OBTENCIÓN DE PROPIEDADES DE PIEZAS DE MAMPOSTERÍA, EMPLEADAS EN LAS CONSTRUCCIONES DE LA CIUDAD DE PUEBLA RESUMEN

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1 OBTENCIÓN DE PROPIEDADES DE PIEZAS DE MAMPOSTERÍA, EMPLEADAS EN LAS CONSTRUCCIONES DE LA CIUDAD DE PUEBLA De Gante González Jorge 1,Contreras Bonilla Silvia 2, Torres Díaz Héctor 2 Serrano Vega Sebastián 1 RESUMEN Se presentan resultados de pruebas de laboratorio de compresión simple, flexión y absorción realizadas en piezas de mampostería de barro, recocido e industrializado cuyo uso es común en las construcciones de la Ciudad de Puebla. También se obtuvieron resultados de pruebas de compresión simple en pilas y de tensión diagonal en muretes construidos con este tipo de piezas. Según los resultados obtenidos, la resistencia de las piezas de barro industrializado es mayor que las de barro recocido. En muretes, la resistencia es consistente con la indicada en las Normas del Distrito Federal, los patrones de falla concuerdan con los citados en la literatura. ABSTRACT This paper presents results of Simple Compression, Bending and Absorption laboratory testings realized on Masonry pieces based on clay baked and industrialized, which are used commonly in several constructions at Puebla City. Also, we got results on Masonry piles tested below Simple Compression and on walls below diagonal tension stress which were built with this kind of pieces. According with the obtained results, the resistance on Masonry industrialized is bigger. On walls, the resistance on Masonry pieces results consistent compared with NDF and it coincides with the fail standards defined in the bibliography. ANTECEDENTES Uno de los materiales más empleados en el país para la construcción de muros para diferentes usos, es la mampostería. El principal problema que ofrece en el diseño es la determinación de su resistencia, debido a la heterogeneidad de sus componentes, las piezas y el mortero. En general, se utilizan 2 tipos de piezas, naturales y artificiales. Las de mayor uso son las artificiales, que de manera gruesa son de 2 tipos, macizas y huecas. A su vez, las piezas están fabricadas con barro recocido o industrializados y concreto. En la Ciudad de Puebla, las piezas de barro recocido son de amplio uso, provienen de fabricas de la zona de la Ciudad de Cholula y su proceso es artesanal; mientras que, las de barro industrializado, de menor uso debido a su costo, se producen en fabricas de la Ciudad. Las piezas de concreto, también de amplio uso, son fabricadas de manera semi- artesanal o industrial. Sin embargo, hoy día, las propiedades índices de la resistencia de piezas que se disponen en el mercado de la Ciudad de Puebla se desconocen. Más aún, la resistencia de muros construidos con este material es totalmente desconocido, sobre todo por la falta de laboratorios en que ésta pueda obtenerse. De esta manera, los diseñadores de la zona no disponen de indicadores de resistencia de piezas o muros de mampostería y se ven obligados a utilizar los valores disponibles en las Normas Técnicas Complementarias de Mampostería del Distrito Federal. El objetivo de este trabajo es realizar ensayes de piezas y muretes de mampostería, que permitan obtener indicadores de la resistencia de la mampostería empleada en la Ciudad de Puebla. Dos limitantes se tuvieron durante el desarrollo de las pruebas, la selección de los materiales a probar y la precisión del equipo disponible. 1 Profesor, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. 2 Estudiante, Colegio de Ingeniería Civil, BUAP. 1261

2 XIII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puebla, Pue., México 2002 PIEZAS MATERIALES EMPLEADOS Para este trabajo, las piezas empleadas para los ensayes fueron de dos tipos: Piezas de barro recocido, de fabricantes (nueve en total) del Municipio de Cholula (los mayores abastecedores de este tipo de piezas en el Municipio de Puebla), con medidas nominales de 6 X 12 X 24, en centímetros y peso seco promedio de 2.25 Kg Piezas industrializadas fabricadas en el Municipio de Puebla, tipos: Ladrillo y bloque multiperforado, con medidas nominales, de 6x12x24 y 12x12x24 y peso promedio por pieza de 1.80 kg y 3.60 kg, respectivamente; Ladrillo y bloque de huecos verticales, con medidas nominales, de 6x12x24 y de 12x12x24, peso promedio por pieza de 1.60 kg y 3.20 kg, respectivamente. Todas las piezas con un acabado liso y de color rojo natural. MORTERO Los morteros empleados cumplieron con los requisitos que establece la NTC-Mampostería. Sus componentes fueron: Cemento gris de fraguado rápido y alta resistencia mecánica; Cal; arena de la zona y agua de la red que satisface a Ciudad Universitaria. Para las piezas de barro recocido se utilizaron tres tipos de mortero, con proporciones: 1:1/4:2.75, 1:1/2:2.75, y 1:1 ¼: 2.75, respectivamente. Para las piezas industrializadas huecas, la recomendación volumétrica que se empleó para rellenar las celdas fue de 1:0.25:2.5. Debe hacerse notar que las pruebas fueron efectuadas con el equipo del laboratorio Integral de la Facultad de Ingeniería de la BUAP, y no siempre cumplió con las condiciones especificadas por las Normas respectivas. PRUEBAS REALIZADAS A PIEZAS REALIZACIÓN DE PRUEBAS a) Prueba de disgregación: (NMX-C ). La prueba se aplicó por el tipo de textura de las piezas de tabique rojo recocido. Para ello, las piezas se cepillaron en seco, se limpiaron del polvo superficial. Luego se sumergieron en agua limpia durante cuatro horas a las temperaturas de 15 y 30º C. b) Prueba de absorción de agua máxima inicial: (NMX-C ). Los especimenes, se secaron a peso constante en un horno con circulación de aire a una temperatura de 110 a 115º C. Los especimenes se pesaron en frío. Luego se saturaron en agua limpia que a una temperatura entre 15.5 y 30º C, sin que hubiese una inmersión parcial preliminar, durante 24 hrs. Una vez pasado este lapso, se saco la superficie del espécimen, usando un trapo húmedo y se peso antes de que pasaran cinco minutos después de la secada de este. c) Prueba del módulo de ruptura o prueba de flexión de piezas: Se ensayaron especimenes sin fisuras. El espécimen estuvo sostenido en posición plana sobre un claro de 18 cm y una carga al centro del claro, que se aplicó perpendicularmente sobre la cara superior del espécimen por medio de una placa de apoyo de 0.6 cm de espesor, 4cm de ancho y longitud cuando menos igual al ancho del espécimen. Los apoyos del espécimen tuvieron libertad de rotación tanto en dirección longitudinal como transversal. d) Prueba de resistencia a la compresión de piezas: (NMX-C ) Se ensayaron piezas sin fallas ni fisuras y con sus caras razonablemente paralelas. Las piezas se secaron en un horno a temperatura de 100 a 110 ºC, La superficie de las probetas se cabeceo con mortero de azufre para lograr que fueran paralelas entre sí; en piezas huecas se evitó que penetrara más de 0.5 cm en los huecos. Finalmente, se colocó la probeta haciendo coincidir el centroide de las caras de la probeta con el centro del bloque de carga de la máquina de prueba. La aplicación de la carga fue constante hasta llegar a la falla total del espécimen. e)prueba a compresión axial de las pilas: (APNMX-C ONNCCE). Las probetas estaban conformadas piezas unidas mediante alguno de los morteros antes mencionados. La relación de esbeltez de las pilas estuvo entre 3 y 4. Las pilas se almacenaron al menos 28 días. Para el ensaye, las pilas se cabecearon con azufre, y se les colocó una placa de 1 de acero en los extremos, se aplicaron ciclos de precarga con velocidad uniforme al 15% de la carga máxima esperada, con el objeto de que se acomodaran las piezas y ajustar el micrómetro de medición. 1262

3 f) Prueba a tensión diagonal de muretes: (APNMX-C ONNCCE). Las probetas se sometieron a una carga de compresión a lo largo de una de sus diagonales. Durante el ensaye, la carga vertical genera esfuerzos de tensión crecientes que se orientan perpendicularmente a la dirección de carga. Este campo de esfuerzos de tensión conduce a la falla del murete a lo largo de una grieta aproximadamente vertical entre las dos esquinas cargadas. En número de muretes que se ensayaron fue de 8 a 9 por lote o tipo de pieza, los lados murete fueron casi iguales. Después de construidos los muretes se almacenaron en ambiente de laboratorio por lo menos 28 días. Antes del ensaye, las esquinas sobre la diagonal a compresión se cabecearon con azufre, con la finalidad de facilitar la distribución uniforme de carga entre el cabezal y la mampostería. La aplicación de la carga fue igual a la prueba de las pilas. PRUEBAS REALIZADAS AL MORTERO a) Resistencia del mortero a compresión: (NMX-C ). El mortero fue elaborado con las proporciones mencionadas al principio; del mortero que se utilizó para la elaboración de las pilas y los muretes se obtuvieron las muestras par rellenar los moldes. El número de cubos para cada edad especificada de prueba debe ser tres como mínimo. Después de elaborar los cubos, se colocaron en un gabinete húmedo dejando sus superficies expuestas al ambiente, pero protegidas del goteo directo. Los cubos permanecieron dentro de los moldes durante 20 o 24 horas; al cumplir esta edad, los cubos se sumergieron en agua limpia en los tanques de almacenamiento. Al cumplir la edad de prueba de los cubos se retiraron del gabinete húmedo, para proceder a la aplicación de la carga, la cual fue constante, hasta la ruptura del espécimen. MORTERO RESULTADOS Prueba de compresión. El mortero tipo I probado a los 28 días, tuvo una resistencia promedio a la compresión de Kg/cm 2 ; mientras que fue de Kg/cm 2 y de Kg/cm 2 para los morteros tipos II y III, respectivamente, de acuerdo con lo que se muestra en la Tabla 1. El mortero utilizado para piezas de barro extruido tuvo una resistencia promedio a los 28 días de Kg/cm 2. PIEZAS DE BARRO EXTRUIDO a) Prueba de absorción de agua máxima. La absorción de agua máxima obtenida fue de 13.15% para Tabique hueco vertical y 14.97% para Tabique multiperforado, valores que están dentro de los parámetros establecidos por la Norma (12-19%). Mientras que fue de 17.77% para Bloques de hueco vertical y de 15.28% para Bloques multiperforados, un poco menor que lo indicado en la Norma (9-12%). Estos valores se tomaron en cuenta durante la elaboración de las pilas y muretes a fin de lograr la trabajabilidad necesaria en el mortero, ver tabla 3. b) Prueba del módulo de ruptura. Los resultados promedio obtenidos para los 2 tipos de tabiques son adecuados (25.74 Kg/cm 2 para Tabique hueco vertical y Kg/cm 2 para Tabique multiperforado) con los parámetros establecidos por la Norma (8 Kg/cm 2 ) Lo mismo ocurre con los dos tipos de bloques (6.28 Kg/cm 2 para Bloque de hueco vertical y 8.57 Kg/cm 2 para Bloque multiperforado). Esto asegura la calidad de las piezas, ver tabla 3. c) Prueba de compresión en piezas. La resistencia de diseño a compresión obtenida fue de Kg/cm 2 para Tabique hueco vertical, Kg/cm 2 para Tabique multiperforado, Kg/cm 2 para Bloque hueco vertical y Kg/cm 2 para Bloque multiperforado, respectivamente. Los valores son ligeramente superiores a los sugeridos en el reglamento como valores índice, los cuales están entre 60 y 100 Kg/cm 2, ver tabla 3. d) Prueba de resistencia a compresión axial de las pilas. La resistencia de diseño de pilas con piezas de tabique unidas con mortero tipo I, tuvo resistencia promedio de Kg/cm 2 y las fallas mostradas fueron por aplastamiento de las piezas, falla por agrietamiento vertical (deformaciones transversales) y falla compuesta por deformaciones tanto en piezas como en la junta. Mientras que las pilas compuestas por bloques unidas con mortero tipo I, tuvieron resistencias de diseño de Kg/cm 2 (piezas de hueco vertical) y Kg/cm 2 (piezas multiperforadas), presentando fallas por aplastamiento y por agrietamiento vertical, ver tabla

4 XIII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puebla, Pue., México 2002 e) Prueba de resistencia a compresión diagonal de mampostería. Se obtuvieron resistencias de diseño de 2.83 Kg/cm 2 en muretes de tabique de hueco vertical, 5.24 Kg/cm 2 en muretes de tabique multiperforado, 2.15 Kg/cm 2 en muretes de bloques de hueco vertical y de 5.38 Kg/cm 2 en muretes de bloques multiperforados. Las fallas presentadas durante las pruebas fueron: falla de la superficie de contacto entre mortero y pieza, falla de junta y falla de la pieza. Cerca del 40% de los especimenes presentaron fallas por esfuerzos tangenciales y tensión diagonal, ver tabla 5. PIEZAS DE BARRO RECOCIDO a) Prueba de absorción de agua máxima. La absorción de agua máxima obtenida fue de 18.86%. Este valor se tomó en cuenta durante la elaboración de las pilas y muretes, a fin de lograr la trabajabilidad necesaria en el mortero, tabla 1. b) Prueba del módulo de ruptura. El módulo de ruptura promedio obtenido fue de Kg/cm 2, este valor se considera adecuado, como se ve en la tabla 1. c) Prueba de compresión en piezas. La resistencia de diseño a compresión de las piezas en promedio fue de Kg/cm 2, valor un poco menor a los 60 Kg/cm 2 que toman como referencia las NTC-mampostería, tabla 1. d) Prueba de resistencia a compresión axial de las pilas. La resistencia promedio de diseño de pilas unidas con mortero I fue de Kg/cm 2 ; mientras que, fue de Kg/cm 2 en las pilas de mortero II y de Kg/cm 2 en las de mortero tipo III. Las fallas presentadas fueron: por aplastamiento de piezas y por presencia de grietas verticales que atravesaban mortero y piezas, como se nuestra en la tabla 4. e) Prueba de resistencia a compresión diagonal de mampostería. La resistencia de diseño promedio que se obtuvo fue de: Kg/cm 2 en muretes con mortero tipo I, de Kg/cm 2 en muretes de mortero tipo II y de 8.73 Kg/cm 2 en los de mortero tipo III, ver tabla 6. CONCLUSIONES Las principales conclusiones de este trabajo son las siguientes: La resistencia de diseño del mortero fue adecuada para los tipo I y II, mientras que es menor en el caso del mortero tipo III; de acuerdo con los valores índice sugeridos en la NTC-mampostería. La resistencia en compresión de las piezas de barro recocido fue algo menor que el valor índice de referencia de las NTC-mampostería. Esto debido a la heterogénea de la muestra total de piezas empleadas. En el caso de tabiques de barro extruído con hueco vertical la resistencia es mayor a la indicada en las normas. En cuanto a la resistencia de diseño a compresión de pilas: las de piezas macizas de barro recocido es de casi el doble de la resistencia sugerida en las NTC-mampostería; mientras que es ligeramente menor para tabiques extruídos de huecos verticales y bloques multiperforados, pero bastante menores para el caso de bloques de hueco vertical. Con respecto a la resistencia a compresión diagonal: para muretes de piezas macizas de barro recocido los valores son suficientemente altos comparados con los sugeridos en las NTC-mampostería; mientras que en piezas de barro extruído, las de huecos verticales tuvieron valores menores a los indicados en las NTCmampostería, pero mayores en las piezas multiperforadas. De acuerdo con lo antes indicado, consideramos que la resistencia obtenida para el caso de piezas macizas de barro recocido es satisfactoria comparada con la sugerida por las NTC-mampostería; lo mismo ocurre en el caso de piezas de barro extruído multiperforadas; pero en el caso de piezas de barro extruído la resistencia es menor. Se sugiere realizar un mayor número de pruebas que puedan orientar de manera adecuada la formulación de valores indicativos para futuras normas aplicables en el municipio de Puebla. Estos ensayes son más necesarios en el caso de piezas de barro extruído de hueco vertical. 1264

5 REFERENCIAS Contreras B. S. Comportamiento y pruebas de muros de mampostería con el marco de carga de la Facultad de Ingeniería de la BUAP. Tésis profesional, BUAP. Puebla,Pue De Gante G. J. Comportamiento, análisis y diseño de estructuras de mampostería. Apuntes del Curso. Facultad de Ingeniería, BUAP. Puebla, Pue Gaceta Oficial del Distrito Federal. Normas técnicas complementarias para diseño y construcción de estructuras de mampostería. México D. F., Meli P. R, Reyes G. A. Propiedades mecánicas de la mampostería. Instituto de Ingeniería de la UNAM. México D. F., ONNCCE. Industria de la Construcción. Determinación de la resistencia a compresión y del módulo de elasticidad de pilas de mampostería de barro y de concreto. México D. F., ONNCCE, ONNCCE. Industria de la Construcción. Determinación de la resistencia a compresión diagonal y de la rigidez a cortante de mampostería de barro y de concreto. México D. F., ONNCCE, ONNCCE. Industria de la Construcción. Bloques, tabiques o ladrillos y tabicones para uso estructural especificaciones y métodos de prueba. México D. F., ONNCCE, ONNCCE. Industria de la Construcción. Determinación de la resistencia a compresión del mortero. México D. F., ONNCCE, Torres D. H, Propiedades mecánicas de la mampostería de tabique rojo recocido de la zona de Cholula Puebla. Tesis profesional, Facultad de Ingeniería, BUAP. Puebla, Pue. En prensa. Agradecemos la valiosa colaboración de Dulce Aguilar durante el desarrollo de este trabajo. Tabla 1. Resultado de prueba a compresión simple de morteros.( f b = resistencia promedio a compresión, f*p = resistencia de diseño a compresión) Tipo de Proporción Edad de fb f*b Edad de fb f*b mortero prueba (Kg/cm2) (Kg/cm2) prueba (Kg/cm2) (Kg/cm2) IA 1-1/ días días IB 1-1/2M días días IB 1-1/4M días días IIA 1-1/ días días IIB 1-1M días días IIB 1-1/2M días días III 1-1 1/ días días Tabla 2. Pruebas realizadas en piezas macizas de barro recocido ( fp = resistencia promedio a la compresión, f*p = resistencia de diseño a compresión) *ABSORCIÓN Módulo de ruptura fp f*p LOTE Promedio (%) promedio (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 )

6 XIII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puebla, Pue., México Tabla 3. Pruebas realizadas en piezas de barro extruído (THV tabique de huecos verticales, TMTP tabique multiperforado) Tipo de *ABSORCIÓN Módulo de fp **** fp* pieza Promedio (%) Ruptura (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 ) THV TMTP BHV BMPT Tabla 4. Resistencia a compresión de las pilas de piezas macizas de barro recocido ( fm = resistencia a compresión promedio, f*m = resistencia de diseño) Número de lote Mortero Mortero II Mortero III proporción: 1-1/ proporción: 1-1/ proporción: 1-1 1/ Carga máxima fm f*m Carga máxima promedio (kg) (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 ) Promedio (kg) fm f*m (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 ) Carga máxima promedio (kg) fm f*m (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 ) Tabla 5. Resistencia a compresión de las pilas de piezas macizas de barro extruído (fm es la resistencia a compresión promedio, f*m es la resistencia de diseño, Em es el módulo de elasticidad) Tipo de f*p Proporción f*b fm f*m Em pieza (Kg/cm2) mortero (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 ) Eu THV / TMTP / BHV / BMPT /

7 Tabla 6. Resistencia a compresión diagonal de muretes de piezas macizas de barro recocido (Vm es la resistencia a compresión diagonal promedio, V*m es la resistencia de diseño). Número de lote Mortero I Mortero II Mortero III proporción: 1-1/ proporción: 1-1/ proporción: 1-1 1/ Carga Carga máxima Vm V*m Carga máxima Vm V*m máxima Vm V*m promedio (kg) (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 ) promedio (kg) (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 ) promedio (kg) (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 ) Tabla 7. Resistencia a compresión diagonal de muretes de piezas macizas de barro extruído (Vm es la resistencia a compresión diagonal promedio, V*m es la resistencia de diseño). Tipo de f*p Proporción f*b h/l Carga máxima Vm V*m pieza (Kg/cm 2 ) mortero (Kg/cm 2 ) (kg) (Kg/cm 2 ) (Kg/cm 2 ) THV / TMTP / BHV / BMPT /