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080 ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DEL TABIQUE ROJO RECOCIDO, UTILIZADO EN LA CONSTRUCCIÓN DEL MUNICIPIO DE QUERÉTARO 1

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Arroyo, M. , Cabrera , O Y Muñoz, M . RESUMEN El objetivo de este trabajo es determinar las propiedades físicas y mecánicas del tabique rojo recocido, que se utiliza en el proceso de construcción de estructuras de mampostería en la ciudad de Santiago de Querétaro, así como obtener una base cualitativa y cuantitativa que permita realizar un análisis comparativo con las Normas Técnicas Complementarias para Mampostería del Reglamento de Construcción del Distrito Federal (NTCRC-DF). Finalmente, se dan algunas recomendaciones que permitirán mejorar la calidad del tabique, así como las propiedades del mismo para la toma de decisiones en el diseño y construcción de estructuras de mampostería en la región. Este estudio sienta las bases para una futura adecuación de Normas Técnicas Complementarias de Mampostería del Reglamento de Construcción para el Municipio de Querétaro. INTRODUCCIÓN A nivel histórico se sabe que la expansión del tabique o ladrillo es reciente, comparado con otras civilizaciones. Si bien el tabique recocido es conocido en México desde los inicios de la época colonial, su utilización era muy limitada; observándolo únicamente en ciertos templos o casas señoriales. En el censo de 1929 el tabique representaba apenas el 3% de los materiales de la vivienda, y estaba presente de manera más marcada en el Distrito Federal (30%), Sinaloa (24%), Baja California Sur (15%), en estas últimas entidades el tabique era importado, pues venía como lastre en los barcos. Sin embargo, se tiene reportado que para estas fechas existían ya tabiqueras de tipo moderno en varias partes del país, como en el Estado de México, Coahuila, Nuevo León, Puebla y Jalisco; las cuales surtían las necesidades en material para la vivienda residencial de las principales ciudades. Lo que no existía entonces eran los cientos de miles de pequeñas tabiqueras rústicas que hay actualmente en los alrededores de casi todas las ciudades del país. Desconocemos con precisión el proceso de expansión de esa industria, mas creemos que a partir de los años sesenta este crecimiento debe haber sido espectacular. El tabique o ladrillo es el material más utilizado en muros en el país; junto con el bloque, corresponde al 70% de las viviendas censadas en 1990. Actualmente la industria del tabique en México sigue estando dominada por pequeños productores de tabique rústico o artesanal; pues las grandes empresas modernas han enfocado sus esfuerzos a la producción de ladrillo extruido o tabiques multiperforados, así como de productos cerámicos más elaborados y de mayor costo, como pisos, azulejos y muebles sanitarios. Los productos de estas pequeñas tabiqueras son muy variables en dimensiones y calidad, según su grado de desarrollo tecnológico, desde el tabicón y tabiques rústicos, hasta tabiques con acabado de tipo industrial. Sin embargo, se ha notado un proceso sostenido de mejoramiento tecnológico, ocasionado por la llegada de nuevas tecnologías y la presión contra las factorías rústicas de las autoridades de Protección y Mejoramiento del Medio Ambiente, dado que las tabiqueras son sumamente contaminantes. En el Municipio de Querétaro se cuenta sólo con un Reglamento que norma la construcción, que al no contar con Normas Técnicas Complementarias (NTC) para el diseño de estructuras de mampostería, se remite en especial a las NTC que proporciona el Reglamento de Construcción para el Distrito Federal (RC-DF).

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Facultad de Ingeniería, UAQ, Centro Universitario, Cerro de las Campanas, C.P. 76010, Santiago de Querétaro, Qro. México, Tel.: (442) 16.35.99, Ext 230, Fax.: Ext 218, Email: [email protected]

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080 Las NTC para el diseño de estructuras de mampostería del RC-DF se sustentan en modelos analíticos y experimentales que toman en cuenta las condiciones locales del lugar. En el caso particular de las propiedades de los materiales, se obtienen con base en análisis de resultados de pruebas experimentales hechas con materiales propios de la región; por lo tanto, tienen su principal aplicación en la zona donde se realiza tal estudio. Es decir, es necesario tomar en cuenta las particularidades de los materiales de nuestra región para poder ser aplicables dichas normas en el Municipio de Querétaro. Por lo anterior, surge la necesidad de realizar estudios que validen la aplicación de dichas normas. En el presente trabajo se dan a conocer los resultados obtenidos de una serie de ensayes de laboratorio, aplicados a muestras de materiales de los diversos productores que abastecen la zona en estudio. Estos resultados sirven de base para facilitar la aplicabilidad de las NTC a las que se remite en el Reglamento de Construcción del Municipio de Querétaro, para el diseño de estructuras de mampostería, específicamente aquellas hechas a base de tabique rojo recocido. METODOLOGÍA El procedimiento aplicado en este trabajo se puede describir en tres etapas: ubicación de las principales fuentes de abastecimiento de tabique rojo recocido, identificación del proceso de fabricación y determinación de las características físicas y propiedades mecánicas del material. ZONAS PRODUCTORAS DE TABIQUE ROJO PARA LA CONSTRUCCIÓN. El punto de partida es determinar el lugar de procedencia del tabique que nos ocupa, de esta manera tendremos datos específicos para la continuación de nuestro estudio; la manera como se logra obtener esta información, se describe a continuación. El recorrido por los predios en construcción de la Cd. de Santiago de Querétaro, permitió entablar comunicación directa con los usuarios de este material, logrando con ello ubicar los lugares de donde adquirieron el tabique, dándonos cuenta que los lugares más socorridos son las casas de materiales y los seudo-tianguis en algunos lugares de la ciudad, donde se reúnen comercializadores de tabique, que no necesariamente son productores ni originarios de las zonas de producción, sino mercaderes o intermediarios que cuentan con equipo de transporte y su oficio es la distribución de material, por lo que muy pocos constructores acuden directamente con los productores. Continuando con la búsqueda de los lugares donde se produce el tabique, se acude a los dueños de las casas de materiales y a los intermediarios, los cuales hicieron mención de diferentes lugares de producción, tales como: La Solana, Jofre y Jofrito en Querétaro, Qro., San Nicolás en Tequisquiapan, Qro. y El Capulín, San José Iturbide, Gto. Las principales poblaciones productoras de tabique rojo recocido que se tratan en este trabajo son: San Nicolás que se encuentra al este de la ciudad de Querétaro en el Municipio de Tequisquiapan, la Solana que se ubica al norte de la ciudad de Santiago de Querétaro, aproximadamente a 20 km, sobre la carretera federal No 57, las comunidades de Jofre y Jofrito, también al norte de la ciudad aproximadamente a 35 km, y la comunidad de El Capulín en el municipio de San José Iturbide, Gto. La zonificación de las fuentes productoras se hizo en función a su proximidad geográfica a la ciudad de Santiago de Querétaro: zona 1 La Solana, zona 2 Jofre, Jofrito y El Capulín, y zona 3 San Nicolás. Zona 1. La Solana es una comunidad rural que se localiza al norte de la Ciudad de Querétaro, se caracteriza por un paisaje semidesértico a las orillas de un cerro, dividida en dos partes, la primera donde habitan sus moradores, ésta es la más alejada del cerro y la segunda a orilla de la formación orográfica, donde se encuentran los hornos para producir el tabique (ver Foto 1), puesto que aquí es donde se encuentran los depósitos de arcilla que utilizan para el proceso de producción del tabique rojo recocido. Los materiales que se utilizan en esta zona son: material arcilloso, aserrín, material limoso y agua.

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080 El material arcilloso es identificado de manera visual, por lo regular es arcilla de color negro, y se selecciona de manera empírica. El aserrín sirve para que la pieza no se rompa fácilmente ni se fisure, es decir, le da consistencia, si la cantidad de aserrín es muy grande el tabique queda más ligero y al momento de someterlo al fuego éste se deforma demasiado. De lo contrario, el resultado es una pieza con poca consistencia, es común que para la misma finalidad se utilice estiércol en lugar de aserrín, o ambos. El material limoso proviene de depósitos aluviales, se utiliza para darle trabajabilidad a la mezcla. Cabe resaltar que no existe ningún estudio que permita identificar la mejor combinación para la producción del tabique rojo recocido en este lugar. Zona 2. Jofre, Jofrito y El Capulín. Las características de esta zona del Jofre y Jofrito son dos comunidades muy cercanas entre sí, también enclavadas al norte de la ciudad de Querétaro, con características rurales, la mayoría de sus habitantes se dedican tanto a la agricultura como a la producción de tabique rojo recocido, ambas poblaciones aunque no son aledañas a El Capulín, tienen un proceso de producción muy similar, incluso los materiales que utilizan son los mismos, y su producto es prácticamente igual, aún conservan unos cuantos hornos que funcionan a base de leña y quema de llantas como combustibles, pero son un bajo porcentaje del total, la gran mayoría utiliza combustoleo o aceite quemado y vapor de agua para calentar el horno (Foto 2).

FOTO 1. Ubicación de hornos a pie de cerro y depósito natural de la arcilla que utilizan para elaborar tabique.

FOTO 2. Horno en El Capulín, a un costado de la carretera.

El Capulín se encuentra al norte de la Ciudad de Querétaro en el Municipio de San José Iturbide, Gto., es una comunidad más urbanizada que Jofre y Jofrito, donde la población se dedica principalmente al comercio en general, los materiales que se utilizan en esta zona para la producción del tabique son: material arcilloso, estiércol y material limoso. El material arcilloso es identificado de manera visual, por lo regular es arcilla de color negro, y se selecciona de manera empírica. El estiércol sirve para que la pieza no se rompa fácilmente ni se fisure, es decir, le da consistencia, si la cantidad de estiércol es muy grande el tabique queda más ligero y al momento de someterlo al fuego éste se deforma demasiado, de lo contrario, el resultado es una pieza con poca consistencia. El limo se combina con la arcilla para que la mezcla no sea tan plástica (chiclosa) y sea más manejable, la proporción se da de manera empírica. Al igual que la zona anterior no se han hecho estudios formales que sustenten la producción del tabique rojo recocido. Zona 3. San Nicolás es una comunidad del municipio de Tequisquiapan, al este de la ciudad de Querétaro. Esta zona es prácticamente un sembradío de hornos dentro de propiedades particulares, una mezcolanza de viviendas y hornos para producir tabique rojo (Fotos 3 y 4); la mayoría de sus habitantes se dedican a la

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080 elaboración de tabique, y otras variedades de barro recocido como la teja, cuñas, etc. Los materiales que se utilizan en esta zona son: material arcilloso, aserrín, estiércol y arena de mina (arena blanca). En San Nicolás utilizan tanto el aserrín como el estiércol, de forma indiscriminada sin un estudio racional que permita identificar la mejor mezcla. La arena de mina se encuentra en la comunidad de Bordo Blanco, a 5 kilómetros aproximadamente del lugar, se utiliza para darle trabajabilidad a la mezcla además de ser agregado volumétrico. El agua que se utiliza se extrae del Río San Juan, por su cercanía, sin embargo dicha agua es producto de desechos de las localidades cercanas. En este caso tampoco se han hecho estudios del tipo y calidad del agua utilizada.

FOTO 3 Ubicación de horno y vivienda.

FOTO 4 Patio común de varios productores.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE FABRICACIÓN Después de observar los procesos de producción en cada zona, se puede concluir que el procedimiento de elaboración es muy similar en todas las zonas de estudio, lo que difiere de una a otra es la utilización o no de estiércol, aserrín o arena blanca de mina; puesto que se remiten a materiales de fácil adquisición en el lugar. En una forma sintetizada el proceso de fabricación es como se enuncia a continuación (ver Fotos de 5 a 13). Se prepara un área especial para la colocación de los materiales a utilizar (arcilla, limo, estiércol, aserrín, arena blanca de mina) y otra libre para colocar las piezas que se van elaborando. Se coloca la arcilla, encima de esta los demás materiales y posteriormente se le agrega agua suficiente para que de esta manera permanezca aproximadamente 24 horas, la finalidad es humedecer los materiales para poder mezclarlos de manera más fácil y rápida. Se mezclan los materiales con ayuda de un azadón hasta que se obtenga una mezcla uniforme (la experiencia de los trabajadores les hace ver en que momento la mezcla esta lista, al igual se enteran si las cantidades de los materiales fueron las correctas o no.

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080

FOTO 5. Mezcla homogénea lista para el moldeo de piezas.

FOTO 6. Llenado de molde, moldeado manual de las piezas, enrase y moldeo terminado.

FOTO 8. Piezas en secado inicial.

FOTO 9. Piezas en secado o fraguado final. Acomode de las piezas para secado uniforme.

FOTO 11. Piezas en cocción

FOTO 12. Fuego lanzado al interior del horno.

FOTO 7. Lavado de molde cada tres usos.

FOTO 10. Acomodo de piezas dentro del horno.

FOTO 13. Tabique para venta.

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080 La mezcla se coloca en moldes de madera tipo reticular de 6, 9 y 12 oquedades que dan la forma y dimensiones al tabique; después de cada tres aplicaciones, el molde se lava para evitar que en sus partes se adhiera la mezcla, la mezcla se transporta en una pieza elaborada con malla de gallinero y sus bordes de madera en forma de un bastidor, ésta se coloca en el molde de manera manual, utilizando los puños para amasar y generar un cuerpo libre de espacios vacíos en su interior, posteriormente se enrasa con una regla de plástico y se retira el molde. Dependiendo del clima imperante durante la elaboración de las piezas, se calcula el tiempo necesario para que sequen y puedan ser almacenadas para posteriormente depositarlas en el horno. Cuando existe un día cálido hay que dejar “oreando” las piezas por lo menos durante 24 horas, para su fraguado. Se levantan las piezas y se colocan de tal manera que sus caras estén expuestas al contacto del aire, esto se logra mediante la colocación de una pieza sobre su parte más delgada, a lo largo de la más grande se espacian aproximadamente 5 centímetros una de otra, y en forma de tresbolillo se colocan las demás sobre éstas, la finalidad es evitar agrietamientos de las piezas por deformaciones volumétricas, debido a que pierden humedad durante el proceso y de forma natural sufren este tipo de deformaciones. En esta posición duran aproximadamente una semana, secado lento. Se colocan las piezas en el horno de tal manera que se permita el paso del fuego hacia todas las partes del mismo, similar al acomodo para secado lento. Una vez que se hayan colocado las piezas en el horno se procede a hacer el “enjarre”, es decir colocar piezas de tabique ya cocido para cubrir perfectamente el horno y al final se le adiciona una capa de estiércol o cáscaras y basura de coco. Una vez encendido el fuego, éste debe de permanecer constante durante aproximadamente 12 horas. Se utiliza un dispositivo simple, a manera de lanzallamas, usando para ello dos tambos de 200 lts de capacidad, uno con agua y otro con algún combustible, colocados a orillas de la parte frontal del horno, tirado de manera que dejan fluir a través de una manguera el líquido que contienen (el combustible que utilizan es el aceite quemado, chapopote, o combustóleo, este es aventado hasta el interior del horno por medio de presión de vapor de agua. Se retira parte del “enjarre” para facilitar el enfriado de las piezas de tabique. Se dejan enfriando las piezas durante 3 días mínimo para poder retirar el tabique del horno. El tabique está listo para poder transportarse a la obra o a las tiendas de materiales. Los tiempos en la producción son relativamente lentos, un proceso completo para un horno de 15,000 tabiques y 10 empleados (capacidad y número de empleados promedio) como se aprecia en la tabla 1, dura 22 días en promedio. Utilizando un promedio de 8 tambos de combustible y 8 de agua para la cocción y las siguientes cantidades de material: 75 carretilladas de arena de mina o limo, 15 carretilladas de estiércol o aserrín, 180 carretilladas de material arcilloso y Agua suficiente. TABLA 1. Tiempos por actividad en el proceso de elaboración del tabique.

DURACIÓN (DIAS) ACTIVIDAD Preparación del terreno Acarreo de material. Humectación del material Elaboración de la mezcla. Labrado de piezas. Secado inicial. Secado final. Colocación en horno. Cocción. Enfriamiento de las piezas. Extracción de las piezas del horno. TOTAL

1/4 2 1½ 1 1½ 1 7 2 1½ 3 1 22

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080 Hornos. Los hornos son similares en las tres zonas, básicamente es una estructura de mampostería de 4 paredes en forma de prisma rectangular con una oquedad en la parte frontal inferior por donde entra o se inyecta el fuego, las paredes son de adobe y tabique, no cuenta con un techo y sus paredes laterales se eliminan cada vez que se retira el tabique ya cocido (fotos 14 a 16).

FOTO 14. Perspectiva de un horno típico.

FOTO 15. Suministro de combustible.

FOTO 16. Lanzallamas de Combustible líquido y madera (leña).

Las capacidades varían de acuerdo al productor, así encontramos que en la Solana hay aproximadamente 200 hornos de 18 a 24 mil piezas, en San Nicolás aproximadamente 400 hornos de 9 a 20 mil piezas y en el Capulín y Jofres existen aproximadamente 350 hornos de entre 10 y 20 mil piezas. DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS Y PROPIEDADES MECÁNICAS DEL TABIQUE ROJO RECOCIDO No existe norma mexicana oficial o recomendación que regule los criterios de fabricación, calidad y resistencia de los tabiques o ladrillos de adobe estabilizado, existen escasas pruebas sobre las características de resistencia a la compresión o de resistencia al corte de especímenes o muros elaborados con éstas piezas, sin embargo si existe una normatividad que establece las especificaciones que deben cumplir los tabiques para su uso estructural, y entre ellas están las que se enuncian en la tabla 2. Los especimenes se sometieron a las pruebas que norma la ASTM-C67-91 (ver tabla 3), tanto de manera individual como el procedimiento consecutivo entre ellas. TABLA 2. Normatividad.

NORMA NMX-C-006-1796 NOM-000-SCFI-1994 ASTM C62-91b ASTM C67-91

DESCRIPCIÓN Industria de la construcción. Ladrillos y bloques cerámicos de barro, arcilla o similares. Anteproyecto de Norma Oficial Mexicana que establece las especificaciones que deben cumplir los bloques, tabiques, ladrillos y tabicones para uso estructural. Standard Specifications for Building Brick (Solid Masonry Units Made From Clay or Shale). Standard Test Methods of Sampling an Testing Brick and Structural Clay Tile.

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080 TABLA 3. Procedimiento ideal de prueba (ASTM-C67-91).

Módulo de ruptura (se obtienen dos mitades de ladrillo) Secado de las mitades de ladrillos en el horno, Ws , γ Prueba de absorción inicial Secado en horno Inversión de las piezas en agua fría por 24 hrs (Absorción) Inmersión de las piezas en agua hirviendo por 5 hrs, CS = C/B Secado en horno Prueba de resistencia a la compresión Obtención de las características geométricas del tabique. Para determinar las características geométricas de las muestras de tabique, se tomaron medidas del largo, ancho y peralte, de cada pieza (Foto 17). De estas medidas se obtienen su promedio. En la tabla 4 se muestran los resultados por lote de las mediciones: valores promedios y desviaciones estandar por lote. Con los valores mostrados en la tabla 4 se obtuvieron los intervalos de confianza y las pruebas de hipótesis. Pruebas de laboratorio. El muestreo de los especímenes se realiza de manera aleatoria en las zonas de estudio, cumpliendo con el mínimo de tres muestras de 10 piezas, de lotes diferentes de la producción, como se señala en la NTC para el diseño y construcción de estructuras de mampostería del RC-DF, en su apartado 2.1.2. Las pruebas realizadas se sujetaron a la NORMA MEXICANA NMX (NMX-C-404-1997-ONNCCE), que se refiere a la “Industria de la Construcción - Bloques, Tabiques o ladrillos y Tabicones para uso Estructural Especificaciones y Métodos de Prueba”, tomadas del manual de pruebas del laboratorio de Resistencia de Materiales, de la Facultad de Ingeniería de la UAQ, Serrano (1997). En este laboratorio se realizaron todas las pruebas experimentales. Estas pruebas que a continuación se describen se ilustran en la secuencia de fotos de 17 a 28. TABLA 4. Resumen de resultados. RC

DIMENSIONES (cm)

kg / cm 2

Largo (cm)

Ancho (cm)

Peralte (cm)

Media

40.5599

26.1676

12.8728

Desv. est.

16.8453

0.5008

media

24.1657

Desv. est.

11.5259

media Desv. est.

LOTE

Absorción %

IRA –abs in(gr/min)

Coeficiente de sat (CS)

MR

5.4988

22.5050

8.1778

0.7505

25.0623

0.3288

0.2550

3.3895

2.2495

0.3587

9.0534

27.2012

13.5021

5.3219

20.4484

20.5025

0.8252

21.8135

0.2575

0.6400

0.1743

2.2193

6.5003

0.0555

8.9882

20.4037

26.7776

13.4896

5.5352

23.4475

15.2256

0.9685

35.3567

8.5013

0.3250

0.2054

0.2374

4.4315

2.7053

0.0238

15.9112

kg / cm 2

1, n = 30

2, n = 36

3, n = 35

Determinación del módulo de ruptura. El módulo de ruptura es una prueba que mide la resistencia a la tensión de los tabiques, y para determinarlo se sigue el procedimiento de la norma ASTM-C67-91, NOM-000SCFI-1994. Primero se marca el punto medio a lo largo, por las dos caras anchas. En la cara inferior se marca 9 cm a cada lado, partiendo del centro hacia los extremos de cada uno de los tabiques. Ayudados por tres perfiles angulares colocados en los punto marcados del tabique y debidamente centrados en la máquina universal, se

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080 aplica carga hasta la ruptura (carga máxima, ver fotos 25 y 26). La expresión que permite calcular el módulo de ruptura es:

MR =

3 PL . 2bd 2

(1)

donde MR es el Modulo de ruptura (en kg/cm2), P la Carga máxima (kg), L la distancia entre los puntos de apoyo (18 cm), b el Ancho (cm) y d el Peralte (cm). Los valores medios del módulo de ruptura para cada uno de los lotes se muestran en la tabla 4. Resistencia a la compresión. La resistencia a la compresión simple depende del tipo de arcilla utilizada, del proceso de manufactura y del grado de cocción. Para determinar la resistencia nominal a la compresión de tabiques, se sigue las especificaciones de las normas ASTM C67-91, NOM-000-SCFI1994. Primero se toman las mitades resultantes de la prueba anterior (modulo de ruptura). Se determina nuevamente su área midiendo sólo su longitud en tres caras y se calcula el promedio. Se cabecea con arena fina en la placa inferior de la máquina universal y sobre élla el tabique, el cual debe quedar debidamente centrado. Se pone otra capa de arena fina en la cara superior del tabique; esto se hace para llenar los poros y así llevar a cabo una carga uniforme a todo lo largo y ancho del tabique. Una vez centrada y cabeceada la pieza, con arena fina en la máquina de prueba, se aplica la carga uniforme, registrando dicha carga cuando ocurra la 1ra grieta (ver Fotos 27 y 28). La expresión para este cálculo es:

RC =

P A

(2)

donde RC es la resistencia a la primera grieta (kg/cm2), P la carga a la primera grieta (kg) y A la Sección ó área (cm2). Los valores medios de la resistencia a la primera grieta para cada uno de los lotes se muestran en la tabla 4. Absorción inicial. Es una prueba que mide las características de succión y capilaridad de la pieza. Según las normas ASTM C67-91, NOM-000-SCFI-1994 consiste en sumergir 1/8” de profundidad a un ladrillo completamente seco por espacio de un minuto. Después del minuto, se retira la pieza, se limpia con un trapo húmedo el exceso de agua y se pesa en la báscula (ver Fotos de 18 a 20). La absorción inicial (IRA) se calcula como:

IRA =

(W1 min − Ws ) 30in An

2

≤ 30

gr .. min

(3)

Los valores medios de la absorición inicial para cada uno de los lotes se muestran en la tabla 4. Prueba de absorción. La absorción está limitada en un intervalo del 13 al 21% para tabiques recocidos según la norma: NOM-000-SCFI-1994, Tena (1997). El procedimiento a seguir es el que se indica en las normas ASTM C67-91, NOM-000-SCFI-1994. Primero se toman las mitades restantes, se colocan en un recipiente con agua y se saturaran por inmersión durante 24 hrs. y al término de este tiempo se secan superficialmente con papel o tela absorbente y se determina el peso saturado y superficialmente seco (Psss1). Después se seca hasta peso constante. Se satura por ebullición durante 5 Hr. Se coloca en un recipiente con agua, se pone sobre la parrilla para lograr la ebullición en un mínimo de una hora y en un máximo de 2 horas. Se continúa la ebullición durante un lapso de 5 horas. Terminado el tiempo de ebullición se deja que los

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080 fragmentos se enfríen, en un lapso de 14 a 24 horas, al cabo de los cuales siguiendo el mismo método anterior se determina el peso saturado y superficialmente seco (Psss2). Para el cálculo de la absorción y coeficiente de saturación se utilizan las expresiones siguientes:

Absorción =

CS =

Psss 2 − Ps X 100 Ps

Psss 2 − Ps Psss1 − Ps

(4)

(5)

donde CS es el coeficiente de saturación, Psss1 el peso saturado y superficialmente seco por ebullición, Psss2 el peso saturado y superficialmente seco por inmersión y Ps el Peso seco. Los valores medios del coeficiente de saturación y la absorción para cada uno de los lotes se muestran en la tabla 4.

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080

FOTO 17. Medición de las dimensiones de la pieza.

FOTO 19. Retiro de pieza para pesado.

FOTO 18. Inmersión de tabique a 1 minuto.

FOTO 20. Pesado de la pieza a 0.1 gramo de aproximación.

FOTO 21. Acomodo de material para inmersión a 24 hrs y

FOTO 22. Piezas en inmersión y retiro de piezas para

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080 suministro de agua.

secado.

FOTO 24. Piezas en ebullición. FOTO 23. Secado superficial.

FOTO 25. Preparación de la pieza para prueba de MR.

FOTO 26 Pieza ensayada a MR.

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FOTO 27. Cabeceo de pieza con arena fina.

FOTO 28. Pieza ensayada a Compresión Simple.

ANÁLISIS DE RESULTADOS Partiendo de los resultados obtenidos de las pruebas experimentales se realiza un análisis de control estadístico de calidad, de confiabilidad y pruebas de hipótesis. En la tabla 4 se muestra un concentrado de los valores medios, varianzas, desviaciones estandar y coeficientes de variación de las variables en estudio. Con estos valores se obtienen los intervalos de confianza y las pruebas de hipótesis. Intervalos de confianza. Utilizando técnicas de estadística sobre intervalos de confianza, se determinan la ubicación de la media poblacional de cada prueba, para cada zona, suponiendo que las distribuciones son del tipo normal y utilizando un intervalo de confianza al 90%. Además se comparan, utilizando pruebas de hipótesis, los resultados por prueba entre las distintas zonas, a fin de poder determinar la justificación de la indiscriminada utilización de tabique rojo recocido en una sola obra, proveniente el material de distintas zonas de producción. Por último, mediante pruebas de hipótesis se determinan si los tabiques que se analizaron y por ende los que se producen en las tres zonas estudiadas, cumplen o no con los requisitos que establece la Norma NMX-404-1997-ONNCCE (ver tabla 5) para que sean utilizados como elementos de mampostería estructural. Pruebas de hipótesis. Se realizaron pruebas de hipótesis entre lotes y sus valores estadísticos, para determinar si pueden ser compatibles o no en determinado proceso, además para determinar si cumplen o no con las especificaciones para ser utilizados como elementos de estructuras de mampostería. En la tabla 6 se muestran los resultados de un prueba de hipótesis de igualdad entre dos medias de dos poblaciones diferentes. Finalmente, se presentan en la tabla 7 los resultados de las pruebas comparativas con los valores nominales especificados, para determinar la pertinencia de la utilización de los tabiques rojos como elementos estructurales de mampostería. TABLA 5. Especificaciones según la norma NMX-404-1997-ONNCCE, para el tabique rojo recocido.

Resistencia a la compresión simple mínima: Largo Ancho peralte absorción de agua máxima (24 hrs) : IRA máximo : coeficiente de saturación máximo: modulo de ruptura mínimo :

30 28 14 7 13 – 21 30 0.8 15

kg/cm2 cm cm cm % Grm / min

(1ª grieta)

kg/cm2

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080 TABLA 6. Resultado de pruebas de hipótesis sobre igualdad de medias entre dos distribuciones normales.

PRUEBA

RC (Kg/cm2)

DIMENSIONES (cm) Absorción IRA -abs Coeficien-te Peralte % in- (gr/min) de sat (CS) Largo (cm) Ancho (cm) (cm) ENTRE LOTE 1 Y LOTE 2 H0: µ1 = µ2, H1: µ1 µ2

Sp2=

169.6263

0.1725

0.0725

Sp=

13.0241

0.4153

(1/n1)+(1/n2)=

0.0619

0.0619

to=

6.2201

t0.05,63 =

MR (kg/cm2)

0.0603

15.8869

6.2791

0.0595

174.3578

0.2693

0.2457

3.9858

2.5058

0.2440

13.2045

0.0619

0.0619

0.0619

0.0619

0.0619

0.0619

-5.9042

-9.2047

-0.5965

-0.9504

-11.3043

-3.5905

-3.1334

1.6704

1.6704

1.6704

1.6704

1.6704

1.6704

rechazada

rechazada

rechazada

rechazada

rechazada

Sp2=

201.2314

0.1499

0.2730

0.0461

25.4007

0.0600

81.320

resultado

1.6704 1.6704 no se no se rechazada rechaza rechaza ENTRE LOTE 1 Y LOTE 3 H0: µ1 = µ3, H1: µ1 µ3 7.8992

Sp=

14.1856

0.3872

0.5225

0.2147

2.8106

5.0399

0.2449

9.0178

(1/n1)+(1/n3)=

0.0611

0.0611

0.0611

0.0611

0.0611

0.0611

0.0611

0.0611

to=

4.6750

-10.7997

-4.8725

3.3339

2.9601

-9.8923

-1.2333

1.4573

t0.05,64 =

1.6701

1.6701

1.6701

1.6701

1.6701

1.6701

rechazada

rechazada

rechazada

1.6701 no se rechaza

1.6701 no se rechaza

Resultado rechazada ENTRE LOTE 2 Y LOTE 3

rechazada rechazada

H0: µ2 = µ3, H1: µ2 µ3 Sp2=

102.9984

0.0857

0.2286

0.0432

12.1753

25.0396

0.0018

165.727

Sp=

10.1488

0.2927

0.4781

0.2078

3.4893

5.0040

0.0429

12.8735

(1/n2)+(1/n3)=

0.0563

0.0563

0.0563

0.0563

0.0563

0.0563

0.0563

0.0563

to=

-0.0880

-0.3435

-0.0062

0.2438

0.2040

-0.2503

0.7929

0.2497

t0.05,69 =

1.6690

1.6690 no se rechaza

1.6690 no se rechaza

1.6690 no se rechaza

1.6690 no se rechaza

1.6690 no se rechaza

1.6690 no se rechaza

1.6690 no se rechaza

resultado

no se rechaza

TABLA 7. Resultados de pruebas de hipotesis entre lotes 1, 2, 3 y valores normativos.

DIMENSIONES (cm) RC 2 (Kg/cm ) Largo (cm) Ancho (cm) Peralte (cm) ENTRE LOTE 1 Y NORMAS PRUEBA

H0:

µ1 = µ0

H1:

µ1 > µ0

µ1 < µ0

Zo= Zα =

3.4335 1.2816

-20.0412 1.2816

resultado

µ1 = µ0

se rechaza se rechaza

µ1 = µ0

Absorción %

µ1 = µ0

µ1 = µ0

µ1 > µ0

µ1 > µ0

-18.7774 1.2816 no se rechaza

-32.2399 1.2816 no se rechaza

IRA –abs Coeficiente inde sat (CS) (gr/min)

MR (kg/cm2)

µ1 = µ0

µ1 = µ0

µ1 = µ0

µ1 < µ0

µ1 < µ0

µ1 < µ0

µ1 > µ0

4.0480 1.2816 no se rechaza

-53.1340 1.2816 se rechaza

-0.7557 1.2816 no se rechaza

6.0876 1.2816 se rechaza

370

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural, A.C.

080 ENTRE LOTE 2 Y NORMAS H0:

µ1 = µ0

µ1 = µ0

µ1 = µ0

µ1 = µ0

µ1 = µ0

µ1 = µ0

µ1 = µ0

µ1 = µ0

H1:

µ1 > µ0

µ1 < µ0

µ1 > µ0

µ1 > µ0

µ1 < µ0

µ1 < µ0

µ1 < µ0

µ1 > µ0

Zo=

-3.0372

-18.6144

-4.6674

-57.7753

1.2122

-8.7665

2.7239

4.5483

Zα =

1.2816

1.2816 1.2816 1.2816 no se no se no se se rechaza rechaza rechaza rechaza ENTRE LOTE 3 Y NORMAS

1.2816 se rechaza

1.2816 no se rechaza

1.2816

resultado

1.2816 no se rechaza

se rechaza

H0:

µ1 = µ0

µ1 = µ0

µ1 = µ0

µ1 = µ0

H1:

µ1 > µ0

µ1 < µ0

Zo= Zα =

-6.6781 1.2816 no se rechaza

-22.2484 1.2816

resultado

µ1 = µ0

se rechaza

µ1 = µ0

µ1 = µ0

µ1 = µ0

µ1 > µ0

µ1 > µ0

µ1 < µ0

µ1 < µ0

µ1 < µ0

µ1 > µ0

-14.6971 1.2816 no se rechaza

-36.5079 1.2816 no se rechaza

4.6024 1.2816 no se rechaza

-32.3093 1.2816 se rechaza

41.8064 1.2816 no se rechaza

7.5690 1.2816 se rechaza

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Los resultados obtenidos en este trabajo son un primer paso del amplio campo que requiere ser estudiado y analizado, como pueden ser entre otros el proceso de fabricación, control de calidad y normatividad del tabique rojo recocido. Esperando que este esfuerzo sea la base para futuros trabajos que puedan complementar este conocimiento sobre algo tan sencillo en su apariencia pero tan complejo en su estructura y comportamiento, como son las estructuras de mampostería que es utilizada en forma indiscriminada en la ciudad de Santiago de Querétaro y zona conurbada. Cabe resaltar que es escasa la bibliografía relacionada con la mampostería estructural, tampoco estudios realizados a los materiales de la región de Querétaro, lo que hace que este trabajo sea una primera aportación en este sentido. La producción del tabique rojo recocido se sigue dando de manera artesanal como años atrás, salvo el hecho de utilizar otros combustibles menos contaminantes. La selección y cantidad de los materiales que se utilizan en la elaboración del tabique se hace de manera tradicional, empírica e intuitiva, ya que no hay estudios que respalden la fabricación ni las características físico-químicas de la arcilla empleada, ni proporciones de los materiales, ni calidad del agua, lo que da por resultado un producto heterogéneo, incluso aquellos producidos por la misma persona. No existe control de calidad en la producción en ninguna zona estudiada. Las dimensiones del tabique fabricado (6-13-27) son las variables que presentan un coeficiente de variación más bajo, con valores similares en las tres zonas, sin embargo no cumplen con las dimensiones mínimas (7-14-28), especificadas por las normas (NMX-404-1997-ONNCCE). En cuanto a la absorción de agua, en la zona 3, se obtienen los valores más altos, esto debido probablemente a la utilización de la arena blanca de mina en la elaboración del tabique. En la zona 2, el coeficiente de absorción inicial (IRA), es mayor que en el resto de las zonas. Se debe tener especial cuidado en su utilización, dado que al contacto con el mortero le absorbe humedad y le reduce su capacidad de adherencia. El color del tabique de la zona 3 y su mal olor es debido, muy probablemente, a la utilización de aguas residuales. Las propiedades mecánicas del tabique varían según su ubicación dentro del horno durante el proceso de cocción, aumentando estas en aquellas piezas que se ubican más cerca de la fuente de calor, esto es fácil de identificar dado que las piezas más cercanas a la fuente de calor se cristalizan tomando un color negrusco.

371

XIII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural

Puebla, Pue., México 2002

080 La zona 1 es la única que cumple con las especificaciones de resistencia a la compresión simple, con valores promedio de 40 Kg/cm2, mayor que los 30 Kg/cm2 especificados en NMX-404-1997-ONNCCE. Las tres zonas cumplen sin ningún problema con las especificaciones para el módulo de ruptura, probablemente debido al uso común de aserrín y/o estiércol, con valor mínimo promedio de 21 Kg/cm2, mayor que lo especificado de 15 Kg/cm2. El tabique que cumple con el mayor número de especificaciones, para ser utilizado en estructuras de mampostería de la Ciudad de Santiago de Querétaro, es el proveniente de la zona 1 (módulo de ruptura, resistencia a la compresión, absorción y coeficiente de saturación). Para obtener productos de mejor calidad, que cumplan con la normatividad, se recomienda realizar estudios sobre las características y propiedades físico químicas de los materiales que se utilizan en la fabricación del tabique de las tres zonas de producción estudiadas, a fin de determinar los tipos de material y el proporcionamiento adecuado de los mismos. Estandarizar el proceso de fabricación para que las características de la producción sean semejantes, independientemente de la zona de origen. Mejorar el diseño de los hornos y sistema de suministro de combustibles para la cocción del tabique. Prohibir el uso de “chapopote” como combustible, por su alto grado de contaminación. Realizar un estudio socioeconómico en las tres zonas que garantice una mejor organización de los productores, para mejorar sus condiciones de vida y hacer más eficiente la rentabilidad y proceso de producción. Las condiciones en las que se realizó este estudio fueron modestas, por lo que se recomienda seguir trabajando sobre el tema, promoviendo en el sector público y privado las ventajas de este tipo de investigaciones, dada la importancia e impacto que tiene este material en la construcción masiva de vivienda. Dado el porcentaje, del orden del 70%, que representa la construcción de estructuras de mampostería respecto a otros tipos de estructuraciones y materiales, se recomienda que en el programa de Ingeniería Civil, se ponga mayor énfasis al tema y dedicar más tiempo tanto al estudio del comportamiento como al análisis y diseño de estructuras de mampostería. Para la correcta utilización de estos materiales se debe utilizar una sola fuente de abastecimiento en cada una de las construcciones, dado que las pruebas de hipótesis de semejanza aplicadas a las muestras de las tres zonas dieron resultados negativos, por lo tanto no se recomienda una mezcla de materiales provenientes de fuentes diferentes en un mismo proceso constructivo. Para el diseño de estructuras a base de mampostería en la Cd. de Santiago de Querétaro y zona conurbada, se recomienda utilizar los siguientes valores base de resistencia a compresión simple según la zona de procedencia del material, para una mejor aplicación de las NTC-RC-DF. Zona La Solana Jofre, Jofrito y El Capulín San Nicolás

f p* (kg / cm 2 ) 20 (19.91) 11 (11.02) 10 (09.99)

AGRADECIMIENTOS Este artículo muestra los resultados más importantes de la tesis de licenciatura que sustentaron los coautores Cabrera y Muñoz (2002), bajo la dirección de Arroyo. Se agradece particularmente a la Facultad de Ingeniería de la UAQ, por las facilidades que otorgó para el desarrollo de este trabajo. REFERENCIAS

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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural, A.C.

080 Serrano G. (1997), “Manual de Prácticas de Laboratorio de Resistencia de Materiales”, Facultad de Ingeniería, UAQ. Tena, A. (1997), “Materiales y elementos constituyentes de las mamposterías”, Diplomado en análisis y diseño de estructuras, Centro de Educación Continua, Facultad de Ingeniería UAQ. Cabrera, O. y Muñoz, M. (2002), “Estudio de las propiedades físicas y mecánicas del tabique rojo recocido, utilizado en la construcción en el Mpo. de Querétaro”, Tesis de Licenciatura de Ingeniero Civil, FI-UAQ, Querétaro..

373