En este artículo se evalúa el efecto que posee la geometría de las probetas en la determinación de la resistencia media a compresión en bloques de tierra comprimida o BTC, analizando además el efecto de su encabezado con placas de neopreno, con el propósito de obtener referencias a partir del proceso experimental desarrollado que permitan proponer la redacción de una norma Técnica al Instituto Argentino de Normalización y Certificación (IRAM). Para ello se recopilaron y analizaron normas técnicas específicas sobre BTC redactadas por Organismos Oficiales de Normalización de diferentes países y se analizó el marco normativo vigente en Argentina para bloques de hormigón y ladrillos cerámicos, huecos y macizos. Empleando BTC producidos por distintos establecimientos del país se confeccionaron probetas con diferentes geometrías y se determinó su resistencia a compresión encabezándolas con placas de neopreno y sin encabezarlas. Los resultados obtenidos indican que la probeta más adecuada para determinar la resistencia a compresión no confinada en BTC es un bloque entero o medio bloque, ambos en posición horizontal y sin encabezado alguno.
In this article, the effect that the geometry of test samples possesses on the average compressive strength determination on compressed earth blocks or CEBs is evaluated, as well as analyzing the effect of heading them with neoprene plates, with the purpose of obtaining references from the experimental process developed that allow to propose the redaction of a technical norm of the Argentinian Institute of Normalization and Certification (IRAM). To this end, specific technical standards for CEB written by Official Standards Organizations from different countries were compiled and analyzed, and the current regulatory framework of Argentina on concrete blocks, hollow and solid ceramic bricks was analyzed. Using CEBs produced by different establishments around the country, tests samples with different geometries were made, and their compressive strength with and without neoprene plates heading was determined. The obtained results indicate that the most adequate test samples for non-confined compressive strength determination on CEBs are an entire block or halve CEB, both in horizontal position and without heading.
El Bloque de Tierra Comprimida o BTC (
La técnica del BTC parece pues, idónea para una época de transición en la que, sin duda, los hábitos y costumbres de la industria de la construcción están sufriendo cambios drásticos
Las ventajas generales del BTC, en comparación con otros mampuestos de fábrica, como el tradicional ladrillo cerámico o el bloque de hormigón, podrían resumirse en su regularidad de forma (presentando caras lisas y aristas vivas) y su alta densidad -generada por la compresión efectuada durante el proceso de fabricación-, la cual los hace más resistentes a la erosión y a la acción del agua; además de la posibilidad de ser reciclado prácticamente en su totalidad
En cuanto a la producción del bloque en sí, posee características que la hacen más económica y ambientalmente amigable si se la compara con la fabricación de otros materiales semejantes. Para empezar, la energía utilizada en la producción de estos bloques es mucho menor que en cualquier otro mampuesto similar; además, si bien se le agregan algunos aditivos estabilizantes como la cal o el cemento, estos representan un porcentaje muy bajo
Si bien la resistencia a compresión de los BTC no es la única propiedad que debe estudiarse a la hora de evaluar las prestaciones de estos mampuestos, es sin duda alguna -junto con la resistencia a la intemperie- el mejor indicador de su calidad y el más utilizado (
En este artículo se evalúan los diferentes métodos de ensayo propuestos por la normativa internacional para determinar la resistencia a compresión simple de los BTC. También se evalúan los resultados obtenidos tras ensayar diferentes series de probetas, con el interés de contribuir en la homogeneización de protocolos de ensayo de resistencia a compresión en los laboratorios de ensayos de Argentina
Este trabajo presenta resultados y conclusiones parciales de la investigación titulada “Características, propiedades y aportes potenciales del Bloque de Tierra Comprimida (BTC) de suelo-cal en el campo de la construcción de viviendas en Argentina” que lleva a cabo el primero de los autores (Cabrera) como Beca Doctoral CONICET, y que es dirigida por los otros dos autores. La investigación tiene sede en el Laboratorio de Geotecnia de la Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Santa Fe (UTN FRSF), Argentina.
Argentina no cuenta aún con reglamentos o normas técnicas específicas sobre construcción con mampuestos de tierra. Es por ello que, a la hora de proyectar este tipo de construcciones los responsables del proyecto y conducción técnica deben valerse de la normativa nacional vigente para otro tipo de mampuestos -ladrillo cerámico -macizo o hueco- y bloques de hormigón
Evaluar los métodos de preparación de las probetas propuesto por la normativa internacional específica para BTC, y la normativa nacional vigente para otros tipos de mampuestos;
Determinar cuál es la geometría de probetas más adecuada para evaluar la resistencia a compresión simple de los BTC en los laboratorios argentinos;
Estudiar el efecto del encabezado con placas de neopreno en la resistencia a compresión de las probetas;
Proponer un método de ensayo que reduzca el tiempo de preparación de las probetas y minimice la dispersión de los resultados.
La realización de este trabajo se basó en las siguientes hipótesis:
Se consultaron fuentes bibliográficas por internet de centros de investigación, redes y laboratorios de ensayos normalizados, y se ordenó la información recopilada sobre los diferentes protocolos de ensayo establecidos para evaluar la resistencia a compresión no confinada de los BTC, sobre los resultados de investigaciones similares, y otra información de interés para la investigación. Las normas específicas consultadas son de Argentina, Brasil, Colombia, Estados Unidos, España, Francia, India, Kenia, México, Nueva Zelanda, Perú y El Salvador.
Se diseñó el muestreo de las probetas de BTC en base a los siguientes criterios:
Disponibilidad comercial en la Región centro-este de Argentina;
Diversidad en el grado de industrialización de los emprendimientos productivos;
Equipos de prensado diferentes: de accionamiento manual, hidráulicas e hidráulicas de gran potencia;
Calidad de los BTC: Bloques de baja, media y alta resistencia;
BTC con dimensiones nominales diferentes.
Se emplearon 3 lotes de BTC -2 de 60 bloques y uno de 30-, cada uno de ellos producidos por una fábrica diferente. Cada lote se dividió en 5 series de 5 bloques cada una y se asignó a cada serie una morfología de probeta distinta. Asimismo, cada serie se realizó por duplicado, ensayando una sin encabezado alguno y la restante encabezada con placas de neopreno.
Los resultados de los ensayos de compresión se registraron en planillas y se procesaron de manera estadística empleando el software MiniTab 17
Luego de la preparación de las probetas y su posterior ensayo, se analizaron los resultados obtenidos y se elaboraron conclusiones en base a las diferentes morfologías de probetas empleadas y a los resultados obtenidos para cada una. Por último, se evaluaron los objetivos y las hipótesis de trabajo planteadas.
Numerosos países cuentan hoy con normas técnicas específicas para la construcción con tierra, siendo ejemplificador el conjunto de normas neozelandesas (
Sin embargo, el número de países que poseen normas de ensayo específicas para BTC publicadas por Organismos Oficiales de Normalización es significativamente menor
La norma brasilera ABNT NBR 8491
La norma india IS 1795
La norma francesa AFNOR XP P 13-901
La norma keniata
La normativa neozelandesa NZS 4298
La norma mexicana
A pesar de no ser una norma publicada por algún Organismo Nacional de Normalización, deben mencionarse las recomendaciones realizadas en 1997 por el RILEM Technical Committees
En la
Norma | País | Año | Probeta de ensayo | Resistencia solicitada (MPa) | Encabezado | |
---|---|---|---|---|---|---|
Seco | Saturado | |||||
Francia | 2017 | BTC partido en 2, asentado con junta de mortero de cemento de 1 cm de espesor, o el que se empleará en obra (composición y material). | 2.0 |
1.0 |
Con pasta de cemento de 3 mm de espesor; o empleando hojas de cartón o madera contrachapada tricapa de 3 mm. Se recomienda no emplear neopreno. | |
México | 2015 | BTC entero, en posición horizontal. | 3.0 |
- | Sólo si es necesario; empleando un mortero de azufre de 35 Mpa de resistencia. | |
Brasil | 2012 | BTC partido en 2, asentado con junta de pasta de cemento de 3 mm de espesor. | - | 2.0 | Remover imperfecciones “raspando” las superficies. Opcionalmente, se puede encabezar con pasta de cemento de 3 mm de espesor. | |
EE UU | 2009 | BTC entero, en posición horizontal. | 2.1 | 2.1 | No se especifica. | |
España | 2008 | BTC entero o medio BTC, en posición horizontal. | 1.3 |
- | Remover imperfecciones “raspando” las superficies. Opcionalmente, se puede encabezar con pasta de cemento de 3 mm de espesor. | |
Colombia | 2004 | BTC partido en 2, asentado con junta de mortero de cemento de 1 cm de espesor, o el que se empleará en obra (composición y material). | 2.0 |
1.0 |
Con pasta de cemento de 3 mm de espesor; o empleando hojas de cartón o madera contrachapada tricapa de 3 mm. Se recomienda no emplear Neopreno. | |
India | 2002 | BTC entero, en posición horizontal. | - | 2.0 |
Placas de madera contrachapada tricapa de 3 mm; o placas de yeso. | |
Nueva Zelanda | 1998 | BTC entero, en posición horizontal y vertical | 2.0 | - | No se especifica. | |
Francia | 1997 | BTC partido en 2, asentado con junta de mortero cementíceo de 1 cm de espesor. | - | - | Placas de neopreno. | |
Kenia | 1993 | BTC entero, en posición horizontal y vertical. | 2.5 | 1.5 | Madera contrachapada tricapa de 3 mm de espesor. |
En la
Como se mencionó en el apartado 2.1, Argentina no cuenta con reglamentos o normas técnicas específicos para la construcción con mampuestos de tierra. Sin embargo, el Instituto Argentino de Normalización y Certificación IRAM ha generado normas técnicas que regulan y establecen los requisitos mínimos a cumplir por diferentes tipos de mampuestos: ladrillos cerámicos macizos
Apoyándose en las normas aprobadas por IRAM, el Centro de Investigación de los Reglamentos Nacionales de Seguridad para Obras Civiles “CIRSOC”, dependiente del Instituto Nacional de Tecnología Industrial “INTI”, en conjunto con el Instituto Nacional de Prevención Sísmica “INPRES”, han redactado 2 Reglamentos
Debe remarcarse el hecho de que, a pesar de no mencionarse de manera explícita al BTC en los Reglamentos CIRSOC
En la
Norma | Año | Mampuesto | Probeta de ensayo | Resistencia solicitada (MPa) | Encabezado |
---|---|---|---|---|---|
2005 | Ladrillo cerámico macizo | Ladrillo entero o medio ladrillo | 4.0 | Con 5 mm de mortero de yeso-cemento o azufre-grafito-arena | |
2005 | Ladrillo cerámico hueco y perforado | Bloque o ladrillo entero | 1.5 |
Con 5 mm de mortero de yeso-cemento o azufre-grafito-arena | |
2018 | Bloque de hormigón no portante | Bloque entero | 2.5 | Pasta de yeso-cemento; mortero de cemento; o mortero de azufre | |
2012 | Bloque de hormigón portante | Bloque entero | 6.0 | Pasta de yeso-cemento; mortero de cemento; o mortero de azufre | |
2003 | Bloques de hormigón celular curado en autoclave | Bloque entero | 2.0 2.5 |
Pasta de yeso-cemento; mortero de cemento; o mortero de azufre | |
2007 | Bloque de hormigón(1) y ladrillo cerámico, hueco(2) y macizo(3) | Ladrillo o Bloque entero | 5.5(1)
|
Pasta de yeso-cemento; mortero de cemento; o mortero de azufre | |
2016 | Bloque de hormigón(1) y ladrillo cerámico, hueco(2) y macizo(3) | Ladrillo o Bloque entero | 5.5(1)
|
Pasta de yeso-cemento; mortero de cemento; o mortero de azufre |
Se trabajó con BTC producidos por 3 fabricantes de las provincias de Santa Fe y Córdoba, Argentina. Para mantener el anonimato de las empresas colaboradoras, no se mencionan en este artículo sus nombres, identificándolas simplemente como fábrica 1, 2 y 3.
En la
Característica | Fábrica | ||
---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | |
N° de BTC | 60 | 60 | 30 |
Dimensiones (mm) | 250 x 126 | 300 x 150 | 300 x 150 |
Altura (mm) | 62.5 | 75.0 | 70.0 |
Diámetro de Agujeros (mm) | 6.0 | 8.8 | 8.0 |
Prensa empleada | Z 10 | Eco Premium doble | Desarrollo propio |
Sistema de accionamiento de la prensa | Manual | Hidráulico | Hidráulico |
Fuerza de compresión (Tn) | 2.2 | 18.0 (9.0 por BTC) | 6.7 |
Producción media diaria (BTC/día) | 300 | 3,000 | 1,000 |
En la
Materia prima | Fábrica | ||
---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | |
Tierra Arcillosa (CL) | 72 % | 31 % | 45 % |
Tierra Arenosa (SM) | 0 % | 0 % | 45 % |
Arcilla (CH) | 0 % | 24 % | 0 % |
Arena (SP) | 16 % | 31 % | 0 % |
Cemento CPC 40 | 8 % | 10 % | 10 % |
Cal hidráulica | 4 % | 5 % | 0 % |
Para evaluar el efecto que posee la geometría de las probetas en la resistencia a compresión de los BTC, cada lote fue dividido en 5 series (ver
Resulta importante mencionar que la forma de preparación de las probetas de la serie C es una recomendación realizada por el “Laboratorio de Ensayos de Materiales LEME” de la FADU - UNT (Argentina), mientras que el método de preparación de las probetas de la serie D es una propuesta del Laboratorio de Geotecnia de la UTN FRSF (lugar de trabajo de 2 de los autores), desarrollada tras 6 años de experiencia ensayando BTC según lo estipulado por la norma brasilera
Las probetas de las series A y C no requirieron preparación alguna, mientras que la preparación de las probetas de las series B, D y E se realizó cortando de manera transversal cada bloque en dos partes iguales empleando una sierra circular de banco. Finalmente, las probetas de la serie E se confeccionaron siguiendo las recomendaciones de la norma brasilera
Finalmente, se determinó el largo (l), ancho (b) y alto (h) de cada probeta, calculando luego el área neta de cada una de ellas.
Una vez determinadas las dimensiones de cada serie de probetas, se procedió a calcular sus relaciones de aspecto. Dado que la bibliografía especializada y la normativa internacional emplea diferentes expresiones para determinar esbelteces, para este trabajo se emplearon las expresiones de esbeltez estipuladas por las normas IRAM 12737
Para determinar el área neta y el radio de giro de las secciones perpendiculares a la dirección de la carga aplicada, se emplearon las Ecuaciones
Siendo:
Finalmente, en la
Serie | h/b | h/i | h/A | |
---|---|---|---|---|
1.46 | 0.47 | 0.02 | ||
1.46 | 0.47 | 0.04 | ||
2.92 | 0.93 | 0.04 | ||
2.85 | 0.93 | 0.08 | ||
3.05 | 1.00 | 0.09 | ||
1.53 | 0.50 | 0.02 | ||
1.53 | 0.50 | 0.05 | ||
3.07 | 1.00 | 0.05 | ||
2.96 | 1.00 | 0.09 | ||
2.99 | 1.00 | 0.09 | ||
1.58 | 0.50 | 0.02 | ||
1.58 | 0.50 | 0.05 | ||
3.16 | 0.99 | 0.05 | ||
3.11 | 0.99 | 0.10 | ||
3.36 | 1.07 | 0.10 |
Además de evaluar la incidencia que posee la geometría de las probetas en su resistencia a compresión, se desea conocer el efecto del encabezado de las mismas con un material elastómero, tal como lo recomienda la norma IRAM 1709
Se ubicó cada probeta entre los suplementos metálicos -interponiendo las placas de neopreno para las series “encabezadas”- verificando que la misma se encuentre perfectamente centrada y se aplicó la carga de manera continua y sin movimientos bruscos a una velocidad constante de 2,5 MPa/seg. Se registró la máxima carga soportada durante el ensayo y dividiéndola luego por el área neta de la probeta, se obtuvo la tensión de rotura, en Kg/cm2. Las probetas se ensayaron secas, permaneciendo 7 días en ambiente de laboratorio, a una humedad relativa de 55% y 24 °C de temperatura.
Para la realización de estos ensayos se utilizó un gato hidráulico tipo “botella” con 20 t de capacidad, una celda de carga con apreciación de 5 kg y capacidad máxima de 20 t; un pórtico de carga, suplementos metálicos de 1’’ de espesor para transmitir las cargas aplicadas de manera uniforme sobre las caras de contacto (ver
Para evaluar los resultados obtenidos y determinar si las resistencias medias a compresión de cada serie son estadísticamente diferentes entre sí, se realizó un análisis de varianzas ANOVA empleando el software Minitab Statical Software
Como el ANOVA únicamente posibilita determinar si las resistencias medias de cada serie son estadísticamente diferentes entre sí, pero nada dice sobre cuáles son las series con resistencia similar, o cuales son las series de mayor y menor resistencia; se efectuó además un “análisis de parejas de Tukey” –empleando también el software MiniTab-, el cual posibilita identificar las series de probetas que presentan resistencias medias estadísticamente similares entre sí, y cuáles son las series con mayor y menor resistencia media a compresión asignándoles un factor de grupo; las series que no compartan el factor de grupo, son significativamente diferentes.
En la
Serie | N | σc (kg/cm2) | s (kg/cm2) | δ (%) | ANOVA | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
p | Grupo | ||||||
A | 5 | 11.45 | 2.45 | 21.37 | 0.000 | A | |
B | 5 | 9.17 | 2.31 | 25.18 | A B | ||
C | 5 | 6.94 | 1.71 | 24.58 | B C | ||
D | 5 | 4.51 | 0.44 | 9.69 | C | ||
E | 5 | 4.58 | 2.20 | 48.13 | C | ||
A | 5 | 33.72 | 7.22 | 21.42 | 0.004 | A | |
B | 5 | 24.11 | 6.98 | 23.08 | A B | ||
C | 5 | 27.51 | 5.05 | 18.36 | A B | ||
D | 5 | 17.57 | 1.75 | 9.97 | B | ||
E | 5 | 22.32 | 4.95 | 23.29 | B | ||
A | 5 | 39.33 | 5.04 | 12.81 | 0.000 | A | |
B | 5 | 30.05 | 8.07 | 26.84 | A B | ||
C | 5 | 29.72 | 4.54 | 15.26 | A B | ||
D | 5 | 23.90 | 3.16 | 13.22 | B C | ||
E | 5 | 16.71 | 7.32 | 43.83 | C | ||
A | 5 | 7.784 | 0.80 | 10.22 | 0.001 | A | |
B | 5 | 5.25 | 2.16 | 41.15 | A B | ||
C | 5 | 3.75 | 2.078 | 55.50 | B | ||
D | 5 | 3.59 | 0.52 | 14.52 | B | ||
E | 5 | 2.63 | 1.96 | 74.74 | B | ||
A | 5 | 20.95 | 5.95 | 29.21 | 0.001 | A | |
B | 5 | 17.28 | 2.13 | 12.33 | A B | ||
C | 5 | 17.92 | 2.86 | 15.95 | A B | ||
D | 5 | 12.99 | 2.03 | 15.64 | B C | ||
E | 5 | 9.20 | 2.69 | 33.42 | C |
En las
Los BTC producidos por la fábrica 1 (empleando una prensa manual), independientemente de la geometría de las probetas, presentan valores de resistencia a compresión inferiores a los 15 kg/cm2, mientras que los bloques producidos por las fábricas 2 y 3 superan con amplio margen dicho valor. En la
En la
La resistencia media a compresión de las probetas de la serie C (2 BTC apilados) es, para todos los casos, estadísticamente similar a la resistencia media a compresión de las probetas de la serie B, y para los BTC producidos por las fábricas 2 y 3, estadísticamente similar a la de las probetas de la serie A, a pesar de ser significativamente menores.
Finalmente, puede advertirse que las resistencias medias a compresión de las series D y E, para todos los casos estudiados son estadísticamente similares entre sí y las menores de las 5 series propuestas.
En los gráficos de intervalo presentados puede apreciarse claramente como la geometría y preparación de las probetas, además de afectar la resistencia media a compresión, posee un gran efecto sobre dispersión de los resultados, lo cual puede advertirse en la “altura” de la barra de intervalos.
Para evaluar este efecto se utilizó el coeficiente de variación, el cual permite comparar la dispersión entre series de datos con distintas distribuciones, ya que la desviación estándar únicamente sirve como método de evaluación de la variabilidad de los datos en series con la misma media aritmética
Siendo
Analizando los valores del coeficiente de dispersión de cada serie (ver
Para determinar si la resistencia media a compresión de las series de probetas encabezadas con placas de neopreno son estadísticamente diferentes a las de sus homólogas ensayadas sin encabezado alguno, empleando el software MiniTab se realizaron pruebas “t de Student” contrastando las resistencias de las series de probetas confeccionadas con los BTC de la fábrica 1 ensayadas sin encabezar con las de estas mismas series pero encabezadas con neopreno; realizando luego el mismo procedimiento con las series de probetas producidas con los BTC de la fábrica 2. Si los valores del estadístico P obtenidos tras la prueba son inferiores al valor de la significancia establecida (en este caso 0.05) puede concluirse que la resistencia media a compresión de la serie encabezada es, con un 95% de confianza, inferior a la de su homóloga ensayada sin encabezar.
En la
Serie | A | B | C | D | E |
---|---|---|---|---|---|
Fábrica 1 | 0.033 | 0.028 | 0.033 | 0.02 | |
Fábrica 2 | 0.025 | 0.01 | 0.007 | 0.001 |
En la
Intentando aportar datos fehacientes sobre esto, se ajustó un modelo de regresión lineal múltiple vinculando la resistencia a compresión de las probetas elaboradas con los BTC aportados por cada una de las fábricas -encabezadas con neopreno y sin encabezar- con su esbeltez, empleando las 3 expresiones evaluadas en el apartado 5.3. En la
Fábrica | R2 (%) | |||
---|---|---|---|---|
h/b | h/A | h/i | Múltiple | |
1 | 59.06 | 61.95 | 58.26 | 68.1 |
2 | 1.4 | 5.08 | 1.13 | 5.08 |
3 | 40.83 | 60.24 | 39.29 | 60.24 |
1 neopreno | 46.97 | 42.95 | 46.77 | 46.77 |
2 neopreno | 27.7 | 53.14 | 25.74 | 53.14 |
En la
Tras evaluar los resultados y analizarlos desde el punto de vista estadístico, se pueden obtener las siguientes conclusiones:
La resistencia media a compresión de las probetas de la serie A (BTC entero) es superior a la de las demás series; además, desde el punto de vista metodológico, la preparación de estas probetas es la más sencilla.
La resistencia media a compresión de la serie B (medio BTC) es, para todos los casos, entre un 72 y un 81% inferior a la resistencia media a compresión de la serie A, presentando coeficientes de dispersión similares. Esto permite pensar en la posibilidad de homogeneizar los valores de resistencia media a compresión de ambas geometrías de probetas multiplicando la resistencia media a compresión obtenida tras ensayar medio bloque por un coeficiente de valor K=1.33, considerando que estas probetas poseen una resistencia media a compresión un 25% inferior que las probetas constituidas por un BTC entero.
Por presentar la mitad del área neta que las probetas de la serie A, al ensayar las probetas de la serie B se reducen drásticamente las prestaciones de los equipos de ensayo requerido: suplementos metálicos con la mitad del tamaño, prensa hidráulica con menor capacidad de carga y marco reactivo menos robusto. En su conjunto, estas simplificaciones permiten realizar los ensayos en menor tiempo y reducir el costo del equipamiento necesario.
La resistencia media a compresión de las probetas de la serie D es similar a la de la serie E, pero su coeficiente de variación es significativamente menor, lo cual fundamenta este método de preparación de probetas, propuesto por el Laboratorio de Geotecnia de la UTN FRSF.
El encabezado de las probetas con placas de neopreno no disminuyó la variabilidad de los resultados obtenidos, pero sí la resistencia media a compresión.
Finalmente, cumpliendo con los objetivos inicialmente propuestos, se recomienda emplear como probeta para los ensayos de resistencia a compresión no confinada de BTC en los laboratorios argentinos un bloque entero o medio bloque, ambos en posición horizontal, y alisar la superficie superior e inferior de las probetas “raspando” con espátula los encastres, sin encabezarlas. Finalmente, si se opta por ensayar medio BTC, el valor de la resistencia media a compresión determinado deberá afectarse por un coeficiente K=1.33, de manera tal de homogeneizar los resultados y poder contrastarlos con los obtenidos al ensayar bloques enteros.
La Fabrica 3 no suministró BTC suficientes para la realización de este ensayo.