CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES - INVESTIGACIÓN
Características geométricas, físicas y mecánicas de mampuestos cerámicos huecos fabricados en Uruguay*
Fontana Cabezas, Juan José**
*Artículo que expone resultados de una investigación realizada por el autor en el Instituto de la
Construcción, Facultad de Arquitectura, Universidad de la República -UdelaR- (Uruguay), con
financiación de la Comisión Sectorial de Investigación Científica -CSIC- de la Universidad de la
República, Uruguay; recibido en setiembre 2010, admitido en febrero 2011.
**Autor: Arquitecto, docente de la Facultad de Arquitectura, UdelaR, Montevideo (Uruguay), aspirante
a Doctor por la Universidad de Alicante, España. Email: juanjosefontana@gmail.com
Resumen
Este artículo plantea un estudio de las características geométricas, físicas y mecánicas de una selección de mampuestos cerámicos huecos fabricados en Uruguay, basado en resultados obtenidos en ensayos de laboratorio que determinan sus dimensiones, desviaciones de forma, coeficientes de absorción y succión de agua y resistencias a compresión. Por otra parte, se estudian también los resultados obtenidos en los ensayos con el fin de determinar la viabilidad de la técnica de la mampostería cerámica hueca portante y el análisis de los cuidados que ésta requiere en las etapas de diseño y ejecución de obra.
Palabras clave: Ingeniería en construcciones; Mampuesto; Hueco; Cerámica; Ensayo
Geometric, physical and mechanical properties of hollow ceramic bricks produced in Uruguay
Abstract
This article presents a study of the geometric, physical and mechanical properties of a selection of hollow ceramic bricks produced in Uruguay, based on results of laboratory tests that determined their size, shape deviations, coefficients of absorption and water suction and compressive strength. A study of tests results is made in order to determine the feasibility of the technique of hollow ceramic bricks as a structural material and the analysis of the cares required in the design and construction stages for building in this material.
Keywords: Civil engineering; Hollow; Brick; Ceramic; Test
Características geométricas, físicas e mecânicas de blocos cerâmicos fabricados no Uruguai
Resumo
Este artigo propõe um estudo das características geométricas, físicas e mecânicas de uma seleção de blocos cerâmicos fabricados no Uruguai, baseado em resultados obtidos em ensaios de laboratório que determinam suas dimensões, desvios de forma, coeficientes de absorção e sucção de água e resistências à compressão. Por outro lado, estudam-se também os resultados obtidos nos ensaios com o fim de determinar a viabilidade da técnica da alvenaria cerâmica portante e a análise dos cuidados que esta requer nas etapas de desenho e execução de obra.
Palavras chave: Engenheria em construções; Bloco; Tijolo cerâmico; Ensaio
I. Introducción
En los últimos 100 años ha existido un predominio casi absoluto del
uso del acero y el hormigón armado en la ejecución de estructuras
edilicias, situación que puede ser explicada por el alto grado de desarrollo
que han tenido los métodos de dimensionado y el estudio de las
propiedades de estos materiales. No ha ocurrido lo mismo en la técnica
de construcción con albañilería estructural.
Sin embargo, el gran déficit habitacional actual que sufre Uruguay,
junto al alto costo del metro cuadrado de construcción, exigen el estudio
de sistemas constructivos que posibiliten una obra más rápida y
económica sin descuidar las condiciones mínimas de habitabilidad. Los
mampuestos huecos de arcilla cocida son aptos para resolver el problema
de las construcciones en serie, ya que presentan un grado óptimo
de aislamiento térmico y acústico (mejor aún que el de los mampuestos
macizos) y permiten un importante ahorro de mortero y tiempo de
ejecución gracias a sus mayores dimensiones. Sin embargo, la aplicación
de esta tecnología en Uruguay ha resultado dificultosa por la falta
de conocimiento de las características técnicas de los materiales nacionales
y por la falta de una normativa adaptada a la realidad de la industria
de la construcción local que regule su producción y su uso.
En el ámbito internacional existe, en la actualidad, una amplia variedad
de productos cerámicos que han evolucionado a la par de los
avances tecnológicos de la industria de la construcción. Se han optimizado
algunas de las ventajas tradicionales de este material: gran resistencia
al fuego, bajo mantenimiento, excelente envejecimiento y se
han agregado otras, que lo posicionan competitivamente junto a los
materiales más habituales en el diseño de estructuras (acero y hormigón
armado). Han aparecido piezas de grandes dimensiones como respuesta
al uso de grúas y sistemas de transporte que posibilitan la puesta
en obra de elementos más allá del tamaño manual, compitiendo con
los prefabricados de hormigón armado; se han multiplicado sus texturas
y acabados, han mejorado sus cualidades de aislamiento térmico,
acústico y humídico, han aparecido multitud de piezas especiales para
la solución de detalles y encuentros con otros elementos constructivos, se han desarrollado diseños de mampuestos con elevados porcentajes
de huecos que permiten la puesta en obra con sus orificios en posición
vertical sin que el mortero se escurra dentro de la junta, han
aumentado sus valores de resistencia mecánica a la compresión y su
uso conjunto con barras de acero los ha dotado de altos valores de
resistencia a flexotracción, corte y torsión. Se han reducido, por otra
parte, los tiempos necesarios de ejecución, aumentado los tamaños
de los mampuestos, disminuyendo el espesor necesario de las juntas
de mortero o incluso sustituyéndose estas últimas por uniones en seco.
Sin embargo, a excepción de la obra del ingeniero Eladio Dieste1,
del arquitecto García Pardo2 y de algunos otros casos paradigmáticos
pero aislados, el uso en Uruguay de la cerámica como material estructural
no ha evolucionado, quedando al margen de estos importantes
avances logrados a nivel mundial en las últimas décadas. Cada vez son
menos los productores uruguayos que fabrican mampuestos cerámicos
huecos y se ha ido reduciendo progresivamente la diversificación de
tamaños, piezas y texturas en nuestro medio. La crisis económica que
afectó la economía nacional en los primeros años del siglo XXI provocó una fuerte recesión en la industria de la construcción que ha dejado
secuelas hasta el día de hoy. Los productores que no cerraron
sus industrias redujeron al mínimo los riesgos en la inversión y mantuvieron
en el mercado los materiales que tradicionalmente han sido
de mayor consumo, sin aventurarse hasta hoy día a lanzar nuevos productos.
En este artículo se presentan y discuten los resultados obtenidos
en ensayos realizados sobre diez tipos de mampuestos cerámicos huecos
fabricados en Uruguay (ensayos de dimensiones, espesores de tabiques,
porcentajes de huecos, planeidad de las caras, rectitud y
escuadría de las aristas, absorción de agua, tasa de absorción de agua
inicial y resistencia a compresión), a efectos de evaluar la viabilidad
de la técnica de la mampostería portante realizada con mampuestos
huecos de cerámica, en la industria de la construcción uruguaya de
principios del siglo XXI.
II. Objetivos
No existe un conocimiento difundido sobre las características geométricas,
físicas y mecánicas de los mampuestos cerámicos huecos fabricados
en Uruguay, por lo que su uso como material estructural ha
sido hasta el día de hoy limitado y basado en criterios fundamentalmente
pragmáticos. El presente trabajo busca propiciar un uso racional
de estos mampuestos como material estructural, que permita disminuir
costos en la industria de la construcción gracias a la optimización
del aprovechamiento de los recursos humanos y la materia disponibles.
Si bien no se realiza en este estudio un análisis de costos de los
procesos constructivos edilicios, se considera que la difusión de datos
precisos sobre dichas características geométricas, físicas y mecánicas
incentivará el uso de la mampostería como material estructural, ya que
suele ser, en gran parte de las construcciones de pequeña y mediana
escala en nuestro medio, una alternativa más económica que la construcción
con estructuras de hormigón armado o acero. La disponibilidad
de datos geométricos precisos permitiría una mejor coordinación
modular a la hora de proyectar este tipo de estructuras y una elección
más certera de los tipos de aparejo y espesores de junta a utilizarse
en obra, optimizándose tiempos de trabajo y empleo de recursos. La
disponibilidad de datos físicos permitiría optimizar los procesos de ejecución,
ajustándose las dosificaciones de mortero idóneas para cada
tipo de mampuesto, y la disponibilidad de datos mecánicos permitiría
una reducción en los coeficientes de seguridad utilizados en el cálculo
estructural.
Específicamente se realizaron, sobre diez tipos de mampuestos,
ensayos para determinar:
- Dimensiones medias
- Desviaciones de forma
- Coeficientes de absorción
- Tasas iniciales de absorción de agua
- Resistencias media y característica a compresión de mampuestos.
III. Materiales y métodos
Se seleccionaron 10 tipos de mampuestos cerámicos huecos que cumplieran
con las siguientes características:
- Ser fabricados en Uruguay.
- Haber estado disponibles durante las últimas dos décadas, al
menos, en el mercado de la construcción uruguayo.
- Poseer dimensiones que permitan la construcción de muros de 12,
15 ó 20 cm de espesor, por ser los más habituales en estructuras
edilicias de pequeña y mediana escala.
Fueron seleccionados mampuestos con espesores de 8, 12 y 17 cm
provenientes de 3 fabricantes distintos:
Fabricante A: ticholo de 8 agujeros de 12x25x25 cm, ticholo de 6
agujeros de 17x25x25 cm y rejillón de 17x25x8 cm.
Fabricante B: ticholo de 6 agujeros de 12x25x25 cm, ticholo de 6
agujeros de 12x17x25 cm y ticholo de 6 agujeros de
8x14x19 cm.
Fabricante C: ticholo de 8 agujeros de 8x25x25 cm, ticholo de 10
agujeros de 12x25x25 cm, ticholo de 15 agujeros de
17x25x25 cm y rejillón de 12x17x25 cm.
Debido a la ausencia de normativa uruguaya para el estudio de mampuestos
cerámicos, se eligió la normativa española por la influencia que
en general poseen los criterios que la misma establece en los estudios
de materiales estructurales realizados en Uruguay. Para los ensayos en los
que no se dispuso de normas españolas, se seleccionaron normas IRAM
debido a la proximidad geográfica y estrecha relación cultural existentes
con Argentina.
Fueron realizados, entonces, los ensayos según las siguientes normativas:
- ensayos de características geométricas: según norma IRAM 12585
- ensayos de absorción específica de agua: según norma UNE 67-027-84
- ensayos de tasa inicial de absorción de agua: según norma UNEEN
772-11
- ensayos de compresión: según norma UNE-EN 772-1
Se utilizaron los siguientes equipos para la realización de los ensayos:
Pórtico de Carga: Cilindro de carga modelo RC 756, capacidad de
carga 75 toneladas. Bomba modelo P 462, dos velocidades. Manguera
de alta presión, válvula reguladora, válvula de retención, manómetro.
Prensa Soiltest modelo CT 711, capacidad de carga 100 toneladas.
Balanza de precisión marca Ohaus, con sensibilidad de 0,5g. Instrumentos
de laboratorio.
IV. Resultados y discusión
IV.1. Dimensiones de los mampuestos
En la Imagen 1 se presenta un resumen gráfico de los mampuestos
ensayados, de las dimensiones medidas y sus coeficientes de variación.
Imagen 1: Longitud y coeficiente de variación de las dimensiones de los
mampuestos ensayados
En la Tabla 1 se indican, para mediciones realizadas sobre 10 probetas, los valores obtenidos de dimensiones promedio, coeficientes de variación de las dimensiones y mayores variaciones en un mampuesto. Este último valor representa la mayor variación de longitud detectada en un mismo mampuesto, en las cuatro mediciones realizadas para cada una de sus dimensiones, y ayuda a clarificar acerca de sus desviaciones de forma.
Tabla 1: Dimensiones promedio y coeficientes de variación obtenidos en los ensayos
La regularidad en las dimensiones de los mampuestos es una de las
primeras propiedades exigibles a la producción nacional. La coordinación
modular es una importante herramienta de diseño que permite abaratar
costos en la construcción, disminuyendo el número de adaptaciones
necesarias a efectuar sobre los mampuestos para ser colocados en obra.
La gran dispersión existente en las dimensiones promedio de la muestra
de los diferentes mampuestos ocasiona dificultades en la etapa de
proyecto, cuando no se han definido aún el origen de los mampuestos a
utilizar y la definición de la medida o módulo básico.
El Instituto de Estructuras y Transporte de la Facultad de Ingeniería,
en sus Recomendaciones [1], no establece la necesidad de definir
formatos estandarizados que unifiquen la producción nacional, así como tampoco define las tolerancias máximas en las variaciones
dimensionales.
En nuestros hallazgos, los rejillones, con dimensiones promedio de
aproximadamente 17x25cm, no cumplen con la condición b) de las Prescripciones del Instituto Eduardo Torroja [2], por lo que se acotan
los tipos de aparejo que con ellos es posible realizar.
Con respecto a los coeficientes de variación, se observa que los ticholos
del Fabricante B presentan menores variaciones en sus dimensiones según
el sentido de extrusión, en tanto que los rejillones tienen mayor variación
en ese sentido.
Son particularmente elevados los coeficientes de variación de las
siguientes dimensiones:
- dimensión 3 (grueso) del rejillón del Fabricante A.: 2,607%
- dimensión 3 del ticholo 12.25.25 del Fabricante C: 1,821%
- dimensión 3 (grueso) del rejillón del Fabricante C: 1,532%
- dimensiones 1 y 3 (soga y grueso) del ticholo 8.25.25 del Fabricante
C: 1, 33% y 1,361% respectivamente.
Estas mayores variaciones detectadas, en general, en la dimensión
del grueso de los mampuestos, podrían atribuirse a la imprecisión de las
máquinas utilizadas para el corte del mampuesto crudo, fabricado por
extrusión.
En cuanto a las variaciones dimensionales que se establecen en [2],
tomando en cuenta únicamente las tolerancias con respecto a la dimensión
media de las 10 probetas (ya que no existe un valor nominal
de comparación) se observa que:
- Ningún mampuesto satisface las exigencias establecidas para pertenecer
a la categoría de "Calidad 1ª".
- El ticholo 12.25.25 del Fabricante A y el ticholo 9.14.19 del Fabricante
B, satisfacen las exigencias establecidas para pertenecer a la
categoría de "Calidad 2ª".
- Los ticholos 17.25.25 del Fabricante A y del Fabricante C satisfacen
las exigencias establecidas para pertenecer a la categoría de "Calidad 3ª".
- El resto de los mampuestos, es decir 6 de los 10 estudiados, no
alcanzan a satisfacer las tolerancias dimensionales requeridas para un
mampuesto de "Calidad 3ª", por lo que, siguiendo estrictamente las
prescripciones, no podrían utilizarse en la construcción edilicia.
Los ticholos 12.25.25 y 17.25.25 del Fabricante A, el ticholo 12.17.25
del Fabricante B y el ticholo 17.25.25 y el rejillón del Fabricante C cumplen
con las tolerancias impuestas por el Pliego de condiciones RL-88 [3] y la
norma UNE 67019 para mampuestos a cara no vista. El ticholo 9.14.19
del Fabricante B cumple incluso con las tolerancias impuestas para mampuestos
a cara vista (aunque no esté diseñado para ello). Los demás mampuestos
presentan variaciones por encima de los mínimos admisibles.
El ticholo 9.14.19 del Fabricante B es el único que cumple con las
Normas RL-88 [3] y RH90 de España.
IV.2. Espesor de los tabiques y porcentaje de huecos
En la Tabla 2 se indican los valores obtenidos para espesores mínimos
de tabiques y porcentaje promedio de huecos. Dichos valores fueron
determinados con mediciones realizadas sobre 10 probetas.
Tabla 2: Espesores de tabiques y porcentajes de huecos obtenidos en los ensayos
Según la clasificación de [1], el ticholo 17.25.25 del Fabricante C
presenta un porcentaje de huecos demasiado elevado (mayor a 60%)
para poder ser usado en paredes resistentes. El ticholo 8.25.25 del
Fabricante C tiene un ancho menor a 11cm, por lo que también quedaría
excluido como material de uso estructural.
Los espesores de las paredes internas y externas del ticholo 12.25.25
del Fabricante A, el ticholo 9.14.19 del Fabricante B y los mampuestos
del Fabricante C, no cumplen con los mínimos requeridos.
El ticholo 17.25.25 del Fabricante A y el ticholo 12.25.25 del Fabricante
B deberían aumentar el espesor de sus tabiques para que sumen
al menos 1/5 de su espesor total.
Satisfacen totalmente las condiciones para ser usados en paredes
resistentes el rejillón del Fabricante A y el ticholo 12.17.25 del Fabricante
B, siempre y cuando este último sea utilizado con su cara mayor
como tabla o cara de asiento.
El rejillón del Fabricante A quedaría incluido en la categoría de ladrillo
hueco "Clase A", y el ticholo 12.25.25 del Fabricante B en la de
ladrillo hueco "Clase B", por ser su porcentaje de huecos mayor a 40%.
El ticholo 17.25.25 del Fabricante C debería disminuir su porcentaje
de huecos a menos de 60% y los demás mampuestos estudiados
(excepto el ticholo 8.25.25) deberían aumentar el espesor de sus
tabiques para poder ser usados en paredes resistentes.
Según las Prescripciones de [2], todos entran en la categoría de
ladrillos huecos.
Según las Normas UNE 67019 y RL-88 [3] de España, todos cumplen
con los espesores mínimos de tabiques para ser utilizados en muros interiores.
Sin embargo, el ticholo 12.25.25 del Fabricante A y el rejillón
del Fabricante C deberían aumentar a 6mm, por lo menos, el espesor
mínimo de sus tabiques para poder ser empleados en muros exteriores a
revestir.
Ninguno de los mampuestos estudiados cumple con la norma
española RH90.
IV.3. Planeidad de las caras y rectitud y escuadría de las aristas
En la Tabla 3 se indican los valores obtenidos en los ensayos que miden
la planeidad de las caras y la rectitud y escuadría de las aristas. Dichos
valores fueron determinados con mediciones realizadas sobre 10 probetas.
Tabla 3: Desviaciones de forma máximas obtenidas en los ensayos
Los mampuestos estudiados, con excepción de los rejillones, no fueron
diseñados para formar paredes a cara vista (Tabla 4). Se podría
decir que son aptos para utilizar en la construcción atendiendo a las
desviaciones de forma, con las siguientes salvedades:
- Los ticholos del Fabricante B no cumplen con la norma RH90 en cuanto
a la rectitud de sus aristas.
- Los ticholos 12.17.25 y 12.25.25 del Fabricante B tampoco cumplen
con la normativa RH90 en cuanto a la planeidad de sus caras.
- El ticholo 8.25.25 del Fabricante C presenta un defecto sistemático
en su dimensión menor (grueso), una especie de alabeo del borde
producido antes de la cocción que lo hace incumplir con las normativas
en cuanto a la rectitud de sus aristas.
- El ticholo 17.25.25 del Fabricante C no cumple con la norma RH90
en cuanto a la rectitud de sus aristas.
Tabla 4: Resultados de la aplicación de normativas a los resultados de los ensayos
de desviación de forma
IV.4. Absorción de agua
La absorción es la capacidad de imbibición de agua por inmersión completa
del mampuesto a largo plazo. Se denomina absorción específica
de la muestra a la media aritmética de los resultados del ensayo de 3
probetas. En la Tabla 5 se indican los valores obtenidos del coeficiente
de absorción específica. Se puede observar que la absorción específica
de los mampuestos del Fabricante C es inferior a la de los otros
fabricantes. Los valores más altos se registran en los ticholos del Fabricante
B. Sin embargo, todos presentan valores muy por debajo de
los máximos admisibles en las distintas normativas. En [1] se indica
que el índice de absorción de agua refleja ciertos aspectos de calidad
y durabilidad del mampuesto; sin embargo, no se especifica cuáles.
Tabla 5: Coeficientes de absorción específica obtenidos en los ensayos
Se verificó la relación entre absorción y densidad; para ello, se determinó la densidad D (daN/dm3) de los mampuestos como la relación
entre su peso en estado seco P (daN) y su volumen V (dm3), y la densidad neta D' (daN/dm3) como la relación entre su peso en estado seco
P (daN) y su volumen neto V' (V' = V - Vol de huecos, dm3).
En la Tabla 6 se presentan los valores obtenidos de densidad y densidad
neta, así como la media aritmética de los resultados de 6 probetas.
Tabla 6: Densidades y densidades netas
Graficando la absorción específica en función de la densidad D, no se
observó relación alguna. Se graficó entonces la absorción específica en
función de la densidad neta D', apreciándose una relación inversamente
proporcional: los mampuestos del Fabricante C, con mayores densidades
netas, son los que presentaron menores valores de absorción específica.
Se calcularon las estadísticas de la recta que mejor se ajusta a los datos
de absorción y densidad neta utilizando el método de "mínimos de
cuadrados":
Coeficiente de absorción específica = -15,5092 . D' + 39,3416.
El coeficiente de determinación lineal (R2) resultante es de 0,67, lo
que indica que el 67% de los valores de absorción específica puede
ser explicado por la densidad neta (D') (ver Gráfico 1).
Gráfico 1. Absorción específica en función de la Densidad Neta
IV.5. Tasa de absorción de agua inicial
Se denomina tasa inicial de absorción de agua de la muestra a la media
aritmética de los resultados del ensayo de 6 probetas. En la Tabla 7 se indican los valores obtenidos de coeficiente de tasa inicial de absorción
de agua.
Tabla 7: Tasas iniciales de absorción de agua obtenidas en los ensayos
La succión o tasa de absorción de agua inicial es la capacidad de
imbibición de agua por capilaridad mediante inmersión parcial del
mampuesto a corto plazo.
Si graficamos los valores de succión obtenidos en función de la absorción
específica, se observa la relación directamente proporcional de
una con respecto a la otra, con algunas excepciones: mampuestos con
valores relativamente altos de absorción y bajos de succión (ticholo
17.25.25 del Fabricante A) y viceversa (rejillón del Fabricante A).
Se calcularon las estadísticas de la recta que mejor se ajusta a los
datos de absorción y tasa inicial de absorción utilizando el método de
"mínimos de cuadrados":
Tasa inicial de absorción de agua = 0,0253 . Absorción específica - 0,1892
El coeficiente de determinación lineal (R2) resultante es de 0,57, lo
que indica que el 57% de los valores de tasa inicial de absorción de
agua puede ser explicado por la absorción específica (ver Gráfico 2).
Gráfica 2: Tasa inicial de Absorción de agua en función de la Absorción específica
Existe gran disparidad en las distintas normativas sobre los valores
aceptables de succión. Es necesario considerar, en este punto, que las
condiciones ambientales locales podrían tener una influencia importante
en el comportamiento de los mampuestos cerámicos cuando entran
en contacto con agua o con materiales húmedos. De acuerdo al Pliego
RL-88 [3], todos los mampuestos estudiados presentan valores aceptables.
Sin embargo, el rejillón del Fabricante A y los ticholos del Fabricante
B presentan valores elevados, por lo que deberían humedecerse antes
de su colocación en obra para no quitar demasiada agua al mortero.
De acuerdo a la norma UNE 67019, también deberían humedecerse
previamente el ticholo 12.25.25 del Fabricante A y el rejillón del
Fabricante C. En ninguna norma se especifica cómo debe realizarse el
humedecimiento previo.
El mampuesto con elevada tasa de absorción de agua inicial debe
estar húmedo en su interior a efectos de disminuir su avidez de agua,
pero no en su superficie, ya que para adherirse correctamente debe
ser capaz de tomar parte del agua de amasado del mortero, que arrastra
consigo cemento. La retentividad o retención de agua del mortero
es una característica importante que influye en la adherencia entre
mortero y mampuesto. Es un índice que mide el grado de fluidez que
cuenta el mortero luego que fue colocado sobre el mampuesto inferior
y éste comienza a absorber el líquido del mortero. Si la retentividad es
baja, el mortero, debido a la rápida pérdida del agua que es absorbida
por el mampuesto, se deforma y endurece, lo que impide un contacto
completo e íntimo con la cara del mampuesto que se está colocando
en sitio sobre él. Si por el contrario, la retentividad es alta, el mortero
conserva la misma consistencia para adherir correctamente, tanto a
la unidad inferior como a la superior. El mortero debe tener una retención
de agua, según norma ASTM C91, igual o superior al 70%.
IV.6. Resistencia a compresión
En la Tabla 8 se indican los valores obtenidos en la determinación de
resistencia media, resistencia característica y coeficientes de variación.
Se denomina resistencia media (0) a la media aritmética de los resultados
del ensayo de 6 probetas, en el caso de los ticholos, y de 20probetas, en el de los rejillones. En la Tabla 9 se presenta un análisis
estadístico más detallado de los resultados obtenidos para los rejillones.
Tabla 8: Resistencias a compresión y coeficientes de variación obtenidos en los
ensayos
Tabla 9: Datos estadísticos de los valores de resistencia de los rejillones de los
Fabricantes A y C
La resistencia característica (fk) se determinó como: fk= 0 - 1.64 s
(s): desviación estándar.
Los ticholos se ensayaron con sus huecos en dirección vertical y horizontal.
La resistencia media medida con los huecos en dirección vertical
resultó entre 5 y 10 veces mayor que aquélla medida con los huecos
en dirección horizontal, llegando incluso en el caso del ticholo
12.25.25 del Fabricante B a ser 17 veces mayor.
IV.6.1. Resistencia a la compresión de los ticholos con huecos en
dirección horizontal
El ticholo sometido a compresión con sus huecos en dirección horizontal
presenta un comportamiento frágil, rompiéndose tempranamente.
Sus tabiques verticales tienden a abrirse por tracción transversal y,
al estar débilmente arriostrados, siempre aparece algún punto débil,
en particular si ya presentaba fisuras previas, que origina el colapso
sin que la mayor parte de la masa haya alcanzado tensiones relevantes.
En general, se desprende algún trozo de tabique exterior, lo que
produce un giro del mampuesto y su colapso, o bien se separan sus paredes
exteriores enteras, quedando dividido en 2 o 3 partes. Siempre
se produce la rotura en forma brusca, sin aparición de fisuras visibles
previas.
Los ticholos 8.25.25 y 12.25.25 del Fabricante C son los únicos que,
ensayados a compresión con sus huecos horizontales, llegan al colapso
en varios puntos simultáneamente, partiéndose en varios pequeños
trozos que, vistos individualmente, sin embargo no presentan grandes
alteraciones en su materia. La rotura es también frágil y brusca (Imágenes
2 y 3).
A pesar de su reducido espesor o grosor, lo que lo convierte en el más
esbelto de los mampuestos ensayados y lo que excluye su uso en paredes
resistentes -según las "Recomendaciones" de [1], el ticholo 8.25.25 alcanza una tensión de rotura notoriamente superior a la de los otros
ticholos en esta posición.
Los ticholos de los Fabricantes A y B presentan una configuración
geométrica de huecos cilíndricos. Los ticholos 9.14.19 y 12.17.25 del
Fabricante B tienen porcentajes de huecos menores, entre 39 y 42%.
El ticholo 12.25.25 del Fabricante B y los ticholos del Fabricante A tienen
porcentajes de huecos algo mayores, entre 50 y 55%. Los ticholos
del Fabricante C presentan una configuración geométrica de huecos
prismáticos y porcentajes de huecos mayores, alcanzando hasta 62%.
Analizando estas configuraciones geométricas sometidas a esfuerzos
de compresión en su plano con el programa de elementos finitos
AVwin (ver Imagen 4), se pone en evidencia la distribución de tensiones
resultante en el interior de la masa cerámica. En ambos casos, las tensiones mayores se concentran en el centro de los tramos de los tabiques
verticales, que se encuentran arriostrados por los tabiques horizontales,
en los que las tensiones son muy bajas. Son particularmente
altas las tensiones en el tabique vertical central.
Imagen 4: Distribución de tensiones en la masa cerámica según dos configuraciones
geométricas de huecos diferentes. Simulación realizada en el programa de
elementos finitos AVwin.
En el caso de los mampuestos con huecos prismáticos, las zonas
de mayores tensiones se extienden a un volumen mayor de la masa
cerámica, prácticamente a la totalidad de los tabiques verticales, por
lo que aumenta la probabilidad de coincidir con alguna falla o defecto
local. Parecerían ser más convenientes los huecos cilíndricos; sin embargo,
alcanzaron resistencias mayores los ticholos del Fabricante C.
Hay que tener en cuenta que el material cerámico de estos últimos es
más denso y presenta menor cantidad de fisuras.
Graficando la resistencia en función de la densidad D, no se observó una clara relación. Se graficó entonces la resistencia en función de la
densidad neta D', observándose una relación directamente proporcional.
Los ticholos del Fabricante C, con mayores valores de D', presentan
mayores valores de resistencia, escapándose el ticholo 8.25.25
con una resistencia particularmente alta. Las resistencias de los otros
ticholos del Fabricante C, de los del Fabricante A y del ticholo
12.25.25 del Fabricante B se distribuyen en forma aproximadamente
rectilínea.
Se calcularon las estadísticas de la recta que mejor se ajusta a los datos
de resistencia y densidad neta de dichos ticholos utilizando el método de
"mínimos de cuadrados": Resistencia media = 107,0722. D` - 172,7917.
El coeficiente de determinación lineal (R2) resultante es de 0,60. Esto
indica que el 60% de los valores de resistencia media con los huecos
en dirección horizontal puede ser explicado por la densidad neta
(D')(ver Gráfica 3).
Gráfica 3: Resistencia media de ticholos con huecos en dirección horizontal en
función de la Densidad Neta
Los ticholos 9.14.19 y 12.17.25 del Fabricante B definen una recta
aproximadamente paralela, por encima de la anterior. Hay que tener
en cuenta que tienen un porcentaje de huecos menor y que fueron
ensayados con su cara mayor como tabla o cara de asiento, por lo que
cuentan con cuatro tabiques verticales en vez de tres (Gráfica 3).
Las resistencias obtenidas son muy inferiores a los mínimos de 45
y 50 daN/cm2 que establecen [1] y la Norma UNE 67019. La resistencia del ticholo 8.25.25 del Fabricante C se acerca al mínimo de 30 daN/cm2 que se recomiendan en [2].
IV.6.2. Resistencia a la compresión de los ticholos con los huecos
en dirección vertical
El ticholo sometido a compresión con sus huecos en dirección vertical alcanza
valores de tensión mucho más altos que con sus huecos en dirección
horizontal. Su comportamiento deja de ser frágil, aparecen numerosas
fisuras visibles y se escuchan numerosos estallidos previo a la rotura.
Se observan dos tipos de rotura: en algunos casos, el colapso es
provocado por trozos de uno o varios tabiques exteriores que saltan;
en otros, se produce la rotura del conjunto como si se tratara de una
masa homogénea de material, sin huecos, subdividiéndose en láminas
verticales que se separan por efecto de la tracción transversal que
acompaña a la compresión. Este segundo tipo de fallo es el que se
produce generalmente en las probetas que alcanzan valores de resistencia mayores. Luego del ensayo permanecen dos grandes partes de
forma aproximadamente cónica cuyas bases son las caras superior e
inferior respectivamente y cuyos vértices tienden al centro de gravedad
del mampuesto. La masa cerámica de dichos conos aparece alterada,
hojaldrada y el resto de la materia se reduce a pequeñas láminas o a
polvo. Hay que tener en cuenta que los encabezados de mortero
arriostran los distintos tabiques aumentando la resistencia del mampuesto
en la zona de sus caras superior e inferior frente a la expansión
lateral. Además, el rozamiento entre las superficies de contacto
de los encabezados y las placas de transmisión de carga produce un
efecto favorable, por lo que la rotura se produce en la zona media del
mampuesto (Imágenes 5 y 6).
Imágenes 5 y 6: Probetas C8 y C12, Ticholos 17.25.25 del Fabricante A. Quedan
luego del ensayo dos grandes partes de forma aproximadamente cónica, el resto
de la materia se reduce a pequeñas láminas y polvo.
Graficando la resistencia en función de la absorción específica, se observa
una relación inversamente proporcional. Los ticholos del Fabricante
C, con menores índices de absorción específica, son los que alcanzaron
mayores valores de resistencia. Los ticholos del Fabricante B, con índices
de absorción específica mayores, son los que rompieron con tensiones
más bajas.
Se calcularon las estadísticas de la recta que mejor se ajusta a los
datos de resistencia y absorción utilizando el método de "mínimos de
cuadrados":
Resistencia media = -8,7455 . Absorción específica + 185,8174.
El coeficiente de determinación lineal (R2) resultante es de 0,63.
Esto indica que el 63% de los valores de resistencia media con los
huecos en dirección vertical puede ser explicado por la absorción específica
(Gráfica 4).
Gráfica 4: Resistencia media de ticholos con huecos en dirección vertical, en
función de la absorción específica
No parece haber relación clara entre la resistencia y la densidad. Se
graficó entonces la resistencia en función de la densidad neta, observándose
una relación directamente proporcional. Los ticholos del Fabricante
C, con mayores densidades netas, alcanzaron los mayores valores de resistencia,
en tanto que los del Fabricante B, con menores valores de densidad
neta, alcanzaron los valores más bajos de resistencia.
Se calcularon las estadísticas de la recta que mejor se ajusta a los
datos de resistencia y densidad neta utilizando el método de "mínimos
de cuadrados": Resistencia media = 222,2968 . D' - 308,3720.
El coeficiente de determinación lineal (R2) resultante es de 0,81.
Esto indica que el 81% de los valores de resistencia media con los huecos en dirección vertical puede ser explicado por la densidad específica
(D') (Gráfica 5).
Gráfica 5: Resistencia media de ticholos con huecos en dirección vertical, en
función de la densidad neta
Se observa, entonces, que la resistencia, tanto con los huecos en
dirección horizontal como vertical, aumenta en relación a la densidad
neta del material, es decir, al peso del material por unidad de volumen
sin tener en cuenta los huecos, y disminuye en relación al coeficiente
de absorción específica. A mayor compacidad de la masa cerámica,
aumenta la densidad neta y disminuye el volumen de poros, por lo que
tiende a disminuir la absorción específica y aumentan los valores de
resistencia.
El ticholo 12.17.25 del Fabricante B y los ticholos del Fabricante C
cumplen con el valor mínimo de resistencia exigido por la norma UNE
67019 a los ladrillos huecos de 50 daN/cm2 para poder ser utilizados
en fábricas resistentes. Esos mismos mampuestos, según las exigencias de resistencia de [1], serían mampuestos Clase B y podrían utilizarse
para todos los edificios cuya altura sea no mayor que 7 metros y
cuyo número de pisos sea no mayor que dos. Ninguno presenta valores
de resistencia característica mayores a 80 daN/cm2, por lo que
ninguno entraría en la clasificación de mampuesto Clase A.
Se graficó la resistencia con los huecos en dirección vertical frente
a la resistencia con los huecos en dirección horizontal y se observó que
una aumenta en forma directamente proporcional a la otra, destacándose
una mayor resistencia relativa con los huecos en dirección horizontal
de los ticholos 9.14.19 y 12.17.25 del Fabricante B (que en esta posición presentan un tabique vertical más que los otros) y el ticholo
8.25.25 del Fabricante C.
Se calcularon las estadísticas de la recta que mejor se ajusta a los
datos de resistencia con los huecos en dirección horizontal y vertical
utilizando el método de "mínimos de cuadrados":
Resist media con huecos verticales = 1,9491. Resist media con huecos horizontales + 49,4744
El coeficiente de determinación lineal (R2) resultante es de 0,71. Esto indica que el 71% de los valores de resistencia media con los huecos en dirección vertical puede ser explicado por la resistencia media con los huecos en dirección horizontal (ver Gráfica 6).
Gráfica 6: Resistencia media de ticholos con huecos en dirección vertical, en
función de la resistencia media con huecos en dirección horizontal
IV.6.3. Resistencia a compresión de los rejillones
Los rejillones sometidos a compresión se rompen subdividiéndose sus
tabiques en láminas verticales que tienden a separarse como consecuencia
del aplastamiento. Antes de la rotura, se produce el colapso de los
tabiques interiores acompañado de numerosos estallidos, comienza la
aparición de fisuras verticales visibles en el exterior y finalmente saltan
trozos, se abre el mampuesto, las caras externas se separan y se subdivide
en láminas verticales desprendiendo gran cantidad de pequeñas partículas
y polvo. Las caras superior e inferior conservan su forma original,
unidas a los encabezados de mortero que aumentan su resistencia.
Prácticamente toda la masa cerámica aparece alterada luego de la
rotura, hojaldrada o reducida a polvo. Se alcanza el agotamiento resistente
de la totalidad del mampuesto (Imágenes 7 y 8).
Imágenes 7 y 8: Probetas C40A y C41, Rejillones del Fabricante A. No fueron
encabezadas con mortero sus caras superior e inferior por cumplir con los requisitos
mínimos de planeidad. Se desprenden los tabiques exteriores. Internamente la masa
cerámica aparece hojaldrada con abundante desprendimiento de polvo.
Los valores de resistencia alcanzados por ambos rejillones -el del
Fabricante A y el del Fabricante C. satisfacen los mínimos requeridos
por todas las normativas consultadas. De acuerdo a [1] serían clasificados
como mampuestos huecos Clase A, aptos como material resistente
para todo edificio.
Sin embargo sus resistencias son inferiores a las alcanzadas por
mampuestos similares en otros países. Es común en estos países utilizar
arcillas seleccionadas, combinadas y mejoradas con la incorporación
de óxidos y hierro, que elevan la resistencia a la compresión.
Los ladrillos klinker o gresificados son el resultado de la cocción de estas
arcillas especiales a muy alta temperatura, más de 1100ºC, lo que produce
el cierre de los poros del material, obteniéndose altas densidades,
bajos coeficientes de absorción e inalterabilidad frente a condiciones atmosféricas
agresivas; se eliminan las sales que con la humedad ambiente
producen eflorescencias y los valores de resistencia a la compresión
se elevan. Nuestros fabricantes no cuentan aún con esta tecnología.
Se hizo un estudio estadístico más detallado de la resistencia de los
rejillones, para lo cual se realizó un número de ensayos mayor al mínimo
requerido por la norma UNE-EN 772-1: se ensayaron 20 probetas.
En la Tabla 9 se resumen los resultados obtenidos.
TABLA 9: Datos estadísticos de los valores de resistencia de los rejillones de los
Fabricantes A y C
En cuanto a los datos estadísticos del rejillón del Fabricante A:
Coeficiente de asimetría (g1) = [ (1/n) S (xi - 0)3 ] / s3 = -0,2304.
El valor -0,2304 indica que la distribución puede considerarse simétrica, con una ligera asimetría hacia la izquierda ( g1 > -0,71).
Curtosis (g2) = [ (1/n) S (xi - 0)4 ] / s4 = -0,6006.
El valor 0,6006 indica una distribución relativamente plana, con altura pequeña y grandes colas.
Análisis de residuos: Ri = (xi - 0) / s.
Todos los valores están entre 3 y -3, por lo tanto no existen residuos.
S Ri = 0,002, por lo tanto están distribuidos de manera simétrica.
Graficados en papel de probabilidad, tendrían una tendencia lineal en
orden creciente. Esto señala que no puede ser refutada la hipótesis
de normalidad de distribución.
Intervalo de confianza en la estimación de la media: c = 0 ± 1,96 ( s / Ön ) = 6,8330
Para un valor de confianza de 95% el valor de la media es de
86,2723 daN/cm2 ± 6,8330.
Es decir, el valor de la media está comprendido entre 79,4393 y
93,1053 daN/cm2.
Resistencia característica:
fk = 0 - 1,64 s = 86,2723 - 1,64 x 19,0951 = 54,9563 daN/cm2.
Estimación de parámetros del modelo para distribución normal:
fx = [ 1 / (s.Ö2p) ] . e -0,5 [ (x-0) /s ] 2
fx = 0,02089 . e -0,5 [ (x-86,2723) / 19,0951 ] 2
En cuanto a los datos estadísticos del rejillón del Fabricante C:
Coeficiente de asimetría (g1) = [ (1/n) S (xi - 0)3 ] / s3 = -0,2748
Indica asimetría hacia la izquierda, no muy marcada ( g1 > -0,71)
Curtosis (g2) = [ (1/n) S (xi - 0)4 ] / s4 = -0,6573
Indica una distribución achatada, con altura pequeña y grandes colas ( g2 > -3 )
Análisis de residuos:
Todos los valores están entre 3 y -3, por lo tanto no existen residuos.
S Ri = 0,002, por lo tanto están distribuidos de manera simétrica.
Graficados en papel de probabilidad tendrían una tendencia lineal en
orden creciente. Apunta a que no puede ser refutada la hipótesis de
normalidad de distribución.
Intervalo de confianza en la estimación de la media:
c = 0 ± 1,96 ( s / Ön ) = 9,1158
Para un valor de confianza de 95% el valor de la media es de 134,8100 daN/cm2 ± 9,1158. Es decir, el valor de la media está comprendido entre 125,6942 y 143,9258 daN/cm2.
Resistencia característica:
fk = 0 - 1,64 s = 134,8100 - 1,64 x 25,4746 = 93,0317 daN/cm2.
Estimación de parámetros del modelo para distribución normal:
fx = 0,01566 . e -0,5 [ (x-134,8100) / 25,4746 ] 2
Son particularmente elevados los coeficientes de variación de la resistencia
del ticholo 12.25.25 del Fabricante A, con sus huecos en dirección
vertical: 50,3%, y del ticholo 12.25.25 del Fabricante B, con sus
huecos en dirección horizontal: 29,9%. Esto determina que sus valores
característicos de resistencia sean considerablemente inferiores a los
valores medios.
En general, se observan en los resultados de los mampuestos de los
tres fabricantes estudiados valores por encima del 20%, lo que indica
que el control de calidad realizado sobre la producción no es óptimo.
V. Conclusiones y recomendaciones
No existe un control de calidad continuo en la producción de los mampuestos
cerámicos huecos, pensados generalmente como material
para la confección de tabiquería no portante. Las terminaciones producidas
no permiten, la mayoría de las veces, dejar el material a cara
vista, siendo necesario recurrir a revoques.
Las distintas fábricas no siguen criterios de estandarización en las
dimensiones, lo que permitiría en la etapa de proyecto una óptima
coordinación modular con otros componentes constructivos.
En general, presentan desviaciones de forma superiores a lo admitido
en las normativas internacionales. Si bien dichas normativas contemplan
condiciones tecnológicas de realidades diferentes a la industria de
la construcción uruguaya, es necesario considerar que una variación elevada
en las dimensiones de los mampuestos implica la necesidad de
aumentar en obra el espesor de las juntas de mortero, con el consiguiente
aumento en el costo de materiales y mano de obra.
Los coeficientes de absorción y tasas de absorción inicial de agua determinados
cumplen con lo recomendado en la bibliografía. Es necesario,
previo a la colocación en muros, humedecer los mampuestos. No se especifican
en las normativas el procedimiento o los tiempos de humedecimiento.
Se destaca la calidad del material cerámico de los mampuestos del
Fabricante C, que presentan valores de densidad y densidad netos
superiores a los de los otros fabricantes.
Los valores medidos de resistencia a la compresión de los rejillones
y de los ticholos con sus huecos en posición vertical satisfacen las
exigencias de las normativas consultadas para poder ser considerados
como material apto para uso estructural en la edificación. Los coeficientes
de variación detectados indican, en general, que el control de
calidad realizado en el proceso de producción no es óptimo.
Se evalúa como incorrecto el diseño de los huecos de los ticholos en
general y del rejillón del Fabricante C. En el caso de las perforaciones
de los ticholos, su diseño no admite una junta horizontal de sencilla ejecución
cuando se colocan en posición vertical. Para colocarlos en esta
posición es necesario tapar sus huecos, lo que implica procedimientos que aumentan el costo de obra, particularmente la mano de obra. Si se
confeccionan los muros con los huecos dispuestos en posición horizontal,
las resistencias máximas alcanzadas no son en general elevadas.
En el caso de los rejillones del Fabricante C, se evalúa como excesivamente
grande el hueco central, y como reducido el espesor de los
tabiques exteriores.
Basándome en mi experiencia personal como calculista, considero
que con ambos rejillones estudiados podrían llegar a construirse estructuras
edilicias de hasta 3 o 4 plantas, sin necesidad de refuerzos de
hormigón armado, en zonas sin actividad sísmica como es el caso del
territorio uruguayo.
Un correcto diseño de los huecos de los mampuestos permitiría, sin
aumentar el porcentaje de huecos, realizar estructuras más elevadas, recurriendo
a refuerzos de acero dispuestos horizontalmente en las juntas
de mortero y verticalmente utilizando los propios huecos en esta posición.
Se considera imprescindible la normalización del proceso de producción
de los mampuestos cerámicos fabricados en Uruguay para poder
abastecer el mercado local y para tener posibilidades de proyectarse en
el mercado regional. Asimismo, se recomienda investigar en el desarrollo
de sistemas constructivos integrales de bajo costo como solución al
problema del déficit habitacional en el país, aprovechando las numerosas
virtudes de los mampuestos cerámicos huecos enumeradas en este
trabajo y optimizándolas, tomando como base el desarrollo que este
material ha experimentado en las últimas décadas en otros países, y
aplicando los datos obtenidos en la investigación expuesta, representativa
de la producción nacional actual. Para ello, se estima imprescindible
el trabajo en conjunto con los fabricantes de cerámicos uruguayos
en el diseño de nuevas formas y métodos de producción que se ajusten
a las posibilidades y necesidades propias de nuestro medio.
1. Pueden consultarse sus obras completas en: JUNTA DE ANDALUCÍA. Eladio Dieste 1943-1996. Sevilla-Montevideo: Consejería de Obras Públicas y Transportes, Dir.Gral de Arq. y Viv., Depto de Public. ; 2001, ISBN 84-8095- 136-2.
2. Ver: Luis García Pardo (2000). Monografías Elarqa nº 6. Montevideo: Editorial Dos Puntos
1. INSTITUTO DE ESTRUCTURAS Y TRANSPORTE, FACULTAD DE INGENIERÍA, UNIVERSIDAD DE LA REPÚBLICA. Recomendaciones para la construcción en Mampostería Estructural en Uruguay. Parte 1. Mampostería simple. Montevideo: Facultad de Ingeniería; 1998.
2. INSTITUTO DE LA CONSTRUCCIÓN Y DEL CEMENTO "EDUARDO TORROJA" P.I.E.T. 70. Estructuras de fábrica. Madrid: IETCC; 1971.
3. Pliego General de Condiciones para la recepción de los ladrillos cerámicos en las obras de construcción RL-88. (Orden Ministerial de 27 de Julio de 1988). Madrid: Ediciones Liteam; 2004.
Documentación normativa
UNE-EN 772-1. Métodos de ensayo de piezas para fábricas de albañilería. Parte 1: Determinación de la resistencia a compresión. Edición: AENOR, Madrid, Marzo de 2001.
UNE-EN 772-11. Métodos de ensayo de piezas para fábricas de albañilería. Parte 11: Determinación de la absorción de agua por capilaridad de piezas para fábrica de albañilería, en hormigón, piedra natural y artificial, y de la tasa de absorción de agua inicial de las piezas de arcilla cocida para fábrica de albañilería. Edición: AENOR, Madrid, Marzo de 2001.
UNE 67-027-84. Ladrillos de arcilla cocida. Determinación de la absorción de agua. Edición: IRANOR, Madrid, Junio de 1984.
IRAM 12585. Ladrillos y bloques cerámicos para la construcción. Métodos de determinación de las características geométricas. Edición: IRAM, Buenos Aires, Julio de 1979.
UNE 67019 EX. Ladrillos cerámicos de arcilla cocida. Definiciones, clasificaciones y especificaciones. Edición: AENOR, Madrid, Octubre de 1996.