Mejoramiento de las propiedades mecánicas del adobe … · adobes y número de estos, peso húmedo de una muestra del suelo por estabilizar incluyendo su cápsula, peso seco de

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vol. 5 núm. 1 Naturaleza y Desarrollo enero - junio 2007

Mejoramiento de las propiedades mecánicas del adobecompactado

Valentín Juventino Morales-Domínguez, Margarito Ortiz-Guzmán y Rafael Alavéz-Ramírez

CIIDIR Unidad Oaxaca, IPN. Hornos 1003, Sta. Cruz Xoxocotlán, México, C.P. 71230 Mé[email protected]

Resumen

El adobe compactado presenta mejores características mecánicas que el adobe tradicional, sin embargo,requiere de estudios y experimentaciones para mejorar su calidad. Para el desarrollo de la investigaciónse elaboraron series de cinco adobes compactados, sin cementante y estabilizados con ocho porcentajesde cemento que variaron entre el 2 % y el 16 % en peso. Las probetas fueron sometidas a ensayos deflexión, compresión y absorción para observar su comportamiento. Empleando adobes estabilizadoscon 8% de cemento se construyeron muretes junteados con morteros cemento-suelo en proporcionesvolumétricas de 1:2 a 1:5 y se realizaron pruebas de adherencia. Los resultados revelan una mejoría enla resistencia del adobe para porcentajes de cemento del 2 % al 8 % con 28 días de curado, y buenaadherencia cuando se emplearon morteros 1:2 y 1:3 para su junteo.

Palabras clave: Adobe compactado, construcción, mejoramiento, viviendas.

Abstract

Compressed adobe possesses better mechanical characteristics than traditional adobe. Although thisrequires study and experimentation in order to improve quality. For the development of this research,a series of five compressed adobes were made, without cement and stabilized with eight percent cement.This caused a weight variation between 2% and 16%. The samples were tested for flexim, compressionand absorption in order to observe their performance. Walls cemented with cement-soil mortar wereconstructed from adobes stabilized with 8% cement, in volumetric proportions from 1:2 to 1:5. Adherencetests were carried out. The results show an improvement in resistance of the adobe with proportions ofcement from 2% to 8% for 28 days of curing. This showed good adherence when mortar in proportionsof 1:2 and 1:3 were used in their joining.

Key words: compacted adobe, construction, improvement, housing.

Introducción

Los procesos constructivos de viviendas originan actividadescon impactos negativos hacia el medio ambiente, tanto porlos materiales que se emplean como por los procesosmismos. El adobe es un material regional, empleado parala construcción de muros en viviendas, y cuyo proceso defabricación es amigable con el medio ambiente, sin embargosu uso ha ido decreciendo, debido a su mal comportamientoante sismos e inundaciones, por lo que los reglamentos deconstrucción no le confieren valor estructural alguno. Eladobe compactado surge como una alternativa para retomarel uso del suelo como material de construcción, debido aque presenta mejores características mecánicas, al mejorarel proceso de fabricación y propiedades estructuralesproporcionadas por el proceso de compactación (Khedariet al., 2005), (Ghavami et al., 1999), (Youngquist et al.,1996), (Walter et al., 1995), (Reddy, 1998), pero requierede estudios y experimentaciones para mejorar su calidad.El objetivo del presente trabajo de investigación, fue mejorarlas características mecánicas del adobe compactado respectoa estudios previos que se han venido desarrollando en el

estado de Oaxaca (Jiménez et al., 1990), mediante la adiciónde diferentes porcentajes de cemento Pórtland. «Por otraparte muchas personas consideran que vivir en casasconstruidas con barro es sinónimo de retraso cultural y deinsalubridad, debido al desprestigio que ha sufrido estematerial al ser considerado subdesarrollado y de malacalidad», (Viqueira 2004), es por ello importante mejorarlas técnicas y materiales sin que pierdan sus propiedadesnaturales.

Materiales y métodos

Estudio de mezclas para el mejoramiento del adobe

Para elaborar el adobe compactado, se seleccionó ycaracterizó un banco de material, que fuera representativodel material de mayor explotación de los valles centralesde Oaxaca -que generalmente es empleado en laconstrucción de terracerías-, cuyas propiedadesgranulométricas y plásticas son adecuadas para lafabricación de los adobes. Se buscó que las característicasde los adobes compactados tuvieran la menor variaciónposible, por lo que se intentó disminuir variables como:

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Valentín Juventino Morales-Domínguez, Margarito Ortiz-Gúzman y Rafael Alavéz-Ramirez

temperatura, humedad, grado de compacidad, mezclado ymanejo de los especímenes, entre las más importantes, quenos dieran productos muy heterogéneos, para eso seprocedió a hacer el diseño de mezclas. Se elaboró una hojade cálculo en donde con los datos de: dimensiones de losadobes y número de estos, peso húmedo de una muestra delsuelo por estabilizar incluyendo su cápsula, peso seco deuna muestra del suelo por estabilizar incluyendo su cápsula,peso de la cápsula, % en peso del estabilizante �cemento-,peso específico seco por alcanzar y humedad decompactación, y con la propuesta tentativa de una ciertacantidad de material, se obtuvo: la cantidad de materialhúmedo requerido para elaborar cada adobe compactado,la cantidad de agua requerida para mezclado y necesariapara alcanzar la humedad especificada, incluyendo larelativa al cemento por agregar, la cantidad de cementopara estabilizar, la cantidad de suelo propuesta y el pesototal de la muestra húmeda y estabilizada (figura 1).

Una vez realizados los cálculos se elaboraron las mezclas enuna revolvedora con motor de gasolina y capacidad de unsaco, mezclando entre 5 y 10 minutos, cuidando que no seaglutinaran los agregados. Terminado el tiempo de mezclado,el material se depositó en una tina humedecida y sedisgregaron los escasos grumos que se presentaron.

La mezcla elaborada fue cubierta con franelas húmedas paraque el material no perdiera humedad, se tomaron porcionesde la mezcla y fueron pesadas en una charola previamentehumedecida y de peso conocido; dicho material fuedepositado en el molde de la máquina compactadora y se leaplicó por medio de una palanca la carga necesaria paraelaborar el adobe compactado (figura 2). Una vezcompactado el adobe se extrajo cuidadosamente del moldey fue transportado al lugar de su curado, con mucho cuidado,para evitar deformarlo.

Figura 1. Hoja de cálculo para el diseño de adobes compactados

OBRA: Material de banco. ENSAYE NUMERO:UBICACIÓN: San Javier Xoxocotlán, Oax. FECHA DE INICIACION:ESTUDIO: mezclas para la elaboración de adobes compactados. FECHA DE INFORME:SOLICITÓ: Ingeniero Margarito Ortiz Guzmán SONDEO N°

MUESTRA N°

DATOS

PESO ESPECIFICO SECO MAXIMO DE LABORATORIO = 2032 kg/m3 TOTAL DE MATERIAL HUMEDO NECESARIO = 38.408 kgHUMEDAD OPTIMA= 10.5 % TOTAL DE LA MEZCLA = 39.061 kgPESO DE LA MUESTRA TOTAL = 36 kg PESO DE LA MUESTRA TOTAL (SECA) = 34.972 kgHUMEDAD DE COMPACTACIÓN = 9.5 % CEMENTO POR AGREGAR = 2.000 %

PESO ESPECÍFICO DEL ADOBE SECO = 1780 kg/m3 CEMENTO POR AGREGAR = 0.699 kgGRADO DE COMPACTACIÓN = 87.60 % RELACION AGUA CEMENTO = 0.0950PESO DE LA MUESTRA HÚMEDA = 38.295 kg AGUA DE MEZCLADO POR AGREGAR = 0.066 LNÚMERO DE ADOBES = 5 PIEZASMATERIAL NECESARIO = 38.408 kg AGUA DE MEZCLADO TOTAL POR AGREGAR = 2.361 L

PESO PARA UN ADOBE COMPACTADO = 7.682 kg

Humedad del suelo

Prueba No.

Cápsula No.

Peso cápsula + suelo húmedo

Peso cápsula + suelo seco

Peso del agua

Peso de la cápsula

Peso del suelo seco

% agua

gr gr gr gr gr gr DONDE:1 23 63.7 62.2 1.5 11.32 50.88 2.95 L = litros c = compactación1 12 60.5 59.1 1.4 11.3 47.8 2.93 A = agua w = humedad

l = largo P = pesow1 = 2.94 a = ancho V = volumen

Agua por agregar h = altura g = peso espécifico deseado

w2 w1 Pm A A

% % gr cm3 L9.50 2.94 36000.000 2294.713 2.295

ADOBE COMPACTADOPrueba

No.l a h V

Peso compactado

Peso vol. seco

c c/100 g g/1000 w2 (100+w2)/100 V Pw

cm cm cm cm3 kg kg/cm3 % kg/m3 kg/m3 % dm3 kg1 29.00 15.10 9.00 3,941.10 32,514.00 8.25 100.00 1.00 1780.00 1.78000 9.50 1.10 3.94 7.682

120-Oct-0520-Oct-05

1

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALCENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIÓN PARA EL

DESARROLLO INTEGRAL REGIONAL, UNIDAD OAXACA

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Para este experimento se fabricaron cinco piezas de adobesin cemento que sirvieron como especímenes control, porotra parte, se elaboraron ocho mezclas con porcentajes decemento que fueron del 2% al 16% -variando un 2% entrecada mezcla-dosificadas en peso, de cada mezcla se analizaronlotes de cinco piezas cada uno (Secretaria de Comunicacionesy Transportes de México, 2000) para hacer un total de 45piezas ensayadas, las piezas se almacenaron durante 28 díasbajo cubierta, protegidas de los rayos del sol y del viento,pasado este tiempo los adobes compactados fueronsometidos a ensayos de flexión, compresión y absorción,para observar su comportamiento.Las pruebas en adobe fueron hechas bajo los criterios quedicta la norma de construcción ��muestreo y prueba demateriales�� (Secretaria de Comunicaciones y Transportesde México, 2000). Las pruebas de flexión de adobe serealizaron en una prensa hidráulica de 5 toneladas decapacidad (figura 3) mientras que para las pruebas decompresión de adobe se usó una prensa de 120 toneladas decapacidad máxima (figura 4), ambas con carga a velocidadconstante. La fractura total de los especímenes se alcanzóen un lapso de uno a dos minutos como lo indica la norma

mencionada anteriormente. La resistencia (R) en la pruebade compresión se calculó con la siguiente ecuación:

A

PR � (1)

Donde P es la carga aplicada (kg) y A es el área de aplicaciónde la carga P (cm2).La resistencia (R) (kg/cm2) en la prueba de flexión fuecalculada con la fórmula:

22

3

bd

PLR �

(2)

Donde P es la carga máxima indicada en la máquina de prueba(kg), L es la distancia que hay entre los apoyos del espécimen(cm), b es el ancho promedio del espécimen (cm) y d es elespesor o peralte promedio del espécimen (cm).La absorción (figura 5) se calculó mediante la ecuación:

Donde P1 es el peso seco del espécimen (gr), P

2 es el peso

saturado del espécimen después de una inmersión de 24horas en agua fría (gr).

Figura 2. Elaboración del adobe compactado

Figura 3. Ensayo a la flexión del adobe compactado

Figura 4. Ensayo a la compresión del adobe compactado

1

12 )(100%

P

PPxabs

��

(3)

Figura 5. Detalle de la prueba de absorción

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Estudio de mezclas cemento suelo para el junteo del adobe

Fueron analizados cinco muretes conformados cada uno portres piezas de adobes compactados (NMX-C-082-1974), paralo cual se elaboraron 60 piezas de adobes compactadosestabilizados con 8 % de cemento en peso, siguiendo elprocedimiento empleado en el estudio de mezclas para elmejoramiento del adobe; las piezas se almacenaron durante28 días, protegidas de los rayos del sol y del viento antes desu uso.

El mismo suelo utilizado en la elaboración de los adobescompactados fue analizado como una arena, para emplearloen las mezclas de mortero, así mismo, para el diseño de las

mezclas de mortero utilizadas en el junteo de los adobescompactados, fue empleado como base el Método de lasCurvas de Abrams. Cabe mencionar que éste método nocontempla diseño de mezclas de mortero, para tal efectofue necesario adecuarlo y mediante una hoja de cálculoautomatizada (figura 6), se obtuvieron dosificacionesvolumétricas de cemento y suelo, las cuales se transformaronen peso para trabajarlas en el laboratorio. Por otra parte, elconsumo de agua fue determinado con base en mezclas deprueba para garantizar la trabajabilidad del mortero.

Una vez realizados los cálculos se procedió a elaborar lasmezclas de suelo y cemento, que fueron pesados en unabáscula de precisión y se midió el agua con la ayuda de una

Figura 6. Hoja de cálculo para el diseño de mezclas de mortero

Prop. 1:2 en volumen

Arena Banco San Javier.Cemento Cruz Azul tipo II con puzolana (CPP30R)

Arena Grava Cemento AguaP.V.S.S. Kg./m3: 1281 1 1250 1000Densidad: 2.44 1 3 1.00Absorción: 6.8 0

Módulo de finura: 2Tamaño máximo: Nº 4 1

Condiciones de trabajo: R (N=normal, R=rígidas)

Fatiga de carga: 180 kg/cm2 Revenimiento: 10 cms.

Relación A/C en peso: 0.69 Cons. De agua: 370.0 lts.Relación G/S en peso: 0.00 Rel. A/C en vol.: 2.067 192.3

1Cemento: 178.97 L Rel. G/S en vol.: 1.000

Agua+cemento: 548.97 L Grava+arena: 451.03 Lts.Arena: 451.03 L Grava: 0.00 Lts.

Cantidades en Pesos

MATERIALES: Litros Densidad Kilogramos UnitariosCemento: 178.97 3 536.91 1.00Agua: 370.00 1.00 370.00 0.69Arena: 451.03 2.44 1100.52 2.05

Grava: 0.00 1 0.00 0.00

Peso en Volumen Relación en Volúmenes Peso en

MATERIALES: Kilogramos en litros volumen absolutos Kg/m3

Cemento: 50.00 40.00 1.00 16.67 537

Agua: 34.46 34.46 0.86 34.46 370Arena: 102.49 80.01 2.00 42.00 1101Grava: 0.00 0.00 0.00 0.00 0

93.13

"

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CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIÓN PARA EL

DESARROLLO INTEGRAL REGIONAL, UNIDAD OAXACA

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probeta graduada, una vez preparados todos los materialesfueron mezclados en una revolvedora de motor eléctrico concapacidad de 20 litros, previo a la introducción de losmateriales, la revolvedora se humedeció para que noabsorbiera humedad de la mezcla. El tiempo de mezcladofue entre 2 y 5 minutos, hasta homogeneizar la mezcla;terminado el tiempo de mezclado, el material fue depositadoen una charola húmeda y se iniciaron los trabajos de junteode adobes, según lo indica la norma ��Determinación delesfuerzo de adherencia de los ladrillos cerámicos y elmortero de las juntas�� (NMX-C-082-1974), los adobes semarcaron a un tercio de su longitud, quedando ésta libre demortero, posteriormente se humedecieron mediante suinmersión en agua durante 15 segundos y se unieron trespiezas con el mortero fabricado (figura 7).

Para este experimento se elaboraron cuatro mezclas conproporciones 1:2, 1:3, 1:4 y 1:5 de cemento y suelorespectivamente, para cada mezcla se elaboraron cincoespecímenes conformados por tres adobes compactados cadauno. De cada una de las mezclas se elaboraron seis cuboscon dimensiones de 5 x 5 x 5 cm, para determinar laresistencia del mortero. Los especímenes de adobe se dejaronbajo cubierta, protegidos del viento y los rayos solares,durante 28 días, en tanto que la mitad de los cuboselaborados �tres por mezcla- se dejaron junto a los adobesy los tres restantes se introdujeron al cuarto húmedo conuna humedad relativa del 96% y temperaturas promedio de23 ºC. A los 28 días después de elaboradas las mezclas, seensayaron los cubos de mortero y los especímenes de adobecompactado (figura 8).

La prueba de adherencia en muretes fue desarrollada en unmarco de carga con capacidad máxima de 30 toneladas.Para el cálculo del esfuerzo de adherencia (A) fue empleadala siguiente ecuación:

al

PA

4

3�

(4)

Donde P es la carga máxima que logra despegar los ladrillos(kg), 1 es el largo del ladrillo (cm) y a la otra dimensión (cm).

Resultados

El banco de materiales presenta un material clasificado comouna arena arcillosa con un límite líquido de 23.3 %, límiteplástico de 15.8 %, índice plástico de 7.5 % y contracciónlineal de 4.7 %; acusa una granulometría fina con un módulode finura de 1.31 y 31% de material pasa la malla número 200,una densidad de 2.44 y una absorción de 6.8%.

Después de realizadas las pruebas se encontró que laresistencia a la compresión de los adobes compactados, tantoa la primera grieta como a la ruptura total, se incrementónotablemente con los contenidos del 4% al 8% de cementoen la mezcla, respecto a los adobes control; a partir del 8%y hasta el 16% se observan incrementos moderados (figura9); respecto a las pruebas de flexión se observó una pérdidade ésta al adicionarle cemento a la mezcla, misma que esrecuperada en los porcentajes de 12% y superiores decemento (figura 10).

Respecto a las pruebas de absorción en agua durante 24horas, se detectó una ligera disminución conforme seincrementó la presencia de cemento en la mezcla (figura11).

Por otra parte las pruebas de adherencia mostraron que losmejores resultados se obtuvieron con morteros 1:2 y 1:3 envolumen de cemento y suelo (figura 12). Durante laexperimentación se observó una marcada diferencia entrelas resistencias a la compresión, obtenidas entre los cubosde mortero curados y los que no fueron curados (figura 13).

Discusión

Se observaron bajas resistencias de los adobes compactadoscon porcentajes bajos de material estabilizante, lo que seatribuye a las reacciones químicas de las mezclas debido aque con pequeñas cantidades de cemento, se produce unefecto de encapsulamiento de las partículas de arcilla sobrelas del cemento, obteniéndose por ello una estructura internadébil, y que sucede entre los valores de 3% a 5% de cementoen peso (De la Fuente, 1995). Durante la prueba de absorción

Figura 7. Elaboración de probetas para la prueba de adherencia.

Figura 8. Ensayo de adherencia en muretes de adobe compactado

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AB S OR C IÓN P OR P OR C EN T AJE D E C EME N TO

6

8

10

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

% de cem ento

Abs

orci

ón %

Figura 9. Resistencia de los adobes compactados

Figura 10. Resistencia a la flexión de los adobes

Figura 11. Prueba de absorción, en donde el primer valor muestra el deterioro del adobe

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN POR PORCENTAJE DE CEMENTO

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

% de cemento

Res

iste

ncia

(kg

/cm

2 )

Resist . a la ruptura

Resist . a la primera grieta

RES IS TENCIA A LA FLEXIÓN POR PORCENTAJE DE CEMENTO

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

% de cemento

Res

iste

ncia

(kg

/cm

2 )

47


muros de arcilla recocida. El esfuerzo de adherenciadisminuyó conforme aumentó la proporción del suelo en lamezcla; comparando los resultados con los requisitos de lanorma N-CMT-2-01-001/02 � ��Ladrillos y bloquescerámicos��, se obtuvo que la mezcla 1:2 satisface el gradode calidad ��A�� y la 1:3 el ��B��.

Conclusiones

La adición del cemento tipo Pórtland como estabilizante enlos adobes compactados, contribuye a mejorar notablementelas características mecánicas.

El estudio de mezclas es necesario para definir la cantidad decemento adecuado para asegurar un buen comportamientoestructural del adobe compactado.

El curado mediante riegos de agua a los muros es importantepara tener mejores resistencias en las juntas.

de agua se observó que los adobes elaborados sin cementose disgregaron durante las primeras horas de prueba, algunosde los adobes que se elaboraron con un 2% de cemento enpeso, se disgregaron en el transcurso de la realización de lamisma y el resto de los adobes compactados elaborados conun 4% hasta un 16% de cemento en peso, mantuvieron suforma original aunque con bajos porcentajes de cementopresentaron despostilladuras; consideramos que esta pruebaes importante ya que uno de los principales problemas deladobe tradicional es su mal comportamiento ante elintemperismo y su comportamiento al ser sumergidos en aguanos indican cualitativamente su resistencia ante estefenómeno.

Las mezclas elaboradas con el material de banco y cementopara el junteo de los muretes de adobe compactado,presentaron una buena trabajabilidad, parecida a un morterocemento-cal-arena, comúnmente usado en el junteo de

Figura 12. Adherencia de mortero cemento-suelo con el adobe compactado

Figura 13. Efectos del curado en el mortero cemento-suelo

ES FUERZO DE ADHERENCIA PROMEDIO

1:2

1:31:4

1:5

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

Proporción volumétrica

Res

iste

ncia

kg/

cm2

RES IS TENCIA A LA COMPRES IÓN EN CUBOS DE MORTERO A LA EDAD DE 28 DIAS

30

60

90

120

150

180

210

0 1 2 3 4 5 6

Partes de arena por una de cemento

Res

iste

ncia

(kg

/cm

2 )

Curados

Sin curar

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Es factible utilizar el material con el que se fabrican los adobescompactados, para la elaboración de morteros con cementoPórtland y emplearlos en el junteo de los adobes.

El mejoramiento del adobe fomenta el uso de la tierra comomaterial de construcción.

Agradecimientos

Se reconoce el apoyo financiero para el desarrollo de esteproyecto al CIIDIR-IPN a través del proyecto mejoramientodel adobe compactado para la construcción económica deviviendas en el estado de Oaxaca, clave SIP 20060660.También se reconoce el apoyo de la Fundación Harp Helú.

Referencias

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