ANALISÍS DE RETRASO TÉRMICO A BLOQUES DE TIERRA COMPRIMIDA

Rubén Salvador Roux Gutiérrez

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE COAHUILA,

Diana Patricia Gallegos Sánchez

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE TAMAULIPAS

RESUMEN

la investigación que aborda el tema las propiedades térmicas de los Bloques de Tierra Comprimida (BTC), la finalidad fue corroborar las ventajas de este material de construcción alternativo, sobre los materiales convencionales empleados en la zona sur de Tamaulipas , como regulador natural de temperatura contra el bloque de concreto y el ladrillo recocido de la región. Las pruebas térmicas realizadas consistieron en calcular el retraso térmico y observar este proceso mediante el uso cámara termo gráfica.

Es desde los inicios de la humanidad el hombre ha usado la tierra para construir. Con los avances de la tecnología de la construcción de tierra fue evolucionando desde los orígenes primitivos de la humanidad (McHenry,2004)

INTRODUCCIÓN

Sin embargo los cambios radicales producidos por la revolución industrial, la energía de bajo costo, una rápida expansión de los sistemas de transporte, distribución, y la preferencia por materiales más “modernos”, virtualmente acabaron con la utilización de tierra como material de construcción.

El sector constructivo tiene un gran impacto en el ambiente por diversos factores como: la explotación de recursos naturales, el proceso de fabricación de materiales, la energía empleada en todos estos procesos , así como la energía que consume la edificación a lo largo de su vida útil y los residuos que se generan de su demolición.

Fuente:(architecture2030, 2011), Recuperado: 17/octubre/2013, en: http://architecture2030.org/

Actualmente un tercio de la humanidad se refugia de la intemperie en construcciones de tierra. De Oteiza (2002) .

Algunas de las ventajas y desventajas de la tierra como material de construcción son las siguientes:

Ventajas y desventajas de construcción con tierra1. Fácil y amplia disponibilidad.2. Bajo costo.3. Idónea en construcciones con

mano de obra.4. Técnicas de construcción

sencilla y no requieren conocimientos, o equipos sofisticados.

5. La población puede aprender las técnicas y así se facilita la autoconstrucción.

6. Resulta apto para las necesidades , de aislamiento térmico y acústico.

7. Su fabricación consume menos energía que el cemento y otros materiales de construcción modernos.

8. Son estéticamente agradables.9. Reduce la importación de

materiales.

1. Problemas de durabilidad (por degradación de los fenómenos atmosféricos, en especial el agua)

2. Fragilidad ante desastres naturales como sismos e inundaciones.

3. Debido al grosos de las paredes se reduce el espacio efectivo.

4. Lenta evolución de la construcción con tierra.

5. Poca aceptación social.

Actualmente en México, la construcción con tierra es una técnica que se practica de manera artesanal, no hay normas oficiales que regulen su uso, por lo que su difusión es mínima en el mercado de la construcción.

En esta investigación se analizaron las propiedades térmicas de muros hechos con tierra, comparados con materiales convencionales, algunas de estas son de acuerdo a Goulart (2004):

• Conductividad térmica (λ), calor específico (c), y densidad (ρ). • Coeficiente de conductividad térmica (λ): Caracteriza la cantidad de

calor necesario por m2, para que se obtenga una diferencia de 1 °C de temperatura entre las dos caras de 1m de material homogéneo en una unidad de tiempo. Se expresa en: (W/(m.K).

• Calor específico (c): Se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa, elevar su temperatura en una unidad. Se expresa en J/(kg.K).

• Densidad (ρ) Cantidad de masa contenida en un determinado volumen. Se expresa en (kg/m3).

Dentro de la expresión “Inercia térmica” se deben entender estos conceptos :

• Retraso térmico: es el tiempo transcurrido desde que la parte de calor absorbida por el muro llega a la cara opuesta.

• Amortiguamiento: es la diferencia de energía que hay entre la cara expuesta del muro y la interior.

(Climablock,2000)Fuente:(Puppo & Puppo 1972:85)

Fuente:(Puppo & Puppo 1972:85)

Concepción de la idea y planteamiento del problema.

Investigacion bibliográfica del tema

Pruebas de laboratorio al material.

Elaboración de unidades de análisis.

Realización de pruebas térmicas.

Recoleccion de datos y resultados finales.

FASES DE LA INVESTIGACIÓN

Proceso previo a la elaboración de BTC y pruebas de laboratorio.

Fuente: Elaboración propia. 2013

TIPO DE PRUEBANORMA OFICIAL

CONSULTADARESULTADOS ESPERADOS

Eades y GrimmASTM D6276 – 99A

(2006) e1. (EUA)

Determinar el porcentaje óptimo de cal, para la estabilización de la tierra

Prueba de compactación

Proctor

M-MMP-1-09-06 (México)

Permiten determinar la curva de compactación, con esta se infiere su masa vol. Seca máxima y su contenido de agua optimo

Límites de AtterbergM-MMP-1-07-03

(México)

Con esta prueba se darán a conocer los límites líquidos y límites plásticos. Así determinar con que tipo de suelo se trata

Contracción linealNMX-C-416-0NNCCE

(México)

Se conocerá el porcentaje de contracción lineal que tiene el suelo a estudiar

Cuadro resumen de pruebas. Fuente: Elaboración propia, 2014.

TIPO DE PRUEBANORMA OFICIAL

CONSULTADARESULTADOS ESPERADOS

Eades y GrimmASTM D6276 - 99a(2006)e1.

(EUA)Determinar el porcentaje óptimo de cal, para la estabilización de la tierra.

PH (prueba 1) 7.14 10.93 11.53 11.78 11.87 11.99 12.27 12.32 12.32 12.31

% de Cal 0 1 2 3 4 5 6 7 9 11

TIPO DE PRUEBANORMA OFICIAL

CONSULTADARESULTADOS ESPERADOS

Prueba de compactación Proctor.

M-MMP-1-09-06 (México)

Permiten determinar la curva de compactación, con esta se infiere su masa vol. Seca máxima y su contenido de agua optimo.

• Peso Vol. Seco máximo: 1694 t/m3

• Contenido de agua óptimo:

15.8%

TIPO DE PRUEBANORMA OFICIAL

CONSULTADARESULTADOS ESPERADOS EQUIPO NECESARIO

Límites de Atterberg.

M-MMP-1-07-03 (México)

Con esta prueba se darán a conocer los

límites líquidos y límites plásticos. Así determinar con que

tipo de suelo se trata.

Malla #40 Copa casa grande. Balanza. Horno. Vaso o recipiente. Cápsula de porcelana. Espátula flexible. Cuenta gotas. Placa de vidrio.

• Límite líquido: 31%

• Límite plástico:23 %

TIPO DE PRUEBANORMA OFICIAL

CONSULTADARESULTADOS ESPERADOS

EQUIPO NECESARIO

Contracción lineal.NMX-C-416-

0NNCCE (México)

Se conocerá el porcentaje de

contracción lineal que tiene el suelo a estudiar.

Molde metálico de 10x2x2 cm.

Espátula flexible. Horno eléctrico.

Molde.Medida molde. (cm)

Medida barra .(cm)

% de contracción de la barra.

E 10 9.82 1.8AA 10.2 9.87 1.3

Total de unidades de análisis:2 muros BTC sencillos.2 muros BTC sencillos revocados.1 muro BTC doble.1 muros BTC doble revocado.1 muro de block convencional 20x40.1 muro de ladrillo de barro cocido

Revoque 4:1 de arena y cal

La prueba consiste en aplicar una fuente de calor continua a los muros.Se emplea una placa: 40 x 50 cm, que cuenta con seis focos de 150 Watts, marca Osram. Esta placa se colocó a una medida establecida para todos los muros de 34.5 cm de distancia del muro. Se empleó el software HOBO ware versión 2.7.3, para registrar la temperatura durante la prueba.

Pruebas de conductividad térmica a muros

Pruebas de conductividad térmica a muros

Resultados

Tipo de muro

Temperatura máxima

Tiempo de retardo Térmico

Factor de Reducción

 Lado de muro

Expuesto °C Posterior °C

BTC sencillo sin revoque 1

57.786 33.183 1 h 1.741

BTC sencillo sin revoque 2

54.602 32.407 1 h 1.685

BTC revoque 1 55.832 30.343 1:15 h 1.840

BTC revoque 2 55.021 30.444 1:30 h 1.807

BTC doble con revoque

55.56 25.695 4:15 h 2.162

BTC doble sin revoque

60.918 26.671 4:15 h 2.28

Ladrillo de barro cocido.

58.776 37.645 0:30 h 1.561

Block 64.838 34.387 0:30 h 1.886

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

57.854.6 55.8 55.0 55.6

60.9 58.8

64.8

33.2 32.4 30.3 30.425.7 26.7

37.634.4

Temperatura máxima Lado Expuesto °C

Temperatura máxima Lado Posterior °C

Tem

per

atu

ra C

°Temperaturas máximas alcanzadas en ambas caras de los muros.

En base al libro de Fuentes (2001) donde el procedimiento es el siguiente:

Donde:D= difusividad (m2/h)k= conductividad térmica (W/m K)ce= calor específico (Wh/Kg K)ρ= densidad (kg/m3)

Tipo de muro

Coeficiente de conductividad térmica

(W/mK)

Calor específico (Wh/KgK)

Densidad (Kg/m³)

Difusividad térmica

(m²/h)

Espesor (m)

Retraso térmico (h)

BTC 1.1 0.25 2000 0.0022 0.14 4.0

Tabique 0.9 0.27 1000 0.00333333 0.12 2.8

Ladrillo 1.18 0.27 790 0.00553211 0.15 2.7

Calculo con fórmula del retraso térmico de muros sencillo.

De esta forma, el retraso térmico es:

Donde:∅= retardo térmico (h)b= espesor del material (m)D= Difusividad térmica (m2/h)

Tipo de muro

Retraso térmico (h)

Espesor (m) Método gráfico Espesor (m)Método

matemáticoEspesor (m)

Consulta bibliográfica

BTC 0.14 1 0.14 3.96 0.15-0.20 4-5.2

Tabique 0.12 0.5 0.12 2.76 0.10-0.20 2.3-5.5

Block 0.15 0.5 0.15 2.68 0.15-0.20 3.8-5.1

Comparación de resultados.

Fotografías termo gráficas a muro de ladrillo, BTC sencillo sin revoque BTC .

PRUEBAS CON CAMARA TERMO GRÁFICA.Para esta prueba se empleó la cámara FLUKE Ti25-Series

Fotografías termo gráficas a muro BTC sencillo con revoque, BTC doble si revoque.

Fotografías termo gráficas a muro de BTC doble con revoque y block.

CONCLUSIONES:

• Retomando la hipótesis de la investigación un bloque de tierra comprimida (BTC) tiene la capacidad de regular la temperatura en el interior de la vivienda. Los resultados que comprueban que los BTC mejoran la sensación de confort térmico en el interior de las viviendas, considerablemente mejor que el block de cemento y el ladrillo puesto que mostró un mayor retraso térmico que estos.

• se comprobó que con muros de BTC que pueden conformar una vivienda resultará mas fresca en verano y mas caliente en invierno.

• Se consumen menos recursos energéticos y económicos debido a que es un material de origen natural y no requiere de un proceso de industrialización.

• Produce un ahorro en el acondicionamiento de la vivienda.