.12 29.12 29.15 29.12 29.08 29.09 29.06 29.05 28.99 28.98 28.99 28.99 29.01 28.96

ANCHO 1 15.37 15.42 15.40 15.37 15.35 15.32 15.32 15.35 15.34 15.38 15.31 15.31 15.36 15.35 15.31 15.32ANCHO 2 15.54 15.59 15.53 15.55 15.50 15.50 15.46 15.46 15.48 15.44 15.44 15.48 15.50 15.40 15.53 15.42ANCHO 3 15.33 15.35 15.36 15.37 15.30 15.34 15.32 15.30 15.34 15.30 15.27 15.27 15.32 15.23 15.34 15.29ANCHO PROMEDIO 15.41 15.45 15.43 15.43 15.38 15.39 15.37 15.37 15.39 15.37 15.34 15.35 15.39 15.33 15.39 15.34

ESPESOR 1 8.21 8.25 8.30 8.20 8.16 8.10 8.13 8.23 8.05 8.39 8.43 8.41 8.38 8.41 8.46 8.54ESPESOR 2 8.10 8.12 8.14 8.09 8.07 8.05 8.07 8.07 8.10 8.18 8.26 8.26 8.31 8.37 8.36 8.40ESPESOR 3 8.32 8.22 8.14 8.20 8.12 8.14 8.19 8.11 8.35 8.09 8.26 8.30 8.33 8.41 8.30 8.30ESPESOR PROMEDIO 8.21 8.19 8.19 8.16 8.12 8.10 8.13 8.14 8.17 8.22 8.32 8.32 8.34 8.40 8.37 8.41

PESO VOL. HUMEDO ADOBE 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002PESO VOL. SECO ADOBE Kg/cm3 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002

0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002DATOS DEL ENSAYE:Resistencia a la compresión axialLargo (cm): 14.30 13.90 13.30 14.00 13.95 13.60 13.75 13.95 13.95 13.80 14.00 14.15 14.50 14.20 13.95 13.80Carga primera grieta (Kg). 5940 6100 5250 6970 7590 7560 4820 9600 9854 8540 6770 7980 6210 5090 5660 5280Carga primera grieta corregida (Kg) 5410 5549 4809 6306 6940 6909 4419 9012 9274 7920 6132 7342 5645 4670 5166 4835Carga de ruptura (Kg). 6850 8030 5860 7180 8080 7940 7580 10020 9260 9590 12380 12870 10400 9340 7090 8560Carga de ruptura corregida (Kg). 6202 7394 5340 6414 7445 7419 6930 9445 8662 9002 11825 12312 9837 8744 7425 7940Resistencia a la primera grieta (kg/cm2 24.5 25.8 23.4 29.2 32.3 33.0 20.9 42.0 43.2 37.3 28.6 33.8 25.3 21.5 24.1 22.8

25.2 26.3 32.7 31.5 40.3 31.2 23.4 23.4Resistencia a la compresión (kg/cm2) 28.1 34.4 26.0 29.7 34.7 35.5 32.8 44.1 40.4 42.4 55.1 56.7 44.1 40.2 34.6 37.5

31.3 27.9 35.1 38.4 41.4 55.9 42.1 36.0Resistencia a la flexiónSeparación de apoyos (cm) 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18No. de anillo de carga A10061 A10061 A10061 A10061 A10061 A10061 A10061 A10061 A10061 A10061 A10061 A10061 A10061 A10061 A10061 A10061Lectura de anillo de carga 11.20 14.20 8.50 14.10 18.00 20.30 21.00 19.00 24.10 27.00 40.00 40.00 17.50 32.00 33.50 29.50Carga de ruptura a flexión (kg) 59.3 75.4 44.7 74.9 95.9 108.3 112.0 101.3 128.7 144.4 214.3 214.3 93.2 171.3 179.3 157.8Resistencia a la flexión (kg/cm2) 1.5 2.0 1.2 2.0 2.6 2.9 3.0 2.7 3.4 3.8 5.5 5.4 2.4 4.3 4.5 3.9

1.8 1.6 2.7 2.8 3.6 5.4 3.3 4.2HUMEDAD TEORICA SUELO 10% 10.00% 11.50% 11.50% 13% 13% 14.50% 14.50% 16% 16% 17.50% 17.50% 19% 19% 20.50% 20.50%HUMEDAD DEL ADOBE 10.71 9.84 11.75 11.41 12.95 13.06 13.71 14.24 15.46 15.43 17.33 17.10 19.05 19.31 19.43 19.59

10.276 11.582 13.003 13.975 15.442 17.215 19.178 19.5139.13 9.45 10.85 10.44 12.88 13.27 14.08 13.38 15.19 15.11 16.62 16.47 17.71 20.35 18.29 18.08

9.289 10.644 13.076 13.732 15.152 16.546 19.030 18.184

Capsula No. 8 27 5 2 7 10 18 21 28 19 17 15 26 4 6 24Peso h+cap. 134.65 118.38 117.90 124.09 144.40 119.60 128.70 130.00 123.20 125.22 113.50 123.00 125.35 129.50 145.90 149.80Peso s+cap. 126.10 110.30 108.70 114.70 131.80 109.10 117.10 118.70 111.70 113.30 100.70 109.00 111.80 113.70 128.60 132.40Agua 8.55 8.08 9.20 9.39 12.60 10.50 11.60 11.30 11.50 11.92 12.80 14.00 13.55 15.80 17.30 17.40Peso capsula 32.45 24.78 23.87 24.78 34.00 29.96 34.72 34.27 36.00 34.42 23.69 24.00 35.30 36.05 34.00 36.16Peso s. Seco 93.65 85.52 84.83 89.92 97.80 79.14 82.38 84.43 75.70 78.88 77.01 85.00 76.50 77.65 94.60 96.24% w 9.13 9.45 10.85 10.44 12.88 13.27 14.08 13.38 15.19 15.11 16.62 16.47 17.71 20.35 18.29 18.08

Humedad de la muestra

TESIS DE MAESTRIA


Adobes, concentracion 0.25%, L= 10 mmADOBE 1 ADOBE 2 ADOBE 3 ADOBE 4 ADOBE 5

PESO ADOBE FRESCO (Kg) 7.796 7.798 7.798 7.803 7.801

LONGITUD 1 29.23 29.21 29.23 29.21 29.26LONGITUD 2 29.24 29.23 29.25 29.25 29.25LONGITUD 3 29.21 29.2 29.21 29.20 29.2LONGITUD 4LONGITUD PROMEDIO 29.23 29.21 29.23 29.22 29.24

ANCHO 1 15.45 15.42 15.42 15.47 15.48ANCHO 2 15.53 15.52 15.53 15.50 15.52ANCHO 3 15.48 15.38 15.40 15.46 15.42

ANCHO PROMEDIO 15.49 15.44 15.45 15.48 15.47

ESPESOR 1 8.42 8.39 8.34 8.28 8.39ESPESOR 2 8.32 8.30 8.32 8.38 8.40ESPESOR 3 8.28 8.31 8.32 8.61 8.45ESPESOR PROMEDIO 8.34 8.33 8.33 8.42 8.41

PESO ADOBE SECO A MASA CTE. 6.800 6.794 6.766 6.771 6.733


ANCHO 1 15.29 15.33 15.29 15.20 15.28ANCHO 2 15.40 15.47 15.49 15.44 15.42ANCHO 3 15.27 15.32 15.32 15.24 15.32ANCHO PROMEDIO 15.32 15.37 15.37 15.29 15.34


PESO VOL. HUMEDO ADOBE 0.00207 0.00207 0.00207 0.00205 0.00205PESO VOL. SECO ADOBE Kg/cm3 0.00185 0.00184 0.00183 0.00182 0.00181

0.00183DATOS DEL ENSAYE:Resistencia a la compresión axialLargo (cm): 11.66 11.88 14.40 13.93 12.43Carga primera grieta (Kg). 11500 13000 13100 9000 8000Carga primera grieta corregida (Kg) 10952 12441 12540 8394 7363Carga de ruptura (Kg). 13880 13900 16250 12900 9410Carga de ruptura corregida (Kg). 13315 13334 15632 12342 8817Resistencia a la primera grieta (kg/cm2) 61.3 68.1 56.7 39.4 38.6Resistencia a la compresión (kg/cm2) 74.5 73.0 70.6 57.9 46.2

Resistencia a la flexiónSeparación de apoyos (cm) 18 18 18 18 18No. de anillo de carga A10061 A10061 A10061 A10061 A10061Lectura de anillo de carga 35.50 35.00 36.00 28.50 35.00Carga de ruptura a flexión (kg) 190.1 187.4 192.8 152.4 187.4Resistencia a la flexión (kg/cm2) 4.9 4.8 4.9 3.8 4.7

HUMEDAD TEORICA SUELO 17.5% 17.5% 17.5% 17.5% 17.5%HUMEDAD DEL ADOBE 14.65 14.78 15.25 15.24 15.86

TESIS DE MAESTRIA


Adobes, concentracion 0.50% , L= 10mmADOBE 1 ADOBE 2 ADOBE 3 ADOBE 4 ADOBE 5


LONGITUD 1 29.30 29.38 29.28 29.29 29.29LONGITUD 2 29.25 29.30 29.30 29.33 29.32LONGITUD 3 29.20 29.22 29.22 29.24 29.26

LONGITUD PROMEDIO 29.25 29.30 29.25 29.27 29.29


ANCHO PROMEDIO 15.49 15.46 15.54 15.53 15.578.37 8.65 8.56











TESIS DE MAESTRIA






ANCHO PROMEDIO 15.47 15.47 15.47 15.50 15.50










TESIS DE MAESTRIA


Adobes concentracion 1%, L=10 mmADOBE 1 ADOBE 2 ADOBE 3 ADOBE 4 ADOBE 5




ANCHO PROMEDIO 15.49 15.51 15.49 15.49 15.49











TESIS DE MAESTRIA






ANCHO PROMEDIO 15.46 15.46 15.45 15.45 15.45










TESIS DE MAESTRIA


Adobes, concentracion 0.50% , L= 15mmADOBE 1 ADOBE 2 ADOBE 3 ADOBE 4 ADOBE 5 ADOBE 6 ADOBE 7 ADOBE 8

PESO ADOBE FRESCO (Kg) 7.816 7.815 7.788 7.787 7.783 7.783 7.791 7.785

LONGITUD 1 29.22 29.22 29.22 29.21 29.21 29.22 29.23 29.24LONGITUD 2 29.25 29.22 29.21 29.26 29.27 29.26 29.26 29.22LONGITUD 3 29.18 29.15 29.22 29.22 29.21 29.25 29.21 29.25LONGITUD 4LONGITUD PROMEDIO 29.22 29.20 29.22 29.24 29.24 29.24 29.23 29.24

ANCHO 1 15.44 15.41 15.46 15.41 15.42 15.42 15.49 15.49ANCHO 2 15.52 15.52 15.6 15.54 15.56 15.54 15.54 15.58ANCHO 3 15.45 15.43 15.42 15.4 15.41 15.40 15.45 15.41

ANCHO PROMEDIO 15.47 15.45 15.49 15.45 15.46 15.45 15.49 15.49

ESPESOR 1 8.42 8.48 8.64 8.52 8.5 8.53 8.56 8.56ESPESOR 2 8.49 8.43 8.4 8.41 8.46 8.39 8.41 8.48ESPESOR 3 8.60 8.59 8.34 8.11 8.52 8.45 8.40 8.44ESPESOR PROMEDIO 8.50 8.50 8.46 8.35 8.51 8.46 8.46 8.49

PESO ADOBE SECO A MASA CTE. 6.681 6.662 6.822 6.8 6.737 6.802 6.853 6.885

LONGITUD 1 29.14 29.10 29.04 29.3 29.16 28.98 29.05 29.01LONGITUD 2 29.15 29.10 29.05 29.08 29.1 29.05 29.09 29.06LONGITUD 3 29.05 29.00 29.04 29.05 29.07 29.09 29.08 29.07

LONGITUD PROMEDIO 29.11 29.07 29.04 29.14 29.11 29.04 29.07 29.05

ANCHO 1 15.31 15.31 15.32 15.37 15.37 15.34 15.33 15.34ANCHO 2 15.50 15.48 15.47 15.48 15.34 15.44 15.48 15.48ANCHO 3 15.36 15.40 15.30 15.35 15.5 15.37 15.38 15.36ANCHO PROMEDIO 15.39 15.40 15.36 15.40 15.40 15.38 15.40 15.39


PESO VOL. HUMEDO ADOBE 0.00203 0.00204 0.00203 0.00207 0.00202 0.00204 0.00203 0.00202PESO VOL. SECO ADOBE Kg/cm3 0.00176 0.00175 0.00178 0.00176 0.00175 0.00181 0.00181 0.00182



HUMEDAD TEORICA SUELO 17.5% 17.5% 17.5% 17.5% 17.5% 17.5% 17.5% 17.5%HUMEDAD DEL ADOBE 16.99 17.31 14.16 14.51 15.53 14.42 13.69 13.07

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Adobes, concentracion 0.75% , L= 15mmADOBE 1 ADOBE 2 ADOBE 3 ADOBE 4 ADOBE 5 ADOBE 5 ADOBE 7 ADOBE 8




ANCHO PROMEDIO 15.51 15.49 15.49 15.36 15.49 15.50 15.49 15.48











TESIS DE MAESTRIA


Adobes concentracion 1%, L=15mmADOBE 1 ADOBE 2 ADOBE 3 ADOBE 4 ADOBE 5




ANCHO PROMEDIO 15.48 15.48 15.49 15.57 15.52











TESIS DE MAESTRIA






ANCHO PROMEDIO 15.30 15.46 15.32 15.38 15.44







0.00179 0.00178DATOS DEL ENSAYE:Resistencia a la compresión axialLargo (cm): 12.90 13.78 13.90 14.35 14.17Carga primera grieta (Kg). 13000 13100 12400 10000 10100Carga primera grieta corregida (Kg) 12441 12540 11846 9425 9528Carga de ruptura (Kg). 18930 19640 21250 12730 12330Carga de ruptura corregida (Kg). 18251 18944 20554 12173 11776Resistencia a la primera grieta (kg/cm2) 62.3 59.5 55.2 42.5 43.8Resistencia a la compresión (kg/cm2) 91.4 89.9 95.7 55.0 54.2



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Adobes, concentracion 0.50% , L= 20 mmADOBE 1 ADOBE 2 ADOBE 3 ADOBE 4 ADOBE 5 ADOBE 6 ADOBE 7 ADOBE 8




ANCHO PROMEDIO 15.50 15.47 15.36 15.44 15.46 15.47 15.46 15.47








0.00177DATOS DEL ENSAYE:Resistencia a la compresión axialLargo (cm): 13.46 14.04 14.720 14.600 14.800Carga primera grieta (Kg). 8500 8700 9890 10450 9112Carga primera grieta corregida (Kg) 7879 8085 9311.82 9889.2 8509.700Carga de ruptura (Kg). 12110 12430 11440 11560 11560Carga de ruptura corregida (Kg). 11558 11875 10893 11012.000 11012.000Resistencia a la primera grieta (kg/cm2) 38.1 37.4 41.1 44.1 37.4Resistencia a la compresión (kg/cm2) 55.8 55.0 48.1 49.1 48.4



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Adobes, concentracion 0.75% , L= 20 mmADOBE 1 ADOBE 2 ADOBE 3 ADOBE 4 ADOBE 5 ADOBE 6 ADOBE 7 ADOBE 8




ANCHO PROMEDIO 15.49 15.39 15.47 15.46 15.40 15.47 15.51 15.54








0.00173DATOS DEL ENSAYE:Resistencia a la compresión axialLargo (cm): 14.56 14.68 14.4 14.6 14.54Carga primera grieta (Kg). 6000 10000 10410 11480 9910Carga primera grieta corregida (Kg) 5462 9425 9847.9 10933 9332.4Carga de ruptura (Kg). 14790 14420 12950 12540 12810Carga de ruptura corregida (Kg). 14206 13844 12392 11985 12253Resistencia a la primera grieta (kg/cm2) 24.4 41.7 44.4 48.5 41.6Resistencia a la compresión (kg/cm2) 63.4 61.3 55.8 53.1 54.7



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Adobes, concentracion 1%, L=20mmADOBE 1 ADOBE 4 ADOBE 3 ADOBE 4 ADOBE 5




ANCHO PROMEDIO 15.50 15.52 15.50 15.53 15.50










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Adobes, concentracion 0.25%, L=25mmADOBE 1 ADOBE 2 ADOBE 3 ADOBE 4 ADOBE 5




ANCHO PROMEDIO 15.43 15.45 15.44 15.44 15.44










TESIS DE MAESTRIA


Adobes, concentracion 0.50% , L= 25 mmADOBE 1 ADOBE 2 ADOBE 4 ADOBE 5 ADOBE 6




ANCHO PROMEDIO 15.46 15.45 15.53 15.54 15.56











TESIS DE MAESTRIA


Adobes, concentracion 0.75%, L= 25mmADOBE 1 ADOBE 2 ADOBE 3 ADOBE 4 ADOBE 5




ANCHO PROMEDIO 15.46 15.48 15.49 15.48 15.34










TESIS DE MAESTRIA


Adobes, concentracion 1%, L=25mmADOBE 1 ADOBE 2 ADOBE 3 ADOBE 4 ADOBE 5




ANCHO PROMEDIO 15.49 15.54 15.50 15.48 15.52







0.00181 0.00174DATOS DEL ENSAYE:Resistencia a la compresión axialLargo (cm): 13.90 14.12 13.51 14.50 14.80Carga primera grieta (Kg). 10600 10400 9900 9900 9995Carga primera grieta corregida (Kg) 10044 9838 9322 9322 9420Carga de ruptura (Kg). 22000 21270 18720 17860 18080Carga de ruptura corregida (Kg). 21309 20574 18045 17205 17420Resistencia a la primera grieta (kg/cm2) 46.9 45.1 44.7 41.8 41.4Resistencia a la compresión (kg/cm2) 99.5 94.4 86.5 77.1 76.5



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SECRETARIA DE COMERCIO Y FOMENTO INDUSTRIAL NORMA MEXICANA NMX-AA-015-1985. PROTECCION AL AMBIENTE - CONTAMINACION DEL SUELO - RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES - MUESTREO – METODO DE CUARTEO. ENVIRONMENTAL PROTECTION - SOIL POLLUTION – MUNICIPAL SOLID RESIDUES - SAMPLING - QUARTER METHOD. DIRECCION GENERAL DE NORMAS NMX-AA-015-1985. PREFACIO En la formulación de esta norma participaron los siguientes organismos: - SECRETARIA DE DESARROLLO URBANO Y ECOLOGIA Dirección General de Prevención y Control de la Contaminación Ambiental. - DEPARTAMENTO DEL DISTRITO FEDERAL. Dirección General de Estudios Prospectivos. Dirección General de Programación de Obras y Servicios. Comisión de Ecología. NMX-AA-015-1985 PROTECCION AL AMBIENTE - CONTAMINACION DEL SUELO - RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES - MUESTREO - METODO DE CUARTEO. ENVIRONMENTAL PROTECTION - SOIL POLLUTION – MUNICIPAL SOLID RESIDUES - SAMPLING - QUARTER METHOD. 1 OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN. Esta Norma Oficial Mexicana, establece el método de cuarteo para residuos sólidos municipales y la obtención de especímenes para los análisis en el laboratorio. Para aquellos residuos sólidos de características homogéneas, no se requiere seguir el procedimiento descrito en esta norma. 2 REFERENCIAS. Esta norma se complementa con las siguientes Normas Oficiales Mexicanas vigentes:

• NOM-AA-19 Protección al Ambiente-Contaminación del suelo-Residuos sólidos Municipales-Peso volumétrico "IN SITU".

• NOM-AA-22 Protección al Ambiente-Contaminación del suelo - Residuos sólidos Municipales-Selección y Cuantificación de Subproductos.

• NOM-AA-61 Protección al Ambiente-Contaminación del suelo-Residuos sólidos Municipales-Generación.

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• NOM-AA-91 Protección al Ambiente-Contaminación del suelo-Residuos sólidos-Terminología. 3 DEFINICIONES. Para los efectos de esta norma, las definiciones son las que se establecen en la Norma Oficial Mexicana NOM-AA-91. 4 METODO DE CUARTEO. Para el cuarteo, la muestra debe ser representativa de la zona o estrato socioeconómico del área en estudio, obtenida según Norma Oficial MexicanaNOM-AA-61. 4.1 Aparatos y Equipo. - Báscula de piso, con capacidad de 200 kg - Bolsas de polietileno de 1.10 m x 0.90 m y calibre mínimo del No. 200, - para el manejo de los subproductos (tantas como sean necesarias). NMX-AA-015-1985 - Palas curvas - Bieldos - Overoles - Guantes de carnaza - Escobas - Botas de hule - Cascos de seguridad - Mascarillas protectoras - Papelería y varios (cédula de informe de campo, marcadores, ligas, etc.). 4.2 Procedimientos. Para efectuar este método de cuarteo, se requiere la participación de cuando menos tres personas. El equipo requerido antes descrito, está de acuerdo con el número de personas que participan en el cuarteo. Para realizar el cuarteo, se toman las bolsas de polietileno conteniendo los residuos sólidos, resultado del estudio de generación según la Norma Oficial Mexicana NOM-AA-61-. En ningún caso se toma más de 250 bolsas para efectuar el cuarteo. El contenido de dichas bolsas, se vacía formando un montón sobre un área plana horizontal de 4 m x 4 m de cemento pulido o similar y bajo techo. El montón de residuos sólidos se traspalea con pala y/o bieldo, hasta homogeneizarlos, a continuación, se divide en cuatro partes aproximadamente iguales A B C y D (Fig. 1), y se eliminan las partes opuestas A y C ó B y D, repitiendo esta operación hasta dejar un mínimo de 50 kg de residuos sólidos con los cuales se debe hacer la selección de subproductos de acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-AA-22. De las partes eliminadas del primer cuarteo, se toman 10 kg aproximadamente de residuos sólidos para los análisis del laboratorio, físicos, químicos y biológicos, con el resto se determina el peso volumétrico de los residuos sólidos "in situ", según Norma

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Oficial Mexicana NOM-AA-19. La muestra obtenida para los análisis físicos, químicos y biológicos debe trasladarse al laboratorio en bolsas de polietileno debidamente selladas e identificadas (véase marcado), evitando que queden expuestas al sol durante su transporte, además se debe tener cuidado en el manejo de la bolsa que contiene la muestra para que no sufra ninguna rotura. El tiempo máximo de transporte de la muestra al laboratorio, no debe exceder de 8 horas. NMX-AA-015-1985.

FIGURA 1. CUARTEO DE RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES NMX-AA-015-1985. Se han considerado, las cantidades anteriores como óptimas, sin embargo estas pueden variar de acuerdo a las necesidades. Sólo en el caso de que la cantidad de residuos sólidos sea menor a 50 kg, se recomienda repetir la operación de cuarteo.

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5 MARCADO. La muestra se identifica con una etiqueta, la cual debe contener la siguiente información: Número de folio de la cédula de informe de campo para el cuarteo, hora y fecha del envío, localidad, municipio, estado, procedencia de la muestra (Estrato socioeconómico) temperatura y humedad relativa del ambiente, peso de la muestra en kilogramos, datos del responsable de la toma de muestra y observaciones. 6 INFORME DE CAMPO: (ver cédula en el apéndice) En el informe debe indicar lo siguiente: - Localidad, Municipio, y Estado - Fecha y hora del cuarteo - Procedencia de la muestra (estrato socioeconómico) - Condiciones climatológicas - Cantidad de residuos sólidos tomados para el cuarteo, en kg - Cantidad de residuos sólidos obtenidos para la selección en subproductos, en kg - Datos del responsable del cuarteo - Observaciones NMX-AA-015-1985

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7 APENDICE. CEDULA DE INFORME DE CAMPO PARA EL CUARTEO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS. No de Folio.______ Localidad________________ Municipio________________ Estado _______________ Fecha y hora del cuarteo___________________________________________________ Procedencia de la Muestra_________________________________________________ ______________________________________________________________________ Condiciones Climatológicas Imperantes Durante el Cuarteo (describa): ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Cantidad de Residuos Sólidos para el Cuarteo _______________________________ kg Cantidad de Residuos Sólidos para la Selección de Subproductos__________________ ____________________________________________________________________ kg Cantidad de Residuos Sólidos para los Análisis Físicos, Químicos y Biológicos______________________________________________________________ Responsable del Cuarteo: Nombre:_________________________________Cargo_________________________ Dependencia o Institución _________________________________________________ Observaciones __________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ NMX-AA-015-1985 8 BIBLIOGRAFIA - Journal of the Sanitary Engineering División.- Proceedings of the American Society of Civil Engineers.- "Sample Weights in Solid Waste Composition Studies".-Albert J. klee and Dennis Carrth.August, 1970. - Rolle, G Int. Research Group in Refuse Disposal (IRGR). Information Bulletin 22, 23.- Zurich.- 1954. México D.F., Marzo 18, 1985

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EL DIRECTOR GENERAL DE NORMAS. LIC. HECTOR VICENTE BAYARDO MORENO. Fecha de aprobación y publicación: Marzo 18, 1985 Esta norma cancela a la: NOM-AA-15-1975

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