Optimización del diseño de mezcla para la producción de piezas ligeras para mampostería.

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1 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, Octubre r. Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017 Memorias Optimización del diseño de mezcla para la producción de piezas ligeras para mampostería. José Antonio Pérez Ignacio (Becario) 1822antonioig@gmail.com Unidad Académica Preparatoria No.38, Universidad Autónoma de Guerrero. M.C. Alfredo Cuevas Sandoval (Asesor) acuevas36@hotmail.com Unidad Académica de Ingeniería Universidad Autónoma de Guerrero. Introducción Se llama mampostería al sistema tradicional de construcción que consiste en erigir muros y paramentos, para diversos fines, mediante la colocación manual de los elementos o los materiales que los componen (denominados mampuestos). Estos componentes pueden ser, entre otros, ladrillos, bloques de cemento prefabricados y piedras talladas. La mampostería es una técnica con una gran cantidad de materiales y un amplio rango de aplicaciones en la construcción de obras civiles, se le considera como la más antigua. Su uso se remonta a las primeras civilizaciones que poblaron la tierra. Las ruinas de Jericó (Medio Oriente, 7,350 A.C.), las pirámides de Egipto (2,500 A.C.), pirámides de la civilización Maya (500 D.C.), grandes ejemplos que dan testimonio al uso y durabilidad a este tipo de material. Con el tiempo, la mampostería y sus procesos de fabricación han evolucionado, sin embargo la forma de colocación de este material continua siendo a mano, y esta es una variable muy relevante. La palabra mampostería proviene del latín: manus: mano; y positura: asiento de ponere: poner. Sufijo: eria: trabajo artesanal, la cual significa: piedra que se asienta o coloca con la mano.

2 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, 2017 Estructuralmente la mampostería ha sido por muchos siglos, el sistema utilizado para edificaciones de diferentes tipos, desde templos monumentales hasta viviendas de una planta. El peso de las piezas junto con la técnica de colocación conforman un sistema portante, resistente a vientos y sismos moderados, estos procedimientos se ejecutaban de manera empírica hasta mediados del siglo XX en donde aparecen las primeras normativas y reglamentos de diseño. (Hernández, 2007) En aquéllos tiempos, en México existían tres calidades de bloques de concreto: (a) pesados, (b) de peso intermedio y, (c) de peso ligero. De éstos, los de mayor resistencia y menor dispersión estadística siempre serán los bloques pesados, por usarse agregados menos porosos, mayores cantidades de cemento y producirse en plantas con altos estándares de control de calidad, mientras que los de menor resistencia y mayor dispersión estadística son los de peso ligero, donde se usan normalmente agregados muy porosos, menores cantidades de cemento y no necesariamente se producen en fábricas que controlen su calidad. De hecho, los bloques de concreto ligero suelen ser mucho más susceptibles a dañarse durante su carga y descarga en el proceso de transporte a la obra, lo que produce un mayor desperdicio y/o el que se coloquen piezas dañadas en la mampostería (Tena y Miranda 2002). Dada la mala calidad de muchas de las piezas que se comercializan, se decidió realizar diseños de mezclas de concreto que permitieran obtener mejores resistencias promedio a la compresión para su uso estructural. Se intentó entonces obtener resistencias a la compresión simple promedio pf entre 50 kg/cm2 y 200 kg/cm2, con la finalidad de tener un intervalo de valores que permitieran posteriormente, realizado ensayes con pilas hechas con estas piezas y los morteros permitidos en las NTCM-2004, proponer valores indicativos actualizados de la resistencia de diseño a la compresión simple de la mampostería f*m para este tipo de piezas. De la investigación de campo realizada (Liga y Pérez 2013), se encontró que en la fabricación de este tipo de piezas, el agregado más utilizado es el tepojal. El tepojal es una arena arcillosa que se encuentra en abundancia dentro de nuestro país. Es un pequeño grano volcánico recubierto de arcilla, de alta porosidad y muy ligero, lo que en teoría lo hace ideal para elaborar bloques de peso ligero, aunque también se le agrega cenicilla mejor conocida como el polvo de trituración. El polvo de piedra es un residuo obtenido como resultado de la trituración de las piedras (gravas) y es conveniente tratarlo por la importancia que tiene como fino. (A. Tena, 2017)

3 Memorias del 4 Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017 Es importante saber que se han realizado una gran cantidad de trabajos relacionados con los aspectos teóricos del diseño de mezclas de concreto, en buena parte se entiende que el diseño de mezcla es un procedimiento empírico, y aunque hay muchas propiedades importantes del concreto, la mayor parte de procedimientos de diseño están basados principalmente en lograr una resistencia a compresión para una edad determinada así como la manejabilidad apropiada para un tiempo determinado, además se debe diseñar para unas propiedades que el concreto debe cumplir cuando una estructura se coloca en servicio. Una mezcla se debe diseñar tanto para estado fresco como para estado endurecido. Las principales exigencias que se deben cumplir para lograr una dosificación apropiada en estado fresco son las de manejabilidad, resistencia, durabilidad y economía. (Osorio, 2013) Tepojal. Cenicila. Objetivos General: - Analizar un diseño de mezcla específico de piezas ligeras para mampostería elaborado en una fábrica de la localidad de Chilpancingo con el fin de conocer si efectúan la resistencia a través de los agregados pétreos a utilizar (tepojal y cenicilla), para determinar si cumplen con las normativas correspondientes. Específicos: - Realizar algunas pruebas a los agregados pétreos proporcionados por la fábrica para especificar qué tan aptos son para la trabajabilidad y determinar sus propiedades físicas y mecánicas. - Someter a observación los resultados obtenidos al ensayar cada una de las piezas a 3, 7 y 14 días de su elaboración, teniendo en cuenta el diseño que se está analizando. - Comparar los resultados con las normas mexicanas para saber si las piezas cumplen con la calidad requerida.

4 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, 2017 Metodología Para proceder con nuestra investigación iniciaremos con las pruebas básicas hacia los materiales empleados en la elaboración de especímenes de prueba de concreto ligero, dentro de ellos se encuentran el cemento, el agua y nuestros agregados pétreos (tepojal y cenicilla), los cuales fueron muestreados de la fábrica Prefabricados de Concreto La Bloquera, con el fin de examinar sus propiedades para la elaboración de piezas ligeras y evaluar si estas cumplen con los estándares de calidad requeridos por las normas mexicanas vigentes. Las pruebas a las que los materiales fueron sometidos son las siguientes: Tepojal (material empleado como agregado grueso del concreto ligero). - Granulometría. - Peso Volumétrico Suelto y Compactado. - Densidad. - Absorción. Cenicilla (material empleado como agregado fino). - Módulo de Finura. - Granulometría. - Peso Volumétrico Suelto y Compactado. - Absorción. - Densidad. Para obtener las muestras en el laboratorio se aplica el método de cuarteo, la muestra se toma simple o compuesta. Las pruebas deben de estar ligadas a las normas S.C.T. correspondientes. Cemento Portland tipo 1 Cruz Azul (material que forma con el agua una pasta plástica capaz de solidificarse con el aire). Sólo se registra el peso a ocupar en la mezcla, no se realizan pruebas de laboratorio, se toma en cuenta lo supuesto de que la calidad es controlada y verificada por el fabricante. Agua. Únicamente se registra el total de agua a utilizar para la mezcla. Todas las pruebas se llevaron a cabo en el laboratorio de materiales de la facultad de ingeniería.

5 Memorias del 4 Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017 Con estos materiales se elabora la mezcla para después proceder a la fabricación de esta misma, posteriormente es colocada en la maquina bloquera, para ser vertida en capas y a compresión en los moldes que se encuentran sobre una mesa vibratoria. Finalmente la resistencia a compresión se determina mediante ensayos de laboratorio en una maquina compresora, como todo elemento que contiene material cementico. El refrendado para los ensayos se basa en la norma NMX-C- 036-ONNCCE-2004 Para determinar la resistencia del bloque ligero se deben hacer los ensayos a los 3, 7 y 14 días de su elaboración, Maquina Compresora. Prueba a Tepojal. Tabla 1. Granulometría del tepojal. Malla Mat. Ret. Grs. % Mat. Ret. 1 1/ / / / Charola Total Resultados Una vez hechas todas las pruebas registramos todo lo obtenido.

6 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, 2017 Prueba.-1) Granulometría: Consiste en determinar la distribución de las partículas de diferentes tamaños por medio de cibras o tamices. Nos ayuda a conocer en forma aproximada la graduación y calidad del material. El tepojal es utilizado como agregado grueso por lo tanto no tiene Módulo de Finura. Tabla 2. Granulometría de la cenicilla. Malla Mat. Ret. Grs. % Mat. Ret. % Mat. Acum. % que pasa Charola Total Como la cenicilla es utilizado como agregado fino, obtenemos un Módulo de Finura de: 3.39 Prueba 2.-) Pesos Volumétricos Sueltos y Compactados: el suelto nos ayuda a determinar el peso del material (seco) por unidad de volumen, considerando los vacíos que quedan entre las partículas, mientras que el compactado nos determina el peso del material por medio de un proceso mecánico de compactación (varillado y por impactos) que los vacíos de las partículas han adquirido. Prueba a la Cenicilla.

7 Memorias del 4 Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017 Tabla 3. Pesos volumétricos tanto del tepojal como de la cenicilla. Material Peso Suelto Peso Compactado Tepojal kg/m kg/m 3 Cenicilla kg/m kg/m 3 Prueba 3.-) Absorción: con esta prueba se determina la cantidad de agua que pueden absorver los agregados. Tabla 4. Resultados de la absorción. Material % de Absorción Tepojal 62.03% Cenicilla 1.96% Prueba 4.- Densidad: permite determinar la densidad aparente sobre la base del peso tanto del tepojal y de la cenicilla en estado saturado y superficialmente seco. Tabla 5. Resultados de densidad. Material Densidad Tepojal 1.39 gr/cm 3 Cencilla 2.56 gr/cm 3 Prueba al Tepojal.

8 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, 2017 Prueba 5.- Registro de cemento. Se ocupa un total de Kg. Prueba 6.- Registro de agua. El agua a utilizar es potable y se ocupa un total de L. El análisis descriptivo de los resultados obtenidos en las pruebas aplicadas a las piezas de tabicon se muestran en la siguiente tabla. Utilización de la parrila. Tabla 6. Medidas descriptivas de las piezas conforme a su edad. Edad del concreto. Num. CS1 CL1 PC1 Peso. Área. Resistencia. F C: 3 Días. TL kg Días. TL kg Días. TL kg Como se podrá observar la resistencia de dichas piezas va aumentando conforme pasa el tiempo de su elaboración. Se han ensayado un total de 9 piezas, de las cuales 3 se ocuparon por cada dia a ensayar teniendo unos resultados similares. La resistencia de la combinación son muy semejantes, se mantienen los valores casi iguales entre una y otra repetición. Los resultados obtenidos se encuentran dentro del rango aceptable a una buena resistencia, por lo tanto cumplen con lo establecido con la norma NMX-C-036-ONNCCE.

9 Memorias del 4 Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017 Piezas Elaboradas. Muestreo. Método de Cuarteo. Conclusiones Con todo lo recaudado en esta investigación destaco que el tabicón ligero produciodo en La Bloquera, es de una excelente calidad. Los agregados pétreos que se utilizan para la fabricación de la mezcla influyen de manera significativa en la resistencia final del concreto debido al conocimiento de sus características físicas y mecánicas, gracias a esto se lleva a cabo un buen diseño de mezcla. El manejo de su mezcla se realiza de acuerdo a las normas establecidas para que se obtenga un estricto control de calidad, desde la selección de los materiales hasta su elaboración, curado y colocado de la mezcla, para asegurar su resistencia de servicio. Referencias bibliográficas Alfredo Cuevas, (2006), Tecnología del Concreto: Agregados Pétreos, Apuntes de Laboratorio de Ingeniería de Materiales, UAI-UAGro, México. - Norma Mexicana NMX-C-077, Industria de la Construcción Agregados Análisis Granulométrico Métodos de Prueba, Dirección de Normas, Secretaria de Comercio y Fomento Industrial, México.

10 Tlamati Sabiduría Volumen 8 Número Especial 2, Norma Mexicana NMX-C-165, Industria de la Construcción Agregados Masa Específica y Absorción de Agua del Agregado Métodos de Prueba, Dirección de Normas, Secretaria de Comercio y Fomento Industrial, México. - Norma Mexicana NMX-C-037-ONNCCE, Industria de la Construcción Bloques Ladrillos o Tabiques y Tabicones Resistencia a la Compresión Métodos de Prueba, Dirección de Normas, Secretaria de Comercio y Fomento Industrial, México.