ESTUDIO ESTUDIO DE LA CAPILARI CAP ILARIDAD DAD EN MURETES MURETES DE LADRILLOS DE ARCILLA ARTESANALES E INDUSTRIALES Cruz Cruz Quiroz, Victor Victor Manuel; Diose Diosess Zapa Zapata, ta, Briam Eduardo; Gómez Gil, Diego Alonso; Ordinola Sancarranco, Yamir
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Resumen Este trabajo tiene por finalidad comparar el comportamiento de dos tipos de unidades de albañilería utilizados frecuentemente en la construcción tanto en el medio local como el nacional: los ladrillos de arcilla de fabricación artesanal y ladrillos ladrillos de arcilla arcilla de fabricación industr industrial. ial. Se evaluó el comportamiento de los ladrillos cuando entran en contacto con agua; para esto esto el parámetro parámetro que que se midió dió fue la altu altura ra capil capilar y el peso que que ganan anan debido debido a la cantidad de agua absorbida, para esto se construyeron muretes de 4 ladrillos cada uno que representen a escala los muros construidos comúnmente en los diversos proyectos constructivos, posteriormente éstos se colocaron en contacto con agua y se realizaro realizaronn las mediciones mediciones corresp correspondientes ondientes por interva intervalos. los. El proceso incluye caracterización y diversos ensayos a todos los materiales que intervienen en el murete, con la intención de luego determinar qué factores son determinantes en los resultados, para esto; al inicio de plantean diversas hipótesis para ser poster posteriiormente ormente comprobada comprobadas. s.
2 Introducción Es necesario tener claros dos conceptos para poder relacionarnos y diferenciarlos en este trabajo, el concepto de capilaridad y porosidad. Porosidad es la capacidad de un material de tener entre sus partículas poros, a menor tamaño de las partículas menor será la porosidad y viceversa; por su parte la capilaridad es la propiedad de un material que le perm permite retener rete ner agua agua entre las partícu partículas las (1) . La Ley de Jurin(2) , nos traduce que la altura alcanzada por un líquido en un conducto capilar es directamente proporcional a la tensión superficial e inversamente proporcional a su diámetro, por lo que los materiales con una alta tensión capilar y el poro más pequeño, si reciben suficiente aporte de agua harán que el zócalo capilar alcance mayor altura, podemos concluir entonces que la porosidad porosidad de un materi aterial, al, en especi especial el tamañ tamañoo y la distr distriibuci bución ón de sus sus poros, es decir si éstos están interconectados y forman un camino que permite la ascensión del agua, serán un factor determinante para la capilaridad de éste y por lo tanto determi dete rminará naránn la altura altura capil capilar ar que éste alcanzará alcanzará al entrar en contacto contact o con c on agua. (3) En cuanto a la arcilla, su porosidad en la arcilla varía dependiendo el tipo de ésta, de la consistencia más o menos compacta que adopte el cuerpo cerámico después de la cocción. Las arcillas que cuecen a baja temperatura presentan un índice más elevado de absorción debido a que son más porosas. Durante la etapa de cocción de los ladrillos de arcilla industriales se alcanzan temperaturas cercanas a los 1000°C, 1
mientras que en la fabricación de los artesanales la temperatura de cocción es menor. (4) En base a la información detallada anteriormente se ha establecido la siguiente hipótesis: la altura capilar en los muretes de ladrillo de arcilla industrial será mayor que en los muretes de ladrillo de arcilla artesanal; dicha hipótesis se dará como válida o nula cuando se obtengan los resultados del trabajo. Además se ha planteado la siguiente hipótesis secundaria: la absorción de los muretes de ladrillo artesanal será mayor que los muretes de ladrillo industrial, por lo tanto el peso ganado será mayor en los muretes de ladrillo artesanal.
3
Materiales 3.1
Ladrillos 3.1.1 Industriales Se utilizaron 15 ladrillos de arcilla de fabricación industrial tipo King Kong de 18 huecos, los cuales fueron adquiridos en Sodimac. 3.1.2 Artesanales Se utilizaron 15 ladrillos de arcilla de fabricación artesanal, los cuales fueron adquiridos en una zona próxima al terminal hacia Chulucanas en Piura.
3.2
Cemento Se utilizó una bolsa de Cemento Antisalitre MS, marca Pacasmayo; el cual es un cemento de resistencia moderada a los sulfatos y de moderado calor de hidratación, fue adquirido en Sodimac.
3.3
Arena gruesa Se utilizó arena gruesa natural de partículas angulosas, libre de materia orgánica y sales, proveniente de una cantera de Chulucanas.
3.4
Agua El agua utilizada fue potable la cual se obtuvo en el LEMC (Laboratorio de Ensayo de Materiales de la Universidad de Piura), apta para el tipo de trabajo que se realizó.
3.5
Instrumentos de trabajo Los instrumentos de trabajo utilizados tales como bateas, tazones, balanzas, etc., fueron prestados por el LEMC (Laboratorio de Ensayo de Materiales de la Universidad de Piura).
2
4
Metodología 4.1
Materiales 4.1.1 Ensayo de dimensionamiento Se realizó un ensayo de dimensionamiento a ambos tipos de ladrillo, de acuerdo a lo estipulado en la NTP 399.613. Este tipo de ensayo consistió en medir el largo, ancho y espesor de los ladrillos en cada una de sus caras de 10 unidades representativas de cada tipo de ladrillo. Los resultados obtenidos se detallan en el Anexo 1. 4.1.2 Ensayo de absorción Se realizó un ensayo de absorción a ambos tipos de ladrillo según lo estipulado en NTP 399.619. Los especímenes de prueba consistieron en 5 medias unidades de cada tipo de ladrillo las cuales se partieron manualmente, éstas no se utilizaron para construir los muretes. Una vez partidas las unidades, se colocaron en el horno por 24 horas, a una temperatura constante en un rango de 90°C a 110°C. Posteriormente se retiraron del horno y se pesaron. Luego se sumergieron en una batea con agua potable, de manera que los especímenes queden totalmente cubiertos. Se dejaron reposar por 24 horas. Transcurrido ese tiempo, se retiraron del agua y se pesaron, para obtener su peso saturado. La diferencia de pesos en condición saturada y seca, se expresa como porcentaje del peso en condición seca, obteniendo el porcentaje de absorción. Los resultados obtenidos se detallan en el Anexo 2.
4.1.3 Ensayo de granulometría Se realizó un ensayo de granulometría de la arena gruesa según lo estipulado en la NTP 339.128. y NTP 400.012., con la de finalidad determinar en forma cuantitativa la distribución de las partículas del suelo de acuerdo a su tamaño y forma. Estos parámetros fueron necesarios para garantizar una buena adherencia del agregado y compactación con el mortero. Los resultados obtenidos se detallan en el Anexo 3. 4.2
Preparación de especímenes 4.2.1 Arena La arena gruesa utilizada fue tamizada previamente con el tamiz N°4, de esta manera es apropiada para la realización del mortero.
4.2.2 Mortero El mortero se preparó en una proporción de 1 en 5 de cemento y arena respectivamente, las unidades de agua se fueron agregando hasta lograr la consistencia necesaria. 4.2.3 Muretes Se construyeron 3 muretes de cada tipo de ladrillo 4 ladrillos cada uno. Cada ladrillo se humedeció antes de ser colocado, luego se espació el mortero sobre el ladrillo con un grosor de aproximado de 3
2 cm. para luego proceder a colocar el siguiente ladrillo. Los muretes se dejaron seca al aire libre una semana antes de empezar las mediciones.
4.3
Mediciones Para empezar con las mediciones, los 6 muretes fueron colocados en bateas con agua potable a una altura de 5 cm. medida con los ladrillos dentro. Las mediciones de altura capilar y peso de los muretes se realizaron en intervalos determinados.
4.3.1 Altura capilar La altura capilar en los muretes se midió con una wincha desde la base de los ladrillos contenidos en la batea con agua. Se realizaron 4 mediciones en las 4 caras de los ladrillos para luego obtener un promedio
4.3.2 Peso de los muretes La determinación del peso de los muretes se realizó en una balanza apropiada para este tipo de trabajo con una precisión de 100 gramos, los muretes se retiraron de la batea y se llevaron a la balanza registrando su nuevo peso en cada intervalo. Para poder comparar ambos tipos de ladrillo se determinó la variación del peso del murete antes de ser colocado en la batea y el nuevo peso. 5
Resultados Ladrillos industriales 20
r ) a s l i o p r t 10 a e c m a í r t n 0 u t e l c A (
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Medición Promedio
Murete 1
Murete 2
Murete 3
Gráfica 1
Ladrillos artesanales 20
r ) a s l i o r 10 p t a e c m a í r t 0 n u t e l c ( A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Medición Promedio
Murete 1
Murete 2
Murete 3
Gráfica 2
4
La Gráfica 1 y la Gráfica 2 denotan la dispersión de las alturas capilares de los 3 muretes de los dos tipos de ladrillos, se grafica la altura capilar de cada murete en cada medición y además se dibuja la línea que indica el promedio de las alturas capilares. Se puede observar que la dispersión de las mediciones en relación al promedio es baja, por lo tanto se puede tomar el promedio de las alturas capilares de los 3 muretes en cada medición para estudiar los resultados, es decir, el promedio es representativo.
Ladrillos industriales ) 18,5 s o 18 m a r 17,5 g o l i 17 k ( e t 16,5 e r u 16 m o s e P
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Medición) Promedio
Murete 1
Murete 2
Murete 3
Gráfica 3
Ladrillos artesanales 14 ) ) s 12 o m10 a r 8 g o l i 6 k ( 4
e t 2 e r u 0 m o s e P
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Medición Promedio
Murete 1
Murete 2
Murete 3
Gráfica 4
La Gráfica 3 y la Gráfica 4 denotan la dispersión de los pesos de los 3 muretes de los dos tipos de ladrillos, se grafica el peso de cada murete en cada medición y además se dibuja la línea que indica el promedio de los pesos. Se puede observar que la dispersión de las mediciones en relación al promedio es baja, por lo tanto se puede tomar el promedio de los pesos de los 3 muretes en cada medición para estudiar los resultados, es decir, el promedio es representativo.
5
20 ) 18 s o r t 16 e m14 í t n 12 e c ( r 10 a l i 8 p a 6 c a r 4 u t l A 2
Industriales Artesanales
0 0
50000
100000 150000 200000 250000 300000
Tiempo (segundos)
Gráfica 5
La Gráfica 5 compara la altura capilar promedio de los muretes en centímetros y el tiempo transcurrido en segundos, ambas escalas son normales. Significa que la altura capilar aumenta conforme transcurre el tiempo, se observa que los ladrillos industriales alcanzan una mayor altura capilar que los artesanales. En los primeros minutos la altura capilar aumenta rápidamente, sin embargo aproximadamente a las 2 horas de estar en contacto con agua, la tasa de aumento de la altura capilar en los muretes disminuye hasta acercarse a 0 cuando se alcanza una altura máxima a los 3 días. 20 ) 18 s o r t 16 e m14 í t n 12 e c ( r 10 a l i 8 p a c 6 a r 4 u t L A 2
Industriales Artesanales
0 1
10
100
1000
10000
100000 1000000
Tiempo (segundos)
Gráfica 6
La Gráfica 6 compara la altura capilar promedio de los muretes en centímetros y el tiempo transcurrido en segundos, la escala vertical es normal mientras que la escala horizontal es una escala logarítmica de base 10 con el propósito de poder apreciar mejor los resultados. Significa que en los primeros minutos la altura capilar en los muretes de ladrillo artesanal es mayor que los muretes de ladrillo industrial, esta tendencia se mantiene hasta aproximadamente 20 minutos de estar en contacto con agua, luego la altura capilar en los muretes de ladrillo industrial es mayor así también su tasa de crecimiento es mayor que la de los muretes de ladrillo artesanal; luego de trascurridos 3 días, ésta termina siendo mayor. 6
) 20 s o 18 r t e 16 m í t 14 n e 12 c ( r 10 a l i 8 p a 6 c a 4 r u t 2 L A
0 0
100
200
300
400
500
600
(segundos) Gráfica 7
La Gráfica 7 compara la altura capilar promedio de los muretes en centímetros y la raíz cuadrada del tiempo transcurrido en segundos, ambas escalas son normales. Esta gráfica permite observar las dos fases mencionadas en la Gráfica 5 y la Gráfica 6 ya que se puede apreciar que al inicio la altura capilar de los muretes de ladrillo artesanal es mayor que en los muros de ladrillo industrial, siguiendo en el tiempo se produce un “quiebre” y la altura capilar industrial pasa a ser mayor que la artesanal, luego se observa la tasa de aumento de la altura capilar disminuye hasta acercarse a 0, cuando se alcanza la máxima. 1,4
) s o 1,2 m a r 1 g o l i 0,8 k ( o d 0,6 a n a 0,4 g o s 0,2 e P
Industriales Artesanales
0
0
50000 100000 150000 200000 250000 300000
Tiempo (segundos)
Gráfica 8
La Gráfica 8 compara el peso ganado promedio de los muretes en kilogramos y el tiempo transcurrido en segundos, ambas escales son normales. Significa que el peso ganado de los muretes de ladrillo artesanal terminando siendo mayor al de los muretes de ladrillo industrial. El peso ganado de ambos tipos de ladrillo aumenta rápidamente en los primeros minutos, aproximadamente a las dos horas de estar en contacto con el agua la tasa de aumento del peso disminuye sin embargo los muretes de ladrillo artesanal siguen ganando peso hasta los 3 días en que fueron hechas las mediciones mientras que los muretes de ladrillo industrial alcanzan su peso máximo aproximadamente a los 2 días.
7
1,4
) s o 1,2 m a r 1 g o l i 0,8 k ( o d 0,6 a n a 0,4 g o s 0,2 e P
Industriales Artesanales
0 1
10
100
1000
10000
100000 1000000
Tiempo (segundos)
Gráfica 9
La Gráfica 9 compara el peso ganado promedio de los muretes en kilogramos y el tiempo transcurrido en segundos, la escala vertical es normal y la escala horizontal es logarítmica de base 10 con el propósito de apreciar mejor los resultados. Significa que los muretes de la ladrillo industrial ganan más peso que los de ladrillo artesanal aunque la diferencia es apenas de 0.03 kilogramos, esto es 30 gramos; sin embargo a partir de aproximadamente 30 segundos el peso ganado de los muretes de ladrillo artesanal pasa a ser mayor que los de industrial, así también la tasa de aumento de su peso es mayor conforme transcurre el tiempo cuyo, el peso máximo no se alcanza a los 3 días en que se hicieron las mediciones por lo que probablemente este seguirá aumentando; por el contrario el peso ganado de los muretes de ladrillo industrial si está muy cerca del máximo a los 3 días.
1,4 1,2
) s o m 1 a r g o l i 0,8 k ( o d 0,6 a n a g o 0,4 s e P
Industriales Artesanales
0,2 0 0
100
200
300
400
500
600
(segundos) Gráfica 10
La Gráfica 10 compara el peso ganado promedio de los muretes en kilogramos y la raíz del tiempo transcurrido en segundos, ambas son escalas normales. Esta gráfica permite observar las dos fases mencionadas en la Gráfica 8 y la Gráfica 9Gráfica 6 ya que denota 8
el rápido aumento del peso ganando en los primeros segundos de ambos tipos de ladrillo siendo mayor el de los artesanales, también se observa que la tasa de variación del peso ganado disminuye en los ladrillos industriales pero sin embargo aumento en los artesanales.
6
Conclusiones
7
La hipótesis principal es válida ya que de acuerdo a los resultados la altura capilar de los muretes de ladrillo industrial es mayor que en los muretes de ladrillo artesanal. Igualmente la hipótesis secundaria planteada es válida ya que el peso ganado de los muretes de ladrillo artesanal termina siendo mayor al ganado por los muretes de ladrillo industrial. Así también se puede comprobar que la absorción es un factor determinante en la capilaridad de los ladrillos, ya que la mayor altura capilar ocurre en los ladrillos que tienen la menor absorción que son los ladrillos industriales de acuerdo al ensayo de absorción realizado a las unidades. Se puede concluir que la distribución de los capilares de los ladrillos industriales forman una red tal que permite la circulación y ascensión del agua a través de éstos, además el diámetro de estos es un factor determinante para la altura capilar ya que mientras menor sea el diámetro mayor es la ascensión. Los muretes de ladrillo artesanal ganan más peso porque absorben mayor cantidad de agua debido a que su porcentaje de absorción es mayor. La mayor porosidad de los ladrillos artesanales les permiten alcanzar un mayor porcentaje de absorción ya que tienen suficientes poros, es decir suficientes espacios vacíos para ser ocupados por el agua absorbida.
Bibliografía y referencias
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http://www.efn.uncor.edu/departamentos/divbioeco/anatocom/Biologia/Ecologia/suel o.htm (2)
http://www.uv.es/piefisic/w3demos/castellano/catalogo/demos/demo37/demo37.pdf
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http://humipro.com/?page_id=196
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http://ladrillos.es/como-se-fabrican-los-ladrillos/
LÓPEZ OROZCO, Juan Orlando. Porosidad del concreto – Trabajo de graduación, Universidad de San Carlos de Guatemala, Ingeniería Civil, enero 2004. ARQHYS, Architects Site (recurso en línea) http://www.arqhys.com//arcilla-propiedades.html
9
Metodología del diagnóstico de humedades de capilaridad ascendente y condensación higroscópica. Tesis doctoral, Soledad García Morales – Universidad Politécnica de Madrid 2008 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. Vol 34. n° 196 octubre/noviembre/diciembre 1984
8
Anexos 8.1
Anexo 1 Resultados ensayo de dimensionamiento Ladrillos artesanales Unidad 1 Promedio 2 Promedio 3 Promedio 4 Promedio 5 Promedio 6 Promedio 7 Promedio
Largo (mm) 200.1 200.9 200.6 199.8 200.35 201.8 201.1 203 201.6 201.875 194.6 196.4 194.6 198.7 196.075 198.3 201.6 200.5 199.4 199.95 200.8 203 201.8 199.3 201.225 199.7 203.8 198.6 200 200.525 195 198.6 202.2 192.1 196.975
Altura (mm) 70.3 70.2 69.4 71.5 70.35 68.2 69.7 68.4 69.3 68.9 76 72.9 72.6 76.7 74.55 75.5 71.8 70 79 74.075 73.2 73.4 75.7 71.7 73.5 69.3 67.4 70.1 72.2 69.75 72.4 73.8 73.9 71.1 72.8
Ancho (mm) 112.1 110.25 110.25 107.4 110 107.2 109.3 107 111.6 108.775 112 107.3 115 108.8 110.775 107 110.3 110.4 102 107.425 110.9 108.9 106 108.4 108.55 111.9 109.7 106.1 108 108.925 108.7 111.4 107.2 110.8 109.525
10
8 Promedio 9 Promedio 10 Promedio
199.8 198.7 201.7 201.6 200.45 197.5 197 193.6 199.6 196.925 199.5 195.4 197.3 197.2 197.35
73.5 75.3 74 73.6 74.1 73.9 72 72 76 73.475 70 69.5 69.8 72.9 70.55
107.8 103.9 108.6 104.6 106.225 108.3 106.4 106.9 109.8 107.85 106.4 106.4 105.8 113.7 108.075
Ladrillos industriales Unidad 1 Promedio 2 Promedio 3 Promedio 4 Promedio 5 Promedio 6 Promedio
Largo (mm) 231.6 232 232 230.5 231.525 232.2 234.2 229.7 232.5 232.15 235.6 234.6 234.1 234.2 234.625 235.9 234.5 230.1 234.4 233.725 234.5 233.6 233.9 234.6 234.15 234 233 234.3 233.5 233.7
Altura (mm) 90.9 88.8 87.7 89.8 89.3 89.1 87.7 90.6 86.6 88.5 91.9 88.6 89.7 88 89.55 86.6 90.5 86.9 89.4 88.35 88.5 92 89 88.3 89.45 89.4 92.2 87.3 90.4 89.825
Ancho (mm) 122.3 119.6 120 119.5 120.35 119.6 118 118.3 118 118.475 121 120.2 121 121.9 121.025 120.3 120.9 120.2 124 121.35 119.4 120.6 121.6 120.6 120.55 121.5 120.8 122.4 120.3 121.25
11
7 Promedio 8 Promedio 9 Promedio 10 Promedio
8.2
233 234.9 234.2 234 234.025 236.6 235.1 235.1 237 235.95 237.4 234.8 235.8 235.6 235.9 233.5 233.6 233.7 233.1 233.475
88.6 89.7 89.3 92.4 90 88.7 90.5 92.5 90.4 90.525 91.6 89.4 91.5 90.4 90.725 88.4 89.4 89.2 88.3 88.825
120.9 121.8 120.6 123.5 121.7 124 120.9 121.3 123.5 122.425 122.9 121 120.4 121.4 121.425 124.4 124.3 122.4 125.7 124.2
Anexo 2 Resultado ensayo de absorción UNIDAD
INDUSTRIALES
ARTESANALES
1 2 3 4 5 Promedio 1 2 3 4 5 Promedio
PESO SECO (gr.) 2564 2555 2527 2570 2598 2562.8 1880 1888 1899 1792 1902 1872.2
PESO SATURADO (gr.) 2925 2919 2878 2932 2967 2924.2 2304 2179 2238 2151 2370 2248.4
ABSORCIÓN (%) 14.08 14.25 13.89 14.09 14.20 14.10 22.55 15.41 17.85 20.03 24.61 20.09
12
8.3
Anexo 3 Resultados ensayo de granulometría y curva granulométrica
ABERTURA (mm)
TAMIZ ASTM
CONTENIDO (gr)
2.38 1.19 0.59 0.297 0.149 0.074
8 16 30 50 100 200 FONDO TOTAL PESO INICIAL PÉRDIDA
47.3 90.1 95.8 80.9 61.9 23 2.2 401.2
RETENIDO RETENIDO PASA PARCIAL TOTAL (%) (%) (%) 12 12 88 22 34 66 24 58 42 20 78 22 15 93 7 6 99 1 1
401.7 0.5
Curva Granulométrica 100 90 ) % ( A S A P E U Q E J A T N E C R O P
88
80 70
66
60 50 42
40 30
22
20 10
7 1
0 10
1
0,1
0,01
ABERTURA (mm)
13
8.4
Anexo 4 Fotografías del proceso
Foto grafía 1 . Ensayo de dimensionamiento
Foto grafía 2 . Ensayo de dimensionamiento
Fotografía 3 . Tamizado de aren a
14
Fotografía 4 . Ensayo de a bsorci ón
Foto grafía 5 . Preparación del mortero
Foto grafía 6 . Preparación del mortero
15
Foto grafía 7 . Construcción de muretes
Fotografía 8 . Con strucci ón de muretes
Foto grafía 9 . Construcción de muretes
16
Foto grafía 1 0. Muretes
Fotografía 1 1. Colo caci ón de muretes en con tacto con agua
Fotografía 1 2. Colo caci ón de muretes en con tacto con agua
17