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ESTUDIO DE LAS CARACTERISTICAS

DEL BLOQUE DE TIERRA COMPRIMIDA

INDUSTRIALIZADO

MARÍA ESTEVE CANTÓN Exp: 10118. 71670001T

Tutor: David Sanz Arauz.

TRABAJO FIN DE GRADO

Escuela Técnica Superior de Arquitectura.Universidad Politécnica de Madrid.

Madrid, Junio de 2016

Aula TFG 1. Coordinadores: Luis Moya y María Jesús Muñoz.

RESUMEN

54

El presente Trabajo de Fin de Grado continúa una línea de investi-gación centrada en el estudio de las características del bloque de tierra comprimida con voluntad de desarrollar nuevas soluciones constructivas eco-sostenibles. El empleo de tierra cruda como sistema constructivo presenta gran-des ventajas; entre ellas, bajo impacto medioambiental, capacidad de integración en el paisaje y reducción del consumo energético.Con el fin de superar los inconvenientes que presenta el empleo de la tierra como elemento constructivo y afianzar su valor como po-sible material para la edificación tanto en países subdesarrollados, donde las técnicas tradicionales de construcción con tierra están mucho más extendidas, como en países desarrollados, se utiliza el Bloque de Tierra Comprimida (BTC) para estudiar sus característi-cas y comportamiento frente a determinados agentes. Se ha llevado a cabo un análisis de las normativas internacionales, estudiando los ensayos propuestos por los diferentes Organismos Internacionales de Normalización para caracterizar la durabilidad y resistencia de los materiales de tierra. El conjunto de ensayos desarrollados en este trabajo, ha permitido comparar los resulta-dos obtenidos con los de otras investigaciones previas sobre este tipo de material, con los valores normalizados de un BTC por los diferentes Organismos Internacionales y con otros elementos cons-tructivos como el ladrillo caravista convencional. Con todo ello se establecerán unas conclusiones en lo referente a los objetivos del trabajo.

ABSTRACT

The current end-of-degree Project continues a research line focu-sed on the study of the attributes of the Compressed Earth Block, aiming to develop new eco-sustainable building solutions.The use of unbaked earth as building system has great advantages such as low environmental impact, landscape integration and lower energy consumption. In order to overcome the disadvantages shown on the use of earth as a building element and consolidate its value as building ma-terial, both undeveloped countries, where these traditional earth construction techniques are much more extended; and developed ones. It is used the Compressed Earth Block (BTC) for studying its properties and behaviour among different agents. It has carried out an analysis of international standards, studying the tests proposed by several International Organizations of Stan-dards in order to characterize the durability and strength of ear-th materials. Because of the great diversity and heterogeneity of the specifications found in the tests that are applied for the same purpose, we have developed devices versatile enough for the im-plementation of the proposed tests. The set of developed tests in this Project has allowed to compare the test results obtained with other values obtained from previous researches focused also in this material, the standard values for a CEB, determined by International Organizations and this some other building elements as traditional fired bricks.All of these data and research will help setting up the conclusions within the Project objectives.

CONTENIDO

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN

1.1 OBJETIVO.1.2 METODOLOGÍA DE TRABAJO.

CAPÍTULO 2 EL BLOQUE DE TIERRA COMPRIMIDA

2.1 DEFINICIÓN2.2 HISTORIA2.3 MATERIALES COMPONENTES DEL BTC

2.3.1 Tierra2.3.2 Arcilla2.3.3 Estabilizante

2.3.4 Agua2.4 PRODUCCIÓN2.5 CARACTERÍSTICAS2.5.1 Dimensiones2.5.2 Características Físicas2.5.3 Resistencia a compresión

CAPÍTULO 3 ESTADO DE LA CUESTIÓN

3.1 INVESTIGACIONES

CAPÍTULO 4 MATERIALES Y MÉTODOS4.1 BTC COMO MATERIAL DE ENSAYO4.2 MÉTODOS DE ENSAYO

4.2.1 Justificación de los ensayos propuestos4.2.2 Descripción de los procedimientos de ensayo

4.2.2.1 Absorción de agua por capilaridad4.2.2.2 Absorción de agua por inmersión total4.2.2.3 Resistencia a compresión

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4.2.2.4 Resistencia a flexión4.2.2.5 Determinación de la densidad real4.2.2.6 Determinación de la densidad aparente

CAPÍTULO 5 RESULTADOS

5.1 ABSORCIÓN DE AGUA POR CAPILARIDAD5.2 ABSORCIÓN DE AGUA POR INMERSIÓN TOTAL5.3 RESISTENCIA A COMPRESIÓN SECA5.4 RESISTENCIA A COMPRESIÓN HÚMEDA5.5 RESISTENCIA A FLEXIÓN SECA5.6 RESISTENCIA A FLEXIÓN HÚMEDA5.7 DENSIDAD REAL5.8 DENSIDAD APARENTE 5.10 OTRAS OBSERVACIONES 5.11 COMPARACIÓN CON OTROS MATERIALES

CAPÍTULO 6 CONCLUSIONES FINALES

CAPÍTULO 7 FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

AGRADECIMIENTOS

BIBLIOGRAFÍA

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CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

Figura 1. Arquitectura en tierra en el mundo. Imagen tomada del sitio : http://craterre.org/accueil:galerie-des-images. Fecha de actualización 23 de Junio de 2010.

Los países industrializados sufren una creciente tendencia hacia la utilización de técnicas de construcción in-sostenibles, como el hormigón armado y ladrillos cocidos. Siendo el sector de la construcción, uno de los principales sectores que produce más residuos y que consume más energía y recursos. Este echo, conduce a la necesidad de implantar sistemas alternativos que ayuden al cumplimiento de los objetivos de desarrollo soste-nible (ODS), que reduzcan la demanda energética y utilizar materiales renovables reutilizables. La tierra es el material de construcción natural más importante y abundante en la mayoría de las regiones del mundo. Según el Departamento de energía americano, el 50% de la población mundial vive en construcciones de tierra. Además, un 15% de las obras arquitectónicas declaradas por la UNESCO patrimonio de la humanidad están construidas en tierra.

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Los países industrializados sufren una creciente tendencia hacia la utilización de técnicas de construcción insos-tenibles, como el hormigón armado y ladrillos cocidos. Siendo el sector de la construcción, uno de los principa-les sectores que produce más residuos y que consume más energía y recursos. Este echo, conduce a la necesidad de implantar sistemas alternativos que ayuden al cumplimiento de los objetivos de desarrollo sostenible (ODS), que reduzcan la demanda energética y utilizar materiales renovables reutilizables. La tierra es el material de construcción natural más importante y abundante en la mayoría de las regiones del mundo. Según el Departamento de energía americano, el 50% de la población mundial vive en construcciones de tierra. Además, un 15% de las obras arquitectónicas declaradas por la UNESCO patrimonio de la humanidad están construidas en tierra. Hoy en día es el sistema de construcción más extendido en la mayoría de los países subdesarrollados, con recur-sos económicos precarios, ya que es un material de fácil acceso, ilimitado y de eficiencia altamente contrastada. Este tipo de arquitectura es fundamental para las sociedades que levantan sus viviendas mediante la autocons-trucción. Por ello, aparte de ser un factor económico fundamental para ellos, se convierte en un importante factor social y clave a la hora de hablar de su papel en la vida de estas poblaciones.La tierra posee muchas ventajas con respecto a otros materiales de construcción: Su inercia térmica regula con-siderablemente las temperaturas, mejorando las condiciones de confort sobre todo en zonas de clima extremo. Es un recurso ecológico y sostenible, es inagotable, no necesita energía de combustión para su extracción, producción de materiales o destrucción. Y es reutilizable. Así pues, la tierra cumple las bases para el desarrollo sostenible económico, social y ecológico.En los últimos años se ha desarrollado un interés creciente por este material, dando lugar a numerosas publica-ciones sobre estudios e investigaciones sobre la tierra como material sostenible de construcción.Estas investigaciones se centran tanto en el desarrollo de las antiguas técnicas de construcción: adobe y tapial entre otras. Como en el desarrollo de nuevos productos como el bloque de tierra comprimida, que por sus carac-terísticas y ventajas está cobrando una fuerza cada vez mayor, tanto en el campo de la investigación como en el mercado.Sin embargo todavía queda mucho camino por investigar en el ámbito de la construcción en tierra, ya que pre-senta ciertas problemáticas frente a la durabilidad y resistencia del material respecto a las inclemencias del agua y los terremotos. Muchas combinaciones de materias primas están siendo analizadas para ralentizar la corrosión de las piezas ante el agua y muchos tipos de estructuras están siendo usadas para observar sus mejoras ante la posibilidad de terremotos.

Para este trabajo se ha elegido la técnica del Bloque de Tierra Comprimido (BTC) por ser uno de los tipos de construcción en tierra más extendidos en países subdesarrollados, y ser una de las técnicas más normalizadas. En continuo proceso de investigación y desarrollo en la actualidad.

1.1. OBJETIVO

El objetivo de este trabajo es avanzar en la investigación y desarrollo de la técnica del bloque de tierra compri-mido en aras de potenciar su utilización como elemento de construcción sostenible en países desarrollados y subdesarrollados. El trabajo se enfocará en el estudio y comparación de las características y composición de bloques de tierra comprimida industrializados.

1.2. METODOLOGÍA DE TRABAJO

1. Se estudiarán y analizarán las características y propiedades determinadas del bloque de tierra comprimido según distintas fuentes.2. Estado de la cuestión: Se estudiarán las investigaciones publicadas hasta el momento sobre los bloques de tierra estabilizados y algunas investigaciones específicas sobre bloques de tierra industrializados.3. Ejercicio práctico: Se desarrollarán una serie de ensayos de caracterización sobre un BTC industrializado fabricado por la empresa francesa Lafarge. Se buscarán y estudiaran las normas de ensayo nacionales e interna-cionales para la realización de los ensayos. 4. Análisis y discusión de los datos obtenidos en los ensayos. Comparación de los datos obtenidos con las ca-racterísticas estandarizadas del bloque de tierra comprimido según las fuentes utilizadas y con otros materiales de construcción. 5. Elaboración de las conclusiones finales pertinentes tras el análisis y comparación de datos.

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CAPÍTULO 2. EL BLOQUE DE TIERRA COMPRIMIDA

2.1. DEFINICIÓNPieza para fábrica de albañilería generalmente con forma de parale-lepípedo rectangular, obtenida por compresión estática o dinámica de tierra húmeda, seguida de un desmolde inmediato, y que puede contener estabilizantes o aditivos para alcanzar o desarrollar las características particulares de los productos. [1]

Figura 03. Muro de BTC de La Boutique. Proyecto construído por

Arquitectura Sin Fronteras. 2013.

Figura 02 . Extensión del colegio en Gando (Burkina Faso). Fotografía de Erik-Jan Ouwerkerk .2005. Imagen tomada de: http://www.akdn.org/architecture/. Fecha de actualización Septiembre, 2008.

2.2. HISTORIALa tecnología del BTC es una evolución moderna de los antiguos métodos de construcción con tierra, como el bloque de tierra moldeado, común mente llamado adobe. Si bien la técnica de compactación de tierra tiene unos 5.000 años de antigüedad (principalmente en muros de tapial), la actual técnica del BTC es una técnica relativamente reciente. Surge en 1952 en Colombia, como un producto de investigación en el Centro Iberoamericano de la Vivienda (CINVA), para produ-cir materiales de construcción de bajo coste.De esta investigación nació la prensa cinva-ram, nombrada así por el centro de investigaciones y por el apellido del desarrolla-dor, Raúl Ramírez, con la que se produce el BTC. Desde los años 80 ha tenido gran difusión en todo el mundo. [2]

Figura 04 . Prensa Cinva-Ram

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2.3. MATERIALES COMPONENTES DE LOS BTC

En este apartado se van a describir las propiedades que tienen los materiales generalmente utilizados en la fabricación de los BTC y su relevancia en los mismos. Los materiales en cuestión son los siguientes: tierra, arcilla, estabilizantes y agua.

2.3. 1. Tierra

La tierra es el principal componente de los BTC. Es el elemento que da cuerpo y solidez al bloque. Está compuesta básicamente por áridos, limos y arcilla. La arcilla será estudiada en un apartado diferente a éste. Los áridos y los limos conforman el esqueleto resistente que soportan las cargas y evitan la fisuración. [3] Es fácilmente extraíble, pero no todos los suelos son igual de aptos para formar productos de construcción basa-dos en la tierra. Se deben desechar la capa superficial que contiene elementos orgánicos. [3]La granulometría del árido de la tierra también es importante a la hora de elegir suelo. Si la mezcla tiene un ex-ceso de arena se disgregará y no tendrá cohesión para resistir esfuerzos, mientras que si tiene escasez, tampoco soportará cargas debido a su falta de cuerpo. La plasticidad también es importante ya que debe estar moldeable en presencia de agua, pero sin disgregarse cuando ésta desaparezca. La plasticidad depende en gran medida de la arcilla que incorpore el suelo. Otra de las razones por las que la tierra es elegida como material de construcción para los cerramientos es su inercia térmica. La inercia térmica es la resistencia que presenta todo cuerpo a variar su temperatura, acumulando en su interior la energía térmica que reciben. Los cerramientos con alta inercia térmica tardan un tiempo mayor en adquirir o desprender el calor. Esto supone que para ciclos de día y noche, durante el día refresca la casa con el frío de la noche y durante la noche la calienta con el calor del día. [4]

2.3.2. Arcilla

La arcilla es una roca sedimentaria constituyente esencial de gran parte de los suelos y sedimentos. Es el componente que da plasticidad a los productos de tierra. Esta propiedad se debe a que el agua envuelve las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas. El suelo ya lleva incorporada cierta cantidad de arcilla, pero puede ser excesiva o insuficiente. La falta de arcilla supone una pérdida de cohesión. Por el contrario, un exceso en la cantidad de arcillas produce una pieza con pérdida de resistencia. [4]

2.3.3. Estabilizantes

Los estabilizadores mejoran las propiedades físicas del BTC, aumentando su resistencia, evitando la retracción durante el secado, evitando su erosión, impidiendo el alojamiento de insectos, mejorando la resistencia a la corrosión del agua [5]. Son productos que interaccionan con los elementos de la tierra mejorando sus caracte-rísticas en los aspectos antes señalados. Existen multitud de sustancias como ejemplos de estabilizantes: cal, yeso, cemento, resinas, polímeros, hidro-fugantes, impermeabilizantes, aceites, grasas, emulsiones asfálticas, ceras, sosa, orín, estiércol, yema de huevo, caseína, puzolanas, paja, pelo, crin, hierba, corteza de coco, algodón, nylon... [1,5,6] El cemento, la cal y el yeso son los estabilizantes más eficientes entre los que se pueden ser adquiridos fácil-mente. Sin embargo, necesitan más energía que el resto para ser producidos, especialmente el cemento, lo que paliaría un poco las características sostenibles de la construcción con tierra. [4]

2.3.4. Agua

El agua es el agente que permite que las reacciones químicas de los estabilizantes se generen y el elemento que hace que la tierra gane plasticidad, básicamente mediante su absorción por parte de la arcilla. Por lo tanto el agua es el componente que activa las propiedades de todos los demás para producir la pieza de tierra. La humedad óptima del bloque de tierra es la que consiga una mayor densidad del bloque [3]. La cantidad de agua vertida en la mezcla debe asegurar una plasticidad suficiente evitando dejar demasiado fluida la mezcla, provocando una disminución de la resistencia, o dejando disgregado el esqueleto, debido a una falta de cohe-sión entre las partículas. [4]

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2.4. PRODUCCIÓNManual sobre las características del BTC publicado por CRATerre, [7].

Los bloques de tierra comprimida se conforman en moldes (bloqueras) humedeciendo previamente la tierra se-leccionada antes de aplicarle la presión.El curado y secado se realizan de forma controlada, sin cocción, evitando la exposición directa al sol o al viento para minimizar la fisuración. Para evitar que la superficie del bloque pierda humedad demasiado pronto y la arcilla tienda a contraerse, produciendo grietas en la superficie.En la práctica se pueden aplicar plásticos o elementos vegetales para cubrir los bloques y asegurar un proceso de curación adecuado que conserve la humedad el tiempo necesario.La producción de los bloques de tierra comprimida puede considerarse similar a la de los bloques de tierra coci-dos, exceptuando evidentemente la fase de cocción. El proceso de fabricación depende tanto del marco sobre el que se realice: producción artesanal a menor escala, producción semi-industrializada o industrializada. Así como del medio y factores climáticos, sociales, técnicos y económicos.No existe un período o estación particularmente favorable o desfavorable para la producción de BTC si se aplican pequeñas medidas para proteger las zonas de secado y de producción en caso de lluvias o excesiva sequedad.Es importante tener en cuenta una serie de consideraciones antes de lanzarse a la producción de BTC:-Cantidad y tipo de estabilizante requerido.-Las propiedades del suelo y su idoneidad para la estabilización.-Los estándares constructivos del lugar y por consiguiente la calidad de los bloques requerida.-La capacidad de carga según el número de alturas que se quieran levantar.

Previamente a la producción de cada tirada de bloques, es muy importante saber la cantidad de humedad óptima que debe tener la mezcla, que determinará la densidad del bloque.Para ello se pueden llevar a cabo dos simples ensayos, directamente in situ:1. Se coge un puñado de la mezcla dispuesta para los BTC y se aprieta con la mano. La mezcla debería quedar en forma de bola compacta, y la mano debería quedar razonadamente seca y limpia.2. Deja caer la muestra sobre una superficie dura a una altura aproximada de un metro. Si la muestra:-Se desmenuza casi totalmente, es que no está lo suficientemente humedecida.-Al impactar contra el suelo, se aplasta de forma circular, es que está demasiado húmeda-Se rompe en 4 o 5 trozos, es el porcentaje de humedad de la mezcla se acerca los niveles óptimos de humedad.

CICLO DE PRODUCCIÓN

A continuación se describe el proceso de fabricación de bloques de tierra estabilizados con cemento o cal, de manera artesanal con ayuda de cualquier tipo de prensa.[7]

1. EXTRACCIÓN de la tierra de una cantera.2. SECADO mediante esparcimiento de la tierra en capas finas o por ciclones de aire caliente.3. MOLIENDA para desagregar las concreciones de arcilla.4. TAMIZADO para eliminar todos los elementos no deseados que queden tras la preparación general.5. DOSIFICACIÓN EN SECO de las cantidades de tierra necesarias, bien por peso o por volumen, en función de las proporciones de agua y de aditivos que se vayan a añadir.6. MEZCLA SECA para asegurar la máxima eficacia del estabilizante en polvo.7. MEZCLA HÚMEDA, una vez añadida el agua por aspersión, y que la masa esté bien mezclada8. DOSIFICACIÓN de la cantidad de masa necesaria para conseguir que el bloque tenga la densidad óptima necesaria.9. PRENSADO del compuesto.

10. DESMOLDE del bloque.11.CURADO húmedo, de duración variable según el clima y el tipo de estabilizante utilizado.12.SECADO, que permitirá alcanzar la calidad y propiedades deseadas.13.ALMACENAJE de los productos que ya están listos para su utilización.

Figura 05. Producción de BTC. [8]

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2.5. CARACTERÍSTICAS DEL BLOQUE DE TIERRA COMPRIMIDA

2.5.1. Tamaño de los bloques

A lo largo de la tradición de construcción con BTC se han a adoptado unas medidas compatibles con un peso entre 6 y 8 kg y que permitan la realización de muros de 15, 30 o 45 cm de espesor. Las dimensiones nominales más utilizadas hoy en día, que permiten que el bloque sea fácilmente manipulable son de 29 cm de largo, 14 de ancho y 9 cm de alto. [7]

2.5.2. Características físicas

Tabla 01. Características de los BTC estabilizados. Fuente: Auroville Earth Institute [9]

PROPIEDADES UNIDAD CLASE A CLASE B

Resistencia a compresión a los 28 días N/mm2 5 a 7 2 a 5

Resistencia a tracción a los 28 días N/mm2 1 a 2 0,5 a 1

Resistencia a flexión a los 28 días N/mm2 1 a 2 0,5 a 1

Resistencia a cortante a los 28 días N/mm2 1 a 2 0,5 a 1

Módulo de Young N/mm2 700 a 1000

Densidad aparente kg/m3 1900 a 2200 1700 a 2000

Coeficiente de expansividad térmica mm/mºC 0,10 a 0,015

Hinchamiento tras inmersión 24 horas mm/mºC 0,5 a 1 1 a 2

Retracción por secado mm/mºC 0,2 a 1 0,2 a 1

Permeabilidad mm/sec 1.10-5

Absorción de agua total % del peso 5 a 10 10 a 20

Calor Específico Kj/Kg 0,85 0,65 a 0,85

Coeficiente de conductividad térmica W/mºC 0,46 a 0,81 0,81 a 0,93

Coeficiente de transmisión de vapor % 5 a 10 10 a 30

Desfase térmico horas 10 a 12 5 a 10

Aislamiento acústico muros de 40 cm dB 50 40

Nota: Estos valores son los obtenidos para 5-10% de cemento y para fuerza compresión de fabricación de 2-4 MPa.

Tabla 02. Resistencia a compresión de varias técnicas de construcción en tierra. [10]

MATERIAL DENSIDAD RESISTENCIA A COMPRESIÓN

Adobe 1200-1500 kg/m3 0,53-1,72 N/mm2

Cob 1615 kg/m3 1 N/mm2

BTC 1700-2000 kg/m3 1 - 5 N/mm2

BTC estabilizado 1787,5 kg/m3 10,8 N/mm2

Tapial 1900-2200 kg/m3 3 - 4 N/mm2

Figura 06. Características del BTC y otros materiales de albañiletría. Fuente: CRATerre. [7]

2.5.2. Resistencia a compresión

La resistencia a compresión final de un BTC es muy variable. No depende sólo del tipo de tierra utilizado, sino del tipo y cantidad de estabilizante, la presión aplicada en el molde y las condiciones de secado. Los valores aceptables varían mucho según las condiciones y componentes de producción y las normativas de cada país.Por ejemplo:Según el manual de producción de BTC publicado por CraTerre [7] (Vicent Rigassi, Blocs de Terre Comprimée Volume I. Manuel de production n.d.) los bloques deben tener unos valores de resistencia a compresión com-prendidos entre 1-4 MPa. Según la normativa de construcción con tierra neozelandesa NZ 4297:1998. Estos valores deben comprenderse entre 1-5 MPa (valores en concordancia con los de la publicación de CRATerre).Estos datos no especifican si son para BTC estabilizados o no.

Otras fuentes sí se especifican valores concretos para BTC estabilizados, como por ejemplo:El Instituto de Tierra Auroville (Auroville Earth Institute) indica valores comprendidos entre 2-7 MPa, según la

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clase de bloque, [9]. O la ficha técnica del Bloque BTC Bioterre, del fabricante Grup Planas, que indica un valor de 10,8 MPa. [11]Sin embargo, estos valores de resistencia a compresión pueden ser mucho mayores en función del tipo de suelo y el tipo y cantidad de estabilizante. Hasta la fecha se han realizado ensayos y experimentos a nivel nacional e internacional relativos a la resistencia a compresión y a los componentes de los BTC. En el siguiente apartado se comentarán algunas de estas investigaciones.

Dado que la resistencia a compresión húmeda de un muro de BTC estabilizado es aproximadamente dos tercios de su resistencia en seco. Se debería recordar que, todos los ensayos de compresión deberían realizarse sobre mues-tras que hayan sido sumergidas en agua un mínimo de 24 horas, una vez finalizado el tiempo de secado estimado.

En este apartado se van a describir y comentar algunos de los ensayos y experimentos que se han desarrollado nacional e in-ternacionalmente hasta la fecha relativos a las características de los bloques de tierra comprimida industrializados, denominados “Unfrired Clay Bricks”; su durabilidad y resistencia en función a sus componentes y los beneficios medioambientales. El formato narrativo será relatar la metodología y conclusiones de cada inves-tigación para luego poder obtener unas conclusiones conjuntas.

CAPÍTULO 3. ESTADO DE LA CUESTIÓN

3.1. INVESTIGACIONES.

Stabilised unfired clay bricks for environ-mental and sustainable use.[12]Artículo escrito por J.E. Oti, J.M. Kinuthia, del equipo de investigación de la escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de Glamorgan. Este estudio, es uno de los primeros en comparar y analizar las propiedades de los Unfired Bricks frente los ladrillos cocidos tradicionales, y comparar la diferencia de consumo de energía y la emisión de CO2 entre ambos materiales. Los autores analizan dos pruebas experi-mentales de fabricación de unfired clay Bricks a escala industrial, llevados acabo en dos fábricas diferentes: Hanson Brick Company Ltd, Bedfordshire, UK y PD Edenhall Ltd, Bridgend, South Wales, UK.Los materiales utilizados en concreto para esta producción experimental fueron: Lower Oxford Clay (Arcilla) y un produc-to industrial como agente estabilizador llamado: Ground Granulated Blastfurnace

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Figura 08. Composición de una muestra de Unfired Clay Brick. [12]Notación:LOC –Lower Oxford Clay (arcilla) suministrada por: Hanson Brick Company Ltd, Stewartby, UK L1 – Quicklime (cal) suministrada por: Ty-Mawr Lime Ltd., Llangasty, Brecon, UKL2 – Hydraulic lime (cal hidráulica) suministrada por: Mawr Lime Ltd., Llangasty, Brecon, UKGGBS – Ground Granulated Blastfurnace Slag suministrada por: Civil and Marine Ltd, UK PC – Portland Cement (Cemento Portland) suministrado por: Lafarge Cement, UK

Figura 09. Unfired Clay Bricks. [12]

Figura 07. Dimensiones Unfired Clay Bricks [13]

Slag.El objetivo de esta investigación es la uti-lización del producto: Ground Granulated Blastfurnace Slag como principal agente para la estabilización de la tierra. Este ma-terial se ha usado extendidamente en la fabricación de hormigón para reducir las emisiones de carbono, pero no se había ex-plorado hasta entonces su potencial como sustituto del cemento para la estabilización de estos bloques.Los resultados de los análisis y ensayos demuestran una alta eficiencia energética, y apuntan a una alternativa económica y sos-tenible al ladrillo cocido.

Figura 10. Resistencia a compresión en función del tiempo de secado de las probetas de ensayo [12]

Engineering properties of unfired clay ma-sonry bricks [13]Artículo escrito por J.E. Oti, J.M. Kinuthia, del equipo de investigación de la escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de Glamorgan.Reseña sobre las propiedades de los Unfi-red Clay Briks, mencionados en el artículo anterior, fabricados en una primera tirada de prueba, por la empresa Hanson Brick Company, en Stewartby, Bedfordshire. La mezcla para la fabricación de los ladri-llos, se compone de: un producto industrial, disponible en la localidad, llamado Ground Granulated Blastfurnace Slag (GGBS), el cual se activa con cal o cemento Portland, combinado con un material arcilloso. El cemento Portland en este caso, a diferen-cia de otros BTC o otras piezas fabricadas en tierra, sólo se usa como agente regu-larizador. Otro dato de interés es que sólo se utilizó un 1,5% de cal para la activación del GGBS. Un porcentaje muy escaso para las cantidades que generalmente cualquier tipo de construcción exige contener. Por consiguiente, el precio final de estos ladri-llos crudos, se prevee en el artículo que sea bastante más bajo.

Figura 11. Coeficiente de absorción en función del tiempo de secado de las probetas de ensayo. [13]

Figura 12. Resistencia a compresión en función del tiempo de secado de las probetas de ensayo. [13]

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The use of stabilised Spanish clay soil for sustainable construction materials. [14]Artículo escrito por L. Miqueleiz, F. Ra-mírez, A. Seco, R.M. Nidzam, J.M. Kinu-thia, A. Abu Tair, R. Garcia, equipo de in-vestigación formado por el Departamento de Proyectos e Ingeniería Rural de la Uni-versidad Pública de Navarra, Pamplona; y la Unidad de investigación del Depar-tamento de ingeniería Civil de la Univer-sidad de Glamorgan, Pontypridd, Reino Unido.Este documento habla de las posibilida-des de la utilización de suelo arcilloso procedente de España, para producir Un-fired Clay Bricks. En este caso, la inves-tigación se centra en la producción de varias muestras cilíndricas con este suelo arcilloso añadiéndole tres tipos de aditi-vos comerciales para su estabilización: 1. Cemento Portland. 2.Cal hidráulica natural (NHL-5) y 3. Cal hidratada (CL-90-S).

Figura 13. Coeficiente de absorción en función del tiempo de secado de las probetas de ensayo. [14]


Potential use of stockpiled circulating flui-dized bed combustion ashes in manufac-turing compressed earth bricks (SCFBCA) [15]Artículo escrito por Chang-Seon Shon, Don Saylak, Dan G. Zollinger.Las SCFBCA son cenizas procedentes de combustiones no especificadas en el estu-dio. Se prendían utilizar en el experimento para comprobar si mejoraban las carac-terísticas de los BTC. Las probetas fueron fabricadas con tierra que se componía de 56 % arena, 21 % limo y 23 % arcilla en su mayor parte y se dejaron curar durante 28 días. Los ladrillos con mejores resultados fueron los compuestos con SCFBCA, ceni-zas volantes, cal y arena.Entre las probetas con adición de arena la mejor proporción era un 30 %, y con un 30 % de arcilla también se comportaban óptimamente. Sin embargo la adición de las SCFBCA hacía disminuir la resistencia y aumentar la absorción de agua. Al con-tario de las cenizas volantes, que mejora-ban esta características levemente. En las figuras 3.18 y 3.19 se puede observar estas conclusiones.El autor además se sorprende por la ma-yor resistencia a compresión que origina la mezcla con cal que con cemento, ambos en proporciones iguales, 3 %, en cada una de sus respectivas probetas. [4]

Figura 15. Resistencia a compresión según proporciones de arena o arcilla. [15]

Figura 16. Resistencia a compresión según composición de cemento, cal y ceniza volante. [15]

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Compressive strength testing of compres-sed earth blocks [16]En el estudio, se repasan varias investiga-ciones de probetas de BTC con cemento como estabilizante que han sido ensaya-das para comprobar su durabilidad y re-sistencia a compresión. El estudio se cen-tra en la influencia del factor de forma para la resistencia a compresión, sin embargo muestra un cuadro de la importancia de la cantidad de cemento como estabilizan-te en la propia resistencia a compresión (figura x). Donde se puede comprobar claramente la correlación positiva entre la cantidad de cemento aportada a la mezcla y la resistencia a compresión del bloque. [4]

Figura 17. Correlación entre el cemento y la resistencia a compresión. [16]

En este apartado se exponen la justificación de los ensayos elegi-dos y se desarrolla una metodología de ensayo aplicada para cada uno de los ensayos realizados en este trabajo, en función a los medios disponibles en el laboratorio de Materiales de la ETSAM y del tiempo disponible para la elaboración de este trabajo.

CAPÍTULO 4. MATERIALES Y MÉTODOS

3.1. EL BLOQUE DE TIERRA COMPRIMIDO COMO MATERIAL DE ENSAYO

A continuación se pasará a comentar el bloque de tierra comprimi-da (BTC) utilizado para este trabajo. Por cuestiones de confiden-cialidad exigida por la empresa suministradora no se ha podido adjuntar la ficha técnica ni informar del contenido exacto de esta-bilizante aplicado.

El equipamiento y los procesos productivos de este tipo de bloque han sido desarrollados a nivel industrial por la empresa franco-sui-za LafargeHolcim’s. Este tipo de bloque, denominado DuraBric, de dimensiones 220 largo mm X110 anchura mm (ajustable) X39 alto mm , está estabilizado con un 5-8% de cemento, consiguiendo mayor durabilidad, resistencia al agua y una mejor estética que con la utilización de ladrillos tradicionales. La empresa LafargeHolcim lanzó DuraBric como una reinvención de la mezcla de tierra y cemento, para ofrecer un acercamiento innovador a la producción de bloques de tierra estabilizados con cemento y una solución constructiva económica y respetuosa con el medio ambiente para hacer frente a la demanda de la creciente población en ciudades y zonas rurales, como es el caso de Malawi. [17]

Figura 18. Vivienda en Malawi. Lafarge. http://www.solu-tions-and-co.com/wp-content/uploads/2015/10/x14-Durabri-c_-Credits-Jacob-Kushner-2.jpg.pagespeed.ic.KlexIEhX9s.jpg [18]

Figura 19. Producción de los bloques DuraBric. Prensa Cin-va-Ram. Lafarge. http://www.solutions-and-co.com/wp-content/uploads/2015/10/x14-Durabric_-Credits-Jacob-Kushner-3.jpg.pagespeed.ic.a0CWUuM-9Y.jpg [18]

Lafarge ha suministrado estos bloques DuraBric para el taller de bóvedas tabicadas desarrollado en la ETSAM dentro del Taller Ex-perimental de Historia de la Construcción. Donde se emplearon estos bloques para la construcción de un prototipo experimental de la bóveda diseñada por Carlos Martín Jimenez para el proyecto Droneport diseñado por Norman Foster en Rwanda.imagenNorman Foster lanzó esta propuesta para un puerto de Drones en África para reforzar la red de distribución de cargamentos médicos, alimentos y kits de emergencia a áreas remotas con grandes difi-cultades de accesibilidad por tierra. El proyecto consiste en una serie de bóvedas tabicadas revestidas con bloques de tierra comprimida, diseñadas para que sólo el en-cofrado básico y la presa para la fabricación de los ladrillos sean exportados a terreno. El resto de las materias primas utilizadas, como los componentes para la producción de los bloques son ob-

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Figura 20. Modelo a escala 1:1 de la estructura del puerto de drones.Bienal de Venecia, 2016. Carlos Martín Jiménez. Norman Foster. https://scontent-mad1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13265930_274440146234183_305088071029233378_n.jpg?oh=4cd9f730f722aac53de2116cc-929815c&oe=57D55729

Figura 21. Proyecto Puerto de Drones. Foster & Partners. http://www.fosterandpartners.com/media/2072140/Img3.gif. [

4.2. MÉTODOS DE ENSAYOLa normativa de edificación con tierra es bastante autónoma y mu-chas veces se describen procedimientos de ensayos propios de técnicas constructivas con tierra, como los ensayos de erosión [20]. También se encuentran muchas referencias a normas nacio-nales de otros campos del conocimiento, sobre todo en lo referente a preparación y clasificación de suelos. Por ejemplo, para el ensa-yo de absorción del agua en los bloques de tierra comprimida se citan normas nacionales referentes a otros materiales de construc-ción como el ladrillo. [21,22,1] Los ensayos de resistencia a comprensión consideran indicado-res de calidad de las piezas de tierra, pero con propuestas muy poco comparables entre ellas. Si nos centramos en el ensayo a comprensión de los BTC nos encontramos con dos alternativas: ensayar el bloque partido y apilado, caso de normas brasileñas [23] y norma francesa [22] o en ensayar la pieza completa como en el caso de la norma española [1]. Es obvio que la presencia del mortero añaden un nuevo parámetro al cálculo de la resistencia a compresión.Existen también ensayos relacionados con el esfuerzo cortante me-diante comprensión diagonal [24] o ensayos de resistencia a trac-ción con modulo de rotura o a la tracción por flexión de elementos individuales [25,26,24,27][28]

4.2.1. Justificación de los ensayos propuestos

El presente trabajo se centra en aquellos ensayos que ayuden a caracterizar la resistencia física y el compor-tamiento frente al agua de los bloques DuraBric en función de los medios disponibles en el laboratorio de materiales de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura y del tiempo habilitado para la realización del trabajo.Según el Código Técnico de la Edificación [29], el comportamiento de los edificios frente al agua, se caracteriza mediante el estudio de las propiedades hídricas de los productos de construcción que componen sus cerramien-tos. Por ello, se ha decidido realizar los ensayos de absorción de agua por capilaridad [g/( m2. s)] y el ensayo de absorción a largo plazo por inmersión total (%). La absorción en los materiales de tierra puede aumentar la susceptibilidad a la aparición de grietas, al daño mecánico con pérdida indirecta de materia, aparición de eflorescencias, etc. La succión se refiere a la velocidad de absorción y tiene gran importancia en la adherencia de la pieza con el mortero [30]. Valores altos de succión pueden originar fisuras por las que pase el agua a través del muro en periodos de lluvia relativamente cortos. El estudio de las características mecánicas de los bloques de tierra comprimido (BTC) a través de los ensayos de compresión es de gran interés para este tipo de técnicas con tierra. La realización de este ensayo, junto con los ensayos de absorción de agua nos permitirán comparar los resultados de estos bloques específicos con los valores estándar asociados a un BTC; a otros materiales de tierra como el adobe y a otros materiales de cons-trucción como el ladrillo cocido caravista.Para complementar el grupo de ensayos realizados en este trabajo, se ha llevado a cabo el ensayo de flexión uti-lizado habitualmente para piedra natural para la determinar la resistencia de un pavimento de baldosas de piedra natural [31]. Este tipo de ensayo es interesante para el estudio de la resistencia al viento o a fuerzas de anclaje que pueda tener este tipo de BTC.Finalmente se realizan ensayos para la determinación de la densidad real y aparente de los bloques.

2928

4.2.2. Descripción de los procedimientos de ensayo

4.2.2.1. Absorción de agua por capilaridad

PROCEDIMIENTO GENERALSe debe utilizar el procedimiento y el mismo equipo que se espe-cifica en la norma española [1, 35] Se secan los bloques en la estufa a 70 ºC± 5 ºC, la masa cons-tante se alcanza, si durante el proceso de secado sucesivos efec-tuados en 24 h de intervalo, la pérdida de masa entre dos pesadas no supera 0.1% de la masa total. Se dejan enfriar a temperatura ambiente. Se efectúa el ensayo colocando el BTC sobre los cuatro soportes, con un nivel de agua que rebase el bloque en 5 mm ± 1 mm. Se seca el bloque (eliminando el agua superficial) y se pesa. Para los bloques que presenten un dibujo regular sobre las dos caras, se tendrá en cuenta la superficie desarrollada. En los demás casos, no se tendrán en cuenta las irregulares de la superficie en el cálculo del área. Este ensayo se aplica para materiales de tierra en varias normas internacionales de tierra, como son la norma africana [33], la nor-ma colombiana [34] la norma no experimental francesa [22] y la norma española [1] En la figura 23 se resumen las especificaciones para este ensayo.

Figura 22. Esquema de ensayo de absorción por capilaridad se-gún norma UNE 41410 [1]

Figura 23. Especificaciones del ensayo de absorción por capilaridad según normas internacionales [28]

El número de probetas a ensayar varía según la norma citada, des-de tres muestras a seis muestras. La norma colombiana y la norma experimental francesa aconsejan 3 ó 6, dependiendo de las condiciones de entrega del lote, si los resultados individuales obtenidos sobre los tres bloques son conformes con las especi-ficaciones dadas en el lote, no se deben ensayar más. En caso contrario el número de bloques a ensayar serán seis. Este ensayo se realiza para conocer la velocidad de absorción por capilaridad de los bloques que normalmente se usan para para-mentos exteriores cara vista [35] o en ambientes húmedos [34]. Para ensayarlos las piezas deben conservarse al menos 24 horas en el laboratorio, para un posterior secado en estufa (70 ºC) hasta que la pérdida de masa entre dos pesadas no supera 0.1% de la masa total. El tiempo de inmersión en todas las ocasiones se determina para diez minutos. Y para todas las normas de tierra el cálculo del coe-ficiente de absorción “Cb”, se realiza con la expresión (figura 24)donde:-M es la masa del agua absorbida por el bloque durante el ensayo, en gramos. -S es la superficie de la cara sumergida, en centímetros cuadrados. -t es la duración de inmersión del bloque, en minutos. Donde t = 10 minutos.

El número de probetas a ensayar oscila entre tres y seis, según las normas citadas anteriormente. Respecto a la interpretación y eva-luación de los resultados obtenidos con el coeficiente absorción “Cb”, no todos los documentos realizan una clasificación de los resultados obtenidos, únicamente en la norma colombiana [34] y la norma experimental francesa [22], hacen referencia a dos cate-gorías de bloques de tierra según los valores del coeficiente “Cb”, bloques débilmente capilares (Cb≤20) y bloques poco capilares (Cb ≤40).

3130

Figura 24. Fórmula para el cálculo del coeficiente de absorción

4.2.2.2. Absorción de agua por inmersión total

El ensayo de absorción de agua se define en las normas interna-cionales como “water absorption” [26] o “total water absorption” [20] para bloques de tierra comprimida o adobe estabilizados. El procedimiento de ensayo propuesto consiste en secar los bloques hasta masa contante en estufa (masa seca del bloque), introducir las probetas de ensayo en un recipiente que permita la inmersión total de estas. Dejar sumergidas las muestras a temperatura am-biente durante 24 horas. Sacar muestras retirando el agua superfi-cial y finalmente pesar el bloque (masa saturada). El cálculo del valor de absorción de la muestra, se calcula con la expresión (figura 25).donde:-Md, es la masa de la probeta después del secado (g).-Ms, es la masa de la probeta después de la inmersión (g).-W, es el porcentaje de absorción de agua de la probeta (%).

En la norma española de tierra este procedimiento de ensayo no se ha sido incorporado, pero si es utilizado en otros materiales para la edificación como el ladrillo de arcilla cocida, especificado en la norma UNE EN 772-21 [36] En la figura 24 se muestra un resumen de las normas internaciona-les de tierra que aplican el ensayo descrito, donde se exponen el número de muestras a ensayar y los criterios de evaluación utiliza-dos para la aceptación de la muestras para cada uno de los casos.

Figura 26. Resumen del ensayo de absorción por inmersión total en normas internacionales. [28]

Figura 25. Fórmula oara el cálculo del procentaje de absorción

4.2.2.3. Resistencia a compresión

Este ensayo se aplica para materiales de tierra en varias normas internacionales de tierra, como son la norma colombia-na [34], la norma experimental francesa [22], la norma española UNE 41410 [1] el conjunto de normas NBR brasileñas [23] y la norma africana [33]Existen diferencias notables en los proce-dimientos de ensayo e interpretación de resultados según la norma de cada país. En la tabla 03 se resumen las especifica-ciones para este ensayo.

NORMAS INTERNACIONALES NTC 5324 y XP P13-901 UNE 41410 NBR ARSO 1996

Tipo de Muestra bloque partido unido mediante junta de

mortero. bloque entero

bloque partido unido mediante junta de

mortero.

bloque entero

Nº de muestras 8 sin especificar

13 bloques por lote sin especificar

Junta de mortero apa de mortero de cemento de 10 mm de espesor máximo

sin especificar

sin especificar sin especificar

Aplicación de carga

Velocidad de carga constante 0,02 mm/s o lo correspondiente a un

aumento de presión 0.15-0.25 MPa/s

según norma UNE 772- 1:2011.

500 N/s (30 kN/min) sin especificar

Valores de compresión

1-6 MPa según clases 1 ,3-5 MPa según clases

mayor a 2 N/mm2

mayor a 2/3/6 N/

mm2, según categorías

Acondicionamiento

superficie sin especificar

sin especificar

sin especificar

sin especificar

Tabla 03. Resumen especificación ensayo de compresión según normas internacionales.

La norma española UNE 41410:2008 indica seguir el procedimien-to descrito en la Norma UNE-EN 772-1:2011: Métodos de ensayo para fábrica de albañilería. Parte 1. Esta norma sigue un método de ensayo a pieza completa que exige una preparación específica de las probetas para un mortero concreto. Las piezas de ensayo son un nuevo bloque en estad experimental, con una porosidad específica muy pequeña y para poder realizar el ensayo tal y como se indica en la norma habría que abrir otra inves-tigación para ver cuál o cuales serían las características de mortero más adecuadas para este tipo de bloques industrializado. En base a esto, en este trabajo se optará por realizar una serie de ensayos a compresión simple sobre bloque entero en seco y en húmedo, sin ceñirse a una norma concreta.Procedimiento general:Se secan los bloques en la estufa a 70 ºC± 5 ºC. Se efectúa el en-sayo colocando el BTC sobre la plataforma de rotura. Sobre la cara superior se coloca una pletina de acero de dimensiones 10x10, sobre la que se aplicará la carga.

3332

4.2.2.4. Resistencia a flexión

En este caso se utilizará como referencia la norma UNE-EN 12372: Métodos de ensayo para piedra natural. Determinación de la resis-tencia a la flexión bajo carga concentrada. [31]. Procedimiento general:El ensayo se realiza sobre bloque completo sin ningún tipo de acondicionamiento de las superficies.La norma especifica que la distancia entre los rodillos de apoyo “l” debe ser igual a cinco veces el espesor de la pieza de ensayo. [31]Figura 27. Diposición de carga de la probeta.

4.2.2.5. Determinación de la densidad real.

Para este trabajo se aplicará el método del volumenómetro:Para determinar la densidad, se introduce una cantidad determina-da, pesada en gramos, de muestra pulverizada y seca en el volu-menómetro, que previamente contenía una determinada cantidad de líquido(agua, xileno, etc) enrasada en Vi. En este instante, se experimenta un incremento de nivel de la columna de agua hasta Vf. Al disponer éste de una regla graduada, el volumen real será la diferencia de ambas lecturas.A partir de los datos obtenidos, se calcula la densidad de la mues-tra aplicando la fórmula (Figura 28).Figura 28. Fórmula para el cálculo de la densidad real.

4.2.2.6. Determinación de la densidad aparente.

El procedimiento de ensayo propuesto consiste en secar los blo-ques hasta masa contante en estufa (masa seca del bloque), intro-ducir las probetas de ensayo en un recipiente que permita la inmer-sión total de estas. Dejar sumergidas las muestras a temperatura ambiente durante 24 horas.

El cálculo de la densidad aparente de la muestra, se calcula con la expresión si-guiente:

ρ aparente= Pseco / (Psat –Psum)

CAPÍTULO 5. RESULTADOS

El ensayo se aplicará conforme a la norma española UNE 41410 [1]Procedimiento: Se utilizarán tres bloques secados en es-tufa a 70 ºC ± 5 ºC, hasta masa cons-tante. Se someterá cada bloque a 10 min de inmersión. A cada intervalo propuesto de 1,3,5 y 10 (minutos), se secará eliminan-do previamente el agua superficial y se tomará el peso de la muestra, siguiendo las indicaciones de la norma.El material de ensayo utilizado es el dis-ponible en el laboratorio de Materiales de la ETS Arquitectura.Se calculará el coeficiente de absorción “Cb” según las normas internacionales de tierra. Posteriormente se compararán los resultados obtenidos con los valores teóricos ideales para un BTC y con otros materiales de construcción (adobe, ladri-llo, bloque de hormigón...) siguiendo las especificaciones de sus normas corres-pondientes.

3534

Figura 29. Ensayo succión capilar

5.1. ABSORCIÓN DE AGUA POR CAPILARIDAD

PROBETA 1 PROBETA 2 PROBETA 3 TIEMPO (seg.) P TIEMPO (seg.) P TIEMPO (seg.) P

60 4,20 60 3,95 60 3,65 180 5,73 180 5,42 180 4,97 300 6,56 300 6,32 300 5,84 600 7,93 600 7,59 600 7,12

Tabla 04. Resumen incremento de peso de las probetas.

Figura 30. Gráfico increpemnto de peso en función del tiempo de las tres probetas.

Tabla 05. Valores del coeficiente de absorción Cb.

Las normas internacionales de tierra, que incluyen este ensayo no siempre realizan una interpretación de los resultados, caso de la norma UNE 41410 [1]. Sin embargo la norma experimental fran-cesa XP P13-901 [22] o la norma colombiana NTC 5324 [34] si clasifican los bloques según el coeficiente de absorción “Cb”.- Bloques débilmente capilares si Cb≤20.- Bloques poco capilares si Cb≤ 40.

Según esta clasificación, los resultados obtenidos para los bloques de tierra comprimida de Lafarge indican que son bloques muy dé-bilmente capilares.

Los valores del ensayo de absorción por capilaridad obtenidos son los siguientes:

MUESTRA INCREMENTO DE PESO (g) S UPERFICIE (cm2) Cb (g/cm2min0,5)

BLOQUE 1 6,56 42,9 0,048 BLOQUE 2 6,32 42,51 0,047 BLOQUE 3 5,84 42,51 0,043

VALOR MEDIO 0,046

El procedimiento a seguir es el propuesto por las normas IS 1725 [21], NBR 8492 [23, ARS 683 [33], KS 02-1070 [26] y SLS 1382-1 [20]. Todas ellas difieren en el número de bloques que se deben ensa-yar, en este caso se ensayarán tres probe-tas, siendo la propuesta mas desfavorable.Procedimiento: Se secan los bloques hasta masa contan-te en estufa (masa seca del bloque), se introducen las probetas de ensayo en un recipiente que permita la inmersión total. Posteriormente se dejan sumergidas las muestras a temperatura ambiente durante 24 horas. Una vez finalizado el tiempo de inmersión, se obtiene el peso sumergido de cada bloque. Finalmente se sacan las muestras retirando el agua superficial y se pesa el bloque (masa saturada). A partir de estos datos, sabiendo la masa seca del bloque, se obtendrán los valores de la densidad aparente de estos. Posteriormente se compararán los resul-tados obtenidos con los valores estanda-riados del BTC y con otros materiales de construcción (adobe, ladrillo).El material de ensayo utilizado es el dis-ponible en el laboratorio de Materiales de la ETS Arquitectura.

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5.2. ABSORCIÓN DE AGUA POR INMERSIÓN TOTAL

MUESTRAS M ASA SECA Md(g) MASA SATURADA M S(g) ABSORCIÓN TOTAL W S(%)

BLOQUE 1 1890 1937 2,5 BLOQUE 2 1834 2049 11,7 BLOQUE 3 1902 2014 5,9

Valor medio 6,7 Tabla 06. Resultados de absorción de agua por inmersión total de los BTC.

Los valores de la absorción por inmersión de los bloques obtenidos son los siguientes:

En la tabla se pueden ver que los resultados obtenidos son muy dispersos, lo que nos indica que los bloques no tienen una com-posición homogénea. Según las especificaciones del código técnico de la edificación, bloques con valores de absorción ≥ 19%, son piezas que solo pueden usarse en exposiciones moderadas y únicamente se so-meterán a exposiciones severas, siempre y cuando se prevea una protección de la fábrica (CTE).

En este caso de ensayo, los bloques DuraBric presentan valores muy bajos de absorción debido a su contenido en arcilla y cemen-to. El resultado medio obtenido es inferior al rango habitual de los ladrillos de cara vista (8%) utilizados en la edificación. Siendo importante remarcar que según el CTE, los bloques que se aproximen al rango habitual de los ladrillos cara vista no tienen limitaciones de usos en fachadas exteriores.

5.3. RESISTENCIA A COMPRESIÓN EN SECO

El procedimiento aplicado no se rige a nin-guna norma en concreto. Se realizará un ensayo a compresión simple con tres pro-betas de pieza completa sin ningún tipo de preparación previa de las superficies.Procedimiento:Se secan los bloques hasta masa constan-te en estufa. Se coloca la muestra sobre la plataforma de rotura. Sobre la cara superior se coloca una pletina de acero de dimen-siones 10x10, sobre la que se aplicará la carga.Una vez finalizado el ensayo se obtiene el valor de la resistencia a compresión de cada muestra. Posteriormente se compararán los resul-tados obtenidos con los valores estanda-riados del BTC y con otros materiales de construcción (adobe, ladrillo).El material de ensayo utilizado es el dispo-nible en el laboratorio de Materiales de la ETS Arquitectura.

Figura 31. Rotura de la probeta. Ensayo de compresión

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Los valores de la resistencia a compresión en seco de los bloques obtenidos son los siguentes:

Nº de ensayo Carga máxima (T) Carga máxima (N) Área Bruta (mm2) Resistencia a compresión (N/m m2)

Ensayo 1 2 9,2 286354,2 10000 28,6Ensayo 2 2 6 254972,9 10000 25,5Ensayo 3 2 5 245166,3 10000 24,5

Valor medio 26,2

En la tabla se pueden ver que los resulta-dos obtenidos son valores muy altos de resistencia a compresión, con respecto a los valores que indica el Instituto de Tierra Auroville o CRATerre, mencionados en el apartado sobre las características del BTC.Sin embargo, se han dado casos de ensa-yo con distintos componentes y propor-ciones de estabilizante que dan valores más altos de resistencia a compresión. A continuación se presentan algunos casos mencionados en el apartado de estado de la cuestión:

1. En el artículo : The use of stabilised Spanish clay soil for sustainable construction materials.[14]Se muestra un gráfico con los distintos valores de resistencia a compresión en función del componente estabilizador de cada probeta.Al final del período de curación, la probeta compuesta con un 18% de cemento port-land alcanza un valor entre 15-20 N/mm2(Ver gráfico de la figura 32)

2. La investigación: Potential use of stockpiled circulating flui-dized bed combustion ashes in manufac-turing compressed earth bricks (SCFBCA) [15], sobre el uso de ceniza para mejorar las características del BTC mencionada en el apartado de casos de estudio.En esta investigación, se alcanzan valores de resistencia a compresión de hasta 40 MPa. (Ver gráfico de la figura 33)


Tabla 07. Valores de resistencia a compresión seca.

Figura 33. Resistencia a compresión según composición de cemento, cal y ceniza volante. [15]

3. La investigación: Compressive strength testing of compres-sed earth blocks [16]

En esta investigación se muestra en un cuadro la importancia de la cantidad de cemento como estabilizante en la propia resistencia a compresión y se puede com-probar claramente la correlación positiva entre la cantidad de cemento aportada a la mezcla y la resistencia a compresión del bloque. En el gárfico de la figura 34 se ve que con una proporción de cemento del 14% apro-ximadamente se alcanzan valores de resis-tencia a compresión superiores a 18 MPa.

Figura 34. Correlación entre el cemento y la resistencia a compresión. [16]

Figura 35. Detalle de la forma de rotura de la probeta.

El procedimiento a seguir es el mismo aplicado en el ensayo de compresión en seco, utilizando el mismo número de pro-betas. Se secan los bloques hasta masa contan-te en estufa (masa seca del bloque), se introducen las probetas de ensayo en un recipiente que permita la inmersión total. Posteriormente se dejan sumergidas las muestras a temperatura ambiente durante 24 horas. Una vez finalizado el tiempo de inmersión se saca la muestra retirando el agua su-perficial y se coloca sobre la plataforma de rotura siguiendo el mismo proceso que en el ensayo de compresión seco. Una vez finalizado el ensayo se obtiene el valor de la resistencia a compresión de cada blo-que.

4140

Tabla 07. Valores de resisrencia a compresión húmeda.

El exceso de agua, provoca una disminución de la resistencia jus-tificando la obtención de valores más reducidos, pero todavía muy superiores con respecto a los valores determinados para el BTC mencionados en el apartado anterior.

5.4. RESISTENCIA A COMPRESIÓN EN HÚMEDO

Los valores de la resistencia a compresión en húmedo de los blo-ques obtenidos son los siguentes:

m2) Nº de ensayo Carga máxima (T) Carga máxima (N) Área Bruta (mm2) Resistencia a compresión (N/m

Ensayo 1 1 4 137293,1 10000 13,7 Ensayo 2 1 6,3 159848,4 10000 16,0 Ensayo 3 1 3 127486,5 10000 12,7

Valor medio 14,2

5.5. RESISTENCIA A FLEXIÓN EN SECO

Procedimiento:Se realiza según el ensayo de determina-ción de la resistencia a la flexión bajo carga concentrada propuesto en la norma espa-ñola UNE 12372 [31]Se secan los bloques hasta masa cons-tante en estufa. Se coloca el bloque sobre los rodillos de apoyo. Según la norma, la distancia entre los rodillos de apoyo l, debe ser igual a cinco veces el espesor. El espesor de los bloques es de 39 mm. La distancia de separación entre los rodillos debe ser de:l= 39 mm x 5 = 195 mm (aproximada-mente 200 mm)Una vez colocada la muestra se aplica la carga.Una vez finalizado el ensayo se obtiene el valor de la resistencia a flexión de cada blo-que. Posteriormente se compararán los resul-tados obtenidos con los valores estanda-riados del BTC y con otros materiales de construcción (adobe, ladrillo).El material de ensayo utilizado es el dispo-nible en el laboratorio de Materiales de la ETS Arquitectura.

Figura 36. Ensayo de flexión

4342

El procedimiento a seguir es el mismo aplicado en el ensayo de flexión en seco, utilizando el mismo número de probetas. Se secan los bloques hasta masa contan-te en estufa (masa seca del bloque), se introducen las probetas de ensayo en un recipiente que permita la inmersión total. Posteriormente se dejan sumergidas las muestras a temperatura ambiente durante 24 horas. Una vez finalizado el tiempo de inmersión se saca la muestra retirando el agua su-perficial y se coloca sobre los rodillos de apoyo, colocados a la misa distancia que para el ensayos a flexión en seco. Una vez colocada la muestra se aplica la carga.Una vez finalizado el ensayo se obtiene el valor de la resistencia a flexión de cada bloque.

Los valores obtenidos en el ensayo se muestran en la tabla 08.

En la tabla se pueden ver que los resul-tados obtenidos son valores muy bajos, pero entran dentro de los estándares del BTC estabilizado (0,5 a 2 N/mm2) según el Instituto de Tierra Auroville. Tabla 08. Valores de resistencia a flexión seca.

Nº de ensayo Carga máxima (N) L (mm) a (mm) b (mm) b2 (mm) Resistencia a flexión (N/mm2)

Ensayo 1 9 71 200 110 40,0 1600 0,8 Ensayo 2 1192 200 110 40,0 1600 1,0 Ensayo 3 1083 200 110 40,0 1600 0,9

Valor medio 0,9

5.6. RESISTENCIA A FLEXIÓN EN HÚMEDO


Nº de ensayo Carga máxima (N) L (mm) a (mm) b (mm) b2 (mm) Resistencia a flexión (N/mm2)

Ensayo 1 608 200 110 4 0,0 1600 0,5

Ensayo 2 745 200 110 4 0,0 1600 0,6

Ensayo 3 890 200 110 4 0,0 1600 0,8

Valor medio 0,6Tabla 09. Valores de resistencia a flexión seca.

Figura 37. Rotura a flexión

5.7. DENSIDAD REAL. MÉTODO DEL VOLUMENÓMETRO

Para la realización de este ensayo, se apro-vechan fragmentos de una bloque de en-sayo utilizado para la determinación de la resistencia a compresión. Estos fragmentos se pulverizarán durante 40 minutos en un molino de bolas.Una vez pulverizada la muestra, se pasará por el tamiz 500, para obtener una muestra al tamaño adecuado. De esa mezcla se pe-sarán 50g. Se vierte agua destilada en el volumenó-metro hasta enrasar el nivel de agua con la marca de 0 ml de la regla graduada del aparato y se anota la primera lectura. Se in-troduce en el volumenómetro los 50 g de muestra, en este instante, se experimenta un incremento de nivel de la columna de agua hasta Vf y se anota la segunda lectura. El volumen real será la diferencia de ambas lecturas.Una vez finalizado el ensayo se obtiene el valor de la densidad real del bloque. Posteriormente se compararán los resul-tados obtenidos con los valores estanda-riados del BTC y con otros materiales de construcción (adobe, ladrillo).El material de ensayo utilizado es el dispo-nible en el laboratorio de Materiales de la ETS Arquitectura.

FIGURA 38. Muestra pulverizada en el molino de bolas.


MUESTRA Peso seco (g) Volúmen (ml) D ensidad (g/cm3)

MUESTRA 1 50 2 2,4 2,2

!

Los resultados obtenidos entran dentro de los valores recomenda-dos para un BTC por CRATerre [2], 1,7-2,2 g/cm3, y de los valores recomendados para un BTC estabilizado por el Instituto de Tierra Auroville [9] 1,9-2,2 g/cm3

Tabla 10. Valores densidad real.

Para la realización de este ensayo se utili-zarán tres muestras a pieza completa. Se secan los bloques hasta masa contante en estufa (masa seca del bloque) y se pesan. Se introducen las probetas de ensayo en un recipiente que permita la inmersión total. Posteriormente se dejan sumergidas las muestras a temperatura ambiente du-rante 24 horas. Una vez finalizado el tiempo de inmersión se pesa la muestra sumergida, se saca la muestra retirando el agua superficial y se vuelve a pesar para obtener el peso satu-rado.Una vez finalizado el ensayo se obtiene el valor de la densidad real del bloque.

4544

Tabla 11. Valores de la densidad aparente.

Posteriormente se compararán los resultados obtenidos con los va-lores estandariados del BTC y con otros materiales de construcción (adobe, ladrillo).El material de ensayo utilizado es el disponible en el laboratorio de Materiales de la ETS Arquitectura.


Nº probeta Peso seco (g) Peso saturado (g) Peso sumergido(g) Densidad (g/cm3)

Probeta 1 1890 1937 1025 2,1 Probeta 2 1834 2049 1094 1,9 Probeta 3 1902 2014 1075 2,0

Valor medio

2,0

5.9. OTRAS OBSERVACIONES

A partir de una muestra de uno de los trozos de bloque tras la rotura producida por el ensayo de compresión se puede identificar e interpretar con la vista algún componente del bloque:Las partículas de color rojizo pueden ser un indicador de presencia de fragmentos de ladrillo cocido, pudiendo incrementar la resistencia de estos bloques.

5.8. DENSIDAD APARENTE

Figura 39. Detalle de un fragmento de muestra

Después del período de secado estufa du-rante 24h se aprecian unas manchas blan-cas en la superficie del bloque que pueden ser un indicador de presencia de algún por-centaje de cal, además del cemento utiliza-do como estabilizante.

A partir de una muestra de uno de los trozos de bloque tras la rotura producida por el ensayo de compresión se puede identificar e interpretar con la vista algún componente del bloque:Las partículas de color rojizo pueden ser un indicador de presencia de fragmentos de ladrillo cocido, pudiendo incrementar la resistencia de estos bloques.

Después del período de secado estufa durante 24h se aprecian unas manchas blancas en la superficie del bloque que pueden ser un indicador de presencia de algún porcentaje de cal, además del ce-mento utilizado como estabilizante.

6.10. COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS CON OTROS MATERIALES

Tabla 12. Características de varios materiales.

CARACTERÍSTICAS UNIDADES Bloque de

ensayo (DuraBric)

BTC estabilizado

BTC Adobe Ladrillo cocido caravista

DIMENSIONES cm 2 2x11x4 2 9,5x14x9 2 9,5x14x9 4 0x20x10 22x10,5x6,5 DENSIDAD APARENTE

kg/m3 2000 1900-2.200 1.700-2.200 1.200-1.500 1.200-1.900

COEFICIENTE DE ABSORCIÓN POR INMERSIÓN TOTAL (%)

% 6,7 - - 0.1–0.2

RESISTENCIA A COMPRESIÓN

N/mm2 26,2 2 a 7 1 a 4 0,53 a 1,72 1.5–32

RESISTENCIA A FLEXIÓN

N/mm3 0 ,9 0,5 a 2 - 0 a 0,075 -

Referencias

Valores obtenidos a partir de los

ensayos

Auroville [x] CRATerre [x] Bauluz, G.; Bárcena, P (1992) [x]

F. M. Fernandes et al. (2006) [x]

5 -10

Figura 40. Bloque DuraBric

CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES

Definición del panorama normativo internacional obtenido a través de normas encontradas para el estudio de este Trabajo de Fin de Grado:

El bloque de tierra comprimida es la técnica constructiva con tierra con mayor grado de normalización del pano-rama normativo internacional referente a la caracterización del bloque. Son normas de producto que extienden su campo de aplicación a la descripción de los procedimientos de en-sayo.

Gran diversidad y heterogeneidad en los procedimientos de ensayo que se aplican a los materiales de tierra.

Definición de las características de los bloques DuraBric, suministrados por LafargeHolcim’s :

Son bloques estabilizados.

Por su coeficiente de absorción se trata de un bloque débilmente capilar y de baja higroscopicidad (0,046 g/m2.min0,5). Absorción total (Ws) baja y con valores muy dispersos. Mezcla de componentes no homogénea.

La resistencia a compresión es notablemente mayor (26,2 N/mm2) comparado con los valores estimados para un BTC sin estabilizar (1-4 N/mm2). Este dato puede indicar alto porcentaje de cemento y/o alto contenido en arena, como se ha visto en los casos de ensayo comentados en el trabajo.

La resistencia a flexión es baja (0,9 N/mm2). Es un valor dentro de los valores de las características proporcio-nados por el Instituto de Tierra Auroville (0,5-2 N/mm2 ).

Los valores de densidad aparente y real son aceptables (2,0 y 2,2 g/cm2). Están dentro de los valores definidos por Instituto de Tierra Auroville y CRATerre. Este dato indica una humedad óptima en la mezcla utilizada para la fabricación del bloque, que es lo que consigue una mayor densidad.

4746

Las conclusiones de este trabajo están relacionadas con los ob-jetivos propuestos al principio del mismo. Según los resultados obtenidos y discutidos en el apartado anterior, las conclusiones obtenidas del estudio son las siguientes:

En cuanto a los resultados discutidos en este trabajo, se debería abrir una vía para el estudio de los morteros óptimos para este tipo de bloque. Ya que al tener valores higroscópicos y de coeficiente absorción muy bajos, un mortero convencional no se adhiere al bloque. Se obtendrían resultados muy interesantes, ya que aparen-temente es un material muy resistente a compresión y con bastante durabilidad frente al agua.

En lo referente a aspectos no estudiados en este trabajo, deberían aplicarse más ensayos para comprobar la durabilidad real de los BTC, como el ensayo de erosión por caída de agua o por pulveriza-do de agua a presión.

Todos estos estudios aumentarían el conocimiento sobre la idea fundamental de este trabajo, que es la mejora de las características de los BTC , sobre todo para mejorar su durabilidad frente al agua.

CAPÍTULO 7. FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

AGRADECIMIENTOS

4948

En primer lugar a mi tutor, David Sanz Araúz, por llevar mi Trabajo Fin de Grado y guiarme en todo momento sobre lo que he nece-sitado. En segundo lugar al técnico del laboratorio de materiales Antonio Prieto, que me ha aconsejado y ayudado durante la producción de los ensayos. También quería agradecer a Carlos Martín, de Crea Restauración de Bienes Culturales, por facilitarme los BTC para los ensayos.Y finalmente a mis compañeros y amigos de la carrera y a mi fami-lia por todo el apoyo recibido.

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