Embarazada a los 17

Embarazada a los 17

Los materiales alternativos estabilizados y su impacto ambiental

Los materiales alternativos estabilizados y su impacto ambiental

Alternative materials stabilized and their environmental impact

Rubén Salvador Roux Gutierrez¹, Víctor Manuel García Izaguirre² yJosé Adán Espuna Mujica³

¹ Jefe de Investigación, Universidad Autónoma de Tamaulipas, México. E-mail: rroux33@hotmail.com

² Secretario Técnico, Universidad Autónoma de Tamaulipas, México.

³ Centro de Proyectos Medio Ambientales, Universidad Autónoma de Tamaulipas, México.

Recepción: 01-11-2013
Aceptación: 19-05-2014

Resumen

El presente trabajo es resultado de investigaciones desarrolladas a partir de la experimentación de materiales alternativos para la edificación, en especial, relacionado con Bloques de Tierra Comprimida (BTC), que han sido estabilizados con hidróxido de cal y cemento, buscando cumplir con las Normas Mexicanas, en el apartado referente a materiales para uso en mampostería de las edificaciones y así corroborar que estos materiales cumplen con requisitos de calidad, al igual que los materiales convencionales, aunado a la realización del análisis de ciclo de vida (ACV) en dos poblaciones de BTC's estabilizados con cementantes, buscando determinar su impacto ambiental y finalmente poder contrastarlos con las bases de datos existentes de materiales convencionales.

Palabras clave: Materiales alternativos, estabilización, impacto ambiental.

Abstract

The present work is result of researches developed from the experimentation of alternative building materials, especially about te use of dirt compressed blocks (BTC in spanish), which have been stabilized with lime hydroxide and cement, trying to be accord with the Mexican standards, in the section relationated with the use in masonry buildings materials and thus verify that these materials comply with quality requirements, as well as conventional materials, in addition to the analysis of life cycle (LCA) in two populations of BTC stabilized with cementitious, seeking to determine their environmental impact and can finally compare them with existing conventional materials.

Keywords: Alternative materials, stabilization, environmental impact.

Introducción

Es factible que se comente que mucho se ha escrito sobre el uso de materiales alternativos y regionales en la construcción, sin embargo, cuando se hace referencia a algunos de éstos, se asocian con materiales que fueron utilizados satisfactoriamente en tiempos anteriores por algunas civilizaciones para la edificación de sus hábitat, empero, hoy en día, existe el comentario sobre estos materiales tradicionales, donde son considerados de "baja calidad" o solo son denostados en cuanto a su calidad pues son utilizados por las personas de escasos recursos para la autoedificación de sus viviendas.

Este dilema motivó al grupo de investigadores de la Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo (FADU) a desarrollar una serie de investigaciones que permitiesen evaluar la calidad de materiales alternativos y regionales, en lo particular los denominados como Bloques de Tierra Comprimida (BTC).

El BTC es un material de construcción fabricado con una mezcla de tierra cruda y un material estabilizante, como cal, cemento, asfalto o yeso, que es moldeada y comprimida utilizando una prensa mecánica ó manual. Se ha empleado como un sustituto del ladrillo de barro recocido en actividades de construcción; utilizándose en la construcción de muros apilándolo manualmente y usando una mezcla de los mismos materiales como mortero de asiento.

En el presente estudio se ha utilizado para su fabricación la prensa manual de patente colombiana "Cinva-Ram", buscando homogeneizarlos y conseguir una calidad acorde a las Normas Mexicanas (NMX-C-404-ONNCCE-2005; NMX-C-036-ONNCCE-2004; NMX-C-037-ONNCCE-2005) descritas por la Industria de la Construcción, además de determinar estabilizar esos BTC's con cemento CPO-20 y con Hidróxido de Calcio.

Bajo estas premisas se establecen dos objetivos para la presente investigación:

1. Corroborar que los BTC estabilizados con Hidróxido de calcio (conocida comunmente como Cal hidratada) tienen propiedades mecánicas iguales o superiores a los BTC estabilizados con cemento CPO-20 (Coloquialmente denominado como Cemento Portland Tipo I, cuya resistencia a la compresión es de 203.93 Kgf/cm2 o 20 N/mm2) y que por lo tanto cumplen con las Normas Mexicanas correspondientes.

2. Desarrollar, identificar y evaluar los impactos ambientales y la energía embebida asociados a la producción, manejo, implementación, uso y desecho de BTC, con el fin de comparar los resultados que se obtengan de las dos poblaciones de BTC estabilizados con hidróxido de calcio y cemento CPO-20.

Con estos análisis, se busca mostrar las cualidades de este producto constructivo frente a otros materiales convencionales de edificación.

Las propiedades mecánicas que se analizaron fueron la resistencia a la compresión simple que es la propiedad principal de aceptación, de acuerdo a las normas mexicanas y reglamentos que un muro de mampostería debe tener como características para soportar las cargas verticales suficientes y así mantener la estructura estable. En el caso de los materiales de tierra esta propiedad cobra fundamental relevancia debido, pues las estructuras de tierra no están confinadas y la absorción de agua son históricamente dos de los principales factores de deterioro y paulatina degradación y destrucción de las estructuras de tierra cruda. Además se encuentran los sismos y el exceso o saturación de humedad, condición que está siempre presente ya sea en el subsuelo, así como en el entorno, aunado a la lluvia o en algunos casos, la nieve.

Resulta un tanto irónico que siendo el agua la base para la construcción con tierra cruda, sea también una fuente potencial de destrucción, por ende, históricamente la arquitectura ha promovido diversas alternativas para su control. Algunas de éstas tienen su relación con las dimensiones de los componentes constructivos, otras con su forma y acomodo y varias más con la incorporación de sustancias que aminoren de alguna manera la absorción de agua en la edificación.

El acceso de agua, en su estado líquido o en su estado de vapor en los componentes térreos está directamente relacionado con la porosidad del material en su composición. Los huecos o vacíos de diferente forma, tamaño e interconexión que se presentan en adobes, tapias, bajareques o bloques de tierra comprimida (BTC) entre las partículas sólidas son el vehículo de acceso a la absorción del agua en las estructuras, esta porosidad se acentúa en los elementos estabilizados con cementantes ya que en el proceso de hidratación del cemento, la pasta de cemento que no se hidráte sera la que genere poros capilares que afectarán al material en su resistencia. (Alcaraz Marín, 2012).

Estas propiedades sirven como base para determinar la calidad de los materiales utilizados en mampostería de acuerdo a la norma; NMX-C-404-ONNCCE-2005, para la aplicación de los métodos de prueba se siguió lo indicados por las normas: NMX-C-036-ONNCCE-2004 para la prueba de compresión simple y la NMX-C-037-ONNCCE-2005 para la prueba de absorción de agua.

Realizado lo anterior y obteniendo los resultados, se realizará un estudio de Análisis de Ciclo de Vida (ACV), conforme la norma: NMX-SSA-14040-IMNC-2008, que indica las particularidades sobre el análisis de ciclo de vida, principios y marco de referencia. Para realizar la comparativa del ACV, se utilizó el software SimaPro versión 7.3, programa que permite determinar impactos de los materiales al realizar el ACV de la cuna a la tumba.

Metodología:

La metodología empleada en el proceso se dividió de la siguiente manera:

1. Proceso de fabricación de los especímenes de prueba y muestra de estudio.

2. Pruebas de ensayo efectuadas a los elementos muestra.

3. Análisis del Ciclo de Vida de dos elementos muestra:

Cada una de estas etapas se describe a continuación:

Fabricación. Se inició con la selección y caracterización del suelo a utilizar. Al no encontrar un suelo natural con las características ideales en la zona de estudio (Para este caso, la zona conurbada de Tampico, Madero y Altamira en el estado mexicano de Tamaulipas), se decidió fabricar uno con las características idóneas en porcentaje, que contara con un (60 %) de arcilla de baja plasticidad CL y un (40 %), de arena limosa, que presentaba un índice de plasticidad del 12%, un límite líquido del 32%, un límite plástico del 20 %, con un peso volumétrico seco máximo de 1820 kg/m³, el proceso para la realización de la mezcal fue en peso . Incorporándole un primer estabilizante de 7 % de Hidróxido de calcio en polvo y 8 % de cemento CPO-20. Se realizaron dos lotes de bloques de tierra comprimida (BTC) de dimensiones 0.10 x 0.14 x 0.29 m con una prensa "Cinva-Ram".

La Tabla 1 muestra las proporciones de los diversos materiales para producir 28 bloques de 0.10 x 0.14 x 0.29 m estabilizados con cemento CPO-20 y en la Tabla 2 los estabilizados con hidróxido de calcio.

Posterior a la fabricación de los 28 especímenes de cada población se uso el método estadístico de números aleatorios para elegir de cada una de las poblaciones, 10 bloques para las pruebas de compresión y 10 para la prueba de absorción. Esto fue resuelto mediante el programa Stats™ v.2, dando como parámetro el de un univero finito y el total de elementos a elegir, determinando en un primer cálculo los primeros diez bloques para las pruebas de compresión y en un segundo cálculo se determinaron los segundos diez elementos para las pruebas de absorción. Es de mencionar que en el caso de que uno o varios de los especímenes hubieran ya sido seleccionados en el primer muestreo, se realizó un tercer cálculo para completar la segunda muestra con especimenes que no hubiese sido seleccionados.

Pruebas mecánicas: Las pruebas aplicadas a los elementos de la muestra fueron las siguientes:

a) Método de ensayo de prueba de compresión, bajo la norma NMX-C-036-ONNCCE-2004.

b) Método de ensayo de absorción, bajo la norma NMX-C-037-ONNCCE-2005.

El Método de ensayo de prueba de compresión, se sujetó a lo establecido en la Norma Mexicana NOM-C-36-2004. Conforme a lo establecido por la citada norma, para realizar la prueba de resistencia a la compresión simple, se colocó la probeta con el centroide de su superficie para recibir una carga alineada de manera vertical con el centro del bloque de carga de la máquina de prueba con las características que se describieron. Una vez colocada la probeta, se aplicó la mitad de la carga que se esperaba como máximo a una velocidad conveniente para posteriormente ajustar los controles de la máquina y dar una velocidad uniforme de traslado de la cabeza móvil, de tal manera que el resto de la carga no fuera aplicada en menos de un minuto ni en más de dos. Para calcular los resultados se tomó la carga máxima en kilos y se dividió entre el área trasversal de la probeta, siendo ésta la medida total de una sección perpendicular a la dirección de la carga, incluyendo los huecos, a menos de que éstos estuvieran ocupados por porciones de unidades adyacentes.

También se pudo obtener la resistencia a la compresión al área neta, calculándola de la siguiente manera:

An = At - Ah

Donde:

An = área neta

At = área total de la superficie de la carga

Ah = área de los huecos.

Según la Norma Mexicana NMX-C-404-ONNCCE-2005, la resistencia a la compresión simple debe de ser como mínimo para tabiques de 60 kgf/cm2 de forma individual.

El Método de ensayo de absorción, se sujetó a lo establecido en la Norma Mexicana NMX-C-037-ONNCCE-2005. De acuerdo con lo establecido por la citada norma, en la presente fase del proyecto de investigación se determinó el porcentaje de Absorción Volumétrica de dos grupos de bloques de tierra comprimida: unos estabilizados con cemento CPO-20 y otros con Hidróxido de calcio.

Los aparatos y equipo utilizados fueron:

• Balanza con una capacidad adecuada y sensibilidad no menor de 0.1 % de la masa de la pieza ensayada, provista de un sistema que permite la determinación de la masa de especímenes sumergidos.

• Horno con control de temperatura capaz de mantenerse entre 373 y 383°K (100 y 110°C).

El procedimiento se dio por concluido en el momento que, después de dos pesadas sucesivas, la diferencia en masa no fue mayor al 1 %, que indicaba una presencia de agua que podría considerarse despreciable. Se registró el valor de la masa (Ms) y se tabuló como primer dato.

Posteriormente se registraron las masas de los especímenes, una vez secos, se sumergieron por completo en agua a temperatura entre 290 y 296 °K (17 y 23 °C) por un período de 24 horas.

Pasado este lapso se sacaron las piezas y se eliminó el agua superficial con un paño absorbente, para volver a determinar su masa en estado saturado (Msss).

Una vez comprobada la calidad de los BTC se procedió a comprobar su impacto ambiental a partir del Análisis de Ciclo de Vida (ACV), de acuerdo al siguiente procedimiento: Análisis de Ciclo de Vida. En cuanto al Análisis de Ciclo de Vida (ACV) la metodología fue la siguiente:

a) Establecer el alcance.

b) Describir el producto.

c) Determinar la función y unidad funcional del producto.

d) Realizar la evaluación y determinación de los impactos.

e) Consideraciones adicionales.

Cada fase del proceso se describe a continuación:

Alcance: El alcance del ACV es de la cuna a la tumba es decir desde la extracción de las materias primas hasta la reutilización o tirado de los desperdicios productos de la demolición de los elementos constructivos realizados con este tipo de mampuesto, conforme a la NMX-SSA-14040-IMNC-2008.

Descripción del producto. En este estudio se llevó a cabo un ACV sobre dos tipos de bloques: BTC-1 y BTC-2, habiendo sido estabilizados los primeros con cemento y los segundos con hidróxido de calcio; para ambos tipos de bloques se considera una vida útil de 30 años. Dentro de sus principales características es que ambos bloques miden 29 cm x 14 cm x 10 cm. La masa unitaria del BTC-1 es de 7.65 kg y la del BTC-2 de 6.80 kg. Los datos promedio que se han registrado para resistencia a la compresión de las piezas son de 76.32 kgf/cm² en los BTC-1 y 79.69 kgf/cm² en los BTC-2.

Función y unidad funcional. La unidad funcional (UF) es la unidad del producto utilizado como referencia en el estudio. La unidad funcional de los sistemas de producto a estudiar será la de un metro cuadrado de muro de carga, estructura, cerramiento y acabado superficial. Para ambos casos se requieren 44 bloques por metro cuadrado para conformar la unidad funcional. La masa total del murete de los BTC-1 es de 336.77 kg mientras que la de los BTC-2 es de 299.27 kg. No obstante, para la evaluación de la fase de uso no se incluye la energía operacional como pared de un edificio completo, sino solamente se considera su mantenimiento para que se cumplan las funciones de estructura, muros y acabado superficial a las que estaría destinada. Tampoco se incluye en el estudio los impactos de los bienes de capital e infraestructura.

Metodología de evaluación y tipos de impactos. La metodología de evaluación establece los factores de caracterización mediante los que se cuantifican los impactos ambientales. Para la mayoría de impactos descritos en la Tabla 3, la caracterización se llevará a cabo mediante el método TRACI 2 (Tool for the Reduction and Assessment of Chemical and other environmental Impact) V4.00 2012 desarrollada por la Agencia de Protección de Estados Unidos. No obstante, existen algunos impactos que el método TRACI 2 no tiene implementados en su sistema y que también se evaluarán. Este es el caso del uso del suelo y del agotamiento de los recursos minerales, para los cuales se utilizará el método ReCiPe Midpoint (I) V1.06 / World ReCiPe I, uno de los métodos más actualizados y armonizados hasta el momento y que ha sido desarrollado por Pré Consultants. Los recursos energéticos se evaluarán mediante el método CED (Cumulative Energy Demand V1.8).

Otras consideraciones. Las limitaciones del presente estudio como sucede con todos los ACV, se derivan fundamentalmente de la accesibilidad, disponibilidad y calidad de datos de base, los cuales pueden afectar a la precisión de los cálculos. Asimismo, el hecho de combinar información local con la que proviene de bases de datos generadas en sitios ajenos al caso de estudio, introduce cierta incertidumbre en los resultados. Por ejemplo, las condiciones medias de Estados Unidos y Canadá (US LCI) y sobre todo las de Europa (Ecoinvent), generalmente no representan las circunstancias asociadas a los procesos de producción de México, por lo que se utilizarán los más apegados a la condiciones mexicanas para la realización del presente ACV. Además, hay que tener en cuenta que categorías tales como el impacto de uso del suelo agrícola o urbano, agotamiento de recursos hídricos, agotamiento de los recursos minerales, agotamiento de los recursos fósiles y la energía embebida están calculadas por los métodos ReCiPe y CED, desarrollados para Europa y sólo representan parcialmente las condiciones mexicanas. No obstante a falta de métodos específicos para Norteamérica, es necesario considerar al menos estos datos y métodos sin perder de vista la relatividad de los resultados. Esto significa que aunque la información no sea totalmente precisa para el entorno local, al utilizarse como referente para los dos casos estudiados, la comparación de resultados sí puede considerarse fiable.

Resultados.

Para la interpretación de los mismos, se presentaran primero las pruebas mecánicas aplicadas a los BTC estabilizados con Hidróxido de Cal y cemento CPO-20 y posteriormente los obtenidos del análisis del ciclo de vida de los dos elementos mencionados.

En relación a los resultados de la prueba a compresión simple, en la Tabla 4, se muestran los resultados de los BTC estabilizados con cemento CPO-20 al 8 %, mientras que la Tabla 5, muestra los resultados de los BTC estabilizados con Hidróxido de calcio al 7%.

Se puede observar de acuerdo con los datos obtenidos y plasmados en las tablas 4 y 5 que la máxima resistencia obtenida en los BTC-1 fue de 86.73 Kgf/cm² mientras que en los BTC-2 fue de 93.62 Kgf/cm², así mismo en relación a la resistencia mínima la obtenida por los BTC- 1 fue de 63.77 Kgf/cm² contra 62.24 kgf/cm² y por último la resistencia promedio de los BTC-1 es de 76.32 Kgf/cm² y para los BTC-2 es de 79.67 Kgf/cm², lo que indica que en relación a la resistencia a la compresión simple se obtienen mejores recultados en los BTC-2 que en los BTC-1 y además se cumple con el requerimeinto de la NMX-C-404-ONNCCE-2005.

Las tablas 6 y 7 presentan los resultados de la prueba de absorción de las poblaciones de BTC estabilizados con 8% de cemento y 7% de Hidróxido de calcio de acuerdo con la norma: NMX - C - 441 - ONNCCE - 2005, que uindica que la absorción acepatada es del 21% en promedio y del 30% de manera individual.

El resultado de esta prueba expreado en las tablas 6 y 7 muestra que la absorción mínima para los BTC-1 fue de 5.60 %, mientras que para los BTC-2 fue de 9.68%, en tanto que la máxima para los BTC-1 fue de 16% y para los BTC-2 de 15.06%, por último la absorción promedio de los BTC-1 fue de 8.28% mientras que para los BTC-2 fue de 11.73%, en este caso la conclusión es que los BTC-1 estabilizados con cemento CPO-20 tuvierón una menor absorción de agua que los BTC-2 estabilizados con Hidróxido de Calcio, aunque ambas cumplen con la norma NMX - C - 441 - ONNCCE - 2005.

La norma NMX-C-404-ONNCCE-2005, indica que el porcentaje de absorción para tabiques recocidos es de 21%, al no haber una norma para BTC en México, se tomo como el valor de calidad el anteriormente mencionado. Por lo que aunque los BTC-2 tienen una mayor porcentaje de absorción que los BTC-1 se encuentran dentro de la NMX y son adeuados para poder fabricar muros de mampostería.

En relación a los Resultado del Análisis de Ciclo de Vida, los datos sobre las entradas y salidas de los procesos unitarios de fabricación de los BTC, fueron desarrollados a partir de la práctica productiva realizada en la Universidad Autónoma de Tamaulipas especialmente en el año 2011, acotada a la región de Tamaulipas, en el noreste de la República Mexicana. La técnica de recopilación de estos datos se ha realizado a partir de la propia experiencia académica. Lo mismo se puede decir acerca del tipo y cantidad de materias primas, así como las distancias de transporte desde su área de suministro.

No obstante, los datos cualitativos de la etapa de suministro de materias primas, que incluye la extracción y procesado de los materiales, como por ejemplo el cemento, o el tipo de transporte, se han tomado de la base de datos US LCI, la cual muestra datos medios de Estados Unidos a partir de una mezcla de tecnologías. Cuando no ha sido posible obtener información, se ha utilizado la base de datos Ecoinvent.

El modelo de ciclo de vida diseñado en el software SimaPro se ha realizado utilizando los procesos que se indican en la Tabla 8.

A continuación, se describen los datos recopilados que conforman el inventario de este estudio ACV, a partir de la información local y la obtenida de las bases extranjeras.

La etapa de materias primas y fabricación incluye la extracción y procesado de las materias primas, su transporte hasta la obra y los recursos naturales empleados para la fabricación de los BTC. Se considera la extracción minera y el procesado de la arcilla y la arena así como todos los procesos de la fabricación del cemento Portland y la cal hidráulica.

El transporte de las materias primas se hace mediante camiones que utilizan diesel como combustible y las distancias son las que se indican en la Tabla 9. Todas las materias primas se transportan a granel excepto el Hidróxido de Calcio que se proporciona en sacos de 25 kg que estan fabricadod de papel, suponiendo que un saco pesa 100 g y está fabricado con papel kraft. Se estima que los sacos de papel se eliminan en un vertedero local.

Los BTC se fabrican en el mismo lugar de la obra. La mezcla de los componentes de los BTC se realiza mediante una revolvedora que consume 0,0183 l/kg de gasolina. La mezcla de las materias primas se introduce en un molde que cuenta con una prensa hidráulica que se acciona manualmente de manera que se le da forma a los BTC.

El agua que se utiliza proviene de la red de municipal.

La etapa de obra y mantenimiento, consiste en la colocación de los BTC conformando un tramo de muro, e incluye el consumo del mortero para unir los bloques, el revoque y la pintura que proporciona el acabado superficial. Para la unión de los bloques y el revoque se utilizan 0,006 m³ de mortero.

Un metro cúbico de mortero se prepara con 389 kg de hidróxido de calcio, 1520 kg de arena y 200 lt de agua. Como acabado superficial su utiliza una pintura a la cal. Se emplean 0,143 litros por metro cuadrado de pared. Para fabricar 10 litros de pintura se consideran 4 kg de cal, 0,5 kg de sal de mesa y 0,25 ml de acetato de polivinilo (pegamento comercial conocido en México como Resistol 850).

El único mantenimiento que requiere el muro consiste en pintarlo cada dos años con la misma pintura a la cal que se usó al construir el muro. Cada vez que se pinta el muro se consumen 0,0715 l/m². Como se ha comentado anteriormente, la vida útil de los muros de BTC es de 30 años, por lo que se realiza el cálculo correspondiente a la cantidad de pintura requerida en concepto de mantenimiento.

Para la etapa de fin de vida, se considerara después de que pasen 30 años, cuando el muro ha llegado a su fin de vida, se considera su demolición, la cual se llevaría a cabo con una retroexcavadora de tipo Backhoe Loaders. Se estima un tiempo de trabajo por parte de esta máquina de 0,144 h/m³ (Doka, 2009). El residuo de BTC derruido se transporta una distancia de 30 km ya sea hasta el vertedero o bien, hasta el punto donde será reciclado. Se considera que el reciclado tiene un impacto nulo respecto a la disposición en vertedero.

Debido a la alta reciclabilidad de los BTC, se estable un escenario que consiste en que el 90% de los residuos de BTC se reciclan y el restante 10% va a un vertedero de materiales inertes. Los límites del sistema del reciclado terminan cuando los residuos han sido trasladados al punto donde se reciclará el material. No se incluye en este estudio ni la preparación del material, es decir su triturado, ni el nuevo uso que se le dé a este material secundario. Estos últimos impactos, así como la cantidad de material que se evita por el hecho de utilizar material secundario (antes residuo) podrían incluirse en el caso en el que el BTC sea fabricado con residuos de antiguos bloques.

Como se indicó anteriormente, para la obtención de los resultados del ACV se ha utilizado el software SimaPro 7.3.3. Se manejaron 3 métodos de evaluación para diferentes categorías de impacto:

• TRACI 2 V.4: Destrucción de la capa de ozono, Cambio climático, Oxidantes fotoquímicos (smog), Acidificación, Eutrofización, Carcinogénicos, No carcinogénicos sobre la salud humana, Efectos respiratorios sobre la salud humana y Ecotoxicidad.

• ReCiPe Midpoint (I) V1.06 / World ReCiPe I: Uso de suelo agrícola y urbano, Agotamiento de recursos hídricos, Agotamiento de recursos minerales y Agotamiento de recursos fósiles.

• CED (Cumulative Energy Demand): Energía embebida.

Los resultados del ACV del muro de los BTC-1 se muestran en la Tabla 10 por Unidad Funcional, es decir 1m² de muro.

Como se puede observar, las materias primas y fabricación es la etapa que presenta mayor impacto ambiental, con más del 70% del impacto sobre todas las categorías excepto la del agotamiento de los recursos hídricos.

El consumo de agua durante la construcción del muro, es el proceso que más contribuye al agotamiento de los recursos hídricos. Además, esta etapa de obra repercute de manera importante sobre la destrucción de la capa de ozono, el agotamiento de los recursos hídricos y el agotamiento de los recursos minerales. El fin de vida contribuye entre un 3% y 23% sobre el total.

 Haga clic para agrandar

El mezclado mediante la revolvedora es el causante de más del 50% del impacto sobre el smog, acidificación, eutrofización, carcinogénicos, ecotoxicidad, agotamiento de los recursos fósiles y en la energía embebida, a consecuencia de la producción y combustión de la gasolina que consume.

El cemento y más concretamente su clinker, es el responsable de más de la mitad del impacto sobre la destrucción de la capa de ozono, cambio climático, no carcinogénicos y efectos respiratorios.

La arena incide con más 55% del impacto total sobre el uso del suelo agrícola y urbano, agotamiento de los recursos hídricos y agotamiento de los recursos minerales. El transporte de las materias primas incide hasta un 10% dependiendo de la categoría de impacto.

Finalmente, la producción y combustión de la gasolina es el proceso con más energía embebida, toda ella procedente de recursos fósiles. En segundo lugar en consumo energético sería el cemento Portland.

Los resultados del ACV del muro de los BTC-2 se muestran en la Tabla 11 por Unidad Funcional, es decir 1 m² de muro.

Como se puede observar, las materias primas y fabricación presentan el mayor impacto ambiental con valores entre un 22% - 92% del total del impacto para cada categoría.

La etapa de construcción del muro contribuye de manera importante en las categorías de agotamiento de los recursos hídricos y en menor medida sobre la destrucción de la capa de ozono y el agotamiento de los recursos minerales.

 Haga clic para agrandar

El fin de vida es otra etapa con impacto relevante sobre la mayoría de las categorías. Por último, el mantenimiento no influye sobre el total. El proceso de mezclado mediante la revolvedora es el causante de más del 50% del impacto sobre el smog, cambio acidificación, eutrofización, carcinogénicos, no carcinogénicos, ecotoxicidad, agotamiento de los recursos fósiles y en la energía embebida, debido a la producción y combustión de la gasolina que consume.

El Hidróxido de calcio es el responsable del 1% del impacto en la categoría de ecotoxicidad y del 80% del impacto en la categoría de destrucción de la capa de ozono, debido al diesel que utiliza la maquinaria para su extracción.

El embalaje del Hidróxido de calcio presenta su mayor impacto que el uso del suelo ya que se requieren plantaciones madereras para la fabricación del papel aunque también incide sobre el resto de categorías.

La arena incide con un 50% del impacto total sobre el agotamiento de los recursos hídricos y con un 20% sobre el agotamiento de los recursos minerales.

El transporte de las materias primas incide hasta un 15% dependiendo de la categoría de impacto. En este caso también es la producción y combustión de la gasolina en el proceso con más energía embebida, toda ella procedente de recursos fósiles. En segundo lugar el consumo energético sería el del Hidróxido de calcio.

La Tabla 12 muestra un resumen de los resultados del ACV de los BTC. Se evidencia el impacto por bloque, hasta que se construye el muro y de todo el ciclo de vida de ambos tipos de bloques.

Haga clic para agrandar

Conclusiones.

Con base de los resultados obtenidos, es posible plantear las siguientes conclusiones:

1. La capacidad de carga de los BTC estabilizados con Hidróxido de calcio alcanza resultados similares a los que se estabilizaron con cemento. Incluso en este caso, la resistencia obtenida con el Hidróxido de calcio fue 1.67 % en promedio mayor que la del cemento CPO-20.

2. La mayor resistencia a la compresión fue de 93.62 Kgf/cm² en la población de BTC estabilizados con 7 % de Hidróxido de calcio y ésta fue superior en un 7.94 % con respecto a la máxima resistencia obtenida en lo BTC estabilizados con 8% de cemento CPO-20.

3. Es un hecho que los BTC estabilizados con hidróxido de calcio absorben en promedio un 11.73 % más agua que los bloques con cemento CPO-20. Esto significa que los BTC-2 presentan una porosidad relativa mayor que los BTC-2. Sin embargo, aunque este hecho de puede considerar como perjudicial por la cantidad de agua contenida en un momento determinado, también indica de manera favorable que son potencialmente más rápidos de secarse al estar en contacto con el corrientes de aire que aceleran su secado, hecho que se ha de comprobar en experimentos anteriormente realizados.

4. Los resultados obtenidos referentes al porcentaje de absorción de agua de los BTC-1 y BTC-2 se encuentran dentro del rango indicados por la norma NMX-C-404-ONNCCE-2005, que indica que el porcentaje de absorción para tabiques recocidos es de 21%.

5. Como se puede observar, la mayor parte de los conceptos evaluados para el caso de los bloques de tierra comprimida estabilizados con cemento (BTC-1) presenta valores superiores a los BTC-2, en los que el estabilizante es el Hidróxido de Cal, por lo que se concluye que tienen un menor impacto ambiental.

6. Este hecho obedece a que, aún con la baja cantidad de estabilizante empleado, el impacto que conlleva la fabricación del cemento CPO-20 es mucho más elevado que el del Hidróxido de calcio.

7. Este valor resulta especialmente significativo para conceptos tales como la destrucción de la capa de ozono en el que los bloques con cemento cuadruplican la afectación de los que llevan cal. Consecuentemente el dato sobre los efectos en el cambio climático son casi cincuenta por ciento superiores en los BTC-1.

8. Es evidente que la elevada temperatura a la que se produce el cemento CPO-20 en comparación con el Hidróxido de calcio así como la duración de su proceso, provocan un fuerte efecto en la generación de gases de efecto invernadero. Mientras que el cemento CPO-20 requiere temperaturas de calcinación del carbonato de calcio y del clinker cercanas a los 1500°C, el Óxido de calcio se produce a 900°C.

9. En los efectos sobre la salud también resulta notablemente más perjudicial el uso del cemento CPO-20. Este fenómeno se deriva de la emisión de substancias contaminantes que se generan durante la producción del cemento CPO-20 en el que además de los desechos generados por la combustión, la materia prima despide gases al calcinarse.

10. Destaca el impacto del embalaje del Hidróxido de calcio sobre el uso del suelo debido a los árboles requeridos para la fabricación del papel. En ambos casos la etapa de construcción del muro, contribuye de manera importante sobre el agotamiento de los recursos hídricos y sobre el agotamiento de los recursos naturales. El final del proceso influye hasta en un 23% sobre el ciclo de vida de los BTC-1 y mientras que el 15% sobre los BTC-2. El mantenimiento apenas influye sobre el total. No así para el cemento CPO-20, ya que el impacto más importante son los SH: efectos respiratorios (kg MP10 eq) y no relacionados al embalage.

11. Con relación a la energía embebida resultó ser superior en un 1.17% el caso de los bloques que utilizan cemento. Esto al ser superior la energía embebida del cemento CPO_20 que la del Hidróxido de calcio.

12. Si bien cualquier proceso industrial tendrá un efecto negativo sobre el medio ambiente que debe ser evaluado con la finalidad de identificar las fases de su transformación que resultan más nocivas. En resumen, para el caso de estudio presente, se ha podido constatar que el estabilizante adecuado para fabricar bloques de tierra comprimida (BTC) es el Hidróxido de calcio por tener menor impacto que el cemento sobre el entorno natural y sobre la salud.

13. Por último al comparar los BTC con materiales convencionales podemos ver que el BTC con Hidróxido de calcio es el que mejor comportamiento tiene, solo superado en la energía incorporadada por los bloques de concreto, pero con menor producción de CO² que estos últimos.

Referencias.

Alcaraz Marín, J. (2012). Microestructuras del hormigón. Murcia: Universidad Politécnica de Cartagena.         [ Links ]

Andrade (1997). Manual de estabilización de suelos con cal. Asociación Nacional de Fabricantes de Cales y Derivados de España, Madrid.         [ Links ]

Arenas, F. J. (03 de 03 de 2008). Los materiales de construcción y el medio ambiente. Consultado el 08 de 04 de 2011, (En red) Disponible en http://huespedes.cica.es/aliens/gimadus/17/03_materiales.html.         [ Links ]

Fernández, C. (1992), Mejoramiento y estabilización de suelos, Limusa, México.         [ Links ]

Gilisagasti, N., y Elorza, E. (2000). Cemento. Universidad del País Vasco. Gipuzkoa.         [ Links ]

Howland Albear, J. J., & Jiménez de la Fe, S. (2010). Obras, Revista Cubana de la Construcción. Recuperado el 9 de Enero de 2012.         [ Links ]

International Standad (2006). ISO 14040:2006. Environmental management. Life cycle assessment. Principles and framework. Switzerland: ISO.         [ Links ]

International Standad (2006). ISO 14044:2006. Environmental management. Life cycle assessment. Requirements and guidelines. Switzerland: ISO.         [ Links ]

Instituto Mexicano de Normalización y Certificación, AC. (2008). NMX-SAA-14040-IMNC-2008. Gestión ambiental. Análisis de ciclo de vida. Principios y marco de referencia. México: IMNC.         [ Links ]

Juárez Badillo, Eulalio; Rico Rodríguez, Alfonso (1975). Mecánica de suelos, tomo I, fundamentos de la mecánica de suelos. México: Limusa.         [ Links ]

Eades, J.L. y Grim, R.E., (1966). "A quick test to determine lime requirements for lime stabilization". Highway Res. Rec. Bull. No. 139.         [ Links ]

Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C., (2005). "NMX-C-036-ONNCCE-2004 "Industria de la Construcción - bloques, tabiques o ladrillos y tabicones para uso estructural - resistencia a la compresión - método de prueba". ONNCCE. México.         [ Links ]

Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C., (2005). "NMX-C-037-ONNCCE-2005 "Industria de la construccion-mamposteria-determinación de la absorción total y la absorción inicial de agua en bloques, tabiques o ladrillos y tabicones-método de ensayo". ONNCCE. México.         [ Links ]

Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C., (2005). "NMX-C-404-ONNCCE-2005 "Industria de la Construcción - bloques, tabiques o ladrillos y tabicones para uso estructural - especificaciones y métodos de prueba". ONNCCE. México.         [ Links ]

Roux, R. (1990). Utilización del material adobe para la vivienda popular en la zona conurbada de la desembocadura del río Pánuco. Facultad de Arquitectura de la U.A.T., Tampico.         [ Links ]

Roux, R. (2010). Los Bloques de Tierra Comprimida en Zonas Húmedas. Plaza y Valdés, México.         [ Links ]

Vázquez Espío, M. (2001). Construcción e impacto sobre el ambiente: el caso de la tierra y otros materiales. Informes de la Construcción, 29-43.         [ Links ]

 Todo el contenido de esta revista, excepto dónde está identificado, está bajo una Licencia Creative Commons

Av. Universidad 602, Colonia Lomas del Campestre, León, Guanajuato, MX, 37150, (52-477) 7 10 85 00 ext. 608

Evaluación a lo largo del tiempo de las propiedades mecánicas de los bloques de suelo-cemento

Revista ingeniería de construcción

versión On-line ISSN 0718-5073

Rev. ing. constr. vol.31 no.1 Santiago abr. 2016

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-50732016000100006 

https://scielo.conicyt.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-50732016000100006

Evaluación a lo largo del tiempo de las propiedades mecánicas de los bloques de suelo-cemento utilizados en pavimentos semipermeables

M. Carvalho *, F. Ramos *, J. Zegarra ¹**, C. Pereira ***

* Universidade Católica do Salvador, Salvador. BRASIL
** Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte. BRASIL
*** Universidade Federal da Bahia, Bahia. BRAsIL

Dirección de Correspondencia

---

RESUMEN
Un pavimento semipermeable fue construido con una capa de revestimiento de bloques de suelo-cemento hechos de suelo de desmonte (estabilizado con 30% de arena) y cemento (con 20% de la mezcla) y fabricados con una prensa. Este tipo de bloque no tiene estudios adicionales acerca de las mudanzas del comportamiento de las propiedades mecánicas a lo largo del tempo, entonces para realizar el estudio se seleccionaron algunos bloques (con 7, 14, 28, 130 y 1650 días de moldeado) para medir las propiedades mecánicas (de durabilidad, de absorción de agua y de resistencia a compresión sencilla). Los resultados demostraron que no hubo mudanzas en las propiedades de absorción y de durabilidad de los bloques, después de 1650 días. La resistencia a la compresión tuvo un leve incremento de 9MPa (28 días de moldeados) para 12MPa (1650 días de moldeados, bloques del pavimento en uso), lo que puede ser atribuido a las reacciones que todavía suceden entre cemento, suelo y agua o a la variabilidad de materia prima y de los equipamientos utilizados. Concluyese que las condiciones ambientales y el tráfico leve no afectaron las propiedades mecánicas de los bloques, entonces ellos pueden ser utilizados en pavimento semipermeable.

Palabras clave:Bloques de suelo-cemento, durabilidad, absorción de agua, resistencia a compresión, pavimento semipermeable

---

1. Introducción

El suelo-cemento es producto resultante de la mezcla de suelo, cemento Portland y agua que compactados en un porcentaje óptimo de humedad, bajo la máxima densidad, adquieren resistencia y durabilidad a través de las reacciones de hidratación del cemento. A partir de 1936 (año en que fue reglamentado su uso por la Associação Brasileira de Cimento Portland - ABCP), paso a ser utilizado en la confección de bases y sub bases de caminos y bien como en elementos de albañilería. Empleado en las construcciones brasileñas en 1948, cuando residencias hechas con paredes monolíticas fueron construidas en la Hacienda Inglesa, en Petrópolis (RJ). Al año siguiente, fue construido el famoso Hospital Adriano Jorge, del Servicio Nacional de Tuberculosis, en Manaus, edificio con 10.800 m² aun en funcionamiento y en buen estado de conservación, Téchne (2004).

En la actualidad, la escasez de materia prima y la demanda creciente del uso de materiales ecológicamente correctos, refuerzan la utilización del suelo cemento en la construcción de vías y albañilería. En el proceso de fabricación de los bloques existe un consumo menor de energía en la moldura por ser hecho con prensado y, en la ejecución de la mezcla, por exigir menor cuantidad de cemento. Comparados a los bloques convencionales (bloques cerámicos), cooperan para la reducción de la emisión de gases tóxicos, CH4 (metano), CO2 (dióxido de carbono) y CO (monóxido de carbono), debido a la supresión del proceso de la quema. Además, proporcionan una mayor permeabilidad cuando utilizados como camada de revestimiento en pavimento, cuando comparados con los revestimientos asfálticos y de concreto (Grande, 2003; Souza et al., 2008).

Los costos en las obras con la utilización de bloques de suelo-cemento pueden ser reducidos en 30% a 40%, principalmente por la reducción del desperdicio y de los costos con transporte (los bloques pueden ser fabricados en el propio cantero de obras), Penteado y Marinho (2012). Algunos factores pueden dificultar, ó mismo inviabilizar el uso del suelo cemento, visto que el suelo en general presenta grande variación en su composición, pues es un material venido del proceso de transformación de roca contiene humus, cloretos, sulfatos y substancias deletéreas. Entonces, es necesario la corrección y dosificación lo que elevan el costo de producción, ya que requiere personal calificado y constante análisis del material (Téchne, 2004).

El suelo más adecuado para utilización en mezclas de suelo cemento son suelos mas arenosos, pues se estabilizan con menores cuantidades de cemento, con todo el suelo debe contener arcilla en su composición, ya que ella influencia directamente en la composición de los bloques, proporcionando mayor liga (cohesión) entre las partículas de los materiales de la mezcla, impediendo perdida de resistencia debido a las intemperies despues de la moldaje.

Existen ejemplos de estudios de suelo-cemento contemplando: su fabricación con resinas (Estebragh, 2011); confección de bloques de suelo-cemento con adición de cenizas de bagazo de caña de azúcar (Ferrari et al., 2014); su comportamiento estructural (Tennant et al., 2013); y del efecto de la humedad en la base y sub base de pavimentación (Cancian, 2013), también existen estudios de su empleo con suelo contaminado (Rojas et al., 2008). Su aplicación como bloques de suelo-cemento como capa de revestimiento para pavimento de tráfico leve es descrita por Marchioni y Silva (2010), pero no hay estudios adicionales de la evaluación de las propiedades mecánicas (durabilidad, absorción de agua y resistencia a compresión) a lo largo de su vida útil.

2. Procedimento experimental

2.1 Antecedentes

Bloques de suelo-cemento fueron construidos con suelo proveniente del desmonte de la obra Canal de la Av. Jorge Amado, Barrio Imbuí, Salvador – Ba. Después de estudios geotécnicos del suelo (ensayos de análisis granulométrico (NBR 7181), límite de liquidez (NBR 6459), masa específica de los granos (NBR 6508)), se hizo la corrección del mismo con incorporación de 30% de arena fina de construcción, a fin de encuadrarlo en la clasificación A4 de la Highway Research Board (HRB) conforme la American Association of State Highway Officials (AASHTO). El suelo estabilizado fue utilizado en la confección de mezclas de suelo cemento con porcentajes de 8%, 10%, 12% y 20% de cemento en relación a la masa seca de suelo corregido, NBR 12253.

La Tabla 1 presenta los resultados de los ensayos de caracterización, de compactación del suelo (NBR 7182), del suelo estabilizado con 30% de arena, bien como resultados de compactación de las mezclas de suelo-cemento. 

Figura 1. a) Suelo Imbui; e b) Suelo estabilizado y 20% de Cemento

Tabla 1. Resultados de ensayos de caracterización y compactación

Los bloques fueron construidos mezclando manualmente las debidas cantidades de suelo estabilizado, cemento y agua. El material fue trabajado hasta completa homogenización, que era identificada cuando la mezcla adquiría una coloración uniforme. La cantidad de agua especificada para atingir la humidad óptima fue adicionada a los pocos con una probeta. En la secuencia se hacia el teste de la bola, apretando la mezcla con la mano y observando la marca dejada por los dedos, luego se suelta la masa de una altura de cerca de un metro sobre una superficie dura y esperar que se deshaga al chocar con la superficie, sino la masa está muy húmeda (CEPED, 1984). Después del humedecimiento, la masa fue pasada por el tamiz de 2mm visando deshacer los terrones y obtener una mayor homogeneidad del material. 

Figura 2. a) Mezcla después humedecimiento; y b) Pasaje de la mezcla por el tamiz 2mm 

Los bloques fueron moldeados en una prensa (VIMAQ V2) de compactación manual, con dimensiones de 12.5 cm x 25 cm x 6.25 cm (ancho x largura x altura), posteriormente colocados a la sombra sobre una superficie plana a una altura de 0.5m (aproximadamente) y sometidos a la cura por siete días (Figura 3). 

Figura 3. a) Prensado de los bloques; y b) Cura de los bloques de suelo cemento

Los bloques fueron sometidos a ensayos de resistencia a compresión, absorción de agua y durabilidad (humedecimiento y secado), los cuales serán detallados en 2.2.1 a 2.2.3, donde se verificó que la mezcla con 20% de cemento en masa presentó mejores condiciones para aplicabilidad en pavimento aparejado por obtener mayor resistencia (cerca 10.61 MPa a los 28 días), a pesar que este valor esta debajo de lo recomendado para pavimentos con bloques de concreto para tráfico leve (35MPa). Esta mezcla también presentó la menor absorción de agua (15%) y menor pérdida de masa cuando sometida a cepilladas con un cepillo de cerdas metálicas. Debido a la falta de parámetros de referencia del desempeño de bloques de suelo-cemento como pavimento aparejado fue construida una pista de bloques de suelo-cemento (con dosificación de 20%) en el Campus de la Universidade Católica de Salvador, Estado de Bahia, Brasil, la cual es monitoreada para evaluar a lo largo del tiempo el desempeño mecánico de los bloques y su eficiencia como pavimento semipermeable en la reducción del escurrimiento superficial.

2.2 Construcción de los bloques y control de calidad

El moldeado de los bloques para construcción de la pista (más 2000 bloques) siguió el mismo proceso de confección de aquellos usados para especificar la dosificación de cemento en laboratorio, apenas se substituyó la homogenización manual por la homogenización dentro de un mezclador de tambor, lo que permitió trabajar con mayor cantidad de masa, pero determinó el empleo de 3% de agua a más con relación a la humidad óptima obtenida de ensayo de compactación, pues el proceso de homogenización en el mezclador era más demorado y el suelo presentaba una tendencia de secar.
Para el control del proceso de fabricación fueron retirados un lote de bloques a cada 500 bloques construidos, más o menos, sumando un total de cuatro lotes, identificados como lote 1, lote 2, lote 3 y lote 4. Unos bloques de 130 días de moldeado, tiempo médio correspondiente al inicio de construcción de la pista, fueron retirados conformando el lote 5. Luego fueron realizados los ensayos de resistencia a compresión, absorción de agua y durabilidad (mismos ensayos usados previamente para definición de la dosis de cemento) en todos los lotes descritos.
La produtividad del servicio fue cerca de 50 bloques por día, donde fueron necesarios cerca de 60 días para la conclusión de los trabajos con un equipo de 4 personas.

2.3 Ensayos de resistencia a compresión

Los ensayos de compresión fueron realizados de acuerdo con las NBR 8492 y NBR 9781 usando bloques con diferentes edades después del moldeado. Los bloques fueron inmersos en agua por 6 horas y, en seguida, secados superficialmente, con ayuda de un paño absorvente. La superfície de ensayo de los cuerpos-de-prueba se refiere al ancho de 12.5 cm y largura de 25 cm, debido a la posición de asentamiento y contato en el pavimento (Figura 4). Los bloques moldados en la prensa manual salen con lados regulares, de este modo, no fue preciso el capeamiento de los cuerpos de prueba para ruptura. El rompimiento se dio en la prensa de compresión usando de 6 a 9 bloques para cada edad (7, 14, 28, 100 días y 4.5 años).

Figura 4. Ruptura de bloques 

2.4 Ensayos de absorción de agua

El ensayo de absorción de agua envuelve la NBR 8492 (Ladrillos de suelo cemento – Determinación de la absorción del agua) y fue realizado en tres cuerpos-de-prueba para identificación de la absorción del agua media de los bloques sometidos a la saturación.
Después de curados a los siete días, los tres cuerpos-de-prueba fueron pesados y conducidos al horno hasta que no registren diferencia de masa. Según la NBR 9781 (Piezas de concreto para la pavimentación – Especificación), el cuerpo-de-prueba adquiere masa constante cuando la diferencia entre las masas no sea superior a 0.5% del último valor encontrado. Luego del horno, debieron ser inmersos en un tanque con agua por 24h, después retirados del agua, y secados superficialmente con un paño levemente humedecido, pesados (antes de transcurridos 3min), determinando así, cuanto de agua fue absorbida por los bloques. 

2.5 Ensayos de durabilidad por humedecimiento y secado

Los equipamientos empleados en el ensayo fueron: balanza con capacidad de 10 kg y resolución de 1 g; un tanque para inmersión de los cuerpos-de-prueba en agua a la temperatura ambiente; un horno capaz de mantener la temperatura entre 105ºC y 110ºC; un horno capaz de mantener la temperatura entre 71±2ºC; un cepillo compuesto por cerdas de chapa de acero do tipo SAE 1020 nº 26, de 50.8 mm de largura por 1.6 mm de ancho, reunidas en 50 grupos de diez cerdas cada y montadas en cinco filas longitudinales y diez transversales, en un bloco de madera dura de 190 mm por 65 mm (Figura 5a); e un vernier para medición.

El ensayo de durabilidad por mojado y secara sigue la NBR 13554 (Suelo–cemento – Ensayo de durabilidad por mojado y secura), que determina la pérdida de masa, la variación volumétrica y la variación de humidad producida por los ciclos de humedecimiento y secado en tres cuerpos-de-prueba (bloques), identificados como n°1, n°2 y n°3. Luego los tres cuerpos-de-prueba fueron sometidos a seis ciclos de desgaste, que constaron de los siguientes pasos:

• El bloque n°1 fue pesado y medido para determinar su volumen, antes y después del término de la cura;

• Inmersión en agua de los tres cuerpos-de-prueba, por un tiempo de 5 h, al término del cual fueron retirados del tanque, secados con un paño húmedo, y el bloque n°1 fue pesado y medido el volumen. Los bloques n°2 y n°3 solo fueron pesados;

• Los tres bloques permanecieron en un horno con temperatura de 71 ± 2 ºC por 42 horas, después de retirados el n°1 fue pesado y medido el volumen. Los bloques n°2 y n°3 solo fueron pesados;

• Cepillado de los bloques n°2 y n°3, en el plazo de una hora, luego secado en horno. La norma NBR 13554 se refiere a la aplicación de un cepillado con intensidad de 15 N sobre una superficie de un cuerpo-de-prueba de forma cilíndrica. Menciona que en la superficie lateral son requeridos de 18 a 20 cepillados verticales, con el cepillo colocado con su eje longitudinal paralelo al eje longitudinal del cuerpo de prueba. En cada base son cuatro cepillados, siendo dos en un sentido y los otros dos en el sentido perpendicular al anterior. Como en el ensayo se uso bloques de forma paralelepípedo rectangular, no cilíndrica, entonces fue hecha una adaptación de la norma del número de cepillados proporcional a cada lado del bloque. Así, fueron realizados ocho cepillados en cada lado de asentamiento del bloque, debido que estos lados (12 cm x 25 cm) van sufrir cargamento directo en el pavimento, Figura 5b. En los lados laterales (6.5cm x 25 cm) fueron dos cepillados en cada lado, y en los lados extremos (12cm x 6.5 cm) fueron cuatro cepillados en cada lado, se respeto la indicación da norma de cepillar dos veces en un sentido y dos veces en el sentido perpendicular al anterior. El cepillado y resfriamiento de los bloques tienen que ser hechos en el plazo de una hora;

• La duración de cada ciclo de humedecimiento y secado corresponde a 48 h, este procedimiento se repitió por cinco veces más;

•Después del sexto ciclo, los tres bloques fueron puestos en el horno a una temperatura entre 105 ºC y 110 ºC, hasta alcanzar masa constante;

Con los valores de masa y volumen obtenidos durante los seis ciclos, es posible calcular la variación de volumen y humidad del bloque n°1 y las pérdidas de masa de los bloques n°2 y n°3, para evaluación de la durabilidad de mezclas de suelo cemento. 

Figura 5. a) Detalle del cepillo; y b) pesado del bloque después del cepillado 

2.6 Construcción del pavimento semipermeable

En el estacionamiento de la UCSAL, Campus de Pituaçu, fue construido un pavimento con una capa de bloques de suelo-cemento, con largura de 20.70 metros, ancho de 3 metros y pendiente del terreno de 6%. Estudios geotécnicos a partir de dos muestras colectadas en perforaciones de sondaje a taladro la profundidad de 3m mostraron que el suelo local es clasificado como arcilla arenosa-limosa con vestigios de pedregullos (4% de pedregullos, 32% de arena, 18 % de limo y 46% de arcilla), el peso específico medio de los granos es de 29,13 kN/m3, LL=54%, LP=28% e IP= 26%. Los resultados de clasificación del suelo apuntan ser un suelo bastante arcilloso con alto índice de plasticidad y con coeficiente de permeabilidad obtenido por medio de ensayo Guelph de 10-5 cm/seg. A pesar de la elevada pendiente del área y coeficiente de permeabilidad relativamente bajo, esta área fue usada debido a la imposibilidad de usar otro local en el campus, Brandão (2009).

El aparejado fue impuesto a los bloques por medio de confinamiento lateral a través de medios filos, pero también en la parte interna por medio de vigas de concreto (de 3 m de largo y 15 cm de anchura y altura) colocadas de forma transversal y colocadas a cada 3 metros, aproximadamente, con la finalidad de evitar el deslizamiento de los bloques debido a la pendiente (Marchioniet et al., 2010). La Figura 6a muestra el proceso de construcción del pavimento en campo, detallando el aparejado y colocación de los medios filos y de las vigas transversales.

Los bloques fueron asentados y colocados a tizón, cada dos bloques alternado el sentido, sobre una base de arena de 5.3 cm de espesura que funciona como un pequeño reservatorio de agua (Figura 6b). La base de arena tiene porosidad de aproximadamente de 46% que permite un volumen de almacenamiento de agua de 1500 litros, aproximadamente. Los bloques fueron rejuntados con arena fina lo que permitió la percolación da agua a través de las juntas para a base de arena.

Figura 6. a) Proceso de colocación de los medios filos y de las vigas transversales; b) asentamiento de los bloques en la capa de arena 

2.7 Exhumación de bloques de suelo cimento del pavimento semipermeable

Para evaluación del comportamiento de los bloques a lo largo del tempo, después de 1640 días (4.5 años) de fabricados y expuestos a la intemperie, fueron retirados 20 bloques del pavimento, de forma espaciada y aleatoria, Figura 7. Los bloques retirados constituyeron el lote 6 de estudio, de los cuales se destinaron 14 bloques para el ensayo de compresión, 3 bloques para el ensayo de absorción y 3 bloques para el ensayo de durabilidad. 

Figura 7. a) Exhumación del bloque; y b) distribución de los bloques exhumados en el pavimento

Los bloques retirados fueron substituidos por nuevos bloques de suelo cemento y marcados con un "X" para que no sean retirados nuevamente, Figura 8. 

Figura 8. a) pavimento sin bloque; y b) substitución con bloque nuevo marcado con "X" 

3. Resultados y discusiones

La Tabla 2 presenta los resultados obtenidos de los ensayos de resistencias a compresión en los lotes 1 a 4 a los 7, 14, 28 días, en el lote 5 a los 130 días (cuando fueron asentados en la pista) y en el lote 6 a los 1640 días después moldados (bloques exhumados del pavimento). Se presentan también resultados de ensayos de absorción del agua y durabilidad por humedecimiento y secado en los diferentes lotes. Para efecto de comparación, en la Tabla 2 se presentan también los resultados del Lote 7, referente a valores obtenidos anteriormente en los bloques con dosificación de porcentaje de cemento de 20, esta dosificación presentó mayor resistencia a compresión y menor absorción de agua y menor pérdida de masa (Tarqui et al., 2012), recordando que su proceso de mezcla y homogenización fue totalmente manual, sin uso de mezclador.

Tabla 2. Resultados obtenidos para los diferentes lotes ensayados

Los resultados de la Tabla 2 referentes a la variación de resistencia a compresión para bloques de diferentes edades son mostrados en la Figura 9, donde se puede observar acrecimos en la resistencia a medida que los bloques ganan más edad. El lote 7 (dosificación 20%) presento mayores valores de resistencia a compresión (5.8; 7.55; 10,61 MPa para 7, 14 e 28 días, respectivamente) que los valores medios obtenidos en los lotes de 1 al 4 (4,8; 7,1; 8,9 MPa para las edades de 7, 14 y 28 días, respectivamente). Probablemente esa diferencia sea en virtud del empleo de mayor cantidad de agua (3% a más) usada en el moldeamiento de los lotes, los cuales fueron homogenizados en el mezclador de tambor, para la confección de los bloques necesarios para construcción de la pista (cerca de 2000 bloques). Como ya se comentó, la homogenización en el mezclador era más demorada y la masa presentaba una tendencia a secar.

Los bloques exhumados (lote 6), con edad de 1640 días (4,5 años) aproximadamente, presentaron resistencia a la compresión de 12,2MPa, mostrando que no hube reducción de la resistencia con la exposición de los bloques a las condiciones ambientales (lluvia, sol y pequeño flujo de pedestre), por lo contrario, tuvo un leve incremento.

Figura 9. Resistencia a compresión media (MPa) para los diferentes lotes ensayados

En cuanto a la absorción de agua, todos los lotes están de acuerdo con lo que exige la NBR 8491 (Ladrillo macizo de suelo-cemento), en que la media de la absorción de agua no debe ser superior a 20% y la absorción individual no debe ser superior a 22%. Los datos presentes en la Tabla 2 permiten afirmar que no hubo variación significativa en relación al porcentaje de agua adsorbido por los bloques con el pasar del tempo, presentando de una forma general una adsorción de 15% de agua.

Referente a la pérdida de masa, los bloques usados en lote 7 (dosificación 20%) presentaron menores valores cuando comparados con los otros lotes, excepto al lote 6 (bloques exhumados) que tuvieron pérdida de masa en la orden de 0.03% y de -0.87% (para el n°2 y n°3, respectivamente), donde el n°2 no presento pérdida en su masa y el n°3 debido al "moho" (materia orgánica) en su superficie, adquirido con la acción de la intemperie a lo largo del tiempo, absorbió una pequeña cantidad de agua.

4. Conclusiones

Los resultados indicaron que los bloques moldeados con mayores contenidos de agua y en mezcladora (lotes 1 al 6) presentaron, en general, menor resistencia a la compresión de aquellos moldeados manualmente (lote 7), posiblemente, la relación de agua con cemento y de las reacciones resultantes de ella es la causa de esta variación de la resistencia. La utilización de los bloques en el pavimento y la actuación de las condiciones ambientales no produjeron reducción de la resistencia, aumento de absorción de agua y pérdida de masa. La resistencia a la compresión sencilla aumento con la edad del moldeado, variando de cerca de 9MPa (con 28 días de moldeado) para 11MPa (con 130 días de moldeado) y para 12MpPa (bloques exhumados del pavimento con 1650 días de moldeado). Se observa que los bloques exhumados presentaron un leve aumento de la resistencia (menos de 10%) en relación a los bloques de 130 días de moldeados, lo que puede ser atribuido a las reacciones que todavía suceden entre cemento, suelo y agua o a la variabilidad de materia prima usada y equipamientos empleados. Así, se puede afirmar que los bloques presentaron comportamiento adecuado cuando sometidos a condiciones de tráfico leve peatonal y a condiciones de intemperie.

5. Agradecimientos

Los autores agradecen la beca de iniciación científica cedida por las agencias de fomento: Fundação de Amparo de Pesquisa da Bahia (FAPESB) y del Conselho Nacional de Pesquisa (CNPq). Así como el apoyo de la Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) para realización de la investigación.

6. Referencias

Cancian M. A. (2013), Influência do teor de umidade, porosidade e do tempo de aplicação na mistura solo cimento para pavimento rodoviário de um solo da bacia do Paraná. Disertación de mestria. Universidae Federal de Londrina: Londrina. Disponíble en: http://www.uel.br/pos/enges/portal/pages/arquivos/dissertacao/85.pdf.[Accesado el 24 de novembro de 2014]         [ Links ].

CEPED – Centro de Pesquisa e Desenvolvimento (1984), Manual de construção com solo – cimento. São Paulo: ABCP.         [ Links ]

Estabragh, A. R.; Beytolahpour, I.; Javadi, A. A. (2011), Effect of Resin on the Strength of Soil-Cement Mixture. Journal of Materials in Civil Engineering, v. 23 (7): 969-976. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000252.         [ Links ]

Ferrari V. J., Souza A. H. C., Baltazar H. P., Dotto W. y Vieira Neto J. G. (2014), Tijolos vazados de solo-cimento produzidos com solo da Região do Arenito Caiuá do Paraná. Ambiente Construído, v. 14 (3): 131-148. Accesado en http://www.scielo.br/pdf/ac/v14n3/11.pdf        [ Links ]

Grande F. M. (2003), Fabricação de tijolos modulares de solo cimento por prensagem manual com e sem adição de sílica ativa. Dissertación de Mestría. São Carlos: Universidade de São Paulo.         [ Links ]

Marchioni M. y Silva C. O. (2010), Pavimento Intertravado Permeável - Melhores Práticas. Cartilha. São Paulo, Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP).Disponible en: http://ninamartinelli.com.br/downloads/cartilha_pav_intertravado_permeavel.pdf. [Accesado en: 24 de noviembre de 2014]         [ Links ].

NBR 10833. (2012), Fabricação de tijolo maciço e bloco vazado de solo cimento com a utilização de prensa hidráulica. Procedimento. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro.         [ Links ]

NBR 7181. (1988), Solo – Análise granulométrica – Método de ensaio. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro.         [ Links ]

NBR 6459: (1984), Determinação do limite de liquidez – Método de ensaio. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro.         [ Links ]

NBR 7182. (1988), Ensaio de compactação – Método de ensaio. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro.         [ Links ]

NBR 6508: (1984), Grãos de solo que passam na peneira 4,8mm - Determinação da massa específica – Método de ensaio. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro.         [ Links ]

NBR 12253. (2012), Solo cimento – Dosagem para pavimento. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro.         [ Links ]

NBR 9781. (2013), Peças de concreto para a pavimentação – Especificação e métodos de ensaio. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro.         [ Links ]

NBR 8492. (2012), Tijolo de solo cimento – Análise dimensional, determinação da resistência à compressão e da absorção de água – Método de ensaio. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro.         [ Links ]

NBR 13554. (2012), Solo cimento – Ensaio de durabilidade por molhagem e secagem – Método de ensaio. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro.         [ Links ]

NBR 8491. (2012), Tijolo maciço de solo cimento. Especificação. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro.         [ Links ]

Penteado P. T. y Marinho. R. C. (2012), Custos de construção solos cimento vs convencional. Trabajo de Conclusión de Pregrado. Curitiba: Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Disponible en: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/375/1/CT_EPC_2011_2_22.PDF. [Accesado en 10 noviembre 2014]         [ Links ].

Revista Tèchne (2004), Alvenaria de solo cimento. Revista Tèchne, Edição 85, mês de Abril. Disponible en: http://techne.pini.com.br/engenharia-civil/85/artigo286284-1.aspx [Accesado en 24 de noviembre de 2014]         [ Links ].

Rojas J. W. J., Consoli N. C. y Heineck K. S. (2008), Durabilidad de un suelo contaminado y tratado con cemento portland. Revista Ingenieria de Construcción. 23 (3): 163-170. https://scielo.conicyt.cl/pdf/ric/v23n3/art04.pdf        [ Links ]

Silva F. S. y Castro A. P. S. (2009), 26 de noviembre. Incentivo ao uso de produtos de baixo impacto ambiental através da disciplina de materiais de construção civil, ponencia. Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia. Recife: ABENGE. Disponible en: www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2009/artigos/579.doc[Accesado en 24 de noviembre de 2014]         [ Links ].

Souza V. P, Toledo R, Holanda J. N. F, Vargas H y Junior R. T. F. (2008), Análise dos gases poluentes liberados durante a queima de cerâmica vermelha incorporada com lodo de estação de tratamento de água. Cerâmica, 54 (331): 351–355. http://dx.doi.org/10.1590/S0366-69132008000300013        [ Links ]

Tarqui J. L. Z., Carvalho M. F., Brandao C. P. (2012), 15 de setiembre. Avaliação da resistência a compressão de misturas de solo-cimento para aplicação em pavimentos de trafego leve, ponencia. XVI Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica – Cobramseg. Porto de Galinhas: ABMS.         [ Links ]

Tennant A. G., Foster C. D. y Reddy B. V. V. (2013), Verification of Masonry Building Code to Flexural Behavior of Cement-Stabilized Soil Block. Journal of Materials in Civil Engineering, v. 25: 303-307. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000566        [ Links ]

---

Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Antônio Carlos 6627, Campus Pampulha da UFMG, Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos – CPH, Sala G 406, Bairro Pampulha, Belo Horizonte
E-mail: jlztarqui@yahoo.com.br

Fecha de Recepción: 30/09/2015 Fecha de Aceptación: 28/11/2015

 Todo el contenido de esta revista, excepto dónde está identificado, está bajo una Licencia Creative Commons

Avda. Vicuña Mackenna #4860, Macul

Campus San Joaquín - Edificio San Agustín - Piso 3

Casilla 306 - Correo 22

Santiago - Chile

Tel.: (56-2) 2354 4244

Fax: (56-2) 2354 4608


ric@ing.puc.cl