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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

CARACTERIZACION FISICA Y MECANICA DE LA MAMPOSTERIA ELABORADA CON

PIEZAS DE BARRO RECOCIDO PRODUCIDAS EN LA CIUDAD DE CULIACAN, SINALOA

Basilia Quiñónez Esquivel1, Juan I. Velázquez Dimas1, Dagoberto López López2, Josué S. Salazar López ³ y Oscar E. Escamilla López3

RESUMEN Se presentan las propiedades físicas y mecánicas de piezas de tabique de barro recocido producido artesanalmente en la ciudad de Culiacán y de la mampostería elaborada con dichas piezas. Dichas propiedades se obtuvieron con los procedimientos experimentales contenidos en las normas NMX correspondientes, así como con algunas recomendaciones de las Normas Técnicas Complementarias para Estructuras de Mampostería del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal (NTCMRCDF) vigentes. Se establece la comparación entre las propiedades obtenidas y los valores índice correspondientes recomendados en dichas normas. Se observa que tanto la resistencia a compresión diagonal como el módulo de elasticidad son menores a los valores considerados por dicha norma

ABSTRACT

The physical and mechanical properties of clay brick units handmade produced, in Culiacán city as well as those of the brick-masonry made with such pieces are presented en this paper. These properties were obtained according to the experimental procedures contained in the standards NMX, as well as with some recommendations of the Technical Standards for Complementary masonry structures of the Building Regulations for the Federal District, México (NTCMRCDF). A comparison between the properties obtained the corresponding Index values specified in the mentioned recommendations is done. It is observed that the resistance to diagonal compression is smaller than the recommended minimum values. The modulus of elasticity is also smaller than the recommended values in the code.

INTRODUCCION En la ciudad de Culiacán, el sistema constructivo mas utilizado para la vivienda es el de muros de carga de mampostería elaborada con piezas de la región. A pesar de que la determinación de las propiedades mecánicas de la mampostería es esencial para predecir el comportamiento estructural de este sistema constructivo, no existe en la ciudad un documento técnico que contenga dichas propiedades y para el diseño y construcción de edificaciones de mampostería los constructores emplean principalmente las propiedades y recomendaciones contenidas en las NTCMRCDF, mismas que se elaboraron a partir de los resultados de un programa experimental desarrollado en los setentas con mampostería producida en el Distrito Federal y en el Estado de México. En los últimos años las investigaciones se han enfocado a revisar las ecuaciones de diseño para mampostería contenidas en el reglamento mencionado, pero manteniendo las propiedades mecánicas recomendadas desde los setentas. En estudios exploratorios (Chan-Dorado, 2000) se encontró que algunas de las propiedades mecánicas de la mampostería fabricada en la región tienen valores inferiores a los

1 Profesor, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Sinaloa, Ciudad Universitaria, Culiacán,

Sinaloa, México; [email protected] , [email protected] 2 Profesor, Instituto Tecnológico de Sonora, Ciudad Obregón, Sonora, México; [email protected] 3 Estudiante, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Sinaloa, Ciudad Universitaria, Culiacán,

Sinaloa, México.

1

mailto:[email protected]



XVI Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Veracruz, Ver., 2008

recomendados por las normas mencionadas, por lo que resulta imprescindible hacer una revisión de dichas propiedades. En este estudio se presentan los resultados obtenidos en la primera etapa de un programa experimental que se realiza en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Sinaloa, cuyo objetivo es determinar las propiedades físicas y mecánicas de piezas producidas en la ciudad de Culiacán, así como de la mampostería construida con dichas piezas y proponer ante los organismos correspondientes la elaboración de normas técnicas basadas en los valores de las propiedades de la mampostería de la ciudad de Culiacán, o bien, buscar mecanismos de mejoramiento de dichas propiedades. Se presenta también la comparación de las propiedades obtenidas con los valores indicativos correspondientes considerados en las NTCMRCDF

PROGRAMA EXPERIMENTAL MATERIALES EMPLEADOS Piezas En esta etapa del programa experimental se estudiaron las propiedades de piezas de tabique de barro recocido producido artesanalmente. Se hizo una revisión del proceso de producción y de la materia prima utilizada en las diferentes fábricas de la ciudad a partir de la cual se seleccionaron 10 para su estudio. La selección de las tabiqueras se hizo de tal forma que en ellas existiera alguna diferencia en el proceso de fabricación o en la materia prima. En cuanto a la materia prima utilizada, esta consiste en dos tipos de suelos, suelo A y suelo B, los cuales son mezcladas en diferentes proporciones según el productor. A esta mezcla se le adiciona un elemento estabilizador que puede ser arena, limo, viruta de madera, aserrín, paja o cascarilla de arroz. El proceso de fabricación consiste en: mezclado, moldeado, presecado, secado y horneado. El presecado y secado varía de 2 a 14 días y el horneado de 20 a 24 horas, según el productor. En la figura 1 se muestran algunas fases del proceso de producción.

Figura 1 Proceso de producción de tabiques

2


Al mortero utilizado en la elaboración de pilas y muretes se le determinó su resistencia a compresión (NMX-C-061-2001). Se tomaron muestras de tres cubos por cada batida y se ensayaron en la misma fecha que las pilas y muretes.

Mortero Además de estudiar las propiedades del tabique, se estudiaron las propiedades de la mampostería, para ellos se construyeron pilas y muretes con mortero cemento-cal-arena en proporción 1:2:6. PRUEBAS REALIZADAS Se estudiaron las propiedades mecánicas de piezas de tabique de barro recocido producido artesanalmente, de la mampostería construida con dichas piezas y del mortero utilizado. Se tomaron muestras del suelo utilizado para la elaboración de las piezas, así como de las piezas en un número suficiente para los ensayes tanto de ellas como del conjunto pieza-mortero. Se determinó el índice plástico y la contracción lineal de los dos tipos de suelo utilizados en la elaboración de los tabiques, así como de las combinaciones mas frecuentes de ellos. A las piezas de tabique se les determinaron las dimensiones (NMX-C-038-ONNCCE-2004), el peso volumétrico y la absorción total (NMX-C-037-ONNCCE-2005), la absorción inicial (NMX-C-404-1997), la resistencia a compresión (NMX-C-036-ONNCCE-2004), el módulo de ruptura de las piezas (ASTM-C-67-02a) y la resistencia a la adherencia entre piezas y mortero (NMX-C-082-1974). Las propiedades se determinaron utilizando una muestra de 10 piezas por fabricante. A la mampostería se le determinó su resistencia a compresión, su resistencia a compresión diagonal, su módulo de elasticidad y su módulo de rigidez. Para la obtención de la resistencia a compresión y el módulo de elasticidad se construyeron 10 pilas por fabricante. Cada pila se construyó con 7 piezas unidas por juntas de mortero cemento-cal arena, con espesor entre 1.5 y 2 cm. Para la determinación de la resistencia a compresión diagonal y el módulo de rigidez se construyeron 10 muretes por fabricante. Cada murete estuvo conformado en su base por pieza y media. La construcción de las pilas y muretes así como los ensayes se realizaron según los procedimientos contenidos en las NTCMRCDF y en el anteproyecto NMX-C-000-ONNCCE-2007.

RESULTADOS EXPERIMENTALES CLASIFICACIÓN DEL SUELO En la tabla 1 se presentan los valores obtenidos para el límite líquido, límite plástico, índice plástico y contracción lineal de los dos tipos de arcillas utilizados para la elaboración del tabique, así como para las combinaciones 50%-50% y 60%-40% en volumen. Se analizaron estas combinaciones por ser las mas frecuentemente utilizadas por los fabricantes. Cabe mencionar que las tabiqueras 1,2,3,6,7,8,9 usan alguna de estas combinaciones, además de diferentes porcentajes de materiales estabilizadores.. La tabiquera 4, utiliza 80% del suelo B y 20% de paja. La tabiquera 10 utiliza 53% del suelo A, 27% de aserrín y 20% de arena. Tabla 1 Clasificación de los suelos y sus combinaciones utilizados en la elaboración de tabiques

Tipo de suelo LL (%) LP (%) IP (%) CL (%) SUCS Suelo A 25,00% 17,59% 7,47% 5.5 CL Suelo B 40,00% 19,17% 20,83% 10.4 CL

Mezcla 50 x 50 35,00% 16,70% 18,30% 9.2 CL Mezcla 60 x 40 33,00% 20,06% 12,94% 5.8 CL

3


PIEZAS Caracterización Geométrica En la tabla 2 se muestran el promedio, la desviación estándar y el coeficiente de variación de el largo (L), el ancho (B), el espesor (H), el área (A) y el volumen (V) de las piezas de cada tabiquera. En la tabla 3 se muestran los valores promedio de L, B, H, A Y V de las piezas de todas las tabiqueras estudiadas, así como su desviación estándar y su coeficiente de variación. Las dimensiones promedio de los tabiques revisados son: 25.4 x12.7x4.65 cm., de acuerdo a la norma NMX-C-405-ONNCCE, las dimensiones mínimas para tabique de barro recocido de uso estructural deben ser 19x10x5cm con tolerancia de 3mm. Aunque el promedio de todas las piezas caracterizadas geométricamente cumple con la tolerancia, se encontraron algunas tabiqeras cuyo espesor está 1 mm por debajo de la tolerancia .Para uso no estructural, la norma NMX-C-441-ONNCCE-2005 establece un valor mínimo solo para el ancho, siendo éste de 10cm.

Tabla 2 Caracterización geométrica de las piezas de cada tabiquera

TABIQUERA PARÁMETRO L (cm) B

(cm) H

(cm) A

(cm2) V

(cm3)

Promedio 25,66 12,75 5,09 327,165 1665,84 Desv. est. 0,10 0,14 0,28 3,69 105,17 1 C.V (%) 0,376 1,06 5,51 1,13 6,31 Promedio 25,14 12,52 4,83 314,77 1520,46 Desv. est. 0,21 0,12 0,13 5,36 53,31 2 C.V (%) 0,84 0,98 2,77 1,70 3,51 Promedio 25,46 12,71 4,85 323,61 1569,44 Desv. est. 0,15 0,14 0,16 4,84 56,66 3 C.V (%) 0,59 1,08 3,40 1,50 3,61 Promedio 25,56 12,66 4,62 323,60 1495,08 Desv. est. 0,16 0,12 0,10 4,75 41,53 4 C.V (%) 0,62 0,93 2,24 1,47 2,78 Promedio 25,29 12,78 4,69 323,22 1515,42 Desv. est. 0,12 0,13 0,16 4,45 38,93 5 C.V (%) 0,47 1,03 3,40 1,38 2,57 Promedio 25,44 12,72 4,6 323,60 14,883,418Desv. est. 0,13 0,15 0,17 4,75 52,55 6 C.V (%) 0,50 1,16 3,69 1,47 3,53

Promedio 25,67 12,8 4,64 328,59 1524,54 Desv. est. 0,23 0,17 0,16 6,39 55,56 7 C.V (%) 0,90 1,33 3,40 1,95 3,64

Promedio 25,54 12,67 4,58 323,59 1482,00 Desv. est. 0,12 0,12 0,14 3,44 46,21 8 C.V (%) 0,46 0,92 3,05 1,06 3,12

Promedio 25,82 12,66 4,74 326,89 1549,17 Desv. est. 0,16 0,13 0,16 4,62 45,88

9

C.V (%) 0,63 1,00 3,33 1,41 2,96 Promedio 24,61 12,74 4,65 313,53 1457,82 Desv. est. 0,11 0,13 0,18 3,85 57,24

10

C.V (%) 0,45 1,06 3,96 1,23 3,93

4


Tabla 3 Promedio, desviación estándar y coeficiente de variación de las

dimensiones de los tabiques de todos los fabricantes seleccionados

TABIQUERA L (cm)

B (cm)

H (cm)

A (cm2)

V (cm3)

1 25,7 12.7 4.8 326.39 1566.67 2 25.14 12.52 4.83 314.77 1520.46 3 25..46 12.71 4.85 323.61 1569.44 4 25.56 12.66 4.62 323.60 1495.08 5 25.29 12.78 4.69 323.22 1515.42 6 25.44 12.72 4.6 323.605 1488.34 7 25.67 12.8 4.64 328.59 1524.54 8 25.54 12.67 4.58 323.59 1482.00 9 25.82 12.66 4.74 326.89 1549.17 10 24.61 12.74 4.65 313.53 1457.82

promedio 25.42 12.69 4.7 322.78 1516.89 Desv. est. 0.12 0.078 .099 4.9 37.05

C.V (%) 1.36 0.61 2.1 1.52 2.44

Absorción La absorción es una de las propiedades más importantes de las piezas que conforman la mampostería ya que en gran medida de ella depende la adherencia entre pieza y mortero y por lo tanto también influye en la resistencia a compresión diagonal de la mampostería, especialmente cuando se tienen piezas de alta resistencia . Absorción Volumétrica La absorción volumétrica es la cantidad de agua absorbida en litros por unidad de volumen aparente en m3

en un tiempo de 24 hs. Los valores obtenidos para las diferentes tabiqueras variaron de 248.45 l/m3 a 363.66 l/m3 con coeficientes de variación de 2.82 a 11.01. La tabiquera que tiene las piezas con mayor absorción volumétrica es la 4 (80% suelo B y 20% paja) y la de menor absorción la 7 (42% de suelo A, 42% de suelo B y 16 % de aserrín). Absorción en porcentaje Es el porcentaje en peso de agua absorbida en 24 horas, respecto al peso seco. La absorción en porcentaje varió de 13.98% a 24.65% y los coeficientes de variación fluctuaron entre 4.13 y 13.53. Excepto las tabiqueras 4 y 10, el resto tiene valores de absorción menores al valor máximo permitido ( 21%) según NMX-C-404-ONNCCE. El valor promedio de todas las tabiqueras es menor a dicho valor máximo permitido. Absorción Máxima Inicial Es la cantidad de agua que absorbe el tabique por una de sus caras bajo ciertas condiciones de inmersión. La absorción inicial varió entre 34.38 gr/min y 77.46 gr/min., siendo la tabiquera 10 (53 % suelo A, 27% aserrín y 20% arena) la que tuvo las piezas con mayor absorción inicial. Los coeficientes de variación estuvieron entre 13.04 y 28.64. Los valores obtenidos para la absorción inicial son mayores a los aceptados por la norma ASTM correspondiente. No se establece la comparación con la norma NMX vigente al respecto, debido a que se siguió un procedimiento diferente al estipulado en ella.

5


Peso volumétrico El peso volumétrico varió entre 1416 kg/m3 y 1780 kg/m3, siendo la tabiquera 10 la de piezas con menor peso volumétrico. Los coeficientes de variación estuvieron entre 0.90 y 3.42.

Figura 2 Determinación de la absorción inicial y peso volumétrico En la tabla 4 se muestran los valores de absorción y peso volumétrico promedio obtenidos en las piezas de cada tabiquera. En la tabla 5 se muestra el valor promedio, la desviación estándar y el coeficiente de variación correspondiente a los valores de absorción y peso volumétrico de las piezas de todas las tabiqueras muestradas, en la cual puede observarse que el coeficiente de variación global es 12 para la absorción volumétrica, 18.4 para la absorción en %, 28 para la absorción inicial y 7.6 para el peso volumétrico. No se observa mucha dispersión en las propiedades físicas de las piezas por tabiquera, la dispersión se incrementa cuando se analizan piezas de las diferentes tabiqueras, esto sucede principalmente en el caso de la absorción inicial. En las Figuras 3, 5 y 7 se muestran gráficamente los resultados de la absorción en %, la absorción máxima inicial y el peso volumétrico de todas las piezas ensayadas. Las Figuras 4, 6 y 8 muestran el valor promedio del % de absorción, la absorción máxima inicial y el peso volumétrico, respectivamente, de cada tabiquera.

6


Tabla 4 Absorción y peso volumétrico promedio de las piezas de cada tabiquera

TABIQUERA PARÁMETRO ABS. VOL. (l/m3)

ABS (%)

ABS. INICIAL (gr/min)

P. VOL. (kg/m3)

Promedio 263.64 14.85 34.38 1780 Desv. Est. 29.02 2.01 9.00 48.34 1

C.V. 11.01 13.53 26.19 2.72 Promedio 286.81 16.80 46.77 1708 Desv. Est. 11.63 0.80 6.53 20.62 2









C.V. 3.67 5.30 24.61 1.94

7


Tabla 5 Absorción y peso volumétrico promedio de las piezas de todas las tabiqueras muestreadas

TABIQUERA ABS. VOL. (l/m3)

ABS (%)

ABS. INICIAL (gr/min)

P. VOL. (kg/m3)

1 263.64 14.85 34.38 1780 2 286.81 16.8 46.77 1708 3 292.79 17.22 32.87 1705 4 363.66 24.65 62.47 1476 5 296.42 17.96 42.44 1653 6 308.51 18.27 45.55 1689 7 248.45 13.98 42.09 1780 8 291.94 18.54 44.7 1577 9 248.83 14.31 44.59 1740

10 301.13 21.28 77.4 1416 Promedio 290.22 17.79 47.33 1652 Desv. est. 35.25 3.28 13.25 124.8

C.V- 12 18.4 28.0 7.6

05

1015202530

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Tabiquera

Abso

rció

n (%

)

µ=17,79%

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10 1

Piezas

A (%

)

µ=17.79%

2

Figura 3 % de absorción obtenido en Figura 4 Promedio del % de absorción las piezas ensayadas de las piezas de cada tabiquera

ABSORCION MAXIMA INICIAL

020406080

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Tabiquera

Am

(gr/m

in)

µ=47,33 gr/min.

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Am

1 (g

r/min

)

PIEZAS

Tab.10

Tab. 9

Tab. 8

Tab 7

Tab. 6

Tab. 5

Tab. 4

Tab. 3

Tab. 2

Tab. 1

µ=47,33 gr/min.

Figura 5 Absorción máxima inicial obtenida Figura 6 Promedio de la absorción máxima en las piezas ensayadas inicial de las piezas de cada tabiquera

8


0.00

500.00

1000.00

1500.00

2000.00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Tabiquera

P. V

ol. (

kgr/m

3)

µ=1654 kg/m3

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Tabiquera

P. V

ol. (

kg/m

3)Tab. 1

Tab. 2

Tab. 3

Tab. 4

Tab. 5

Tab. 6

Tab. 7

Tab 8

Tab. 9

Tab. 10

Figura 7 Peso volumétrico obtenido Figura 8 Peso volumétrico promedio en las piezas ensayadas de las piezas de cada tabiquera Módulo de Ruptura (MR) Una estimación de la resistencia a la tensión de las piezas de mampostería se obtuvo a partir de ensayes a flexión, a partir de los cuales se determinó el módulo de ruptura. El módulo de ruptura promedio de todas las piezas ensayadas fue de 8.98 kg/cm2, fluctuando su valor entre 12.85 y 6.83, siendo la tabiquera 4 la que tuvo las piezas con mayor MR, lo cual posiblemente se deba a que es la que usa un mayor porcentaje de fibras naturales. Las piezas que tuvieron menor MR, son las que contienen aserrín. Los coeficientes de variación estuvieron entre 10.73 y 26.67. En la tabla 6 y figura 11 se muestra el valor promedio del módulo de ruptura obtenido en las piezas para cada tabiquera, así como su desviación estándar y su coeficiente de variación En la Figura 10 se muestran los valores del módulo de ruptura obtenido para todas las piezas analizadas.

Figura 9 Módulo de ruptura: Ensaye y falla típica

9


Tabla 6 Módulo de ruptura promedio de las piezas de todas las tabiqueras muestreadas

TABIQUERA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 MR ((kg/cm2) 7.07 8.13 10.72 12.85 8.20 9.28 6.83 10.25 7.28 9.19 Desv. est. 1.88 1.83 2.05 3.38 1.82 1.05 1.82 3.45 0.78 3.71 C.V. 26.59 22.52 19.11 26.27 22.23 11.28 26.67 33.67 10.73 40.39 MR promedio de todas las piezas (kg/cm2): 8.98 Desviación estándar: 1.89 C.V. (%): 21.1

0.002.004.006.008.00

10.0012.0014.0016.0018.0020.00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11PIEZAS

MR

(kg/

cm2)

Tab. 10Tab. 9Tab. 8Tab. 7Tab. 6Tab. 5Tab. 4Tab. 3Tab. 2Tab. 1

µ=8,98 kg/cm2

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Tabiquera

MR

(kg/

cm2)

µ=8,98 kg/cm2

Figura 10 Módulo de ruptura de Figura 11 Módulo de ruptura promedio las piezas ensayadas de las piezas de cada tabiquera Resistencia a Compresión La resistencia a compresión promedio de cada tabiquera fluctuó entre 72.92 kg/cm2 y 122.22 kg/cm2, con coeficientes de variación entre 10.75 y 23.51. La resistencia a compresión promedio de todas las piezas es de 95.27 kg/cm2, con un coeficiente de variación de 15.8. En la Tabla 7 se indican los valores promedio de la resistencia a compresión para las piezas de cada tabiquera así como su desviación estándar y su coeficiente de variación. En la figura 13 se muestran los valores obtenidos para todas las piezas ensayadas y en la figura 14 se muestra el valor promedio para cada tabiquera.

Figura 12 Ensaye a compresión de piezas

10


Tabla 7 Resistencia a compresión promedio de las piezas de todas las tabiqueras muestreadas TABIQUERA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 fp (kg/cm2) 78.92 92.54 103.07 83.65 97.40 110.52 103.05 88.38 122.22 72.92 Desv. est. 10.45 15.93 24.23 15.35 18.01 19.00 11.08 9.99 21.04 15.82 C.V (%) 13.24 17.22 23.51 18.36 18.49 17.20 10.75 11.31 17.22 21.69 promedio de todas las piezas fp (kg/cm2): 95.27 Desviación estándar: 15.06 Cp. (%): 15.8

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Tabiquera

fp (k

g/cm

2)

µ=95,27 kg/cm2

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

PIEZAS

fp (k

g/cm

2)

Tab. 10

Tab. 9

Tab. 8

Tab. 7

Tab. 6

Tab. 5

Tab. 4

Tab. 3

Tab. 2

Tab. 1

µ=95,27 kg/cm2

Figura 13 Resistencia a compresión Figura 14 Resistencia a compresión de las piezas ensayadas promedio de las piezas de cada tabiquera MORTERO Se elaboraron un total de 10 muestras de 3 cubos cada una, del mortero que se utilizó para la construcción de las pilas y muretes, obteniéndose una resistencia a la compresión promedio de 81.96 kg/cm2 y un coeficiente de variación de 13.1. Considerando el coeficiente de variación de 0.2 recomendado en las NTCMRCDF, la resistencia de diseño del mortero utilizado es 54.64 kg/cm2. Para el mortero con el que se construyeron los especímenes para la prueba de adherencia se elaboraron 4 muestras de tres cubos cada una, obteniéndose una resistencia promedio de 70.8 kg/cm2 y un coeficiente de variación de 25.1, considerando el coeficiente de variación encontrado, la resistencia a compresión del mortero utilizado en los especímenes de adherencia es 43.6 kg/cm2

Figura 15 Elaboración de especimenes de mortero y ensaye a compresión

11


MAMPOSTERÍA Resistencia a la Adherencia Para determinar la resistencia a la adherencia (RA), se elaboraron especímenes formados por tres piezas unidas con mortero. Los ensayes se hicieron sin esfuerzo de confinamiento. La resistencia a la adherencia promedio obtenida en los ensayes fue de 1.35kg/cm2, fluctuando su valor entre 0.70 kg/cm2 y 1.68 kg/cm2, con una gran dispersión en especímenes de la misma tabiquera. Los coeficientes de variación fluctuaron entre e 23.1 y 68.3. La falla se debió en todos los casos al deslizamiento de una de las piezas respecto a otra, en ningún caso se presentó falla del mortero. En la tabla 8 y figura 18 se muestra el valor promedio de la resistencia a la adherencia para cada tabiquera, así como su desviación estándar y su coeficiente de variación. En la Figura 17 se muestran los valores de resistencia a la adherencia obtenidos en todos los ensayes. Puede observarse una gran dispersión en los resultados para especímenes de una misma tabiquera. En los valores promedio por tabiquera se encontró menor dispersión.

Figura 16 Resistencia a la adherencia: Especimenes, ensaye y falla típica

Tabla 8 Resistencia a la adherencia promedio

TABIQUERA 1 2 3 4 5 7 10 R.A. (kg/cm2) 1,43 1,55 1,37 0.70 1,52 1,68 1,23

Desv. est. 0,61 0,64 0,93 0,21 0,62 0,39 0,35 C.v. (%) 42,8 41,1 68,3 30,5 40,9 23,1 28,5 RESISTENCIA A LA ADHERENCIA PROMEDIO (kg/cm2): 1.35 Desviación estándar: 0.35 C.V. (%): 25

12


0.000.501.001.502.002.503.003.50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Especímen

RA

( kg

/cm

2) Tab. 1

Tab. 2

Tab. 3

Tab. 4

Tab. 5

Tab. 7

Tab. 10

µ=1,35 kg/cm2

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Tabiquera

RA

(kg/

cm2)

µ=1.35 kg/cm2

Figura 17 Resistencia a la adherencia de Figura 18 Resistencia a la adherencia los especímenes ensayados promedio de los especímenes de cada tabiquera Resistencia a Compresión La resistencia a compresión (fm) promedio de cada tabiquera fluctuó entre 25.77 kg/cm2 y 41.36 kg/cm2, con coeficientes de variación entre 7 y 19. La resistencia a compresión promedio de todas las pilas ensayadas es de 35.7 kg/cm , con coeficiente de variación de 17, calculado éste a partir de los valores promedio. Las pilas correspondientes a las tabiqueras 1, 3 ,4 y 10 no fueron ensayadas debido a la extrema falta de adherencia entre pieza y mortero, de tal manera que al intentar cabecearlas para su ensaye se dañaron considerablemente. La falla de las pilas ensayadas se inició en la mayoría de los casos con una grieta vertical en los costados del murete, aunque también se presentaron fallas por aplastamiento. En la Tabla 9 se indica el valor promedio de la resistencia a compresión para las pilas de cada tabiquera, dicho valor, es el promedio de las resistencias de las 10 pilas ensayadas para cada tabiquera. Se incluyen también su desviación estándar y su coeficiente de variación. En la figura 20 se muestran los valores obtenidos para todas las pilas ensayadas y en la figura 21 se muestra el valor promedio para cada tabiquera.

Figura 19 Resistencia a compresión: Especímenes, ensaye y fallas típicas

13


Tabla 9 Resistencia a compresión promedio de las pilas

TABIQUERA 2 5 6 7 8 9 fm

(kg/cm2) 25.77 38.86 39.35 30.32 41.36 38.55 Desv. est. 3.53 7.40 2.58 5.30 7.38 3.45 C.v. (%) 14 19 7 17 17.8 9 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN PROMEDIO (kg/cm2): 35.7 Desviación estándar: 6.18 C.V. (%): 17.3

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Pila

fm (k

g/cm

2)

Tab. 5

Tab. 2

Tab. 6

Tab. 7

Tab. 8

Tab. 9

05

1015202530354045

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tabiquerafm

(kg/

cm2)

µ=35.7 kg/cm2

Figura 20 Resistencia a compresión de Figura 21 Resistencia a compresión promedio las pilas ensayadas de las pilas de cada tabiquera Módulo de Elasticidad El módulo de elasticidad (Em) se calculó como la pendiente de la secante que va de un punto con deformación de 0.00050 a otro punto con esfuerzo igual a 0.4fm. El módulo de elasticidad promedio entre tabiqueras fluctuó entre 5849.9 kg/cm2 y 9469.7 kg/cm2, con coeficientes de variación entre 8.3 y 31.1. El módulo de elasticidad promedio de todas las pilas ensayadas es de 8029.8 kg/cm2, con coeficiente de variación de 16.9, calculado éste con los valores promedio. En la Tabla 10 y figuras 22 y 23 se muestran los valores obtenidos para el módulo de elasticidad. En la figura 24 se muestran gráficas esfuerzo-deformación para las pilas de dos tabiqueras. La deformación unitaria última fluctuó entre 0.004 y 0.008.

Tabla 10 Modulo de elasticidad

promedio de los especímenes

TABIQUERA 2 5 6 7 8 9

Em (kg/cm2) 6999.2 8874.4 8821.6 8163.8 9469.7 5849.9 Desv. est. 1521.7 1839.7 821.6 2541.9 2192.7 487.3 C.v. (%) 21.7 20.7 9.3 31.1 23.2 8.3 MÓDULO DE ELASTICIDAD PROMEDIO (kg/cm2): 8029.8 Desviación estándar: 1359.8 C.V. (%): 16.9

14


02000400060008000

10000120001400016000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011

Pila

E (k

g/cm

2)

Tab. 2

Tab. 5

Tab. 6

Tab 7.

Tab. 8

Tab. 9

0100020003000400050006000700080009000

10000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tabiquera

Em (k

g/cm

2)

µ=8029.8 kg/cm2

Figura 22 Módulo de elasticidad de Figura 23 Módulo de elasticidad especímenes ensayados promedio de las pilas de cada tabiquera

0

10

20

30

40

50

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

Def. unitaria

Esfu

erzo

(kg/

cm2)

05

101520253035

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01Def. unitaria

Esf

zo (k

g/cm

2)

Tab. 2

Tab. 9

Figura 24 Gráficas típicas σ-ε de las pilas

Resistencia a Compresión Diagonal La resistencia a compresión diagonal (vm) promedio por tabiquera fluctuó entre 2.48 kg/cm2 y 4.03 kg/cm2, con coeficientes de variación entre 14.3 y 26.6. La resistencia a compresión promedio de todas las pilas ensayadas es de 3.4 kg/cm2 , con coeficiente de variación de 18. La falla que se presentó más frecuentemente fue por cortante, la cual es una falla característica en mampostería con baja adherencia entre pieza y mortero, aunque también se presentaron fallas mixtas y en menor frecuencia, por tensión diagonal. En la Tabla 11 se indican los valores promedio de la resistencia a compresión diagonal para los muretes de cada tabiquera así como su desviación estándar y su coeficiente de variación. En la figura 26 se muestran los valores obtenidos para todas las pilas ensayadas y en la figura 27 se muestra el valor promedio.

15


Figura 25 Resistencia a Compresión diagonal: Especímenes y fallas típicas

Tabla11 Resistencia a compresión diagonal promedio de los muretes

TABIQUERA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Vm (kg/cm2) 2.48 2.53 3.94 3.01 3.83 3.97 3.91 3.63 4.03 2.93 Desv. est. 0.45 0.66 1.04 0.63 1.01 0.78 0.56 0.72 0.7 0.78 Cv. 18.3 26.0 26.4 21.1 26.4 19.6 14.3 19.8 17.5 26.6 RESISTENCIA A COMPRESIÓN DIAGONAL PROMEDIO (kg/cm2): 3.4 Desv. Est: 0.62 Cv: 18.1

16


00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tabiquera

Vm (k

g/cm

2)

µ=3.4kg/cm2

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Murete

m2)

g/c

(kVm

Figura 26 Resistencia a compresión Figura 27 Resistencia a compresión diagonal diagonal de los muretes ensayados promedio por tabiquera Módulo de rigidez El módulo de rigidez (Gm) se calculó como la pendiente de la secante que va de un punto con deformación de 0.00050 a otro punto con esfuerzo igual a 0.4vm El módulo de rigidez promedio por tabiquera fluctuó entre 2672 kg/cm2 y 4399 kg/cm2, con coeficientes de variación entre 24.4 y 48.8 y un caso extremo, el de la tabiquera 4, con un coeficiente de variación de 67.78. El módulo de rigidez promedio de todas las pilas ensayadas es de 3196.4 kg/cm2 , con coeficiente de variación de 14.8. En la Tabla 11 y figuras 28 y 29 se muestran los valores obtenidos para el módulo de rigidez.

Tabla 12 Modulo de rigidez promedio de los especímenes

TABIQUERA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gm 3277 4399 3250 2981 3107 2672 3544 3151 2800 2783Desv. est. 801.44 1888 1331 2021 879 764 496 853.31 906 1359Cv. 24.45 42.93 40.66 67.78 28.3 28.6 14.01 27.07 32.4 48.8 MÒDULO DE RIGIDEZ PROMEDIO (kg/cm2): 3196.4 Desv. Est:472.8 Cv; 14.8

0

1000

2000

3000

4000 Figura 28 Módulo de rigidez de Figura 29 Módulo de rigidez promedio

0100020003000400050006000

5000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tabiquera

Gm

(kg/

cm2)

70008000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Murete

Gm

(kg/

cm2)

especímenes ensayados de los muretes de cada tabiquera

17


ANÁLISIS DE RESULTADOS

Se realizó un muestreo en tres zonas productoras de tabique de barro recocido de la ciudad de Culiacán, con el objeto de determinar las propiedades físicas y mecánicas de las piezas muestreadas y las propiedades mecánicas de la mampostería elaborada con dichas piezas y con mortero tipo III. En base a los resultados de los ensayes realizados se observa que: La dispersión en las propiedades físicas de las piezas de un mismo fabricante no es muy alta, la dispersión mayor entre diferentes fabricantes se presenta en la absorción inicial, en la cual se encontró un coeficiente de variación de 28%. Los coeficientes de variación para las propiedades mecánicas de las piezas de un mismo lote variaron entre 10.7% y 23.5% (resistencia a compresión) y 10.7% y 40.4% (módulo de ruptura) para los diferentes fabricantes. La dispersión mayor en las propiedades mecánicas de la mampostería se presentó en la resistencia a la adherencia con una gran dispersión entre especímenes del mismo fabricante, encontrándose coeficientes de variación entre 23% y 68%, mientras que en la resistencia a compresión se presentaron coeficientes de variación entre 7% 17% y en la resistencia a compresión diagonal, los coeficientes fluctuaron entre 14.3% y 26.6%. En la tabla 13, se concentran las propiedades mecánicas obtenidas para las piezas y para la mampostería, correspondientes a cada tabiquera muestreada. Se incluyen también las resistencias de diseño a compresión de las piezas y las resistencias de diseño a compresión y a compresión diagonal de la mampostería, calculadas éstas según las recomendaciones de las NTCMRCDF.

Tabla 13 Propiedades mecánicas obtenidas

TAB. fp

(kg/cm2) f*p

(kg/cm2) fm

(kg/cm2) f*m

(kg/cm2Em

(kg/cm2) vm

(kg/cm2) v*m

(kg/cm2) Gm

(kg/cm2)

1 78,92 42.1 - - - 2.48 1.65 3277 2 92,54 49.3 25.77 18.7 6999 2.53 1.53 4399 3 103,07 54.9 - - 3.94 2.37 3250 4 83,65 44.6 - - 3.01 1.97 2981 5 97,40 51.9 38.86 26.3 8874 3.83 2.31 3107 6 110,52 58.92 39.35 28.6 8821 3.97 2.64 2672 7 103,05 54.9 30.32 21.1 8164 3.91 2.62 3544 8 88,38 47.1 41.36 28.6 9470 3.63 2.42 3151 9 122,22 65.2 38.55 28.03 5850 4.03 2.68 2800

10 72,92 38.9 - - - 2.93 1.76 2783

En la Tablas 14 y 15 se presentan las propiedades mecánicas promedio encontradas para las piezas y para la mampostería producida en la ciudad de Culiacán, determinadas en base al muestreo y ensayes realizados. En dichas tablas se han incluido los valores de la resistencia de diseño de las piezas y de la mampostería.

Tabla 14 Propiedades mecánicas de las piezas de barro recocido

Dimensiones L x B x H

P. VOL. (kg/m3)

A (%)

ABS. VOL(l/m3)

Ami (gr/min.)

M. RUPT.(kg/cm2)

fp (kg/cm2)

f*p (kg/cm2

25.4 x12.7 x 4.7 1652 17.8 290 47.3 8.98 95.27 50.8

18


Tabla 15 Propiedades mecánicas de la mampostería de barro recocido

RA (kg/cm2)

fm(kg/cm2)

f*m(kg/cm2

Em(kg/cm2)

vm (kg/cm2)

v*m (kg/cm2)

Gm(kg/cm2)

1.35 35.7 23.8 8030 3.4 2.1 3196

La relación encontrada entre la resistencia de diseño de las piezas y la resistencia de diseño de la mampostería ( f*m/ f*p) es 0.47, la relación entre el módulo de elasticidad y la resistencia a compresión de la mampostería es (Em/ f*m) es 337.4 y la relación entre el módulo de elasticidad y el módulo de rigidez es 0.398. En base a la comparación entre los resultados promedio obtenidos y los valores recomendados contenidos en la normativa vigente (NMX-404-ONNCCE-2005, NMX-C-441-ONNCCE-2005 y NTCMRCDF-2004) se encontró que: Las dimensiones de las piezas cumplen con lo estipulado en la norma, aunque el espesor de la pieza, lo hace con la tolerancia permitida, es decir, tiene el espesor mínimo permitido. La absorción (17.8 %) cumple con el valor máximo permitido (21%) y el peso volumétrico (1652kg/cm3) cumple con el valor mínimo permitido (1652kg/cm3). La resistencia a compresión de diseño de las piezas (50.8kg/cm2) no cumple con el valor estipulado (60 kg/cm2) para ser utilizado con fines estructurales. La resistencia a compresión de diseño de la mampostería cumple con el valor recomendado (15 kg/cm2), sin embargo, el módulo de elasticidad obtenido (E=337f*m ) es menor al valor recomendado (E=337f*m). La resistencia a tensión diagonal de diseño obtenida (2.1 kg/cm2), no cumple con el valor recomendado (3 kg/cm2). El módulo de rigidez obtenido (G = 0.398E) resultó igual al recomendado (G = 0.4E). Debido a que en la localidad se utilizan los valores indicativos contenidos en las NTCMRCDF, se recomienda que en tanto no exista un reglamento local, los diseños de edificaciones de mampostería de barro recocido se hagan con las propiedades mecánicas de la mampostería a utilizar, obtenidas según las recomendaciones normativas, por laboratorios calificados.

REFERENCIAS APROYEC-NMX-000-ONNCCE-2007, “Industria de la construcción-Determinación de la resistencia a tensión diagonal y rigidez a cortante de muretes y la resistencia a compresión y módulo de elasticidad de pilas de mampostería de barro o de concreto-Método de ensayo”, Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C., México. ASTM, (2004) “Masonry Standards for the building industry”, fifth edition, USA, 584 pgs. Chan Dorado S. (2000), “Estudio exploratorio de las propiedades de la mampostería de la ciudad de Culiacán”, Tesis de licenciatura, UAS, Culiacán, México.. Departamento del Distrito Federal (2004), “Normas Técnicas Complementarias del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal”, Berbera editores, México, 604 pgs Drysdale R., Amad, A., y Baker, L. (1994), “Masonry Structures. Behavior and Design”, editorial Prentice Hall, USA, 784 pgs. Meli R. y Hernández O. (1971), “Propiedades de piezas para mampostería producidas en el Distrito Federal”, Informe No. 297, Instituto de Ingeniería, UNAM, México.

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Meli R. y Reyes A. (1971), “Propiedades mecánicas de la mampostería”, Informe No.288, Instituto de ingeniería, UNAM, México. NMX-C-036-ONNCCE-2004, “Industria de la construcción-Bloques, tabiques o ladrillos, tabicones y adoquines- Resistencia a la compresión-Método de prueba”, Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C. , México. NMX-C-037-ONNCCE-2005, “Industria de la construcción-Bloques, ladrillos o tabiques y tabicones- Determinación de la absorción de agua y absorción inicial de agua”, Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C., México. NMX-C-038-ONNCCE-2004, “Industria de la construcción-Determinación de las dimensiones de ladrillos y tabiques- Bloques y tabicones para la construcción”, Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C. , México. NMX-C-061-ONNCCE-2001, “Industria de la construcción-Cemento-Determinación de la resistencia a la compresión de cementantes hidráulicos”, Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C., México. NMX–C–082-974, “Determinación del esfuerzo de adherencia de los ladrillos cerámicos y el mortero de las juntas”, Secretaría de Comercio y Fomento Industrial, México. NMX-C-404-ONNCCE-2005, “Industria de la Construcción-Bloques, tabiques o ladrillos y tabicones para uso estructural- Especificaciones y métodos de prueba”, Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C., México. NMX-C-441-ONNCCE-2005, “Industria de la Construcción-Bloques, tabiques o ladrillos y tabicones para uso no estructural- Especificaciones”, Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C., México.

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