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Introducción
En México el 45 % de las viviendas son vulnerables porque presentan deficiencias estructurales en muros y cubiertas , ya sea por la calidad de la materia prima empleada en la elaboración, o por el proceso constructivo utilizado, estas deficiencias técnico-constructivas, ponen en situación de riesgo estructural a 14 millones de viviendas ante fenómenos naturales y cambio climático, principalmente en las zonas rurales y periurbana (CONEVAL, 2020). En este contexto se busca mejorar los muros de la vivienda por medio del uso de la tierra cruda, como recurso para elaborar bloques de tierra comprimida. Las propiedades y beneficios de construir con tierra han sido ampliamente discutidos (Minke, 2005; Guerrero, 2007; Roux, 2010 y 2011, Zami et al, 2010; Van Damme et al, 2018; Morel et al., 2007; Miccoli, 2014; Mansour et al., 2016; Hafliger, 2017; González-López et al., 2018; Medvey y Dobszay, 2020) gestándose a nivel internacional normas que buscan alinear su uso a los estándares contemporáneos. La tierra como recurso constructivo ha tomado interés en la academia, lo cual se refleja en propuestas para mejorar el hábitat humano, destacando el empleo de Bloques de Tierra Comprimida (BTC) como componente constructivo, por considerarse una alternativa a la construcción tradicional de adobe y tapia, debido a su potencial de desarrollo de manera industrial (INECC, 2018).
Sin embargo, desde el origen de la tecnología de los Bloques de Tierra Comprimida (BTC) generados en Colombia a principios de la década de los años sesenta, se pensó en la necesidad del uso de cemento como un estabilizante químico que podría garantizar el uso de una gama amplia de suelos sin que se tuviera la necesidad de caracterizarlos. Años después, ante el alto costo e impacto ambiental del cemento se empezaron a realizar experimentos para la elaboración de BTC estabilizados con cal consiguiéndose en México la aprobación de una norma que fue la primera en el país que apoyaba el uso de la tierra como componente constructivo. Aunque se trató de un destacable paso en la aceptación institucional del empleo de un material que desde hace décadas ha sido sistemáticamente menospreciado e incluso rechazado por las instituciones vinculadas con la edificación, la realidad es que el uso del asfalto, el cemento y la cal como estabilizantes de la tierra presentan inconvenientes que requieren ser analizados.
Los BTCs estabilizados químicamente hacen que los componentes constructivos pierdan algunas de las cualidades que presenta la tierra como material constructivo en técnicas tradicionales como el adobe, el bajareque o la tapia pisada, y que se derivan de sus propiedades térmicas y ductilidad estructural. Los BTCs estabilizados químicamente pueden alcanzar elevadas resistencias a la compresión, pero a costa de incrementar la fragilidad de las aristas de las unidades y disminuir la adherencia de los morteros a sus caras. (Rakotomamonjy 2014)
Se considera que la energía incorporada en la tierra como recurso constructivo va de 5-10kWh/m3 comparado con los 600kWh/m3 contenido en los blocks de concreto o los 1140kWh/m3 que corresponden a los ladrillos de arcilla recocidos. (Keefe, 2005)
Y aunque el uso de estabilización química mejora el comportamiento mecánico, el problema es el impacto ambiental cuando las dosificaciones recomendadas rondan el 10 %. Un BTC que por ser sumamente denso pesa entre 8 y 10kg puede llegar a contener entre 900 y 1200g de cemento o de cal, lo que evidentemente lo descarta como un componente constructivo sostenible, a pesar de utilizar tierra. Sólo como una referencia, los bloques convencionales huecos hechos de cemento, arena y grava (tepezil, tepojal o jal) que se emplean masivamente en la construcción en México y muchos otros países, contienen alrededor de 12.5 % de cemento (Bloqueras.org, 2021) y como su relación peso-volumen de material es menor que el BTC por contener aire, involucran menos cantidad de cemento por metro cúbico construido.
Ante esta problemática se planteó un estudio en el que se discute la pertinencia del uso de cemento, las emulsiones asfálticas y la cal, en la mezcla para su elaboración, argumentando el elevado impacto ambiental de estas substancias. Se parte de la hipótesis de que es posible generar BTCs que resistan más de 30kg/cm2 mediante un control adecuado de la granulometría de las mezclas. Se define que un diseño de mezcla específico requiere determinar la manera óptima en la cual se combinan las partículas de la muestra de suelo al ser compactadas para generar el bloque. Por tanto, el análisis debe definir la curva granulométrica para el óptimo desempeño mecánico y determinar la presión nominal de compactación de la mezcla. La fuerza de compactación nominal se definió inicialmente en 320 kgf. El sistema ocupado para describir la muestra fue el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, (SUCS) normalizado por ASTM (1998 y 2005), que permite especificar la textura y tamaño de partículas de un suelo, por ensayos de granulometría, y describir los límites de consistencia del suelo mediante los ensayos de límites de Atterberg.
Las tierras están compuestas de gravas, arenas, limos y arcillas, que al hidratarse se vuelven moldeables, dentro de diferentes estados de consistencia que se derivan de la cantidad de agua absorbida. El procedimiento de evaluación de la relación tierra, agua y consistencia denominado Límites de Atterberg (Barbeta, 2002), permite conocer el Límite líquido, Límite plástico e Índice de plasticidad de la tierra.
La granulometría define los diferentes tamaños de partículas de un suelo, expresado como un porcentaje en relación con el peso total de una muestra seca (Juárez y Rodríguez, 2005). El tamaño de las partículas que componen la mezcla es importante ya que influye directamente en la porosidad, absorción de agua y durabilidad. Una adecuada distribución de tamaños de partículas es conocido como un suelo bien graduado, y permite obtener una mayor resistencia a compresión en las piezas elaboradas con dichas características (Rakotomamonjy, 2014). A menor cantidad de espacios vacíos se reduce la porosidad y se incrementa la resistencia al agua y a esfuerzos mecánicos, ya que los huecos dejados por las partículas grandes son llenados por los medianos y así sucesivamente, generando un mayor contacto entre partículas, lo que provoca un peso volumétrico y una resistencia a compresión mejorada (Juárez y Rodríguez, 2005). De esta manera, una granulometría ideal debe incluir partículas de distintos tamaños y esto se logra al conocer la distribución cuantitativa de los tamaños de las partículas de un suelo. En la Fig. 1 se idealiza un esquema en donde los huecos dejados por partículas más grandes son llenados por partículas más pequeñas generando un mayor contacto entre partículas, lo que provoca una reducción de la porosidad, aumento a la resistencia al agua, mayor peso volumétrico y una mayor resistencia a compresión, de lo que podría lograr un suelo integrado por partículas con poca diferencia de tamaños (Juárez y Rodríguez, 2005).
Fuente: Elaborado por los autores, adaptado de Rakotomamonjy (2014) y Juárez y Rodríguez (2005).
Fig. 1 A) suelo bien graduado; B) suelo mal graduado.
Método
Con el fin de contar con los datos necesarios para reconocer las características del material se plantearon tres metas y se realizaron tres series con cinco probetas por cada una:
Identificar mediante el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos S.U.C.S (ASTM, 2010) los tamaños de partículas y los límites de plasticidad de la muestra seleccionada.
Diseñar diferentes mezclas para elaborar piezas de tierra comprimida (BTC), estabilizadas granulométricamente y por compactación, con base en la norma UNE 41410.
Determinar la resistencia a compresión de las diferentes mezclas. (ONNCCE, 2015).
Paso 1. Identificar mediante el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos S.U.C.S (ASTM, 2010)
Granulometría y Límites de Atterberg
El procedimiento para definir el punto de partida de la investigación se derivó de la determinación de los Límites de Atterberg, (ASTM, 2005) comenzando por caracterizar el suelo empleado, según el sistema SUCS, para lo que se tomaron como base las normas: ASTM C117. Método de ensayo normalizado para materiales más finos que una criba N° 200 (75 μm) en agregados minerales mediante lavado. ASTM D421. Práctica estándar para la preparación en seco de muestras de suelo para el análisis del tamaño de partículas. ASTM C136. Método de ensayo normalizado para la determinación granulométrica de agregados finos y gruesos. ASTM E11. Especificación estándar para tamices de prueba. ASTM D4318. Límite líquido, Límite plástico y el Índice de plasticidad de los suelos. ASTM D-427. Método de prueba estándar para factores de contracción de suelos.
Los resultados de la caracterización granulométrica y Límites de Atterberg del material original se muestran en las Tablas 1, 2 y 3.
Tabla 1 Resultados límites de Atterberg.
| Ensayo de límite líquido ASTM D4318 | |||
|---|---|---|---|
| No. Muestra | Límite Líquido % | Diferencia % | Media |
| 1 | 28.24 | 2.19 % | 27.93 |
| 2 | 27.62 | ||
| 3 | 28.22 | 0.92 % | 28.09 |
| 4 | 27.96 | ||
| Ensayo de Límite Plástico ASTM D4318 | |||
| No. Muestra | Límite Plástico % | Diferencia % | Media |
| 1 | 18.11% | 0.77 % | 18.04 % |
| 2 | 17.97% | ||
| 3 | 18.06% | 0.22 % | 18.04 % |
| 4 | 18.02% | ||
Fuente: Elaborado por los autores.
Tabla 2 índice de plasticidad.
| Límite Líquido % | Límite Plástico % | Índice de Plasticidad % |
|---|---|---|
| 28.09 % | 18.04 % | 10.05 % |
Fuente: Elaborado por los autores.
Tabla 3 Clasificación del suelo seleccionado.
| Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S) ASTM D-2487 |
|---|
| SC (Arenas arcillosas) |
Fuente: Elaborado por los autores.
Para validar los resultados del límite líquido fue necesario llevar a cabo cuatro ensayos, el ensayo uno y el dos se tuvieron que descartar debido a que los datos obtenidos de cada uno diferían en más de un punto porcentual (2.19 %) en los ensayos tres y cuatro los resultados no diferían en más de un punto porcentual (0.92 %), en el caso de la valoración plástica se llevaron de igual manera cuatro ensayos en los cuales se comprobó que no existía diferencia de más de un uno por ciento porcentual (Tabla 1).
Paso 2. Diseñar diferentes mezclas para elaborar piezas de tierra comprimida (BTC), estabilizadas granulométricamente y por compactación, con base en la norma UNE 41410.
Definición de parámetros de aplicación para BTC
Con el fin de constatar la calidad de los BTC a elaborar, se tomaron como referencias la norma española UNE 41410, la norma mexicana NMX-C-508 y las recomendaciones generadas a partir de las pruebas realizadas en Grenoble, Francia por CRATerre (Rakotomamonjy, 2014).
La norma UNE 41410 recomienda que la plasticidad del suelo esté dentro de los rangos establecidos en la carta de plasticidad, enfatizando que, si se cumple con lo establecido, las piezas de BTC darán resultados satisfactorios. La zona sombreada de la Fig. 2 indica la franja de cumplimiento de dicha norma y el triángulo representa la muestra de tierra de la región que cumple con dicha normatividad.
Curva granulométrica media
La norma española, define los contenidos de partículas de diferente tamaño y la plasticidad recomendados para la fabricación de piezas de BTC. Esta norma es orientativa y tiene validez internacional, pero, se observó que permite la inclusión de partículas de tamaño máximo de 20 milímetros (gravas), de un alto contenido de limos (hasta un 30 %), y de un contenido de arcillas mínimo de un 10 %. Por ello se consideró que el rango de la UNE resulta demasiado amplio ya que virtualmente cualquier suelo que tenga más de un 10 % de arcillas cumple con este criterio. En la Fig. 3, se muestra la distribución granulométrica que deben tener las partículas de un suelo para cumplir dicha normativa y poder utilizarse en la elaboración de BTC.
Fuente: Elaborado por los autores con información de UNE 41410.
Fig. 3 Distribución granulométrica para BTC según UNE 41410.
Por su parte, la NMX-C-508 establece que el suelo a ocupar en la fabricación de piezas de BTC, no debe contener gravas ni materia orgánica, debido a esto se generó una condición de cumplimiento descartando las gravas. Se estableció una curva construida a partir de una media aritmética de los tamaños de partículas establecidas por la norma, y a partir de ese dato y la desviación estándar, se propuso una curva media (ver Fig. 4). Se ocuparon como puntos de referencia los tamaños de partículas normalizados en los tamices de los análisis granulométricos. En la Fig. 4, se aprecia el rango de gravas a limos, reconociendo el rango de gravas y la curva media.
Curva granulométrica idealizada y propuesta de intervalo de cumplimiento.
Una vez establecida la curva granulométrica media con respecto a los valores de la UNE 41410, se observó que ésta no se encuentra bien graduada, por lo que, sabiendo que una buena graduación de las partículas mejora la resistencia a la compresión en estado seco, se elaboró una curva idealizada correctamente graduada (ver Fig. 5), estableciendo como punto de referencia lo retenido en el tamiz #200 de la curva media. Aunque la curva idealizada nos otorga los porcentajes granulométricos que buscamos en un suelo para la elaboración de BTC, sabemos que difícilmente se cumplirá al 100 % con estos parámetros, inclusive después de estabilizarlo granulométricamente. Debido a esto se decidió determinar el rango de desviación que podrían tener las partículas (ver Fig. 6).
Fuente: Elaborado por los autores con información de UNE 41410.
Fig. 5 Curva idealizada bien graduada para BTC.
Curva granulométrica del suelo seleccionado
En la siguiente etapa se obtuvo la curva granulométrica del suelo seleccionado, empleando el rango reducido (Fig. 6) por medio de los análisis granulométricos por lavado y por tamizado en seco. Para validar el resultado de la exploración por lavado fue necesario llevar a cabo dos ensayos y comprobar que los datos obtenidos no difirieran entre sí más de un 2 %. En el caso del análisis en seco sólo fue necesario un ensayo con el que se determinó que el material, después de pasar por los tamices, no perdió más del 3 % de su masa original.
Tabla 4 Análisis granulométrico del suelo seleccionado.
| Método de análisis en seco ASTM C-136 (Pérdida en peso del 1.024 %) | ||||
|---|---|---|---|---|
| Análisis de fracción gruesa | ||||
| Tamiz | Abertura (mm) | Peso Retenido (grs) | % Retenido Parcial | % Que Pasa |
| 4 | 4.75 | 0.00 | 0.00 | 100.00 |
| 10 | 2 | 20 | 4.00 | 96.00 |
| 20 | 0.85 | 70.35 | 14.07 | 81.93 |
| 40 | 0.425 | 61.5 | 12.30 | 69.63 |
| 60 | 0.25 | 45.15 | 9.03 | 60.60 |
| 100 | 0.15 | 53.65 | 10.73 | 49.87 |
| 200 | 0.075 | 51.9 | 10.38 | 39.49 |
| Método de análisis por lavado ASTM C-117 (Variación del 1.28 %, el dato a ocupar fue la media) | ||||
| Análisis de fracción fina | ||||
| Fondo | 197.45 | |||
| Total | 496.9 | |||
Fuente: Elaborado por los autores.
La muestra contiene más del 50 % de partículas gruesas, con abundantes finos los cuales se caracterizan por una plasticidad media a alta. (Ver Fig. 7) Según los estudios realizados por el Laboratorio de CRATerre, este tipo de suelo es el ideal para la elaboración de bloques de tierra comprimida (Rakotomamonjy, 2014).
Fuente: Elaborado por los autores.
Fig. 7 Distribución del tamaño de partículas por tamiz de la muestra participante.
La Fig. 8 muestra la curva obtenida a partir de los análisis granulométricos y la Fig. 9 compara la curva granulométrica obtenida con el intervalo que se estableció previamente de forma teórica.
Paso 3. Determinar la resistencia a compresión de las diferentes mezclas (ONNCCE, 2015)
Diseño específico de mezclas para BTC con textura compensados
Una granulometría óptima en el elemento de tierra da cuerpo y solidez al bloque cuando contiene proporciones adecuadas de arenas, limos y arcillas. La arena y los limos conforman el esqueleto resistente que soporta las cargas y evita la fisuración, mientras que la arcilla funciona como el conglomerante (Guerrero, 2016). El factor de ajuste granulométrico se modificó para que los tamaños de partículas de la muestra correspondan con el rango propuesto.
En segundo lugar, se debe considerar la importancia del agua como componente que activa las propiedades de los minerales contenidos en las muestras de tierra. Para elaborar BTC se debe evitar una mezcla demasiada fluida que impida una adecuada compresión o una mezcla muy seca, que se disgregue debido a una falta de cohesión entre las partículas. En los estudios hechos por CRATerre (Rakotomamonjy, 2014) se determinó que el contenido de agua óptimo para la elaboración de piezas de BTC, corresponde con su “estado húmedo”. El estado húmedo de un suelo es aquél que se encuentra por debajo del límite plástico.
Finalmente, con respecto al proceso de compresión se debe tomar en cuenta que, cuando se aplica una fuerza a un suelo, el material se densifica al intercalarse las partículas de diferentes tamaños y la proporción de huecos disminuye, lo que se relaciona con la reducción de la porosidad, de la permeabilidad y el aumento de la resistencia a compresión (Guerrero, 2016).
Sin embargo, según se ha documentado en pruebas realizadas en Francia por CRATerre (Rakotomamonjy, 2014), las altas presiones de compactación producen una caída en la resistencia y durabilidad de los bloques, por lo que se aconseja limitar la presión nominal de elaboración de 300 a 500 kgf. Para realizar las series de probetas se empleó una fuerza nominal de inicio para compactación de 320 kgf y se elevó a 512 kgf.
Primera serie
En la primera serie se modificó la muestra empleando la granulometría establecida en la curva media (BTC-CM) agregando las cantidades necesarias de material deficitario (ver Fig. 9). Posteriormente se elaboró otra mezcla (BTC-CI) en la que se usara la dosificación derivada de la curva idealizada (ver Fig. 5). Se estableció la mezcla de control (BTC-N) en la cual no se modificó la granulometría del suelo seleccionado. La cantidad de agua y presión nominal fueron constantes para poder valorar únicamente la influencia de la granulometría en la resistencia a la compresión. Para realizar las muestras de la primera corrida, se utilizaron tres series de probetas cúbicas de 50 mm, descritas en la Tabla 5.
Segunda serie
En la segunda serie se modificó el porcentaje de agua en la mezcla, tomando como el porcentaje de agua óptimo para la fabricación de un BTC cuando un suelo está húmedo. Se reconoció como un suelo húmedo el que se encuentra en el rango del 10 al 20 % de plasticidad media siguiendo las especificaciones de la norma UNE 41410. De este modo, para las mezclas de la segunda serie se utilizaron las claves BTC 16 %, BTC 14 % y BTC 12 %, valores que se corresponden a la cantidad de agua de cada probeta respectivamente, debido a que el suelo seleccionado tiene un límite de plasticidad del 17 %. En esta serie se incluyó una cuarta corrida (BTC 10 %) empleando 10 % de agua.
El porcentaje de agua adecuado debe permitir comprimir el suelo sin que este pierda su forma al desmoldarlo. Su consistencia no debe ser pegajosa y han de percibirse al tacto las partículas de las arenas; los demás factores se mantuvieron constantes en esta serie (presión nominal de compactación y granulometría), para así poder comprobar la influencia del agua en la resistencia a la compresión. Para el momento de iniciar la segunda serie de probetas ya se contaba con los resultados de la primera serie (en la que se evaluó granulometría sin modificar, granulometría curva media y granulometría curva idealizada, controlando porcentaje de agua y presión nominal de elaboración) y en función de estos se ocupó la distribución granulométrica de partículas con mejor resistencia a compresión. En la Tabla 6 se describe el diseño de las series usadas en la segunda corrida.
Tercera serie
Se realizó una tercera serie con la distribución granulométrica con mejor resultado, empleando un 12 % de agua (del peso seco de la muestra) y dos presiones de elaboración de 320Kgf y 512Kgf en una serie de cinco probetas. Se identificó cada corrida con la clave BTC-320 y BTC-512.
Elaboración de molde para probetas sometidas a compresión
Para cumplir con la norma NMX-C-508-ONNCE para BTC, es necesario un mínimo de 5 piezas por cada diseño de mezcla que se tenga. Las probetas han de ser cúbicas y debido a la presión de elaboración, el molde, requiere tener la capacidad de resistir la presión sin deformarse. Por ello, se fabricaron moldes de 50 x 50 mm de base con una altura de 100 mm, elaborados con secciones de perfiles de acero PTR de 2”x2” calibre 16 (ver Fig. 10)
Procedimiento para elaborar probetas
Se vierte la mezcla dentro de los moldes y con la ayuda de una prensa hidráulica se ejerce la presión establecida, para cada uno de los diseños de mezcla. Al comprimir la mezcla dentro de los moldes se genera una disminución del volumen, por lo que se decidió que el molde tuviera 100 mm de altura y así obtener una adecuada carrera de compresión para obtener probetas cúbicas de 50 mm. (ver Fig. 11)
Secado de las muestras
El proceso mínimo de secado de las probetas de tierra compactada es de 7 a 14 días. Dependiendo de la humedad del ambiente, la muestra debe dejarse a la sombra, para reducir retracciones o cambios volumétricos bruscos. Para determinar que la muestra está completamente seca, es necesario pesarla a partir del quinto día y secuencialmente los días siguientes hasta que la probeta ya no pierda peso, ya que de esta forma nos aseguramos de que sus componentes habrán desarrollado la máxima resistencia en cuanto a las posibilidades de esa dosificación (Fig. 12). Las condiciones de temperatura en el laboratorio eran de 18.5°C con 44 % de humedad al interior.
Prueba de compresión
Según la norma NMX-C-508-ONNCE, es necesario que como mínimo el 95 % de las muestras realizadas, mantenga una resistencia a la compresión constante, que la desviación estándar no exceda el 5 % y que ningún valor obtenido sea inferior a 0.8 veces el valor promedio de la resistencia a la compresión. En la norma se establece que los BTC que no serán sometidos a esfuerzos estructurales deberían resistir 30kg/cm2 y los que sí lo estarán, 60kg/cm2. Se reconoce una probeta adecuadamente realizada cuando la falla denota una sección conocida como de “reloj de arena”, como la que se muestra en la Fig. 13, que se logra cuando una carga es uniformemente distribuida en un espécimen bien preparado.
Resultados
En la Fig. 14 se identifica que se logró 38.9 kg/cm2 en la mezcla que empleó la denominada curva idealizada. En la Fig. 15 se aprecian tres probetas representativas de las series BTC-N, BTC-CM y BTC-CI. En la Fig. 16 se utilizó la curva idealizada BTC-CI y se modificó el porcentaje de agua, encontrando en la mezcla con 12 % 50.6 kg/cm2. La Fig. 17 muestra el valor de 54.75 kg/cm2 en la mezcla que utilizó la curva idealizada, 12 % de agua y 512 kgf para la elaboración de las probetas.
Fuente: Elaborado por los autores.
Fig. 14 Resultados de resistencia a compresión (320kgf) y contenido de agua (16 %) constantes y granulometría variable. BTC-N corresponde a la mezcla sin compensar, BTC-CM es la mezcla derivada de la consideración de la curva media y finalmente el BTC-CI coincide con la granulometría de la curva idealizada.
Fuente: Elaborado por los autores.
Fig. 15 Comparación de probetas, que cumplen con el rango de la norma. A) curva granulométrica sin modificar. B) curva granulométrica media. C) curva granulométrica idealizada.
Fuente: Elaborado por los autores
Fig. 16 Resultados a compresión constante (320kgf) variando el porcentaje de agua del 16 %, 14 %, 12 % y finalmente 10 % y utilizando la curva idealizada para la granulometría.
Discusión
La clasificación del suelo requirió aplicar ensayos complementarios de granulometría y consistencia como primera aproximación para determinar el diseño de mezcla. La muestra empleada se definió dentro del sistema SUCS como una “Arena arcillosa” (SC) que, con base en la norma española UNE 41410, coincide con el rango para su uso como BTC. Aunque la granulometría de la muestra cumple con los parámetros normados, se decidió modificar los rangos, bajo la hipótesis de que con ello se podría mejorar el desempeño mecánico. Las variables de análisis para el diseño de mezcla consistieron en ajustar la granulometría definida en dos curvas que sustentaron la elaboración de una primera serie en la que el porcentaje de agua (16 %) utilizado para las mezclas fue constante, al igual que la presión de elaboración (320kgf). Los resultados en promedio a compresión de las probetas de la primera serie fueron de 32.5 kg/cm2 sin modificar (BTC-N), 34.6 kg/cm2 curva media (BTC-CM) y 38.9 kg/cm2 curva idealizada (BTC-CI) (Fig. 14).
Posteriormente se realizó una segunda serie en la que varió la cantidad de agua de mezcla en 16, 14, 12 y 10 %, (porcentaje sobre el peso seco de la mezcla) empleando la curva idealizada en la granulometría y una presión de elaboración de 320kgf, con lo que se alcanzó una resistencia de 50.6 kg/cm2 usando 12 % de agua en la mezcla, la elección del 12 % de agua en la mezcla fue porque ese porcentaje presentó mejor desempeño mecánico (Fig.16). Se realizó una tercera serie empleando 320 y 512 kgf para elaborar las probetas, en la que se registró un promedio a compresión de 50.2 kg/cm2 con 320 kgf y 54.75 kg/cm2 con 512 kgf (ver Fig. 17). En la Fig. 18 se presentan los mejores resultados. De la serie BTC-CI a BTC-12 % hubo un incremento porcentual de 29 %, con un resultado inicial de 38.9 a 50.2 kg/cm2 al utilizar una curva idealizada con un ajuste al 12 % de agua en el diseño de mezcla. Y al cambiar la fuerza de elaboración de las probetas de 320 a 512 kgf, se logró un incremento del 9 %, pasando de 50.2 a 54.75 kg/cm2.
En la Fig. 19 se aprecia la diferencia en la textura de las probetas utilizadas para las series con: A) curva normal (BTC-N), B) media (BTC-CM) y C) idealizada (BTC-CI), apreciándose mejor consistencia en la serie BTC-CI, lo cual está en concordancia a los resultados encontrados ya que dicha serie obtuvo la resistencia a compresión más alta de las tres curvas analizadas con 38.9 kg/cm2. En la Fig. 19 se anexó la probeta de la serie 3 (BTC-512) con la que se registró una resistencia a compresión de 54.75 kg/cm2 en promedio, que al comparar con la Fig. 19 A) BTC-N, Fig. 19 B) BTC-CM y Fig, 19 C) BTC-CI, resulta en una superficie más homogénea, aunque sin apreciar una variación significativa con respecto a la Fig. 19 C) BTC-CI.
Conclusión
La normatividad internacional existente para producir BTCs permite que los rangos texturales de los suelos utilizados como materia prima en la fabricación de los BTC, sean demasiado amplios. Ello es debido al hecho que se considera que habrán de ser estabilizados con cemento, emulsión asfáltica o cal. Las empresas que fabrican las prensas o los ingredientes químicos consideran que de este modo quedan “cubiertas” puesto que normalmente en la elaboración de BTC se emplean los suelos locales, sin haber realizado caracterizaciones adecuadas, procesos de compensación granulométrica ni control estricto de la humedad de mezclado requerida.
Esta laxitud de las normas favorece estos procesos y propicia el consumo de los estabilizantes químicos a pesar del costo y el impacto ambiental que su utilización conllevan. La tierra cruda analizada en la presente investigación evaluada en tres series empleando diferentes mezclas cumple con las especificaciones solicitadas para su uso como muros no estructurales, aunque no se alcanzan los 60kg/cm2 solicitados para uso estructural. Aun así, es notorio el incremento en la resistencia obtenida de 54.75kg/cm2 sin emplear cal o cemento para mejorar la resistencia.
Se ha podido poner en evidencia que al reducir el intervalo granulométrico de las tierras utilizadas en la elaboración de los BTC, no se limita la posibilidad de emplear cualquier tipo de suelos, sino se promueve su análisis granulométrico para optimizar su empleo sin tener que recurrir a procesos de estabilización química. De esta manera el suelo mejora en un 68.46 % su resistencia a la compresión de forma totalmente natural al pasar de 32.5 a 54.75 kg/cm2 simplemente con una apropiada graduación de sus componentes originales.
Los resultados parciales por series de granulometría demuestran que emplear el rango granulométrico específico para BTC, que se denominó, en este estudio como curva idealizada, mejora el desempeño mecánico. El segundo resultado relevante consistió en la valoración del papel del agua de mezcla dentro del sistema y que, al igual que sucede con la granulometría, requiere ser adecuadamente dosificado. No es recomendable establecer “recetas” para la hidratación como sucede convencionalmente con las mezclas de cemento y arena.
El porcentaje de agua inicial se fijó en el 16 % para el suelo evaluado. Posteriormente se realizaron ajustes en el porcentaje de agua en la mezcla y se observó que con un 16 % los bloques resistieron 38.9 kg/cm2, con 14 % de agua 41.5kg/cm2, agregando 12 % de agua de mezclado 50.6 % kg/cm2 y finalmente con 10 % de agua resistieron 43.5 kg/cm2. El porcentaje ideal de agua para la mezcla según los resultados obtenidos fue de 12 %. Todas las probetas se elaboraron con la curva granulométrica idealizada y la misma presión nominal de 320 kgf. Es evidente que el porcentaje de agua en la mezcla tiene un efecto muy destacable en la resistencia a la compresión y que existe un porcentaje óptimo. Un mayor porcentaje de agua en la mezcla permite mejorar la trabajabilidad, pero disminuye resistencia mecánica. Con un 12 % de agua en la mezcla es posible incrementar en 23.12 % la resistencia a la compresión, en comparación con bloques mezclados con 16% de agua.
Finalmente, al incrementar la fuerza de compactación para conformar las probetas de tierra comprimida se mejoró la resistencia a la compresión a 54.75 kg/cm2. Pero si se compara el promedio de 50.2 kg/cm2 de la serie BTC-12 % agua con 320kgf de compactación, se reconoce que un óptimo nivel hídrico es más eficiente que el incremento de la presión de elaboración, cuando se emplea una curva granulométrica idealizada.
Se concluye que resulta evidente que la aplicación de los principios naturales de densificación de suelos es una estrategia sostenible en el desarrollo de componentes constructivos, pero debe complementarse con evaluaciones de capilaridad, durabilidad , resistencia a la abrasión, entre otras, para su empleo intensivo en la edificación
