Analisis y Evaluacion de Resinas Epoxicas en Reemplazo de 5

TESIS PARA OPTAR A GRADO DE LICENCIADO EN CIENCIAS DE LA CONSTRUCCIÓN “Análisis y evaluación de resinas epóxicas en reemplazo de morteros de junta de albañilerías

tradicionales”

Hugo Alexis Rivera Jiménez 3

UNIVERSIDAD DEL BIO – BIO FACULTAD DE ARQUITECTURA, CONSTRUCCION Y DISEÑO

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA CONSTRUCCION ESCUELA DE INGENIERIA EN CONSTRUCCION

ANALISIS Y EVALUACION DE RESINAS EPOXICAS EN REEMPLAZO DE MORTEROS DE JUNTA DE ALBAÑILERIAS TRADICIONALES

TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE LICENCIADO EN CIENCIAS DE LA CONSTRUCCION

AUTOR: RIVERA JIMENEZ, HUGO ALEXIS PROFESOR GUIA: FERNANDEZ SCHWARZENB, SEBASTIÁN C.

CONCEPCION 2004


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A mi hermosa familia, muy especialmente a mis padres Teresa y Hugo, mi tía Juana y mi polola Catherine, por su amor, apoyo y comprensión durante mi vida, carrera


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y todo el desarrollo de esta investigación.


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Agradezco la excelente disposición de mi profesor guía Sr. Sebastián Fernández Sh., del Sr. Adolfo Alcayata y Raúl Crisosto, por su


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ayuda, tiempo y paciencia para llevar a cabo esta investigación.


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RESUMEN

El presente documento informa un estudio experimental que busca, analizar y evaluar la utilización de un adhesivo en base a resinas epóxicas en reemplazo del mortero de cemento tradicional utilizado en la confección de albañilerías de ladrillo, todo esto con el fin de mejorar las propiedades higrotérmicas de estas, manteniendo al menos sus propiedades mecánicas, de esta manera se visualizará, cuanto se pueden mejorar estas propiedades, ante la inminente promulgación de una normativa que las regule.

En este marco, en una primera etapa se dan a conocer mecanismos asociados a la

transmisión de energía, comportamientos térmicos y mecanismos asociados al flujo de calor. A continuación se presenta una detallada información sobre el estado actual de las albañilerías de ladrillo, su marco normativo nacional vigente y la caracterización y descripción de los materiales que las componen, resaltando factores como clasificación, propiedades y requisitos que deben cumplir, tanto el elemento en conjunto de un sistema como individualmente.

Posteriormente en el desarrollo del documento, se da a conocer una completa

información de las resinas epóxicas, abarcando en esta etapa, su descripción como materia prima, así como las características de ella utilizada como adhesivos, resaltando, los elementos constituyentes de una formulación, modificación de sus propiedades como también de las características del producto endurecido y aplicaciones del mismo, para finalmente entregar información sobre el cuidado y manejo del producto, ensayos y referencias normativas.

Mas adelante, se establecen los criterios de selección de los materiales utilizados para la

elaboración de albañilería de ladrillo, a modo experimental, entregando además, información técnica necesaria a tener en cuenta de cada uno de los elementos que se utilizaron en esta etapa.


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Finalmente, se describen los procedimientos, resultados y análisis de los ensayos térmicos, hídricos y mecánicos de prismas y muretes construidos con adhesivo epóxico. Adicionalmente, se hace un análisis comparativo de estos resultados, con los obtenidos en otros estudios que usan como base, la construcción de albañilerías con mortero de cemento tradicional.


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ÍNDICE

RESUMEN………………………………………………………………………………………. 6 ÍNDICE…………………………………………………………………………………………… 8 INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………….. 15 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA……………………………………………………….. 16 HIPÓTESIS……………………………………………………………………………………… 19 OBJETIVOS GENERALES…………………………………………………………………… 19 OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………………………………………….. 19 CAPITULO 1: “Generalidades y Conceptos Térmicos Básicos” 1.1. Transferencia de Calor…………………………………………………………………………….. 22 1.2. Conducción…………………………………………………………………………………………. 22 1.3. Convección…………………………………………………………………………………………. 23 1.4. Radiación……………………………………………………………………………………………. 25 1.5. Conductividad Térmica…………………………………………………………………………….. 26 1.6. Conductancia Térmica……………………………………………………………………………... 27


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1.7. Resistencia Térmica de una Capa de Material………………………………………………….. 28 1.8. Coeficientes Superficiales de Transferencia Térmica………………………………………….. 28 1.9. Resistencias Térmicas Superficiales…………………………………………………………….. 29 1.10. Transmitancia Térmica…………………………………………………………………………… 29 1.11. Resistencia Térmica…………………………………………………………………….………… 30 1.12. Resistencia Térmica Total……………………………………………………………….………. 31 1.13. Puentes Térmicos……………………………………………………………….………………… 31 CAPITULO 2: “Albañilerías de Ladrillo” 2.1. Albañilerías………………………………………………………………………………………….. 36 2.2. Albañilería Confinada………………………………………………………………………………. 36 2.3. Albañilería Armada………………………………………………………………………….…...…. 37 2.4. Materiales Componentes de una Albañilería de Ladrillo………………………………………. 38

2.4.1. Ladrillos Cerámicos………………………………………………………….……….. 38 2.4.1.1. Características Hídricas de los Ladrillos Cerámicos………….…….. 38 2.4.1.2. Clasificación y Designación de los Ladrillos Cerámicos Según la Norma Chilena Nch 169 Of. 73…………………………………………………. 39 2.4.1.3. Clases de Ladrillo Cerámico…………………………………………... 39

2.4.1.3.1. Ladrillos Macizos Hechos a Maquina (Mqm)……………... 40 2.4.1.3.2. Ladrillos Perforados Hechos a Maquina (Mqp)…………... 40 2.4.1.3.3. Ladrillos Huecos Hechos a Maquina (Mqh)………………. 40


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2.4.1.4. Grado de Ladrillos Cerámicos……………………………….………… 41 2.4.1.5. Según Uso…………………………………………………….…………. 42

2.4.2. Mortero de Pega y Sus Materiales Constituyentes……………………………….. 42 2.4.2.1. Cemento…………………………………………………………………. 43

2.4.2.1.1. Clasificación de los Cementos Producidos en Chile….….. 43 2.4.2.2. Áridos………………………………………………………………….…. 44

2.4.2.2.1. Granulometría de la Arena……………………………….…. 45 2.4.2.3. Agua………………………………………………………………….…… 46

CAPITULO 3: “Resinas Epóxicas” 3.1. Descripción de las Resinas Epóxicas……………………………………………………………. 48 3.2. Componentes de una Formulación Epóxica…………………………………………………….. 52

3.2.1. Resinas………………………………………………………………………………… 52 3.2.2. Endurecedores o Agentes de Curado……………………………………………… 57 3.2.3. Agentes Modificadores………………………………………………………………. 59

3.2.3.1. Diluyentes……………………………………………………………….. 59 3.2.3.2. Flexibilizadores……………………………………………………….…. 60 3.2.3.3. Cargas o Fillers…………………………………………………….…… 60 3.2.3.4. Pigmentos………………………………………………………….……. 61

3.3. Características de las Resinas Epóxicas Endurecidas y sus Aplicaciones………….………. 61

3.3.1 Aplicación Como Adhesivo……………………………………….……….………….. 63

3.4. Riesgos y Medidas de Prevención Durante el Manejo de Resinas Epóxicas……………….. 67 3.4.1 Riesgos en el Trabajo con Resinas Epóxicas……………………………….……... 67 3.4.2 Medidas de Prevención Durante la Manipulación de Resinas Epóxicas…….….. 69 3.4.3 Equipos de Protección Individual………………………………………….………… 71

3.5. Métodos de Ensayos de Sistemas Epóxicos…………………………………………….………. 73


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3.5.1. Ensayos de Determinación de Propiedades Mecánicas…………….….………… 74 3.5.1.1. Resistencia a Flexotracción y a Compresión………………………… 74 3.5.1.2. Modulo de Elasticidad a Compresión………………………………… 75 3.5.1.3. Modulo de Elasticidad Transversal…………………………………... 76 3.5.1.4. Resistencia a Esfuerzo Cortante……………………………………... 76 3.5.1.5. Características Mecánicas en Función de la Edad…………………. 78

3.5.2. Ensayos de Reactividad…………………………………………………………….. 78 3.5.2.1. Determinación del “Pot Life” o Tiempo de Utilización………….…… 78

3.5.3. Ensayos de Comportamiento Térmico………………………………………….…. 79 3.5.3.1. Características Mecánicas en Función de la Temperatura…….….. 79 3.5.3.2. Coeficiente de Dilatación Térmica………………………….………… 80

3.6. Referencia de Especificaciones Normalizadas para Resinas Epóxicas…………………….. 81

3.6.1. Tipos y Grados……………………………………………………………………….. 81 3.6.2. Requisitos Generales………………………………………………………………... 82 3.6.3. Muestras………………………………………………………………………………. 82 3.6.4. Métodos de Ensayo…………….……………………………………………………. 83 3.6.5. Inspección…………………………………………………………………………….. 84 3.6.6. Repetición de los Ensayos y Rechazos…………………………………………… 84 3.6.7. Envases y Marcas……………………………………………………………………. 85

3.6.7.1. Envases…………………………………………………………………. 85 3.6.7.2. Marcas…………………………………………………………………… 85

CAPITULO 4: “Elección y Caracterización de Materiales Adecuados Para la Investigación”

4.1. Criterio de Elección del Ladrillo. …….…..…….…..…….…..…….…..…….…..….….……….. 87 4.2. Características Técnicas del TRE. (Titán Reforzado Estructural)…….…...…….…………… 88 4.3. Criterio de Elección del Adhesivo Epóxico. …….…..…….…..…….…..…….…..…….……… 89


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4.4. Características Técnicas de Sikadur 31 HMG (Hid-Mod Gel). …….…..…….………….……. 92 4.4.1. Descripción…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..……..………… 92 4.4.2. Propiedades. …….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..….….……… 93 4.4.3. Campo de Aplicación. …….…..…….…..…….…..…….…..…….…...…….………. 93 4.4.4. Consumo y Presentación…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..……..…… 93 4.4.5. Datos Técnicos. …….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..……..…... 94

CAPITULO V: “Etapa Experimental” 5.1. Generalidades..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..……..……… 96 5.2. Factores que Inciden en el Desarrollo Experimental. …….…..…….…..…….…..….….…… 96

5.2.1. Factores Constantes. …….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….………. 97 5.2.2. Factores Variables. …….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…...……. 99

5.3. Descripción de Ensayos…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…… 99

5.3.1. Identificación de los Materiales Utilizados en el Proceso Experimental…….…... 100 5.3.2. Requisitos y Confección de Prismas y Muretes de Albañilería…….…..…….…... 101

5.3.2.1. Características del Prisma de Albañilería Destinado a Compresión. 101 5.3.2.2. Características del Murete de Albañilería destinado a corte y a ensayo hídrico. …….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….… 103

5.3.3. Confección de Prismas y Muretes de Albañilería para Ensayos Mecánicos e Hídricos. …….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..….….…..…….…..……. 104

5.3.3.1. Secuencia Constructiva de Prismas y Muretes de Albañilería. ……. 105 5.3.3.2. Curado de Prismas y Muretes de Albañilería. …….…..…….…...….. 107 5.3.3.3. Refrentado de Prismas y Muretes…….…..…….…..…….…..….…… 107

5.3.4. Confección de Probetas para Ensayos Térmicos. …….…..…….…..…….….….. 108 5.3.5. Ensayos Experimentales. …….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…………. 111

5.3.5.1. Ensayo a Compresión de Prismas de Albañilería…….…..……...….. 111 5.3.5.1.1. Procedimiento de Ejecución de Ensayo a Compresión….. 113 5.3.5.1.2. Expresión de Resultados de Resistencia Prismática….…. 114

5.3.5.2. Ensayo a Corte Diagonal de Muretes de Albañilería…….…...….…. 115 5.3.5.2.1. Procedimiento de Ejecución de Ensayo a Corte. …….….. 116 5.3.5.2.2. Expresión de Resultados de Resistencia a Corte. …….… 117


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5.3.5.3. Ensayo Térmico de Probetas de Albañilería. …….…..…….….……. 118 5.3.5.3.1. Descripción de la Cámara Térmica…….…..…….…….….. 118 5.3.5.3.2. Colocación del Anillo en la Cámara Térmica. …….….…… 123 5.3.5.3.3. Distribución de Termocuplas…….…..….….…..……..……. 124 5.3.5.3.4. Procedimiento de Ejecución del Ensayo Térmico. ….…… 125 5.3.5.3.5. Toma de Mediciones en Cámara Térmica. …….…….…… 126 5.3.5.3.6. Expresión de Resultados de Ensayo Térmico…….….…... 127

5.3.5.4. Ensayo de Estanquidad al Agua de un Murete de Albañilería. .…… 128 5.3.5.4.1. Descripción de la Cámara de Infiltración. …….…..….…… 129 5.3.5.4.2. Colocación del Murete en la Cámara. …….…..…….….…. 131 5.3.5.4.3. Procedimiento de Ejecución de Ensayo de Estanquidad al Agua. …….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…….…… 132 5.3.5.4.4. Expresión de Resultados de Ensayo de Estanquidad al Agua. …….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…. 133

5.4. Resultados de Ensayos Realizados…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..……..…… 134

5.4.1. Resultados de Ensayo a Compresión de Prismas de Albañilería. …….….…….. 134 5.4.2. Resultados de Ensayo a Corte Diagonal de un Murete de Albañilería……..…… 135 5.4.3. Resultado de Ensayo Térmico. …….…..…….…..…….…..…….…..…….….…… 136 5.4.4. Resultado de Ensayo Hídrico. …….…..…….…..…….…..…….…..…….….……. 137

5.5. Análisis de Resultados Obtenidos. …….…..…….…..…….…..…….…..…….…..……...…… 137

5.5.1. Resistencia al Corte Diagonal de Muretes de Albañilería. …….….....……...…… 137 5.5.2. Resistencia a Compresión de Prismas de Albañilería. …….…..…….…..…..….. 141 5.5.3. Ensayo Térmico…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..……...….. 145 5.5.4. Ensayo de Estanquidad al Agua. …….…..…….…..…….…..…….…..……...…... 147

5.6. Análisis de Costos y Proceso Constructivo. …….…..…….…..…….…..…….…..…..….…… 149 CONCLUSIONES Y COMENTARIOS....…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…...….…. 154 BIBLIOGRAFÍA…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…..…… 157 GLOSARIO…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..….. 160


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ANEXO A….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….……...…… 163 ANEXO B….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..……...…….…… 166 ANEXO C.….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..……..…….…… 169 ANEXO D….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…………….…… 173 ANEXO E….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…………….…… 176 ANEXO F….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..…….…..….…… 179


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INTRODUCCIÓN

A través de la historia, en la industria de los materiales, cada día se van encontrando nuevos usos y técnicas de utilización de los productos y elementos que nos acompañan diariamente, con los cuales estamos acostumbrados a trabajar de una manera tradicional.

Así, por ejemplo, hoy en día las formulaciones epóxicas, representan uno de los

materiales más utilizados en la solución de junta de hormigonado, adhesión de hormigones con metal, reparación de grietas, entre otra variada gama de soluciones relacionadas básicamente con la continuidad de faenas de hormigonado, pudiendo potencialmente tener otra gran variedad de aplicaciones que aun no han sido estudiadas.

Tomando en cuenta lo anterior y atendiendo al problema de aislación térmica que sufren

los muros de albañilerías de ladrillo cerámico que se presenta en la actualidad, ante la eventual entrada en vigencia de una nueva normativa, se pretende mediante un ejercicio o estudio académico contributivo, materializado en el presente documento, disminuir los valores de transmitancia térmica de muros de albañilería de ladrillo, reemplazando el mortero de junta tradicional por el adhesivos en base a resinas epóxicas Sikadur 31 HMG, realizando los estudios que permitan establecer las características de estos, dentro de los marcos regulatorios vigentes en nuestro país, adelantándonos así al cambio de exigencias térmicas que pretende traer consigo la nueva normativa nacional.


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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En Chile, en el año 1990 y debido a las fuertes alzas de combustibles producidas a

mediados de los años 80, la Comisión Nacional de Energía realiza un estudio acerca del gasto de energía primaria en el país, el cual arroja la siguiente distribución:

- sector transporte: 1/3 del consumo nacional - sector industria: 1/3 del consumo nacional - sector vivienda y edificación: 1/3 del consumo nacional

Durante el mismo año, se realiza el Primer Congreso Nacional de Energía, de la Universidad de Chile, el cual concluye que los resultados entregados por la Comisión Nacional de Energía, para el sector construcción, son elevados, y señalo que es posible obtener ahorros sustanciales, mayores al 20 %, evaluando y aplicando medidas de protección térmicas.

El primer paso significativo, se vio reflejado en el mes de mayo del año 2000, con la

entrada en vigencia de las disposiciones sobre aislación térmica de edificios, incorporados en el articulo 4.1.10, de la Ordenanza General de Urbanismo y Construcción, las cuales se refieren a exigencias de acondicionamiento térmico para el complejo de techumbre de la vivienda, fijando valores máximos de transmitancia térmica, y mínimos de resistencia, para las 7 zonas climáticas en las que se dividió nuestro país.

En lo referente a aislamiento térmico, nuestro marco normativo actual presenta aun

grandes falencias y vacíos, esto se pretende solucionar en un futuro cercano con la aplicación de una segunda etapa de la reglamentación térmica en la edificación nacional, la cual será el cuerpo legal que regulara las exigencias de aislación térmica de muros, ventanas y pisos de edificios


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habitacionales en Chile, situación que obligara a introducir cambios tecnológicos y modificaciones en los actuales sistemas constructivos en albañilería y hormigón.

Con esto estamos avanzando en sentido de dar una mejor calidad de vida a las

personas, contribuyendo a ahorrar energía y cuidando los recursos, cada día más escasos, de nuestro planeta.

Según ensayos térmicos realizados en el laboratorio de física de la construcción de nuestra Universidad, en los últimos 10 años, se obtuvieron valores de transmitancia térmica ( U ) entre 1,8 y 3,5 w/m2 k, para muros convencionales en albañilería de ladrillo, valores demasiado altos si consideramos que por estimaciones, los valores exigidos por la nueva normativa estarían entre 1 y 2 w/m2 k tomando en cuenta nuestra zonificación climática, dejando a nuestro actual sistema constructivo en albañilería de ladrillo fuera de la nueva normativa.

Si consideramos además los antecedentes presentados por el INE, en su Anuario de

Edificación (1999), el cual señala que dentro de los tipos de construcción predominantes y materiales utilizados en muros destinados a construcciones habitacionales, la albañilería de ladrillo, presenta él mas alto porcentaje de preferencia, con un 41,1%, nos vemos enfrentados a un problema urgente de solucionar.

A partir de esto en el año 2002, en la investigación de Seminario de Cristian Castro Cea

“Influencia del mortero de pega en el comportamiento térmico de las albañilerías de ladrillo cerámico hechos a máquina.” Y de acuerdo a investigaciones realizadas tanto en la Universidad del Bío Bío como en otras instituciones, entre ellas la Pontificia Universidad Católica, la Universidad de Chile y su Instituto de Investigaciones y Ensayes de materiales(IDIEM), han determinado que la conductividad térmica para los ladrillos cerámicos locales hechos a maquina es de 0.3 - 0.4 W/m K; y que los morteros de arena y cemento realizados con dosificaciones


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tradicionales llámese 1:3, 1:4 utilizados para conformar muros de albañilería han arrojado en estudios similares una conductividades térmicas entre 1.4 – 1.6 W/m k. Juntando todos estos datos y haciendo un análisis simple, se puede deducir que el mortero de junta es 4 a 6 veces mas conductor que el ladrillo, considerando además que en muros de albañilería de ladrillo tradicional, el área ocupada por el mencionado mortero bordea el 25% del área total del muro, es deducible que este representa un puente térmico cuando junto con el ladrillo forman materiales básicos constituyentes de un muro de albañilería, catalogando así como culpable de los altos valores de transmitancia térmica de estos, al ya mencionado mortero. A partir del problema anteriormente descrito, resulta perfectamente factible, intentar reemplazar el mortero de junta de albañilerías tradicionales por algún otro tipo de material, que para el caso de la presente investigación, será un adhesivo en base a resina epóxica, con el fin de disminuir los altos valores de transmitancia térmica de los muros en cuestión.


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HIPÓTESIS

La utilización de resinas epóxicas en reemplazo de los morteros de junta tradicionales, mejora el comportamiento térmico e hídrico de las albañilerías de ladrillo.

OBJETIVOS GENERALES

Evaluar y analizar los efectos físico-mecánicos y térmicos en muros de albañilería, introduciendo la utilización de resinas epóxicas en reemplazo de morteros de junta tradicionales, con el objetivo de mejorar principalmente las propiedades térmicas e hídricas de estos, manteniendo al menos las mecánicas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Desarrollar el fundamento teórico del estudio. Análisis de la fenomenografía física y mecanismos asociados al comportamiento térmico y mecánico de las albañilerías.

• Describir los distintos adhesivos en base a resinas epóxicas existentes en el mercado nacional, que cumplan con las propiedades de resistencia y adherencia para ser utilizados en la fabricación de muros de albañilería.

• Determinar los factores de utilización y puesta en servicio que pueden influir en su eficacia como adhesivo constituyente de un muro de albañilería de ladrillo.


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• Diseño e implementación de pruebas térmica, hídrica y estructural exigibles al producto muro de albañilería con adhesivo en base a resinas epóxicas.

• Fabricación de unidades prototípicas de prueba, sometiéndolas a ensayos de resistencia y propiedades higrotérmicas.

• Evaluación y análisis de pruebas, con respecto al nivel de calidad higrotérmica y de resistencia de las unidades prototípicas. Comprobación de estándares de normas y códigos de construcción.

• Entrega de especificaciones técnicas de un muro de albañilería con utilización de adhesivos en base a resinas epóxicas, generando información técnica para materializar dichos muros.


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CAPITULO I “GENERALIDADES Y CONCEPTOS

TÉRMICOS BÁSICOS”


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CAPITULO I GENERALIDADES Y CONCEPTOS TÉRMICOS BÁSICOS. 1.1 TRANSFERENCIA DE CALOR

Para que exista flujo térmico entre dos elementos, se supone que debe existir dos o más

superficies entre las cuales exista una diferencia de temperatura, de esta manera se produce un flujo a través del material por desplazamiento del calor desde la superficie con mayor temperatura hacia la superficie o lado de menor temperatura, esta transferencia de calor se produce hasta que se alcanza el equilibrio de temperatura entre ambos ambientes. Cabe mencionar que la cantidad de calor transmitida esta directamente relacionada con las propiedades térmicas del elemento en estudio, en este caso del muro o solución constructiva analizada. [McAdams, 1964]

Existen tres mecanismos o procesos en los cuales se desarrolla la transmisión de calor,

estos mecanismos son: conducción, convección y radiación. Cabe mencionar que en muchas ocasiones estos mecanismos interactúan en forma simultánea. 1.2 CONDUCCIÓN La transmisión de energía que proviene de la diferencia de temperatura entre las partes adyacentes de un cuerpo, o entre dos cuerpos que se encuentran en contacto directo, se denomina conducción del calor. [McAdams, 1964.] En este fenómeno a diferencia de la convección las moléculas del elemento no varían de posición relativa, y este continua hasta que todas las moléculas igualen su temperatura.


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La transferencia de calor por conducción se realiza por la distancia más corta entre dos superficies contiguas, es decir, en dirección de la variación más brusca de temperatura. [McAdams, 1964] La ley de Fourier define al flujo de calor (dQ/dt), como la cantidad de calor que atraviesa una superficie por unidad de tiempo. Cuanto más brusca sea la variación de la temperatura en el cuerpo, mayor será el flujo de calor por conducción, es decir, son directamente proporcionales y la ecuación que describe el comportamiento es la siguiente: Donde: λ: Es la conductividad térmica del material. 1.3 CONVECCIÓN Se designa con el nombre de convección, al mecanismo de transmisión de calor que tiene lugar en los fluidos, cuando una parte de esta mezcla con otra, debido a los movimientos de la masa del mismo. [McAdams, 1964] Un fluido que se encuentre rodeado de un foco calórico, se calentara en las capas más próximas al foco, disminuyendo su densidad, por lo que asciende transportando a otras capas el calor tomado de los focos. A su vez porciones del fluido reemplazan a las que han elevado su temperatura, estableciéndose corrientes de fluidos fríos y calientes, que se denominan corrientes de convección. [McAdams, 1964]

dQ/dt = A * λ* dt/dx


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Del mismo modo, un fluido caliente en movimiento, al ponerse en contacto con la superficie de un cuerpo de temperatura inferior, cederá parte de su calor al cuerpo. Existen dos tipos de convección:

• Convección forzada: Se produce cuando el movimiento de un fluido se produce por causas mecánicas, tales como un ventilador o bomba.

• Convección natural: Se produce cuando el movimiento del fluido tiene su origen en diferencias de densidades producidas por dilatación como efecto de la temperatura.

En el caso de fluidos de baja viscosidad, la capa próxima a la superficie en la cual se

registra la variación de velocidad es bastante delgada y depende de la velocidad del fluido. A dicha capa se le conoce con el nombre de capa límite. Dentro de esta región el efecto de la pared sobre este fluido es muy importante. [McAdams, 1964]

Si la superficie sólida se mantiene a una temperatura t1 que difiere de la temperatura t2, medida en un punto alejado de la superficie, se observa que la variación de temperatura en el fluido es análoga a la variación de viscosidad descrita anteriormente. El fenómeno de convección puede modelarse según la Ley de Newton – Rijman:

Q/A = α * (ts – tf) kcal/m2 K


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Donde: α: Es el coeficiente de emisión de calor que reúne la forma y dimensión de la superficie emisora, la velocidad, coeficiente de conductividad térmica, densidad y viscosidad del fluido 1.4 RADIACIÓN Se llama radiación térmica, a la propagación del calor a través del espacio debido a la emisión de ondas por un cuerpo causada por la excitación térmica de moléculas. Al emitir la radiación térmica el cuerpo se enfría y al absorberla se calienta. Por flujo de radiación se entiende a la energía de radiación que atraviesa una superficie por unidad de tiempo, mientras que la intensidad de radiación es el flujo energético por unidad de superficie. [McAdams, 1964] Si una intensidad llega a un cuerpo una parte de esta se refleja, otra es absorbida y la tercera parte es transmitida.

I R

T

A


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Lo anterior se puede resumir de la siguiente formula:

Luego para un cuerpo real, inmerso en un medio de temperatura To, se tiene:

Donde: T y To: Se deben medir en grados Kelvin. ξ: Es el coeficiente de emisividad del material.

1.5 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA ( λ )

Es la cantidad de calor que en condiciones estacionarias pasa por una unidad de tiempo a través de una unidad de área de una muestra de material homogéneo de extensión infinita, de caras planas y paralelas y de espesor unitario, cuando se establece una diferencia de temperatura unitaria entre sus caras. Esta característica es propia de cada material, su valor esta directamente relacionado con la temperatura, densidad, diámetro de fibra, tamaño de los poros del material, además de la química de los materiales, la presión atmosférica, etc., se puede resumir que la conductividad térmica es el cuociente entre la densidad de flujo térmico y el gradiente de temperatura. [McAdams, 1964]

I = A + R + T

E = ξ * τ * (T4 – T04) kcal/m2K


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El símbolo de magnitud como ya se menciono es λ , y su unidad de medida es:

1.6 CONDUCTANCIA TÉRMICA (C)

La conductancia térmica de un material es la cantidad de calor o energía transmitida a través de la unidad de área de una muestra o de una estructura de espesor establecida de este material, dividida por la diferencia de temperatura entre las caras caliente y fría, en condiciones estacionarias. Cabe mencionar que la conductividad térmica esta directamente relacionada con las dimensiones del material a ensayar, mas precisamente con el espesor de éste. [McAdams, 1964]

La unidad de medida es: Y se determina según la norma NCh 850 o NCh 851. Of 83.

W / ( m x K ).

W / ( m x K ).


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1.7 RESISTENCIA TÉRMICA DE UNA CAPA DE MATERIAL ( R )

Se puede definir como la resistencia térmica de una capa de material con una capa de caras planas y paralelas, de espesor determinado, cuyas placas son de un material homogéneo de conductividad térmica, la resistencia térmica R, queda establecida por la diferencia de temperatura dividida por la densidad del flujo térmico. [McAdams, 1964]

La unidad de medida es:

1.8 COEFICIENTES SUPERFICIALES DE TRANSFERENCIA TÉRMICA ( h ) ; ( he ) ; ( hi ).

Son los subíndices que indican la posición de la cara tanto interior como exterior del

elemento en estudio, cuando por este se produce un flujo de calor, el cual se transmite por una unidad de área desde una superficie en contacto con el aire y cuando existe una diferencia de temperatura unitaria entre ambos. [Kreith, 1970]

La unidad de medida es: Y se determina según la norma NCh 851. Of 83.

W / ( m² x K ).

W / ( m² x K )


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1.9 RESISTENCIAS TÉRMICAS SUPERFICIALES ( Rs ) ; ( 1 / he ) ; ( 1 / hi ). Como se aprecia en la simbología, estas resistencias son el reciproco de los coeficientes

superficiales de transferencia térmica, es así como Rs = 1/h. La unidad de medida es la misma para las tres:

1.10 TRANSMITANCIA TÉRMICA ( U ).

Se denomina transmitancia térmica al flujo de calor que pasa por una unidad de área de un elemento en estudio y por el grado de diferencia de temperatura entre los dos ambientes que se encuentran separados por dicho elemento. Lo anterior se puede resumir, que este proceso es la capacidad que posee un material (componente de un elemento heterogéneo, como lo es una pared) para que por este se produzca un flujo de calor. Es decir, la el valor de la transmitancia térmica esta directamente relacionada con la capacidad del material para dejar o no pasar calor por el, entonces se desprende que los materiales que posean un valor U alto, serán un elemento muy malo desde el punto de vista térmico. [Kreith, 1970]

Se debe mencionar que la transmitancia se diferencia de la conductancia térmica, debido

a que en la segunda la diferencia de temperatura se mide en las dos caras de un muro, mientras que para la primera la diferencia de la temperatura se mide en los dos ambientes en los que se encuentra situado el muro, en cambio en la transmitancia térmica la diferencia de temperatura registrada es la que existe en los dos ambientes que separa dicho elemento.

m² x K / W


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De lo anterior se desprende que la transmitancia térmica comprende la conductancia y los coeficientes superficiales de transferencia térmica.

La unidad de medida es: y se determina con la siguiente ecuación:

Donde: e = espesor de la capa de material

λe y λei = coeficientes superficiales de transmisión térmica.

1.11 RESISTENCIA TÉRMICA ( R ).

Es el inverso de la definición anterior, por ende es la oposición que presenta cada material al paso de calor.

La unidad de medida es:

W / (m² x K);

heee

ee

he

U1...........

22

111

1

++++=

λλ

m² x K / W


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1.12 RESISTENCIA TÉRMICA TOTAL ( RT ). Corresponde al inverso de la transmitancia térmica del elemento, se puede decir de igual

forma que es el resultado de la acumulación de las resistencias de cada capa que componen un elemento. [Kreith, 1970]

La unidad de medida es: Se determina con la siguiente ecuación:

1.13 PUENTES TÉRMICOS.

Un puente térmico es un punto o un área de un elemento o muro a través del cual el calor (o frío) se transmite en una forma substancialmente más alta que el resto de la superficie del elemento. A la vez un puente térmico puede disminuir el comportamiento térmico de un muro o permitir que la condensación se produzca con mayor facilidad. [Kreith, 1970]

Es dentro de este concepto que se inserta o trabaja el mortero de junta que se utiliza

como elemento de adherencia entre unidades de albañilería (ladrillos cerámicos) las cuales

m² x K / W

UTRT 1

=


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poseen un comportamiento térmico diferente. Lo anterior se desprende al visualizar la tabla que se muestra a continuación y en la cual se mencionan algunos de los materiales mas usados en la construcción, y que de acuerdo a su conductividad térmica se les hace la siguiente clasificación:

TABLA 1.a De acuerdo a su conductividad térmica la clasificación del grado de

aislación es la siguiente:

CLASIFICACIÓN MATERIAL Densidad ( g / cm³ )

λ ( kcal m / m2 °C )

Aire quieto a 0°C 0.0012 0.021 Aire quieto a 100 °C 0.0012 0.027 Poliuretano espumas 0.030 0.025 Corcho Planchas 0.096 0.030 Poliestireno expandido 0.018 0.032 Lana de vidrio 0.080 0.032 Lana de escorias 0.100 0.032 Ureaformaldieido de espuma 0.015 0.032 Panel de viruta de madera 0.130 0.037 Panel de viruta de aglomerada 0.400 0.075 Pino insigne 0.410 0.098 Lana de amianto 0.400 0.100

BUENOS

AISLANTES

Raulí 0.520 0.110 Hormigón celular 0.70 0.130 Hormigón liviano 0.72 0.170 Yeso 0.70 0.220 Ladrillo chonchón 1.50 0.400 Panel de viruta aglomerada 1.10 0.360

AISLANTES

MEDIANOS

Ladrillo hecho a máquina 1.70 0.400 Mortero revestimiento 1.70 0.90 Plástico vinílico 1.70 0.50 Agua ( líquida ) a 0°C 1.00 0.51 Agua a 94°C 1.00 0.59 Hormigón corriente 2.30 0.90 Vidrio ventana 1.05

MALOS

AISLANTES

Hormigón armado 2.40 1.40 Hierro 7.78 50 Aluminio 2.70 174 CONDUCTORES Cobre 8.93 332

FUENTE: APUNTES DE FÍSICA DE LA CONSTRUCCIÓN, UBB SEPTIEMBRE 1999


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De acuerdo a ensayos realizados en el laboratorio de física de la construcción de la Universidad del Bío Bío, se ha establecido una tabla referencial respecto a los niveles de transmitancia térmica de los elementos constructivos, esta tabla se muestra a continuación.

TABLA 1.b Valores referenciales de U ( W / m2 x K ) v/s escala valórica

VALOR CLASIFICACIÓN U ≤ 0.5 Muy buena aislación

0.5 < U ≤ 1.0 Buena 1.0 < U ≤ 1.5 Aceptable 1.5 < U ≤ 2.0 Regular

U > 2.5 Mala Los factores que se deben analizar para alcanzar de esta manera una determinada

transmitancia, según los estudios realizados por nuestra universidad son:

Calidad térmica de los materiales. Cantidad en que se utilicen, principalmente los espesores utilizados.

Por otro lado ensayos realizados en la Universidad de Chile, precisamente en el Instituto

de Investigación y Ensaye de Materiales IDIEM, han arrojado como resultado una transmitancia térmica promedio de U = 1.81 w/m2 ºC, para ensayos realizados de acuerdo a la norma NCh 851 Of. 83, en la cual se ensayo un muro de albañilería de 2.2 m de ancho por 2.4 m de alto y 0.14 m de espesor, el mortero de pega utilizados fue de dosificación 1:3; el espesor de este mortero fue de 18 mm., aproximadamente, espesor utilizado para la confección de todos los muros, por ende resulta un parámetro fundamental para el desarrollo de la investigación.


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En la tabla que se indica a continuación se visualiza de mejor manera los resultados obtenidos en los ensayos anteriormente mencionados y los elementos que se utilizaron en la elaboración de las probetas (muros de albañilería de ladrillo cerámico hechos a máquina).

TABLA 1.c. Transmitancias térmicas con distintos tipos de ladrillos.

Dimensiones (cm) Nombre Tipo

L A H

Peso (kg)

Nº de ensayo

Espesor mortero de pega

(mm)

Dosificación U (W/m² ºc)

Titán reforzado hueco

TRE 29 14 7.1 2.6 258.612 18 1:3 1.65


TRE 29 14 7.1 2.6 258.613 18 1:3 2.1


TRE 29 14 7.1 2.6 241.102 18 1:3 1.9

Extra titán reforzado hueco

ETRE 29 14 9.4 3.5 258.614 18 1:3 1.9

Gran titán reforzado hueco

GTRE 29 14 11.3 4.2 258.615 18 1:3 1.7

Gran titán reforzado hueco

GTRE 29 14 11.3 4.2 258.101 18 1:3 1.65

Titán reforzado hueco extra

TRHEX 29 14 9.4 3.5 241.104 18 1:3 1.75

Titán estructural armado

TEA 29 14 7.1 3.1 241.103 18 1:3 1.85

Promedio ------- 29 14 8.73 3.3 ----------- 18 1:3 1.81 Fuente: Universidad de Chile, IDIEM.


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CAPITULO II “ALBAÑILERÍAS DE LADRILLO”


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CAPITULO II ALBAÑILERÍA DE LADRILLO

2.1 ALBAÑILERÍAS. Albañilería es un material estructural que se obtiene con unidades de albañilería ordenadas en hiladas según un aparejo, el cual corresponde a la disposición en que se colocan estas unidades, las que se unen entre sí con mortero, esta es la definición descrita por la NCh 1928. Of 93 y la NCh 2123. Of 97. En nuestro país se encuentran normalizadas dos tipos de albañilería, la armada y confinada, a continuación se mencionan las definiciones respectivas y los requisitos estructurales que deben cumplir cada una de ellas. 2.2 ALBAÑILERÍA CONFINADA. La albañilería confinada es básicamente el material descrito anteriormente, el cual se refuerza con pilares y cadenas de hormigón armado, elementos que enmarcan y se hormigonan contra el paño (muro) de albañilería, procesos que se deben realizar de acuerdo a la NCh 2123. Of 97 “Albañilería confinada – Requisitos de diseño y cálculo”. Las resistencias mínimas tanto a compresión como a corte que debe cumplir este tipo de albañilería esta clasificada de acuerdo al tipo de ladrillo utilizado para su confección, en la siguiente tabla se resumen estas características.


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Tabla 2.a. Requisitos estructurales de la albañilería confinada.

Ensayo Tipo de ladrillo

Edad del ensayo (días)

Nº de probetas

Grado del mortero (NCh

2256)

Resistencia básica (MPa)

Compresión MqM, MqP, MqHv

28 5 M 15 11

Corte MqM 28 5 M 15 0.6 Corte MqP 28 5 M 10 0.5 Corte MqHv 28 5 M 10 0.5

Fuente: [NCh 2123, 1997]

2.3 ALBAÑILERÍA ARMADA. Albañilería armada es el material anteriormente descrito en 2.2, el cual lleva incorporados refuerzos de barras de acero en los huecos verticales y en las juntas o huecos horizontales de las unidades (ladrillos), de acuerdo a la NCh 1928. Of 93 “Albañilería armada – Requisitos para el diseño y calculo”. Para el diseño de este tipo de albañilerías se considera que los materiales que la componen,(unidades de albañilería entre ellos ladrillos, mortero, hormigón y armadura), actúan como un todo para resistir las solicitaciones. De esta forma si se consideran todas las disposiciones constructivas contenidas en la norma (NCh 1928) se garantiza un buen diseño y resistencia. El procedimiento para calcular los esfuerzos que debe cumplir este tipo de albañilerías se encuentran descritos en la norma mencionada anteriormente, no se especifica al respecto debido a que el presente estudio no contempla desarrollar este tipo ensayos.


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2.4 MATERIALES COMPONENTES DE UNA ALBAÑILERÍA DE LADRILLO. 2.4.1 LADRILLO CERÁMICO.

Se define como bloque de arcilla o cerámica cocida empleado en la construcción y para revestimientos decorativos. Los ladrillos pueden secarse al sol, pero acostumbran a secarse en hornos. Tienen un costo bastante bajo, resisten la humedad y el calor y pueden durar en algunos casos más que la piedra. Su color varía dependiendo de las arcillas empleadas y sus proporciones cambian de acuerdo a las tradiciones arquitectónicas. 2.4.1.1 CARACTERÍSTICAS HÍDRICAS DE LOS LADRILLOS CERÁMICOS.

Esta propiedad de los ladrillos tiene que ver con la característica de absorción agua propia del material, debido a que el ladrillo en su composición interna es muy heterogéneo en relación con los materiales constituyentes y además al proceso de fabricación.

El grado de humedad dentro de una vivienda puede provenir de distintos orígenes:

- Puede ser desde el exterior de la vivienda. - Desde el interior de la vivienda por condensación del vapor de agua producido en las

actividades. - Desde los muros de la vivienda al evaporarse y condensarse la humedad acumulada en los

materiales de construcción de la vivienda.

De todos estos orígenes la causa que presenta una mayor incidencia es por efecto de las aguas lluvias que ingresan a la vivienda, es por esto, que las características hídricas son de vital importancia.


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A título informativo, la asociación brasileña de construcción, genera la siguiente información.

-60% infiltración por lluvia. -15% por ascenso capilar de la humedad del suelo. -10% por condensación de humedad. -15% causas restantes.

La absorción de agua por la albañilería y en si por el material ladrillo se produce por

efecto del fenómeno designado capilaridad. La capilaridad es un proceso físico que se produzca en todos los casos en que existe una superficie de contacto entre fases distintas. Cuando estas fases están constituidas por agua y aire como sucede en los poros de las albañilerías, puede demostrarse que el líquido tiende a avanzar en el gas (aire). 2.4.1.2 CLASIFICACIÓN Y DESIGNACIÓN DE LOS LADRILLOS, SEGÚN LA NORMA CHILENA NCh 169 .Of 2001.

Los ladrillos cerámicos se clasificaran en tipos, clases y grados según se indica en la norma chilena NCh l69. Of 2001. 2.4.1.3 CLASES DE LADRILLOS CERÁMICOS. Su clasificación será según sus características estructurales en las clases que se indican a continuación.


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Donde la nomenclatura utilizada será Mq o Mn mas una inicial (Donde Mq: Ladrillo hecho a Máquina y Mn: Ladrillo hecho a mano.); por ejemplo MqM: ladrillo macizo hecho a máquina. [Nch 169, 2001] 2.4.1.3.1 LADRILLOS MACIZOS HECHOS A MAQUINA (MqM).

Son ladrillos del tipo I, compactos en toda su masa de las dimensiones que se establecen en la tabla 2 de norma NCh 168 of 2001. Admitirán perforaciones perpendiculares a sus caras mayores tales que:

a) El volumen total de ellas sea inferior o igual al 5 % del volumen del ladrillo. b) La Superficie de una sección transversal de cada perforación individual será inferior o igual a

6 cm2 y el eje mayor de la sección transversal coincidirá con el eje longitudinal del ladrillo, debiendo quedar sus lados a lo menos a 50 mm de distancia del borde exterior del ladrillo y a 30 mm entre sí. [Nch 169, 2001]

2.4.1.3.2 LADRILLOS PERFORADOS HECHOS A MAQUINA (MqP).

Son unidades del tipo 1 de las dimensiones que se establecen en la tabla 2 de la norma NCh 168 of 2001. y que tienen perforaciones en su masa perpendiculares a las caras mayores tales que: a) El volumen total de ellas es superior al 5% e inferior o igual al 45% del volumen del ladrillo. b) El área transversal de cada perforación individual, será inferior o igual a 6 cm2. c) El espesor de la cáscara de las caras del ladrillo, será igual o superior a 1O mm. d) El espesor de los tabiques que separa las celdas interiores del ladrillo, será igual o superior en cualquier sentido. [Nch 169, 2001]


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2.4.1.3.3 LADRILLOS HUECOS HECHOS A MÁQUINA (MqH).

Son unidades del tipo 1, de las dimensiones que se establecen en la tabla 2 de esta norma NCh 168 of 2001, que admiten huecos paralelos a cualquiera de sus aristas, tales que:

a) El volumen total de ellos es superior al 45% del volumen 1 total del ladrillo. b) La cáscara del ladrillo tendrá un espesor igual o superior a 10 mm en cualquier cara y los

tabiques interiores serán de espesor igual o superior a 5 mm en cualquier sentido. c) El área transversal de cada hueco individual será igual o inferior a 20 cm2. Los ladrillos de esta clase pueden ser: [Nch 169, 2001]

a) MqHh: ladrillos con huecos horizontales, son los que tienen los huecos paralelos a la cara de apoyo del ladrillo.

b) MqHv: ladrillos con huecos verticales; estos tienen los huecos dispuestos perpendicularmente a la cara de apoyo del ladrillo.

2.4.1.4 GRADOS DE LADRILLOS CERÁMICOS.

Se clasifican desde el punto de vista de sus características y requisitos de resistencia a la compresión, adherencia y absorción de agua, que se indica en la tabla 2.b. [Nch 169, 2001]


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Tabla 2. b. - Características de los ladrillos cerámicos Grados de ladrillo cerámicos Requisitos mecánicos 1 2 3 Clases de ladrillos cerámicos MqM MqP MqH MqP MqH MqP MqH Resistencia a la compresión, mínima (MPa) 15 15 15 11 11 5 5 Absorción de agua, máxima % 14 14 14 16 16 18 18 Adherencia, mínima (MPa) (área neta) 0,4 0,4 0,4 0,35 0,35 0,30 0,25 NOTA - Los requisitos de los ladrillos cerámicos artesanales son tratados en NCh 2l23 of 97.

Fuente: [Nch 169, 2001]

2.4.1.5 SEGÚN USO De acuerdo a su uso, los ladrillos cerámicos se clasifican en ladrillos cara vista (v) y ladrillos para ser revestidos (NV). [Nch 169, 2001]

2.4.2. MORTERO DE JUNTA Y SUS MATERIALES CONSTITUYENTES.

Como fue definido anteriormente la albañilería es un material estructural que se obtiene con unidades de albañilería ordenadas en hiladas según un aparejo, el cual corresponde a la disposición en que se colocan estas unidades, las que se unen entre sí con mortero, siendo este el segundo material constituyente de una albañilería de ladrillo común y corriente, definido como una mezcla de cemento con arena y agua que se utiliza para unir ladrillos o piedras y para enlucir paredes y que para el caso de esta investigación cobra una gran importancia en el comportamiento térmico de un muro perimetral construido en base a este material, si consideramos el puente térmico que teóricamente genera y que fue descrito anteriormente, razón fundamental por la cual se genera el presente estudio en que se analizará la posibilidad de reemplazar el mortero de junta de albañilería tradicional por un adhesivo en base a resinas epóxicas existente en el mercado.


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Resulta por eso muy importante conocer los materiales constituyentes del mortero de junta que tradicionalmente es ocupado en la confección de un muro de albañilería de ladrillo en la actualidad y que se describen a continuación. 2.4.2.1 CEMENTO.

El cemento es un material que se presenta en forma de un polvo finísimo de color gris, el

cual al adicionarle una cantidad determinada de agua conforma una pasta conglomerante capaz de endurecer tanto al aire como bajo el agua. A la vez se puede definir el cemento como un aglomerante hidráulico, debido a la característica o propiedad de este de necesitar agua para su fraguado, el cual se desarrolla en un proceso progresivo, pasando de un estado frágil a constituirse lentamente en un sólido de resistencia y dureza creciente. [Zabaleta, 1989] 2.4.2.1.1 CLASIFICACIÓN DE LOS CEMENTOS PRODUCIDOS EN CHILE.

En la presente investigación se consideraran los distintos tipos de cementos que existen de acuerdo a la Norma Chilena NCh 148. Of 68, y cuyas características se resumen en las tablas que se indican a continuación:

TABLA 2.c: Clasificación De Los Cementos Según Su Composición.

PROPORCIÓN DE LOS COMPONENTES D E N O M I N A C I Ó N CLINQUER PUZOLANA ESCORIA

Portland 100 % - - Portland Puzolánico ≥ 70% ≤ 30 % - Portland Siderúrgico ≥ 70% - ≤ 30 % Puzolánico 50 - 70% 30 - 50 % - Siderúrgico 20 - 70 % - 30 - 75 %

FUENTE: [NCh 148, 1968.]


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TABLA 2.d: Características Específicas Para Los Cementos Nacionales

TIEMPO FRAGUADO RESISTENCIAS MÍNIMAS (Kg/cm2) COMPRESIÓN FLEXIÓN

GRADO Inicial (min.)

Final (máx.) 7 días 28 días 7 días 28 días

Corriente 60 min. 12 h 180 250 35 45 Alta Resistencia. 45 min. 10 h 250 350 45 55

FUENTE: [NCh 148, 1968.]

2.4.2.2 ÁRIDOS

Los morteros de pega fabricados para la construcción de albañilerías de ladrillo, están compuestos principalmente por un árido fino, denominado arena, la cual es un material pétreo, compuesto de partículas duras, de forma y tamaño estable, se denomina fino porque el máximo tamaño que se puede incorporar en este tipo de conglomerantes no debe superar los 5 mm de diámetro, dependiendo del tipo de mortero a dosificar, la arena o árido puede ser separado en dos fracciones, una fina y otra un poco mas gruesa. [Zabaleta, 1989] Con respecto a la cantidad de granos finos que pueden aceptarse en este tipo de morteros, la NCh 163. Of 79 indica, que el máximo es de un 5% del peso del árido, como contenido de granos de tamaño inferior a 0.08 mm. Cabe mencionar que para obtener un mayor grado de compacidad será conveniente un aporte más significativo de este tipo de partículas, lográndose con lo anterior una mezcla mucho más compacta en los morteros de baja cantidad de cemento. Otro porcentaje que se debe tener en cuenta para la buena obtención de un mortero, es la porosidad, sobre la cual se ha establecido una cantidad de un 3%, porcentaje que se debe tener muy presente puesto que si el mortero es expuesto a ciclos de temperatura extrema, como lo son, los ciclos hielo y deshielo, en los cuales la porosidad del elemento tiene una gran influencia en la durabilidad de éste, dado que al congelarse el agua al interior de estos espacios


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aumenta de volumen en este estado físico, induciendo al árido a tensiones de tracción; estas tensiones son muy peligrosas si los ciclos de temperatura son permanentes, los que pueden conducir a la deteriorización progresiva del elemento.

Mencionaremos de igual forma que las arenas constituyentes de los morteros no deben aportar porcentajes de productos nocivos, los que afectarían a la resistencia, pero principalmente a la durabilidad del elemento. 2.4.2.2.1 GRANULOMETRÍA DE LA ARENA.

La NCh 163. Of 79, establece que la granulometría de la arena, único árido constituyente del mortero de pega, debe estar comprendida dentro de la siguiente banda granulométrica:

TABLA 2.e: Banda Granulometría De La Arena Para Morteros

Tamaño del Tamiz ( mm ) Porcentaje que pasa en peso 5 100

2.5 95 - 100 1.25 70 - 100 0.63 40 - 75 0.315 10 - 35 0.160 2 - 15

FUENTE: [NCh 163, 1979]

Además la arena debe cumplir las siguientes características:

El material retenido entre 2 tamices consecutivos no debe ser superior al 50%. El material retenido entre el tamiz 0.315 y 0.160 mm, no debe ser superior al 25%.


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2.4.2.3 AGUA.

El agua como el resto de los elementos constituyentes de los morteros, tiene una incidencia muy importante en la obtención de un buen compuesto, debido a que participa en los 2 estados que se puede presentar el mortero; fresco y endurecido. [Zabaleta, 1989]

Debido a lo anterior el agua a utilizar en el amasado debe cumplir las siguientes

condiciones;

Las aguas provenientes de origen desconocidos, deberían ser sometidas a un análisis químico, el cual esta definido en la NCh 1498. Of 93.

No se podrá utilizar agua de mar en los morteros en los cuales se pretendan una resistencia mayor a 150 Kg./cm2, se podrá por ende utilizar en los de menor resistencia pero teniendo en presente que el liquido no contenga algas.

De no cumplirse con las condiciones anteriores, se esta dispuesto a que el mortero sufra

uno de los siguientes procesos;

Alteración del proceso de fraguado y endurecido de la pasta de cemento. Si existiera presencia de sulfato producirá compuestos expansivos que pueden dañar

físicamente el mortero. Se afecta las propiedades físicas, especialmente si existen en el liquido sólidos en

suspensión.


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CAPITULO III “RESINAS EPÓXICAS”


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CAPITULO III RESINAS EPÓXICAS. 3.1 DESCRIPCIÓN DE LAS RESINAS EPÓXICAS.

Dentro de los materiales plásticos tenemos un grupo que cada vez se va abriendo mas camino en el campo de la construcción, y esto a pesar de haber llegado a ultima hora; estos son plásticos, con características muy peculiares, son las resinas epóxicas, llamadas también resinas epoxi. [Fernández, 1981]

Las resinas epóxicas son resinas sintéticas comprendiendo una gran gama que va desde

líquidos de baja viscosidad sin disolventes, hasta sólidos de alto punto de fusión. Estas resinas están caracterizadas por poseer en su molécula uno o varios grupos epóxicos de la forma:

El origen de la palabra epoxi es griego, significando: “epi” fuera de, y “oxi” oxigeno. Esta

combinación coincide exactamente con la forma del grupo químico epoxi dado anteriormente. [Fernández, 1981]

Las resinas epóxicas son conocidas también con los nombres de epoxidos, etoxilinas y

epoxiresinas; si bien la primera designación es la mas empleada dentro del campo de la construcción.

Parece ser que las resinas epóxicas fueron descubiertas en 1891 por el noruego Lindeman, pero hasta 1921 y 1930 no se encuentran patentes de trabajo con diepóxidos. El

O

- C – C -


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principio de la tecnología actual data de 1934 con la patente de Schlack de I. G. Garben, pero el paso mas importante dentro de la tecnología de estas resinas lo da en 1938 Castan, un químico suizo, produciendo una resina epóxica para empleo en prótesis dental. La Casa Ciba de Basilea adquiere la licencia y en la Feria Industrial Suiza de 1946 presenta el Araldit I, un adhesivo que permite la unión de distintos materiales, exhibiendo, al mismo tiempo, resinas para su empleo en aparatos eléctricos. Este fue el comienzo de la explotación industrial de estos materiales que aparecieron con el nombre de Araldit. [Fernández, 1981]

Paralelamente con las investigaciones europeas en este campo, Greenlee trabaja en

Estados Unidos en resinas epóxicas para pavimentaciones. La primera patente en septiembre de 1943. Los trabajos de Greenlee pasan a la compañía Devos y Reynolds de Estados Unidos, y Shell obtiene la licencia y empieza a producir una gran gama de resinas epóxicas que presenta en el mercado con el nombre de resinas Epikote.

En la actualidad han aparecido nuevos fabricantes de resinas (solamente en Europa hay

14), las investigaciones se han multiplicado, estando ya lejos, a pesar de ser recientes, aquellos tiempos de Ciba y Shell, como pioneros, abrieron un nuevo campo técnico, entonces muy limitado, hoy muy amplio, perfecto y cada vez con más posibilidades. [Fernández, 1981]

La primera aplicación importante de las resinas epóxicas en el campo de la construcción

tiene lugar en el año 1954. En este año, el California State Highway Departament de Estados Unidos las emplea en carreteras para pegar señales de tráfico a la superficie de rodadura. Desde entonces, las resinas epóxicas se han desarrollado y en la actualidad su empleo en construcción es muy importante, como lo demuestran los volúmenes de ventas en las casas productoras.

En un principio las resinas epoxi fueron simples auxiliares de otros materiales, y así

vemos que sus primeras aplicaciones fueron como adhesivos o agentes de unión de elementos


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estructurales formados por otros materiales, principalmente en la industria aeronáutica y en la de la construcción; hoy día ese papel de auxiliar lo siguen manteniendo, gracias a su gran poder de adherente, pero lo importante es que han pasado a ocupar el puesto de materiales de construcción propiamente dichos, con empleos cada vez más crecientes en pinturas, morteros, hormigones epóxicos entre otras. Por otra parte todos sabemos que cada día se progresa más y se exige más; como consecuencia de esto, al hormigón empieza a resultarle difícil resolver toda una serie de problemas que las nuevas técnicas le van imponiendo. Muchos de estos problemas que en ocasiones eran insolubles, e incluso, cuando se lograban resolver, la garantía era tan dudosa que no desaparecía la intranquilidad ante un probable accidente, han dejado de existir gracias a la aplicación de estas resinas y a los favorables resultados que se han obtenido en las investigaciones y que han sido refrendados en la practica por los usos que se han hecho de ellas con pleno éxito en el campo de la construcción y en la industria en general. [Fernández, 1981]

Las resinas epóxicas se distinguen por sus magnificas propiedades, entre las que cabe

distinguir su gran resistencia a compresión, tracción, esfuerzo cortante, choque, abrasión entre otras, así como su gran velocidad para adquirir estas resistencias. Si a esto unimos el extraordinario comportamiento de estas resinas frente a los agentes químicos y su gran adherencia al hormigón, acero y otros materiales, veremos que en realidad estamos ante un material que, sin poder considerarlo como una panacea, tampoco podemos quitarle la importancia que tiene.

Entre las muchas aplicaciones que de las resinas se hacen en la actualidad, recogemos

algunas que son trascendentes en construcción y que gozan de la garantía que les da el que se haya hecho uso de las mismas con éxito total en las obras importantes. Estas aplicaciones son:

• Unión de hormigón fresco y endurecido. • Unión entre si de elementos prefabricados. • Unión de elementos estructurales.


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• Morteros para reparaciones y bacheos. • Juntas elásticas. • Revestimientos de depósitos destinados a contener productos agresivos para el

hormigón o acero. • Membranas impermeabilizantes epóxicas o brea-epoxi. • Preparación de suelos industriales resistentes al desgaste, deslizamiento y agentes

agresivos. • Unión de acero, bronce, latón y otros metales entre sí y con el hormigón. • Pinturas anticorrosivas. • Pinturas para mascar señales de tráfico, etc. [Fernández, 1981]

Hasta aquí hemos hablado de resinas epóxicas pero es preciso tener en cuenta que estas no se emplean aisladamente en ninguna aplicación, sino formando mezclas con otros productos con los cuales reaccionan. Estos productos son normalmente agentes endurecedores, flexibilizadores, acelerantes, etc.

La resina epóxica base y los productos con los cuales ha de reaccionar para endurecer y tener determinadas características forman una “Formulación Epóxica”, y esta formulación, perfectamente dosificada en cuanto a la elección de los componentes y proporciones en que entran en la reacción, es la base de una aplicación correcta. [Fernández, 1981]

Cada componente de los entra en una formulación epóxica es estable

independientemente, pero una vez mezclados entre sí se produce una reacción exotérmica de poliadición que transforma la mezcla liquida en un sólido plástico, siendo el tiempo de transformación dependiente de la temperatura y en el sentido de que el calor acelera el proceso de endurecimiento o curado.

La formulación epóxica más simple esta formada por una resina y un endurecedor o

agente de curado con el cual la resina reacciona formando un sólido. Como el efecto de curado


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es consecuencia de una reacción química entre resina y endurecedor, será necesario que los componentes entren en las proporciones adecuadas, sin que sobre ni falte ninguno de ellos, y por otra parte, que la mezcla sea lo mas intima posible para que cada partícula de endurecedor este en contacto con su correspondiente parte epóxica. Cuando la formulación es perfecta, la mezcla de resina y endurecedor, endurecerá como un sólido con cada molécula firmemente unida a su vecina formando una red tridimensional.

En la practica además, de las resinas y endurecedores, en la formulación se emplean

también otros compuestos, tales como harinas inertes, diluyentes, flexibilizadores, retardadores de llama, etc., los cuales tienen por objeto modificar algunas propiedades físicas o químicas, o simplemente abaratar la formulación.

El elegir el endurecedor más adecuado y los demás componentes de la formulación es

un problema difícil dado el gran número de productos existentes con propiedades distintas cada uno. Este problema se escapa un poco del usuario de las formulaciones epóxicas, pues se lo suele dar resuelto las casas suministradoras, las cuales antes de recomendar una determinada, la han ensayado perfectamente en sus laboratorios.

3.2 COMPONENTES DE UNA FORMULACIÓN EPÓXICA. 3.2.1 RESINAS. Las resinas epóxicas se caracterizan por tener más de un grupo epóxico por molécula y poder polimerizarse a través de estos grupos cuando se emplea un agente de enlace llamado “agente de curado” o “endurecedor”. [Fernández, 1981]


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Las resinas epóxicas por si solas no tienen aplicación practica en construcción, salvo que vallan unidas a estos agentes de curado, con los cuales reaccionan y toman la forma que se quiera al transformarse en sólidos. La familia de las resinas epóxicas puede clasificarse en los cinco grupos químicos siguientes:

• Éteres glicéricos:

• Esteres glicéricos:

• Aminas glicéricas:

• Alifáticas lineales:

O R – O – CH2 – CH – CH2

O R – CO2 – CH2 – CH – CH2

O R – R´N – CH2 – CH – CH2

O O R – CH – CH – R´ - CH – CH – R´´


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• Cicloalifáticas: De los cinco grupos anteriores el más importante desde el punto de vista comercial es el de los éteres glicéricos con componentes dihidroxi; el 95% de las resinas son producto de condensación que resulta de la reacción de la epiclorhidrina con compuestos de varios grupos fenólicos, generalmente con el difenol-propano, conocido también con el nombre de bisfenol A. [Fernández, 1981] El estudio de las resinas epóxicas entra de lleno dentro del campo de la Petroquímica, pues la epiclorhidrina es un derivado del propileno, que es un gas desprendido de la destilación del petróleo, y el disfenol-propano se obtiene a partir del fenol y de la acetona, el primero procede de la hulla o del petróleo y la acetona del propileno, es decir del petróleo también. El grafico N° 1.a. expuesto a continuación, da una idea muy clara del entronque de las resinas epóxicas, así como de otros polímeros importantes con el petróleo.

Las resinas epóxicas están incluidas dentro del grupo de los plásticos termoestables, por lo tanto, al transformarse por acción de un agente de curado, pasan a convertirse en sólidos duros e infusibles, cuya estructura esta formada por una red tridimensional, en las que las macromoléculas que enlazan por uniones de tipo químico en las tres dimensiones espaciales. [Fernández, 1981]

CH CH O R O CH CH


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El número de puntos por los que la molécula puede unirse a otras es lo que define la “funcionalidad” de una resina y, desde ese punto de vista, es uno de los factores más importantes a tener en cuenta en la utilización de las resinas, debido a que muchas de sus propiedades, tales como: dureza, resistencia a los disolventes, temperatura de ablandamiento del producto final, etc., dependen de la funcionalidad.


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GRAFICO N° 1. a. OBTENCIÓN DE RESINAS EPÓXICAS.

FUENTE: [Fernández, 1981]


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3.2.2 ENDURECEDORES O AGENTES DE CURADO. Las resinas epóxicas solas no tienen, en general, aplicación; ahora bien, debido a las buenas propiedades químicas de los grupos epóxicos, estos reaccionan con los hidrógenos activos de los ácidos inorgánicos y orgánicos, así como las aminas, dando lugar a grandes moléculas de diferente composición, según sea el producto que haya reaccionado con la resina. A estos productos capaces de reaccionar con los grupos epóxicos de las resinas, se les denomina industrialmente “endurecedores” o “agentes de curado”. [Fernández, 1981] El endurecimiento de una resina puede hacerse con un agente catalítico o con un endurecedor. En el primer caso, una molécula epóxica se une a otra en presencia del catalizador. En el segundo, el reactivo endurecedor o agente de curado se combina con una o más moléculas de resina. Los agentes catalizadores más empleados son las bases fuertes, tales como aminas terciarias o materiales fuertemente aceptadores de protones, como el trifloruro de boro. Los reactivos endurecedores son las aminas y derivados de estas, como poliaminas o poliamidas y los ácidos y anhídridos orgánicos. Según lo anteriormente dicho, las resinas reaccionan en general con compuestos que tengan hidrógenos activos, tales como: fenoles, alcoholes, tioles, aminas primarias y secundarias y ácidos carboxílicos. [Fernández, 1981] La reactividad de los grupos epóxicos de cada uno de los cinco tipos de resinas epóxicas estudiadas será diferente con cada uno de los agentes de curado, y así vemos, por ejemplo, que los ésteres diglicéricos reaccionan muy rápidamente con las poliamidas, pero de una forma


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mucho mas lenta con los epóxidos cicloalifáticos con los agentes ácidos mediante los cuales curan. Entonces se denomina “formulación epóxica” al conjunto de por lo menos, una resina y un endurecedor. Una formulación epóxica es siempre la base de una aplicación útil, siendo en general lo importante, no la resina en si, sino la formulación que se haya hecho con ella, es decir, encontrar las proporciones optimas de resina y endurecedor elegido para que el producto de la reacción sea lo más eficaz posible desde el punto de vista de la aplicación que se busca. Las Reacciones de curado o endurecimiento son exotérmicas, aumentando la velocidad de estas reacciones cuando aumenta la temperatura. El calor formado en la reacción (25 Kcal./mol. epóxica, cuando el agente de curado es una amina primaria) puede dar lugar a una elevación de temperatura del sistema bastante considerable, dependiendo su valor no solo de la reactividad de la resina y del endurecedor (aunque el ultimo es el principal factor), sino también de la temperatura de los componentes de la formulación, de la del ambiente, y de la posibilidad de disipación del calor producido. [Fernández, 1981] Por otra, parte al mezclar la resina con el endurecedor, la reacción se inicia y prosigue a una velocidad determinada dependiendo de la exotermicidad de la misma; de esta forma cada mezcla de resina y endurecedor tendrá un “tiempo de aplicación” o “pot life” finito, por encima del cual la viscosidad del sistema aumenta tanto, que el material no se puede trabajar. En la práctica estos tiempos varían desde pocos segundos, a dos o más años, permitiendo dentro de este amplio margen el empleo de unas formulaciones u otras, de acuerdo con la aplicación que se vaya a hacer de ellas. Los agentes de curado o endurecedores pueden clasificarse dentro de dos grandes grupos: agentes de curado en frío y agentes de curado en caliente. El primer grupo actúa a


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temperaturas ordinarias incluso en atmósferas húmedas. Los agentes de curado en caliente no reaccionan a temperatura ambiente, pudiendo por consiguiente trabajar con mezclas estables de resina y endurecedor. Solo cuando la temperatura se eleva alrededor de 120 °C, se produce el endurecimiento. 3.2.3 AGENTES MODIFICADORES. El elevado número de resinas epóxicas y endurecedores da lugar a una amplia gama de propiedades en los distintos productos. No obstante, se puede lograr ampliar esta gama con la incorporación de los llamados modificadores, que van a lograr potenciar la versatilidad y utilidad de las resinas epóxicas. Los agentes modificadores más comunes son: 3.2.3.1 DILUYENTES Permiten reducir la viscosidad de la formulación, facilitando su aplicación y aumentando la capacidad para el contenido de cargas inertes. Pueden ser inertes o reactivos. [Ibermutuamur, 1999]

Los diluyentes inertes, o no reactivos, reducen la viscosidad de forma apreciable. El disolvente permanece en el curado pero no esta químicamente unido a el. Los diluyentes reactivos son los de mayor utilización. Habitualmente son compuestos monoepóxidicos, como la misma Epiclorhidrina, que reacciona con el sistema quedando químicamente unido a el.


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3.2.3.2 FLEXIBILIZADOTES.

Cuya misión es reducir la rigidez del sistema y permitir que éste pueda tener deformaciones bajo carga.[Ibermutuamur, 1999] 3.2.3.3 CARGAS O FÍLLERS. Utilizadas para abaratar o mejorar propiedades de la formulación. Suelen ir incorporadas en la resina o en el endurecedor. En ocasiones pueden llegar a suponer hasta el 80% del producto final, de aquí su importancia y la necesidad de conocer su naturaleza, granulometría y forma en las propiedades generales de la formulación. [Ibermutuamur, 1999]

Las ventajas de las cargas se pueden resumir en las siguientes:

Reducen el costo considerablemente. Reducen la retracción del curado. Disminuyen la temperatura de curado. Disminuyen el coeficiente de dilatación térmica. Reducen la absorción de agua. Aumentan la dureza superficial. Aumentan la resistencia a la compresión. Aumentan la resistencia eléctrica. [Fernández, 1981]

Las desventajas son:

Aumenta la conductividad térmica (desventaja dependiendo de su utilización). Aumentan el peso. Dan lugar a perdida de transparencia. Disminuyen la resistencia al impacto y a tracción.


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Aumentan la constante dieléctrica. [Fernández, 1981]

La naturaleza de las cargas es muy diversa, puede ser, sílice, cuarzo, grafito, sulfato de bario, fibra de vidrio, etc., siendo las cargas con gránulos redondeados las que suponen el mínimo consumo de formulación. Dentro de las cargas los agentes tixotrópicos confieren a la formulación una estructura capaz de soportar elevados esfuerzos cortantes evitando su descuelgue. Las más comunes son la mica, bentonita o fibra de vidrio. 3.2.3.4 PIGMENTOS.

Cuya misión es mejorar el aspecto de la formulación con colocaciones diversas. Pueden emplearse pigmentos inorgánicos, tales como el óxido de titanio (blanco), negro de humo, cromatos (anaranjado y amarillo); o colorantes, azul y verde de ftalociamina, entre otras. [Ibermutuamur, 1999]

La modificación con otras resinas potencia las posibilidades de las resinas epóxicas, al unirse las ventajas de distintos sistemas. Este es el caso de las resinas de furfurol, vinílicas, poliéster y acrílicas. 3.3 CARACTERÍSTICAS DE LAS RESINAS EPÓXICAS ENDURECIDAS Y SUS APLICACIONES. Las características generales de las resinas epóxicas endurecidas se pueden resumir en: Mínima contracción durante el proceso de curado, ya que habitualmente el proceso no implica

la separación de productos secundarios volátiles.


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Adhesividad: Por su estructura química rica en grupos polares hidroxilos y éteres, las resinas epóxicas son excelentes adhesivos, sin necesidad de tiempos de exposición largos ni de grandes presiones.

Excelentes propiedades mecánicas: Superior a las de cualquier otro recubrimiento. Su bajo índice de concentración disminuye la posibilidad de tensiones.

Alto poder aislante eléctrico. Gran resistencia química, que vendrá influenciada por el agente de curado. Gran versatilidad: Siendo los plásticos termoestables más versátiles, ya que pueden alterarse

sus propiedades sin más que variar cualquiera de los modificadores y/o agentes de curado.

Todas estas características se han aprovechado en la construcción, introduciendo las resinas epóxicas como un material con múltiples aplicaciones: Adhesivos de gran resistencia. Aditivos en el fraguado del cemento. Recubrimientos. Sellados. Refuerzos.

Todo ello ha supuesto que la resinas epóxicas pasen a formar parte de los morteros

especiales pertenecientes al grupo de los termoendurecibles o termoestables. No obstante existen ciertas limitaciones ligadas a los morteros polimétricos, así llamado

el conjunto de materiales a aplicar en obra formados por una o varias resinas de base y otros polímeros en unión de catalizadores, endurecedores, cargas o “fíllers” y aditivos modificadores, y que habrá que tener en cuanta:


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Problemas de endurecimiento por debajo de los 10°C. Necesidad de respetar el “Pot Life” o espacio de tiempo medido desde la mezcla de los

componentes, hasta el inicio de la pérdida de viscosidad y del endurecimiento. Necesidad de una adecuada formulación para poder ser utilizados en presencia de una

determinada humedad. Necesidad de limitar su empleo a lugares donde la temperatura no supere los 60°C debido a

las modificaciones de sus características mecánicas que ello supone. 3.3.1 APLICACIÓN COMO ADHESIVO

Los adhesivos son productos capaces de unir dos materiales Iguales o distintos entro si.

La unión con adhesivos es conocida desde la antigüedad, pero en la actualidad está adquiriendo un gran desarrollo gracias a las buenas características de los productos que modernamente se están consiguiendo, y entre los que cabe destacar, en un primer término, las resinas epóxicas, y las ventajas que ofrecen estas uniones con adhesivos sobre las uniones tradicionales. Así por ejemplo, en la unión de elementos metálicos mediante adhesivos se evitan las concentraciones de tensiones que aparecen en las uniones roblonadas, atornilladas o soldadas. Si los metales son distintos, con el uso de adhesivos se evita la corrosión producida por la creación de pares galvanices. Con la unión mediante adhesivos no hay que realizar taladros que debiliten las piezas. Metales difícilmente soldables, como el aluminio, fundición, etc., pueden unirse muy bien con adhesivos. No requiere equipo especial; no existe calentamiento que pueda modificar la estructura cristalina de los metales a unir, etc. [Fernández, 1981]

Los adhesivos epóxicos proporcionan uniones muy fuertes cuando se usan debidamente

en la unión de materiales de la misma o distinta naturaleza, como: vidrio, cerámica, madera, hormigón, metales y muchos tipos de plásticos. La fuerza adhesiva es tan elevada que en


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muchas ocasiones al someter a la junta a un esfuerzo el fallo se produce no en la capa de adhesivo, sino en los dos materiales que une.

Existen muchos estudios que tratan de explicar el fenómeno de la adhesión. Unas teorías

basan ésta en las interacciones iónicas que se producen entre el adhesivo y el adherente; otras, en fenómenos de tipo eléctrico que se producen en la interfase adhesivo-adherente y que tiende a reforzar la unión. Aplicando estas teorías se ve, en la práctica, que los resultados obtenidos son menores que los que corresponden al número total de interacciones posibles teóricamente; es decir, el número de interacciones real es bastante menor del teórico como consecuencia de las imperfecciones estructurales de las piezas a unir que dejan puntos o zonas en los cuales no se ha producido la unión y que son puntos débiles por los cuales se va a producir y transmitir la rotura.

Aparte de esta adhesión de tipo químico existe una adhesión mecánica. La adhesión química o electroquímica es de tipo activo y es efectiva bajo esfuerzos de

tracción, cortante y deslizamiento, mientras que la mecánica es pasiva y no muy efectiva bajo estos esfuerzos.

La fuerza total de unión de dos materiales es proporcional al área unida, si bien el reparto

de tensiones en la superficie de unión no es uniforme.

En cuanto a la rugosidad superficial de la junta existe la creencia da que ésta aumenta la resistencia de la unión debido a que da más trabazón mecánica. Los ensayos han demostrado que la rugosidad superficial aumenta el área de unión para la adhesión química y que su efecto sobre la trabazón mecánica es mínimo en la mayoría de los casos; sin embargo, una superficie rugosa recibe más difícilmente la aplicación del adhesivo y puede dar lugar a discontinuidad en la


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película. Los mejores resultados se obtienen con superficies suaves, pero no pulimentadas. [Fernández, 1981]

En las resinas epóxicas utilizadas con adhesivos las Interacciones iónicas son muy

fuertes con la mayoría de los materiales, por el gran carácter polar que le confieren los grupos activos de su molécula. Por otra parte, las ventajas de estos adhesivos son muy grandes y pueden resumirse en las siguientes:

• Universalidad, pudiendo unir una amplia gama de materiales con uniones flexibles o rígidas y manteniendo sus resistencias dentro de -50° a +300° C.

• Extremadamente alta resistencia de la unión.

• Retracción que tiene lugar durante el curado y que es pequeñísima, no apareciendo, por tanto, tensiones Internas en la unión.

• Baja temperatura de curado; frecuentemente la ambiente.

• Baja presión requerida para la unión; a veces sólo la de contacto,

• Al no tener disolventes volátiles pueden unirse superficies totalmente Impermeables.

• Las uniones formadas tienen una fluencia bajo Carga prolongada muy pequeña, buena resistencia al calor, aislamiento eléctrico, resistencia a la corrosión, a la humedad y a los agentes químicos. [Fernández, 1981]

Debido a estas ventajas los adhesivos epóxicos encuentran mucha aplicación en la

industria aeronáutica, en la fabricación de paneles de aluminio en nido de abeja que poseen una alta relación resistencia/peso, junto con una buena resistencia térmica y a vibraciones. En la Industria de a construcción: para unir hormigón fresco a hormigón curado en recrecidos y continuación de obras; en la unión de hormigones endurecidos; en la unión de dovelas y elementos prefabricados; en la unión de acero a hormigón en refuerzos y unión de collares de empalme en pilotes prefabricados de hormigón; en la unión de señales de tráfico y bordillos a


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pavimentos; en la reparación e inyección de fisuras y grietas en estructuras, puentes, carreteras, etc.

Los adhesivos más empleados en construcción están formados por dos componentes

fluidos o pastosos que, una vez mezclados, pueden curar a temperatura ambiente o alta. Los dos componentes de la formulación varían en cuanto a características, e Incluso naturaleza, de acuerdo con la aplicación que se vaya a realizar con ellos, estando sus formulaciones perfectamente estudiadas por las casas suministradoras de los productos, que en sus propios laboratorios, e incluso en otros oficiales de Investigación, realizan toda clase de ensayos con formulaciones preparadas para una determinada aplicación, a fin de que estas formulaciones puedan emplearse con toda garantía en un determinado tipo de trabajo. [Fernández, 1981]

Los adhesivos de este tipo pueden aplicarse mediante cepillo, brocha o pulverización, teniendo un tiempo de aplicación, desde que se han mezclado, que varia de 15 minutos a 4 horas según el tipo de formulación. El tiempo de curado hasta alcanzar la resistencia total es de 7 días, si bien a las 24 horas esta resistencia e bastante apreciable. Para la unión no se requieren altas presiones, y si sólo la suficiente para que las partes a unir están en intimo contacto.

En general, la mayoría de las formulaciones epóxicas usadas en construcción llevan

como base una resma liquida de bajo peso molecular, por la facilidad de manejo y curado que tienen estas formulaciones.

Las resinas que contienen diluyentes reactivos también se emplean, ya que por tener baja viscosidad mojan muy bien las superficies a pegar e, incluso, permiten el empleo de cargas conservando la facilidad de manipulación, pero, por el contrario, presentan el inconveniente de dar lugar a una disminución apreciable de las resistencias finales. [Fernández, 1981]


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Hasta aquí henos expuesto sólo las ventajas de los adhesivos epóxicos, pero en contra de éstas cabe señalar que el módulo de elasticidad del adhesivo puede ser diferente del de las piezas a unir; que el coeficiente de dilatación térmica también puede serlo y dar lugar a la aparición de tensiones internas indeseables; que no se dispone de medios no destructivos para ensayar las uniones, etc. Todos estos inconvenientes van desapareciendo al estudiar formulaciones especiales para cada uso y técnicas de aplicación mas adecuadas. 3.4. RIESGOS Y MEDIDAS DE PREVENCIÓN DURANTE LA MANIPULACIÓN DE RESINAS EPÓXICAS. Los componentes de los sistemas epóxicos deben manejarse con precaución, a causa de que muchos de ellos pueden dar lugar a accidentes. Estas precauciones de manejo las suelen hacer constar los fabricantes de resinas en su literatura técnica, pero el hecho cierto es que muchas veces se les presta poca atención a sus recomendaciones, dando lugar esta desidia a que se produzcan accidentes mas o menos graves; por consiguiente, es preciso insistir que no deben pasarse por alto estas recomendaciones o normas de seguridad e higiene en el manejo de los sistemas epóxicos, si se quiere evitar contratiempos, pues tomando estas medidas el manejo de los epóxicos no es en absoluto peligroso. 3.4.1. RIESGOS EN EL TRABAJO CON RESINAS EPÓXICAS. Al evaluar los riesgos que conlleva la utilización y manejo de resinas epóxicas, así como las medidas higiénicas que deben adoptarse para evitarlos, se ha de tener en cuenta que estos varían ampliamente según la fase en que se manejan. Fundamentalmente deben considerarse los riesgos potenciales de las siguientes fases:

a) Durante la confección de las resinas. b) En las resinas básicas sin tratar.


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c) En los agentes endurecedores o curantes. d) En los plastificantes, diluyentes y disolventes. e) En las cargas o “fíllers” y pigmentos. f) En las resinas tratadas.

Las acciones toxicológicas que pueden manifestarse en estas distintas fases son muy

variadas y de distinta intensidad. Así mientras una resina ya tratada y endurecida es prácticamente inerte, las resinas básicas, y sobre todo los distintos productos utilizados en el proceso de fabricación y posteriores tratamientos: materias primas, endurecedores, cargas y pigmentos, disolventes, etc., compuestos muchos de ellos de alta toxicidad, hacen que las medidas higiénicas que deben adoptarse sean rigurosas a fin de evitar que los trabajadores expuestos puedan verse afectados de lesiones a veces graves y difíciles de curar. [Ibermutuamur, 1999]

Los riesgos derivados de la utilización de las resinas epóxicas en sus distintas fases son:

a) Riesgos debidos al contacto con la piel de :

• Material no curado o resinas puras.

• Endurecedores o productos de curado.

• Disolventes, bien para aumentar la fluidez o para la limpieza.

b) Riesgos para las vías respiratorias por exposición a:

• Volátiles o emanaciones que se producen durante el mezclado.

• Vapores desprendidos por disolventes orgánicos.

• Polvo procedente de labores de mecanizado.

• Polvo procedente de cargas añadidas a la resina, tales como sílice, caolín, etc.


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c) Riesgos para los ojos en los casos de:

• Trabajo con compuestos epóxicos, con agentes irritantes y sensibilizadores activos.

• Trabajo de mecanizado en los que se puedan producir proyecciones.

• Salpicaduras y proyecciones de productos líquidos.

d) Riesgos de ingestión accidental de productos tóxicos, irritantes o corrosivos. [Ibermutuamur, 1999]

3.4.2. MEDIDAS DE PREVENCIÓN DURANTE LA MANIPULACIÓN DE RESINAS EPÓXICAS. Los compuestos de resinas epóxicas encierran peligro en su uso y aplicación, sin embargo, si se conocen y aplican las medidas de prevención y protección adecuadas se pueden evitar enfermedades profesionales, ya sean a través de la piel o de las vías respiratorias. Es fundamental evitar el contacto directo con los materiales no curados y que exista una buena ventilación general o adecuada extracción en los locales donde se trabaje con compuestos de resina epóxica. El riesgo más grave se origina por el contacto directo con el endurecedor o con una resina pura, así como por volátiles y emanaciones que puedan producirse durante el mezclado, manejo y tratamiento de estos materiales. Según esto, es necesario eliminar totalmente el contacto del personal con los agentes irritantes mencionados y utilizar sistemas cerrados o captación localizada en las operaciones de mezclado. [Ibermutuamur, 1999] Algunos compuestos epóxicos contiene agentes irritantes y sensibilizadores muy activos, tanto para la piel como para los ojos, de ahí que sea necesario, en estos casos, protegerse también los ojos mediante el uso de unas gafas adecuadas.


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Durante el manejo de estos productos, debe mantenerse un buen orden y limpieza del área de trabajo; el personal debe conocer los datos de identificación del producto, así como las medidas de prevención y protección que indique la etiqueta del producto. Para ello deberá rechazarse el uso de productos que no vayan convenientemente etiquetados. [Ibermutuamur, 1999] El personal debe ser instruido para que no deje de tomar las precauciones básicas necesarias. No se debe descuidar el orden y la limpieza, la adecuada ventilación y la higiene personal, ya que son factores especiales para mantener unas buenas condiciones de trabajo. Cuando se usen disolventes para limpiar herramientas, equipos, envases y otros elementos, la tarea debe ser realizada solo cuando pueda controlarse la emanación de vapores mediante equipos extractores, cabinas ventiladas o la ventilación general de la zona. Los elementos de protección personal no deben ser tomados nunca como sustitutos adecuados para reemplazar un sistema de trabajo con el mayor grado de protección posible, el mantenimiento del orden y la limpieza y la instrucción del trabajo. Sin embargo, si se usan inteligentemente y se les mantiene libre de contaminantes, estos pueden reducir la posibilidad de irritación en tareas donde no resulte posible ejercer un mejor control. Para proteger la piel deben usarse guantes de goma o de plástico (preferentemente forrados), delantales y ropa de trabajo adecuada, cerrada y de manga larga. [Ibermutuamur, 1999] Deben usarse gafas de protección o protectores faciales (o ambos a la vez) durante las operaciones de mezcla, pesaje, manejo y limpieza de elementos de compuestos epóxicos que no hayan curado, a fin de evitar daños a la vista y a la cara por salpicaduras.


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Los procedimientos para manejar el orden y la limpieza deben ser seguidos en todos los recintos donde se trabaje con resinas epóxicas, poniendo especial atención en las zonas de mezclado y moldeado. Los derrames de resinas, endurecedores y diluyentes deben limpiarse para prevenir contaminaciones. [Ibermutuamur, 1999] Pueden usarse cremas protectoras para la piel, sin embargo, estas no deben ser consideradas como sustitutos de los guantes o de las medidas de higiene personal. Antes de aplicarse la crema protectora, la piel debe encontrarse completamente limpia; no obstante, para la aplicación de cremas deberá consultarse previamente con los servicios médicos. Toda manifestación de irritación en la piel debe ser atendida inmediatamente por personal adecuado. La asignación de la tarea a desarrollar por cada trabajador debe recibir primordial atención por parte del mando superior, estableciéndose procedimientos para eliminar los distintos riesgos que se puedan presentar. En toda ocasión se observara la prohibición de fumar y de comer en el puesto de trabajo. Esta medida será complementada con la exigencia de una adecuada y profunda limpieza e higiene personal al acabar de manejar los productos. 3.4.3. EQUIPOS DE PROTECCIÓN INDIVIDUAL. Para la protección y prevención de los trabajadores, las medidas de protección que deben usarse para cada caso son:

• Protección para los ojos: Para proteger los ojos frente a salpicaduras y protecciones de productos líquidos se emplean pantallas faciales; para la protección de los ojos frente a


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proyecciones de partículas o polvos provenientes de mecanizados se emplearan gafas de seguridad (antiparras).

• Protección para las vías respiratorias: Para la protección de las vías respiratorias por exposición a emanaciones, vapores o volátiles, cuando las medidas de ventilación o extracción no sean suficientes, se dotara a los trabajadores de protectores faciales con filtro químico adecuado al tipo de producto (generalmente: filtro de carbón activo o filtro químico contra vapores orgánicos, ocasionalmente: filtro químico contra gases ácidos o vapores inorgánicos) que será comprobado en las “Hojas de seguridad de los productos”, el filtro dispondrá de prefiltro para partículas de polvo o fibras; para la protección de las vías respiratorias contra el polvo provenientes de mecanizado o tratamientos de superficies se dotará a los trabajadores de mascarillas buconasales contra partículas o protectores faciales con filtro contra partículas sólidas.

[Ibermutuamur, 1999]

• Protección para las manos: Para evitar el contacto accidental de productos con la piel se emplearán guantes de neopreno, nitrilo, PVC o teflón que garantice una protección adecuada. Los guantes deberán estar perfectamente limpios tanto en su interior como en el exterior, perfectamente forrados en su interior para evitar el contacto de la piel con el material del guante pues se pueden producir problemas por falta de transpiración, exceso de sudoración o sensibilidad al propio material del guante. Deberá existir la certeza, mediante una adecuada y minuciosa observación, de que no existen cortes ni perforaciones en los guantes, en cuyo caso serán desechados. Para trabajos de especial dureza los guantes deberán resistir el esfuerzo mecánico al que deban ser expuestos para lo cual serán de materiales reforzados adecuadamente con fibras textiles, cuero o kevlar.


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• Protección para los pies: Cuando exista riesgo de caída de objetos o picadas sobre elementos peligrosos, se emplearan botas de seguridad con protección adecuada. En el manejo de productos químicos o en zonas húmedas las botas serán impermeables y de

caña alta. [Ibermutuamur, 1999]

• Protección general para el cuerpo: Se empleará ropa de trabajo del tipo mono, esta será de uso exclusivo y deberá ser totalmente cerrada en los puños y tobillos, carecerá de partes colgantes y salientes, será convenientemente ajustada y cerrada mediante cremalleras o cierres tipo velero. Cuando exista una contaminación por contacto o exposición elevada deberá ser cambiada inmediatamente. Deberá guardarse preferentemente, en lugar aparte de la ropa corriente. Se mantendrá en perfecto estado de aseo y limpieza. Cuando el trabajo lo requiera se emplearan delantales o mandiles de piel o okay para evitar contaminaciones o contactos con los productos.

3.5 MÉTODOS DE ENSAYOS DE SISTEMAS EPÓXICOS. Por desgracia, no existe una normativa que fije los métodos de ensayo para determinar las características de las formulaciones epóxicas o de las aplicaciones en las que intervienen en el campo de la construcción. Algunas casas fabricantes de resinas epóxicas se han preocupado de este problema y, tratando de salvar el bache existente, recomiendan determinados métodos de ensayo que han ido experimentando en sus laboratorios y que son los que han utilizado para determinar las características que indican en sus fichas técnicas. En muchas ocasiones estos métodos de ensayo están tomados de las normas existentes para otros materiales de construcción. Cada día, por tanto, se ve más la necesidad de llegar a una normativa que permita emplear un lenguaje común a la hora de interpretar propiedades a todos los que trabajan con


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estos materiales; mientras tanto, habrá que emplear lo que existe, seleccionar lo mejor y sacarle el máximo provecho, pero tendiendo siempre a la utilización de sistemas y métodos que estén de acuerdo con el espíritu de las normas que se emplean en nuestro país para los otros materiales. En este sentido, vamos a tratar de recopilar aquí algunos métodos de ensayo, que bien pudieran ser el avance de una futura normativa. En todo ensayo de determinación de características mecánicas existe una serie de condiciones generales a las que conviene adaptarse, por ser común a los demás ensayos, de materiales o sus aplicaciones que ya se encuentran normalizados oficialmente en un país; una de estas condiciones puede ser, por ejemplo, la humedad relativa y temperatura a las que se realiza el ensayo; otra, la edad a la que se ejecuta, etc. Seguidamente recogemos algunos de los métodos de ensayo mas frecuentes aplicados al empleo de los sistemas epóxicos en la construcción. 3.5.1. ENSAYOS DE DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES MECÁNICAS. 3.5.1.1 RESISTENCIA A FLEXOTRACCIÓN Y A COMPRESIÓN. Se emplean probetas prismáticas de 4x4x16 cm., confeccionadas con la formulación a estudiar. Los moldes se rellenan en tres capas compactando adecuadamente cada una de ellas

para evitar huecos o burbujas de aire. La conservación se realiza a una temperatura de 20 ± 2

°C y a una humedad relativa del 65 %. Las roturas se harán a siete días, rompiendo primero a Flexotracción con carga centrada y separación entre apoyos de 10 cm., aplicando la carga a una velocidad de 1.5 Kp/cm.2 seg. La


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tensión de rotura de rotura a Flexotracción en Kp/cm.2 viene dada por σf=0.234p, siendo p la

carga aplicada en kp. Las medias probetas resultantes del ensayo a Flexotracción se romperán a compresión sobre bases de 4x4 cm. La velocidad de carga será de 12.5 Kp/cm.2 seg. El número de probetas a confeccionar debe ser, como mínimo, de tres para obtener tres resultados a Flexotracción y seis a compresión, de los que se determinarán las medias correspondientes1. [Fernández, 1981] 3.5.1.2. MÓDULO DE ELASTICIDAD A COMPRESIÓN. La determinación del módulo de elasticidad a compresión puede llevarse a efecto sobre probetas prismáticas de 4x4x16 cm. cargadas en dirección de su mayor dimensión. Para determinar la deformación permanente elástica, las probetas se someten, antes de la medida a una carga repetida del 50 % de la carga de rotura. La deformación en función de la carga puede registrarse directamente en un equipo XY, empleando un extensómetro de cuatro hilos de acero y un punto de referencia. Igualmente pueden emplearse bandas extensométricas aplicadas sobre las superficies de las probetas o sobre flejes se acero flexibles colocados sobre anclajes de referencia, haciendo el montaje de las bandas en doble puente, según se aprecia en la figura 3.a. El módulo de elasticidad será la media de tres determinaciones como mínimo 1 Estos datos se ajustan a la norma DIN 1164, resumida en [Fernández, 1981]


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Fig. 3.a. Puente de medida y probeta preparada para determinar el modulo de elasticidad.

3.5.1.3. MÓDULO DE ELASTICIDAD TRANSVERSAL. El módulo de elasticidad transversal o módulo de rigidez se mide sobre probetas confeccionadas con formulaciones exentas de cargas y cuyas dimensiones sean de 1x4x60 mm. sometidas a esfuerzo de torsión. Como el módulo de elasticidad transversal esta muy influenciado por la temperatura, las determinaciones deben realizarse en función de esta, calentando las probetas a razón de 3 °C por minuto, salvo que se especifiquen otras condiciones, que habrá que indicar junto con los resultados.2 3.5.1.4. RESISTENCIA A ESFUERZO CORTANTE. En la determinación de resistencia frente a esfuerzo cortante se emplean probetas de 4x4x16 cm. confeccionadas con el sistema epóxico a ensayar y conservadas hasta el momento

2 La realización del ensayo se ajusta a la norma ASTM D-1053, resumida en [Fernández, 1981] y para llevarlo a la práctica se utiliza la máquina de ensayo Frank.


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de su rotura a siete días, a una temperatura de 20 ± 2 °C y una humedad relativa del 65 %.

[Fernández, 1981] En la realización del ensayo se emplea el dispositivo de la figura 3.b., quedando media probeta perfectamente anclada mientras que la otra mitad queda en voladizo. Un elemento de presión guiado por dos espigas aplica un esfuerzo cortante muy puro sin momentos apreciables. El sistema se monta en la prensa y se somete a compresión.

Fig. 3.b. Dispositivos empleados en la determinación de la resistencia a esfuerzo cortante.

El número mínimo de determinaciones a realizar debe ser de tres a fin de obtener la media de los resultados.


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3.5.1.5. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS EN FUNCIÓN DE LA EDAD. La evolución se las resistencias mecánicas en función de la edad se determina realizando ensayos como los anteriormente descritos a edades diferentes, pero siempre manteniendo constante la temperatura de ensayo en 20 °C o cualquier otra que se especifique. Los ensayos más característicos en función de la edad son los de resistencia a: compresión, Flexotracción, cortante y tracción pura. También suele ser motivo de ensayos a diferentes edades los módulos de elasticidad y rigidez, así como la adherencia. 3.5.2. ENSAYOS DE REACTIVIDAD. 3.5.2.1. DETERMINACIÓN DEL “POT LIFE” O TIEMPO DE UTILIZACIÓN. Para Determinar el “Pot Life” o tiempo de utilización de un sistema epóxico se emplean

productos que estén a una temperatura inicial de 20 ± 1 °C.

En un recipiente metálico en forma de bote de conservas de 6.5 cm. de diámetro y aislado interiormente mediante una camisa de espuma se introducen 100 ml. del sistema a estudiar, colocando primero la resina y el endurecedor y mezclándolos para inmediatamente añadir los aditivos que lleve el sistema. En el centro de la masa se coloca un termopar y se mide la temperatura de la misma de una forma continua. El “Pot Life” se alcanza cuando la temperatura de la mezcla es de 40 °C. Se anota el tiempo transcurrido desde el instante de la mezcla de los componentes hasta que se alcanza la temperatura de 40 °C, y este tiempo será el tiempo de utilización del sistema.


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Este método esta limitado a mezclas de reactividad media a elevada con tiempos de utilización igual o inferior a 100 minutos. Cuando se utilizan en los sistemas cargas, la

determinación suele hacerse sobre 5 Kg. de mezcla, partiendo de una temperatura inicial de 20 ±

1 °C. [Fernández, 1981] 3.5.3. ENSAYOS DE COMPORTAMIENTO TÉRMICO. 3.5.3.1. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA. La evolución de las características mecánicas en función de la temperatura se analiza mediante ensayos realizados por los métodos descritos para la determinación de estas características a temperatura normal. Las temperaturas de ensayo de las probetas se logran introduciendo a estas en baños de agua calentada a la temperatura deseada. El volumen de agua de los baños debe ser suficiente para que no se produzcan saltos apreciables de temperatura. La temperatura, se mantendrá constante por medio de calentadores mediante termostatos regulables. Inmediatamente antes del ensayo, las probetas se llevarán a la temperatura deseada mediante su inmersión en el baño correspondiente. El tiempo de inmersión para lograr una temperatura uniforme en la probeta suele ser de 10 minutos. Un calentamiento mas prolongado puede causar un postendurecimiento del sistema estudiado. [Fernández, 1981] Los ensayos deben realizarse con rapidez a fin de evitar el enfriamiento de las probetas, debiendo proteger a las mismas con un aislante térmico cuando se prevean que pueden existir pérdidas apreciables de calor.


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Las temperaturas normales de ensayo son las de 20°, 50° y 70°C, si bien en algunos casos deben hacerse determinaciones a 0 °C, e incluso a temperaturas más bajas. Los ensayos más característicos en función de la temperatura son los de resistencia a compresión, Flexotracción y cortante, así como las determinaciones de módulo de elasticidad y rigidez. 3.5.3.2. COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA. Debido a la variación del coeficiente de dilatación térmica con la temperatura que presentan los sistemas epóxicos, es conveniente realizar estos ensayos dentro de un margen de temperatura que oscila entre –15° y 45°C, realizando determinaciones espaciadas en 10°C. Se emplean probetas prismáticas de 2500x25x25 mm. dotadas de índices esféricos colocados en sus extremos. La medición se hará mediante un micrómetro que aprecie la milésima de milímetro. A fin de evitar pérdidas de calor durante las medidas, que han de ser muy rápidas, las probetas deben envolverse con una camisa aislante térmica de amianto o de espuma de poliuretano. El coeficiente de dilatación térmica lineal suele indicarse para las temperaturas de –10°, 20° y 40°C. Los ensayos deben realizarse cuando las probetas tienen una edad de siete días, habiendo estado conservadas desde el momento de su confección hasta el de su rotura en

ambiente de laboratorio a 20 ± 2 °C. De temperatura y 65 % de humedad relativa. [Fernández,

1981]


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3.6 REFERENCIA DE ESPECIFICACIONES NORMALIZADAS PARA RESINAS EPÓXICAS. Estas especificaciones cubren la totalidad de las resinas epóxicas reactivas en estado líquido o sólido que pueden emplearse en coladas, recubrimientos, estratificados, encapsulados, adhesivos o aplicaciones de refuerzo. La adición a estas resinas de endurecedores en las debidas proporciones hacen que polimericen convirtiéndose en productos infusibles. Las propiedades de estos productos pueden ser modificadas mediante la adición de cargas, materiales de refuerzo, extendedores, agentes tixotrópicos, etc. Las resinas epóxicas descritas pueden emplearse también como agentes estabilizadores y de reticulación y combinarse con otros productos reactivos. No es misión de esta especificación dar datos mecánicos o químicos, ni orientar al comprador en la selección de un material para un empleo concreto. Las propiedades señaladas en las tablas 3.a. y 3.b. son suficientes para caracterizar a un material comprendido en estas especificaciones, recomendándose que las inspecciones se limiten a ensayar tales propiedades. 3.6.1. TIPOS Y GRADOS. Las resinas epóxicas descritas no contienen endurecedores. Las del tipo I son resinas basadas en bisfenol A y epiclorhidrina, dentro de estas existen dos grados:

• Grado 1: Resinas epóxicas no conteniendo diluyentes.

• Grado 2: Resinas modificadas con diluyentes reactivos. Cualquier resina de grado 2 puede prepararse a partir de una resina del grado 1.

Cada grado como se muestra en las tablas 3.a. y 3.b., puede comprender un gran número de resinas. [Fernández, 1981]


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3.6.2. REQUISITOS GENERALES. La resina deberá tener una calidad uniforme, libre de contaminación, como se obtiene de una fabricación normal. Tabla 3.a. Características de las Resinas Epóxicas Tipo I, Grado 1.

CONTENIDO EPÓXICO CLASE

Equivalentes (1000. g) P.E.E. VISCOSIDAD (CP A 25°C)

PUNTO DE ABLANDAMIENTO

DURRAN (°C)

COLOR (GARDNER

MÁX. I 0.500-0.588 170-200 3000-20000 - 3 II 0.433-0.527 190-226 15000-40000 - 5 III 0.357-0.443 226-280 Semisólida Semisólida 5 IV 0.125-0.357 280-800 - 40-900 5 V 0.067-0.125 800-1500 - 90-110 5 VI 0.040-0.067 1500-2500 - 110-140 5 VII 0.017-0.040 2500-6000 - 134-180 6 VIII 0.010-0.020 5000-10000 - 160-200 7

FUENTE: A.S.T.M. D-1763-67 [Fernández, 1981] P.E.E.: Peso por equivalente epóxico.

Tabla 3.b. Características de las Resinas Tipo I, Grado 2.

CLASE CONTENIDO EPÓXICO VISCOSIDAD (CP A 25°C)

I (a) 100-500 II (a) 500-900 III (a) 900-4000 IV (a) 4000-10000

FUENTE: A.S.T.M. D-1763-67 [Fernández, 1981] (a) El contenido epóxico de estas resinas será acordado entre el comprador y el vendedor.

3.6.3. MUESTRAS. Se tomará una muestra representativa suficiente para los ensayos especificados en cantidad no inferior al 5 % de la partida. Cuando las muestras tomadas de los depósitos presenten falta de uniformidad, se mezclarán ellas en una muestra simple compuesta a base de


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todas y de esta mezcla se extraerá una muestra para realizar los ensayos. En lugar de la técnica anterior puede efectuarse un muestreo estadístico adecuado aceptado por el fabricante y el comprador. 3.6.4. MÉTODOS DE ENSAYO. La confirmación de los valores especificados en la tabla 3.a. se determinan según los siguientes métodos de ensayo de la A.S.T.M.

• Viscosidad: Método D 445, ensayo de viscosidad en líquidos transparentes y opacos.(Viscosidad cinemática y dinámica) 3

• Peso por equivalente epóxico: Método D 1652, ensayo de determinación de contenido epóxico en resinas epóxicas. 4

• Color: Método D 1544, ensayos de color en líquidos transparentes (escala de color Gardner) 5, excepto para las clases de IV a VII, en que las determina en forma de solución al 40 % en Butilcarbitol.

• Punto de reblandecimiento según Durran:

a) Pesar 2 ± 0.01 gr. De muestra en un tubo de ensayo (150 mm. de largo y 14 ± 0.1mm.

de diámetro interior). Calentar el tubo de ensayo en un vaso de 600 ml. con aceite, a una temperatura máxima de 10 °C, por encima del punto de reblandecimiento esperado. b) Se introduce un termómetro adecuado en la masa de resina, sujeto con un corcho agujereado, de manera que el bulbo de mercurio quede mitad inmerso en la

resina. Enfriar hasta que la resina endurezca. Añadir 50 ± 0.01 gr. de mercurio en el tubo

de ensayo.

3 ASTM, Partes 18 y 19. extracto contenido en [Fernández, 1981] 4 ASTM, Parte 26. extracto contenido en [Fernández, 1981] 5 ASTM, Parte 21. extracto contenido en [Fernández, 1981]


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c) Introducir el tubo de ensayo en un baño de aceite calentado previamente a 30 °C por debajo del punto de reblandecimiento esperado. Colocar el tubo de ensayo de forma que el nivel de mercurio quede aproximadamente 1 mm. por debajo de la superficie del aceite. Con agitación, calentar el aceite del baño de manera que aumente la temperatura 2 °C/min. Tomar la temperatura a la cual la muestra fundida queda visiblemente encima de la capa de mercurio. d) Precisión del ensayo: Los resultados de dos determinaciones deben diferir en menos de 2 °C. e) Precaución: No calentar el baño de aceite hasta el punto de inflamación de este. Se recomienda un aceite de silicona de alto punto de inflamación. Debe tomarse precauciones para eliminar los vapores del mercurio. Pueden usarse otros métodos equivalentes de reconocida exactitud. En caso de litigio los

métodos contenidos en esta especificación serán considerados como métodos de referencia sobre los que se apoyará la decisión. 3.6.5. INSPECCIÓN. La inspección de los productos se hará de acuerdo entre el suministrador y el comprador como parte del contrato de compra. 3.6.6. REPETICIÓN DE LOS ENSAYOS Y RECHAZOS. Si los resultados de cualquier ensayo no concuerdan con los valores de esta especificación, este ensayo puede ser repetido para establecer un acuerdo entre el comprador y el suministrador.


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3.6.7. ENVASES Y MARCAS. 3.6.7.1. ENVASES. Los productos se envasarán en bidones comerciales tipo que los protejan de contaminación y sean aceptados en todos los medios de transporte, a menos que se especifique otra cosa en el contrato o pedido. 3.6.7.2. MARCAS. Los envases irán marcados con el nombre del producto y el del fabricante o vendedor; su tipo y grado, número de lote o de control y la cantidad contenida como exigirá el contrato o pedido según el cual se realice el suministro.


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CAPITULO IV “ELECCIÓN Y CARACTERIZACIÓN

DE MATERIALES ADECUADOS PARA LA INVESTIGACIÓN”.


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CAPITULO IV ELECCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES ADECUADOS PARA LA INVESTIGACIÓN. 4.1 CRITERIO DE ELECCIÓN DEL LADRILLO. Para seleccionar el ladrillo más conveniente para este estudio, el T.R.E. (Titán Reforzado Estructural.) de Industrias Princesa, se tomo como referencia principalmente los siguientes antecedentes: a) Del estudio realizado por el Licenciado en Ciencias de la Construcción de la Universidad del

Bío Bío, Luis Campos G. “Caracterización de las Propiedades Térmicas e Hídricas de Ladrillos Cerámicos Locales”, se pudo establecer la participación y demanda de los productos cerámicos más utilizados por la industria de la construcción a nivel país, como así mismo, las propiedades y características hídricas y térmicas de estos productos.

Tabla Nº 4.a. Distribución de las demandas de ladrillos de las diferentes empresas, que se utilizan en la envolvente de edificaciones.

FUENTE: [Campos, 2002]

EMPRESA

PARTICIPACIÓN EN EL MERCADO

PRODUCTO % DE DEMANDA DEL

PRODUCTO EN LA EMPRESA

% DE DEMANDA DEL PRODUCTO EN EL

MERCADO NACIONAL Santiago 7 35 % 17.5 % Santiago 9 25 % 12.5 % Santiago 11 20 % 10 % Santiago 14 15 % 7.5 %

Cerámica Santiago 50 %

Otros 5 % 2.5 % TRE 50 % 17.5 % ETRE 15 % 5.25 % GTRE 15 % 5.25 % TEA 10 % 3.5 %

Industrias Princesa 35%

Otros 10 % 3.5 % Otras 15 % Ladrillo Fiscal 100 % 15 %

TOTAL 100 %


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b) Del estudio realizado por el Licenciado en Ciencias de la Construcción de la U.B.B., Cristian Castro C. “Influencia del Mortero de Pega en el Comportamiento Térmico y Mecánico de las Albañilerías de Ladrillo Cerámico Hecho a Máquina”, se pudo establecer el comportamiento mecánico, hídrico y térmico de muretes y prismas de albañilería construido con este ladrillo, variando los espesores del mortero de junta.

c) Del vinculo contraído por Industrias Princesa para el desarrollo experimental del proyecto

FONDEF D01I1161, se logran antecedentes técnicos, morfológicos, dimencionales y otros asociados al desarrollo de este estudio en particular, obteniendo además, la donación de una cantidad apropiada de ladrillos para este estudio.

d) De otras investigaciones afines al proyecto FONDEF, se registra información

complementaria valida para el desarrollo experimental. Todos estos antecedentes, además de permitir la elección del ladrillo adecuado, permiten la obtención de referentes validos para contrastar los procedimientos y resultados involucrados en el presente estudio.

4.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL TRE (TITÁN REFORZADO ESTRUCTURAL).

Serie Titán: Línea de ladrillos cerámicos Clase MqP, Grado 1, según clasificación de NCh 169. Of. 2001, compuesta por ladrillos huecos, rejilla, precortados y tres cuartos; en diferentes alturas para lograr distintos rendimientos, dependiendo de las necesidades particulares de cada obra. Por su buena resistencia a compresión y baja absorción de agua, es recomendado por el fabricante para la construcción de albañilerías armadas y confinadas.


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C A R A C T E R I S T I C A S

Tipo MqP, Grado 1

Identificación TRE

Dimensiones 29 x 14 x 7.1 cm

Peso 2.9 kg.

Rendimiento: dispuesto de soga 39 Unidades por m2

Consumo de mortero 70 lt/m2

Área Hueco mayor Mayor a 32 cm2

Resistencia a la compresión Mayor a 170 kg/cm2

Resistencia al Fuego F150

Transmitancia Térmica 2.1 w/m2ºC

Aislación Acústica 40 Db

TITAN REFORZADO

ESTRUCTURAL

FUENTE: [Princesa, 2003] 4.3. CRITERIO DE ELECCIÓN DEL ADHESIVO EPÓXICO.

Para la elección del adhesivo epóxico a utilizado en el desarrollo de la investigación, fue necesario tomar conocimientos, referentes tanto del material que se deseaba unir como también de las características técnicas del adhesivo utilizado, de modo que ambos fuesen compatibles, tomando en cuenta además las palabras de Manuel Fernández Canovas “contra de los adhesivos epóxicos cabe señalar que el módulo de elasticidad del adhesivo puede ser diferente del de las piezas a unir; que el coeficiente de dilatación térmica también puede serlo y dar lugar a la aparición de tensiones internas indeseables; que no se dispone de medios no destructivos para ensayar las uniones, etc. Todos estos inconvenientes van desapareciendo al estudiar


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formulaciones especiales para cada uso y técnicas de aplicación mas adecuadas.” [Fernández, 1981].

De acuerdo a lo anterior, se buscó una formulación que cumpliera con los requisitos

técnicos que permiten un buen comportamiento en la adhesión de cerámicos, específicamente ladrillos cerámicos, considerando principalmente los siguientes aspectos:

• Densidad: Esta debe ser lo suficientemente alta, de manera que tenga la consistencia necesaria para soportar el peso de un ladrillo tras otro, de lo contrario se intervendrá la mezcla adicionando fíllers, por lo que el adhesivo debe aceptar la incorporación de estos elementos.

• Módulo de elasticidad: Si bien es cierto la totalidad de los adhesivos epóxicos posee dentro de sus características elevados módulos de elasticidad, se buscó dentro del mercado, los adhesivos de menor módulo y de mayor compatibilidad con los ladrillos.

• Coeficiente de dilatación térmica: Debe ser lo más similar al del ladrillo, esto a pesar que los fabricantes aseguran una mínima retracción en el proceso de curado.

• Resistencia: La necesaria que exige la normativa a los morteros de pega (fundamentalmente a compresión), cumplida con holgura por todos los adhesivos epóxicos, factor que pudiera ser perjudicial considerando que se recomienda que entre el ladrillo y el mortero, las diferencias de resistencias no sean muy amplias, por esta razón es posible disminuirlas.

• Pot Life: El adhesivo deberá tener un tiempo razonable entre el momento en que es mezclado, hasta que se endurece. Considerando que este tipo de adhesivos es de fácil aplicación este se estima en 25 a 30 minutos.


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• Trabajabilidad: Factor que va de la mano con la densidad, puesto que además de tener que soportar el peso de los ladrillos, uno tras otro, se debe buscar una consistencia adecuada, que facilite la aplicación del elemento.

• Rendimiento: Por ser un material de elevado precio en comparación con los morteros tradicionales, se debe buscar un adhesivo de un rendimiento alto dentro de los existentes en el mercado.

• Espesor de colocación: Con el objetivo principal de mantener el nivel del muro, considerando que el ladrillo TRE posee una tolerancia de error en sus medidas de 0.002 m., se seleccionó un adhesivo epóxico que permita su colocación en espesores mínimos de 0.003 m., de manera de poder absorber la diferencia de medidas con el adhesivo.

Tomando en cuenta cada una de las consideraciones expuestas anteriormente, pidiendo

asesoría técnica de expertos en la materia y analizando mediante catalogo los materiales disponibles en el mercado se llegó finalmente a la elección de dos productos que cumplen con las exigencias requeridas para ser utilizados en la confección de muros de albañilería de ladrillo, estos son:6

• Sikadur 31 HMG.

• Sikadur PAV. Posteriormente y llevando a cabo un análisis mas exhaustivo de estos dos materiales,

considerando además que ambos son en si adhesivos epóxicos por lo que su comportamiento final seria parecido, se optó para la realización de la etapa experimental de la investigación por el 6 La consulta a expertos fue hecha a el Sr. Adolfo Alcayaga, Asesor Técnico de Sika Chile, sucursal Concepción, además de el profesor de la Escuela de Construcción Sr. Sebastián Fernández Sh., guía de la presente investigación.


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adhesivo Sikadur 31 HMG, ya que este tiene una densidad menor con lo que el rendimiento aumenta considerablemente, lo que se traducirá finalmente en ahorro de material y por ende un menor costo unitario del producto, además el mencionado producto posee resistencias a compresión y tracción mayor a Sikadur Pav y un Pot Life también mayor lo que lo hace un material mucho mas trabajable y por ello mas aplicable a la realidad actual de construcción de muros de albañilería.7

4.4. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE SIKADUR 31 HMG (HID-MOD GEL). 4.4.1. DESCRIPCIÓN.

Sikadur 31 HMG es un adhesivo tixotrópico de dos componentes a base de resinas

epóxicas y cargas inactivas, exento de solventes. [Sika, 2003]

Mezcla (A+B) color gris. Densidad: 1.68 Kg/dm3

7 Las características técnicas de catalogo de Sikadur 31 HMG se entregan mas adelante en el presente informe y las de Sikadur Pav se adjuntan en el anexo E del presente documento.


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4.4.2. PROPIEDADES.

• Altas resistencias mecánicas, a la abrasión e impacto.

• Por su consistencia permite compensar las tolerancias en las dimensiones de las piezas por unir, así como trabajar sobre superficies verticales o sobre la cabeza.

• Buena adherencia incluso en superficies húmedas.

• Resistencia química excepcional contra el agua, aceite, gasolina, soluciones salinas, ácidos y álcalis diluidos, así como contra aguas residuales

• Sin efecto nocivo sobre los materiales que constituyen las piezas unidas.

• No contiene componentes volátiles

• Fácil de dosificar (relación de sus componentes en volumen A:B = 1:1) [Sika, 2003] 4.4.3. CAMPO DE APLICACIÓN.

• Unión de elementos de hormigón, fibrocemento, acero, fierro, aluminio, mármol, piedra, madera, vidrio, cerámica, piezas de resina epóxica o poliéster.

• Relleno rígido de juntas de poco espesor.

• Anclaje de fierros, pernos, soportes, tirantes y maquinarias.

• Reparación de aristas y caras del hormigón a la vista.

• Refuerzos de elementos de hormigón mediante pegado de placas de acero. [Sika, 2003] 4.4.4. CONSUMO Y PRESENTACIÓN. Consumo aproximado del producto: 1.7 Kg./m2, en 1 mm., de espesor. Presentación en juego de 5Kg., juego de 50 Kg. y caja de 9 x 1 Kg.


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4.4.5. DATOS TÉCNICOS. Pot Life a 23° C : 50 min. Proporción de la mezcla : En peso A:B = 1:1.18 : En volumen A:B = 1:1 Tabla 4.b. Resistencias Mecánicas del Sikadur HMG.

RESISTENCIAS A COMPRESIÓN kgf/cm2

TIEMPO 5° C 23° C 32° C

2 Horas 370

4 Horas 370 430

8 Horas 620 430

16 Horas 240 620 490

1 Día 430 620 740

3 Días 620 620 740

7 Días 680 740 740

14 Días 680 740 800

FUENTE: [Sika, 2003]

Tabla 4.c. Características Generales Del Sikadur 31 HMG.

FUENTE: [Sika, 2003]

FLEXOTRACCIÓN (14 DÍAS) : 500 Kgf/cm2 Adherencia

2 días curado seco : 340 Kgf/cm2 2 días curado húmedo : 186 Kgf/cm2 14 días curado húmedo : 283 Kgf/cm2

Adherencia por tracción al hormigón : 30-35 Kgf/cm2 Módulo de elasticidad : 43000 Kgf/cm2 Adherencia a acero : 150 Kgf/cm2


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.CAPITULO V “ETAPA EXPERIMENTAL”


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CAPITULO V ETAPA EXPERIMENTAL 5.1. GENERALIDADES. A través de esta investigación, se desarrolló y evaluó una solución constructiva para muros de albañilería de ladrillos cerámicos, estableciendo sus características térmicas, mecánicas e hídricas, verificando el cumplimiento de estas con las exigencias mínimas de los parámetros planteados en la normativa nacional vigente. La propuesta, se baso en la utilización de un producto epoxi para unir las unidades de ladrillo y con ello producir una disminución del área de traspaso de calor, con respecto a los morteros de uso tradicional en albañilerías, responsables estos, de las perdidas de calor al constituirse puentes térmicos de los muros. Para poder evaluar la solución propuesta, se fabricaron probetas confeccionadas con Sikadur 31 HMG en 3 mm de espesor colocado sobre la masa sólida de el ladrillo los que posteriormente fueron ensayados a compresión y corte, con un mínimo de 14 días después de su fabricación, realizando posteriormente los ensayos térmicos e hídricos a cada una de las probetas confeccionadas para este efecto. 5.2. FACTORES QUE INCIDEN EN EL DESARROLLO EXPERIMENTAL. Casi la totalidad de los factores que intervinieron en el transcurso de esta investigación son constantes, de manera de poder evaluar de mejor forma el objetivo principal de esta investigación que es establecer el comportamiento del adhesivo epóxico Sikadur 31 HMG como


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reemplazante del mortero de junta en base a cemento en muros de albañilerías de ladrillos prensados, y sus implicancias mecánicas hídricas y térmicas. 5.2.1. FACTORES CONSTANTES. i. Ladrillo.

Tanto para el ensayo de transmitancia térmica como para los ensayos mecánicos e hídricos se utilizó el ladrillo TRE de Industrias Princesa, basándose para su elección en los criterios definidos y explicados en el capitulo anterior. ii. Adhesivo epóxico. Para la confección de cada una de las probetas que serán ensayadas se utilizará el adhesivo Sikadur 31 HMG, basándose para ello en los criterios definidos y explicados en capitulo anterior. iii. Dosificación de adhesivo epóxico. La dosificación de Sikadur 31 HMG utilizada en la confección de cada una de las probetas es la recomendad por el fabricante que consiste en la mezcla completa de las partes A (460 gr.) y B (540 gr.) predosificadas en el envase de 1 Kg. de producto.


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iv. Curado de probetas. El curado es un proceso que influye enormemente en las resistencias finales de las probetas de albañilería, es por esto que fue necesario aplicar un curado uniforme e idóneo para cada producto en particular. Para el caso de el producto Sikadur 31 HMG, una vez fabricadas las probetas se mantenían inmóviles en el lugar en el que fueron fabricadas por un periodo no menor de 14 días ya que es en este periodo de tiempo en donde alcanzarían sus máximas resistencias de acuerdo a catalogo. v. Refrentado de probetas. Para el refrentado de los prismas y muretes de albañilería se utilizó pasta de yeso mas cemento en proporciones de 1:1, de manera de aplicarlos en las bases y esquinas que serían ensayadas, logrando el perfecto paralelismo entre sus caras. vi. Mano de obra. El proceso de construcción de los prismas y muretes de albañilería destinados a la realización de ensayos térmicos, mecánicos e hídricos, fue ejecutado en su totalidad por el alumno encargado de la realización de la presente investigación, el que intento reflejar al máximo las condiciones de ejecución y precauciones que se presentan en obra, lográndose con esto uniformidad en cada una las probetas y prismas construidos.


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5.2.2. FACTORES VARIABLES. i. Espesor de adhesivo. A pesar que las canterías fueron proyectadas sobre el escantillón móvil con un espesor de 3 mm, debido a problemas de exactitud de medidas de los ladrillos, el espesor del adhesivo colocado quedo determinado por la horizontalidad del muro, es decir los espesores varían de acuerdo a la medida del ladrillo, como resguardo a esto, se eligieron durante el proceso de fabricación los ladrillos cuyas medidas variaran en ± 2 mm., quedando así los espesores de un máximo de 5 mm y un mínimo de 1 mm., como se muestra en la figura. Figura 5.1. Variación de espesores de adhesivo

7,1 0,5

29

7,1 6,9

5.3. DESCRIPCIÓN DE ENSAYOS. Con el objetivo de la obtención de resultados que permitan comprobar la hipótesis planteada, fue necesario realizar la serie de ensayos de acuerdo a la normativa nacional vigente, estos son:


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1.- Ensayo a compresión de un prisma de albañilería. 2.- Ensayo a corte diagonal de un murete de albañilería. 3.- Ensayo térmico de la cámara térmica. 4.- Ensayo hídrico de la Cámara de Infiltración. Con el fin de obtener resultados para la presente investigación llevando a cabo los ensayos mencionados anteriormente, se siguió la siguiente secuencia metodológica: 1. Identificar los materiales utilizados en la experimentación. 2. Requisitos y confección de prismas y muretes de albañilería 3. Confección de probetas. 4. Refrentado de probetas. 5. Realización de los ensayos: 5.1 Ensayo de corte diagonal a un murete de albañilería. 5.2 Ensayo de resistencia a la compresión de un prisma de albañilería.

5.3 Ensayo térmico. 5.4 Ensayo hídrico.

5. Resultados de los ensayos realizados. 6. Análisis de resultados y conclusiones. 5.3.1. IDENTIFICACIÓN DE LOS MATERIALES UTILIZADOS EN EL PROCESO EXPERIMENTAL. Los materiales que se utilizaron el la fabricación de las distintas probetas en la etapa experimental de la investigación son: i. Adhesivo epóxico Sikadur 31 HMG.


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ii. Ladrillo TRE de Industrias Princesa. Las características de cada uno de estos materiales fue descrita en el capitulo IV del presente documento. 5.3.2. REQUISITOS Y CONFECCIÓN DE PRISMAS Y MURETES DE ALBAÑILERÍA.

La construcción de los prismas de albañilería destinados a ensaye de compresión, se realizó conforme requisitos descritos en la NCh 1928. Of 93 “Albañilería Armada – Requisitos para el diseño y Cálculo “Anexo B”.

De igual forma los muretes de albañilería destinados a ensayar a corte diagonal, se construyeron de acuerdo a lo estipulado en la NCh 2123. Of 97 “Albañilería Confinada – Requisitos para el diseño y Cálculo “Anexo A”. Las consideraciones tomadas en cuenta son las siguientes: 5.3.2.1. CARACTERÍSTICAS DEL PRISMA DE ALBAÑILERÍA DESTINADO A COMPRESIÓN. La confección de los prismas de albañilería destinados a el ensayo de compresión, se realizó tomando en cuenta los siguientes requisitos a que refiere la norma: a. Espesor (e). El espesor de los prismas construidos fue igual al del promedio de los muros y vigas que habitualmente se utilizan en construcción, es así, que el espesor promedio de los mencionados


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prismas es de 14 cm, que equivale al espesor del ladrillo utilizado y de los muros que se construyen actualmente con esta unidad cerámica constituyente de un muro de albañilería. b. Longitud (l). La longitud promedio de los prismas es de 29 cm, correspondiente a la longitud de fabricación del ladrillo utilizado. c. Altura (h). Para la confección de los prismas de albañilería a compresión se debió cumplir con los siguientes requisitos: - Mínimo de tres hiladas, lo que se cumplió ya que la totalidad de los prismas fabricados eran de seis hiladas. - El cuociente entre la altura y el espesor es igual a 3, debido a que la altura de los prismas fabricados es en promedio de 44.6 cm y el espesor es de 14 cm se da cumplimiento a esta condición. Las condiciones explicadas se resumen en la siguiente figura. Figura 5.2. Determinación de altura de prisma de albañilería e

h promedio 44.6 cm. 6 hiladas

h min 42 cm. Min. 3 hiladas

29 cm

14 cm

L

e


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Donde: e = 14 cm; dimensión de fábrica. L = 29 cm; dimensión de fábrica. h = 42 cm; altura mínima, puesto que el cuociente entre h/e >3, altura promedio 44.6 cm. 5.3.2.2. CARACTERÍSTICAS DEL MURETE DE ALBAÑILERÍA DESTINADO A CORTE Y A ENSAYO HÍDRICO. La confección de los muretes de albañilería destinados a realizar el ensayo de corte diagonal, se realizó tomando en cuenta los siguientes requisitos a que refiere la norma: a. Espesor (e). El espesor de los prismas construidos fue igual al del promedio de los muros y vigas que habitualmente se utilizan en construcción, debido a que los muretes que se fabrican pretenden simular un muro de albañilería sin estuco, así, el espesor promedio de los mencionados muretes es de 14 cm, que equivale al espesor del ladrillo utilizado y de los muros que se construyen actualmente con esta unidad cerámica constituyente de un muro de albañilería. b. Longitud de la arista del murete (L). La longitud de la arista del murete debe ser mayor o igual a 60 cm independiente del espesor del mortero de pega utilizado para la confección, y debe incluir el murete por lo menos cuatro hiladas. Las condiciones planteadas se resumen en la siguiente figura:


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Figura.5.3. Determinación de medidas de murete de albañilería

5.3.3. CONFECCIÓN DE PRISMAS Y MURETES DE ALBAÑILERÍA PARA ENSAYOS MECÁNICOS E HÍDRICO. Para llevar a cabo la confección de prismas y muretes de albañilería el alumno encargado de la investigación fabricó un escantillón móvil, utilizando para ello placas de terciado estructural cortados a medida y tomando como referencia un escantillón en mal estado que se encontraba en el PTM (Pabellón tecnológico de la madera), lugar y elemento que fueron utilizados para fabricar y ensayar prismas de albañilería de investigaciones anteriores. En el mencionado escantillón se trazaban cada una de las hiladas con huincha y posteriormente se marcaban con clavo en los cuales se tensaba una lienza que servia como guía para cada una de las hiladas del prisma o murete que se confeccionaría, procedimiento similar al que se emplea en obra pero en una menor escala. El mencionado elemento permitió obtener verticalidad y horizontalidad correcta en cada uno de los elementos fabricados. A continuación, se muestra una fotografía del escantillón móvil.

h prom. = 65.8 cm. h min. = 60 cm. N° hiladas = 9 N° hiladas min.= 4

h

h


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Fotografía 5.a. Escantillón móvil. Con la ayuda de este escantillón móvil se confeccionaron 5 prismas de albañilería para ensayo a compresión, cinco muretes de albañilería para ensayo a corte diagonal y un murete para ensayo en cámara hídrica. 5.3.3.1. SECUENCIA CONSTRUCTIVA DE PRISMAS Y MURETES DE ALBAÑILERÍA. Los pasos o secuencia constructiva que se siguió para la confección de los prismas y muretes de albañilería fueron los siguientes:

i. Despeje y limpieza del terreno. ii. Traslado de materiales a lugar de trabajo. iii. Colocación de franja de polietileno de base de trabajo. iv. Colocación de escantillón móvil sobre franja de polietileno. v. Ajuste horizontal y vertical de escantillón.


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vi. Trazado de hiladas y colocación de lienza guía. vii. Mezclado de partes A y B de Sikadur 31 HMG. viii. Limpieza superficial de ladrillos mediante brocha. ix. Aplicación de mezcla en los cantos (llaga) de los ladrillos. x. Colocación de la primera hilada y revoque inmediato de llagas. xi. Aplicación de mezcla sobre la primera hilada. xii. Limpieza superficial de ladrillos de segunda hilada. xiii. Aplicación de mezcla en los cantos de los ladrillos de la segunda hilada. xiv. Asentamiento de la segunda hilada. xv. Repetición de los pasos xi a xiv. xvi. Retiro de lienza y escantillón móvil. xvii. Limpieza general del área de trabajo.

A continuación, se muestra mediante imágenes la secuencia constructiva de los prismas y muretes de albañilería. Fotografía 5.b. Secuencia constructiva de murete de albañilería.


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5.3.3.2. CURADO DE PRISMAS Y MURETES DE ALBAÑILERÍA. Para el curado de los prismas y muretes de albañilería, se tomó tan solo la precaución de mantener sin movimiento y descubiertas a las condiciones ambientales presentes en laboratorio por un periodo de 14 días, periodo durante el cual deberían alcanzar su máxima resistencia mecánica. 5.3.3.3. REFRENTADO DE PRISMAS Y MURETES. Para llevar a cabo el refrentado de los prismas y muretes de albañilería se utilizó una pasta de yeso y cemento en relación 1:1, es decir, una parte de yeso por una parte de cemento. Para los prismas de albañilería destinados a ensayo de compresión, se refrentó, logrando un paralelismo de sus dos caras básales, que son finalmente las caras de apoyo con la prensa, utilizando para ello un espesor promedio de capa de mezcla yeso - cemento de refrentado máximo de 3.5 mm.


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En tanto el refrentado de los muretes destinados a ensayo de corte diagonal, se refrentó la zona de apoyo de los cabezales que corresponde a las dos aristas en sentido diagonal del murete, el espesor de refrentado debe ser menor o igual a 4 mm, y la longitud promedio del refrentado es de 16 cm, para que así pueda albergar sin problemas el cabezal de la prensa. Fotografía 5.c. Refrentado de prismas y muretes de albañilería. 5.3.4. CONFECCIÓN DE PROBETAS PARA ENSAYOS TÉRMICOS. Para la determinación del comportamiento térmico de un muro de albañilería con adhesivo epóxico en reemplazo del mortero de junta, se procedió a la construcción de dicho muro dentro de un anillo de guarda de la cámara térmica ubicada en el PTM. Con el objetivo de mantener las condiciones de fabricación de los muretes y prismas, la confección de los muros fue realizada por alumno encargado de la investigación, de esta forma la secuencia constructiva fue la siguiente:


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i. Demolición de muro existente en el anillo de guarda. ii. ii. Despeje y limpieza del anillo de guarda y del lugar de trabajo. iii. Traslado de materiales al lugar de trabajo. iv. Colocación de listones guía en los bordes laterales del anillo. v. Trazado de hiladas y tensado de lienza en el anillo. vi. Limpieza superficial de los ladrillos mediante brocha. vii. Preparación de Sikadur 31 HMG. viii. Preparación de mortero de pega para primera hilada.8 ix. Aplicación de Sikadur 31 HMG en los cantos de los ladrillos. x. Colocación de mortero de cemento en la base del anillo de guarda. xi. Asentamiento de la primera hilada y revoque inmediato de la llaga. xii. Aplicación de Sikadur 31 HMG sobre la hilada colocada. xiii. Aplicación de Sikadur 31 HMG en los cantos de los ladrillos de la segunda hilada. xiv. Asentamiento de la segunda hilada. xv. Repetición de los pasos xi a xiv hasta terminar el muro. xvi. Preparación de mortero de cemento. xvii. Revoque de bordes del muro con mortero de cemento. xviii. Retiro de lienza. xix. Limpieza general del lugar de trabajo.

Siguiendo esta secuencia constructiva descrita anteriormente se logró la confección de un muro que simulara uno tradicional, como se muestra mediante las siguientes fotografías:

8 Se utilizó mortero de cemento en la primera hilada y en el revoque de los bordes, puesto que la fuerte adhesión que produce el adhesivo epóxico podría dañar el anillo de guarda al momento de demoler el muro para una nueva utilización.


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Fotografía 5.d. Confección de muro para realización de ensayo térmico.


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5.3.5. ENSAYOS EXPERIMENTALES. 5.3.5.1. ENSAYO A COMPRESIÓN DE PRISMAS DE ALBAÑILERÍA. Con el desarrollo del ensayo a compresión de prismas de albañilería se pretende determinar la carga máxima que resiste este tipo de probetas, para esto, se procedió a acondicionar una estructura de acero que se encuentra en el PTM, dicha estructura cumple con los requisitos de rigidez para poder transmitir los esfuerzos del ensayo sin alterar las condiciones de distribución y dirección de carga. Junto con la estructura se incorporó a ella un pistón de carga con capacidad de 50 ton. Con el fin de aplicar la carga al prisma se utilizó un Porta Power, este elemento posee un barómetro con capacidad de 10 libras por pulgada cuadrada, que mide la presión de aceite incorporada al pistón, este elemento posee además una tubería de caucho con hilo interior en uno de sus extremos, el cual permite unirlo al pistón de carga. Justo por debajo del pistón de carga se encuentra ubicada la celda de carga la que registra y transmite los datos de las microdeformaciones a un sistema computacional llamado Data Loger, que a través de una pantalla digital va indicando a medida que se aplica la carga, las microdeformaciones que sufre el elemento ensayado. Los valores entregados por el Data Loger provenientes de la celda de carga son registrados y transformados a carga mediante el siguiente grafica de deformaciones v/s carga.


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Figura 5.4 . Grafico de Calibración Celda de Carga

En resumen, la estructura completa utilizada para la realización del ensayo se muestra en la siguiente fotografía. Fotografía 5.e. Equipo para desarrollo de ensayo de prisma a compresión.


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5.3.5.1.1. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN DE ENSAYO A COMPRESIÓN. Para la realización del ensayo a compresión se llevaron a cabo los pasos que se describen a continuación:

i. Se instala el Data Loger y se conecta a la celda de carga. ii. Se instala el Porta Power y se conecta al pistón. iii. Se limpian las superficies de las placas de apoyo y las caras extremas del prisma que

será ensayado. iv. Se coloca el prisma sobre la placa de carga inferior tomando la precaución de dejar el

eje del prisma alineado con el centro de las placas de distribución de carga. v. Se levanta la placa de distribución de carga superior y se coloca sobre la cara superior

del prisma asegurando el no volcamiento de este. vi. Se procede a la alineación de la celda de carga, la placa de distribución superior y el eje

del prisma de manera que estos coincidan verticalmente, asegurando de esta forma que la carga sea distribuida uniformemente dentro del sistema.

vii. Se comienza la aplicación de la carga de forma continua y uniforme, de manera que el ensayo dure aproximadamente entre 3 y 3 minutos hasta el momento que alcance la carga máxima.

viii. Se registra el valor de microdeformaciones que registra el Data Loger en el momento en que falla el prisma.

ix. Se transforma el valor de microdeformaciones en carga utilizando para ello el grafico mencionado anteriormente.

x. Se calcula la carga de ruptura del prisma en Kgf/cm2.


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5.3.5.1.2. EXPRESIÓN DE RESULTADOS DE RESISTENCIA PRISMÁTICA. Para llevar a la resistencia prismática del elemento ensayado se deben seguir los siguientes pasos: a. Calcular el área transversal del prisma en cm2. b. Calcular la resistencia a la compresión del prisma como el cuociente entre la carga máxima y

el área de la sección transversal, expresándola en Mpa. con una aproximación inferior a 0.01 Mpa.

R bc = P / A

Donde: R bc = Resistencia prismática. P = Carga máxima aplicada por la máquina de ensayo, (Kgf). A = Área de la cara de apoyo del prisma, (cm²). Con respecto a esta área la norma Nch 1938. Of 93 especifica “Cuando el prisma tenga los huecos llenos debe usarse el área bruta calculada; cuando el prisma tenga los huecos vacios debe usarse el área de contacto”.

Debido a que según norma deben confeccionarse como mínimo 5 prismas por solución, la resistencia básica promedio a la compresión se determina de la siguiente manera:

ƒ m` = X - 0.431 ( X 5 – X 1 ) Donde: X : Resistencia promedio a la compresión de los cinco prismas ensayados

X 5 – X 1 : Mayor y menor valor de resistencia a la compresión obtenida en los ensayos.


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5.3.5.2. ENSAYO A CORTE DIAGONAL DE MURETES DE ALBAÑILERÍA. Con el desarrollo del ensayo a corte diagonal de muretes de albañilería, se pretende obtener la carga de agrietamiento máxima a que puede ser expuesto este tipo de muros. Para poder realizar este ensayo se procedió primero al acondicionamiento de una estructura de acero existente en el PTM, la que fue levantada anclando pernos de acero de alta resistencia de 1” de diámetro en un sistema de vigas de reacción que se encuentra en el mencionado lugar, cada uno de los pernos que fueron colocados tiene una resistencia al corte aproximada de 2 toneladas y fue por esta razón y para dar mayor seguridad al sistema que se colocaron un total de 12 pernos, teniendo en consideración que la resistencia mínima exigida a estas probetas es de 6000 Kg. En la parte superior del sistema, se incorporó una serie de barras distribuidoras de carga a la cuales se adosó un pistón de 50 toneladas de capacidad, posteriormente de la misma forma que en el ensayo a compresión se colocó bajo el pistón la celda de carga que cumpliría la función de captar las microdeformaciones sufridas por el murete. Debido a que este tipo de ensayos debe ser realizado mediante cabezales, que son los elementos de acero de color verde que se muestran en la figura 5.f., se procedió a su instalación mediante cables de acero unidos a pistón (cabezal superior) y a la simple ubicación sin ningún tipo de sujeción del cabezal inferior que permitirá el asentamiento del muro. Este tipo de cabezales cumplirán la función de recibir la carga del pistón y transmitirla en dirección diagonal con respecto al murete. De acuerdo a la norma NCh 2123. Of 97, estos cabezales deberán cumplir con las siguientes condiciones.

La longitud r de repartición de la carga aplicada se efectúa a través de cabezales de acero, los cuales deben tener una longitud menor o igual a 15 cm para evitar efectos de confinamiento en el murete; y el ancho de estos cabezales puede ser igual al espesor del murete a ensayar más 25mm.


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Fotografía 5.f. Estructura ensayo a corte diagonal de un murete de albañilería 5.3.5.2.1. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN DE ENSAYO A CORTE. Para la realización del ensayo a corte se llevaron a cabo los pasos que se describen a continuación:

i. Se instala el Data Loger y se conecta a la celda de carga. ii. Se instala el Porta Power y se conecta al pistón. iii. Se limpian las superficies de las placas de apoyo y la superficie del refrentado del

murete. iv. Se aploma el cabezal inferior con el pistón para que el muro quede en un solo eje. v. Se traslada el murete con una traspaleta facilitada en el PTM.


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vi. Se procede a la colocación del murete sobre el cabezal inferior tomando en consideración que la vertical de este debe quedar aplomada con el eje del pistón.

vii. Se coloca sobre la arista superior del murete el cabezal superior de manera de asegurar el no volcamiento.

viii. Se instala la celda de carga sobre el cabezal superior de manera que esta quede alineada con el pistón.

ix. Se alinea el pistón con la celda de carga, la placa de distribución superior y el eje diagonal del murete de manera que éstos coincidan verticalmente, para que la carga se aplique y distribuya uniformemente a través del sistema.

x. Se registra la microdeformación registrada en el Data Loger en el momento justo en que se produzca la ruptura del murete.

xi. El dato de microdeformación se transforma en carga utilizando para ello el mismo grafico de calibración mostrado anteriormente.

xii. Se calcula la carga de ruptura del prisma en Kgf/cm2. 5.3.5.2.2. EXPRESIÓN DE RESULTADOS DE RESISTENCIA AL CORTE. Para llevar la resistencia al corte del elemento ensayado se deben seguir los siguientes pasos: a) Primero se calcula el área bruta de la sección diagonal del murete en cm². b) Luego se determina la resistencia básica de corte como el cuociente entre la carga de

agrietamiento diagonal y el área anterior, expresándola en MPa con una aproximación inferior o igual a 0.01 MPa.

R bc = P/A (Mpa)


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Donde: R bc = Resistencia básica de corte (Mpa) P = Carga máxima aplicada por la máquina de ensayo, (Kgf). A = Área de la diagonal vertical del murete (cm²). 5.3.5.3. ENSAYO TÉRMICO DE PROBETAS DE ALBAÑILERÍA. Para la realización del ensayo de determinación de transmitancia térmica del muro de albañilería, se utilizó la cámara térmica de la Universidad del Bío Bío, ubicada en el Laboratorio de Física de la Construcción. Este método, es utilizado para la determinación experimental de valores de transmisión térmica como, transmitancias superficiales (h), conductividad térmica (c) y transmitancia térmica (U) de probetas representativas de elementos constructivos. 5.3.5.3.1. DESCRIPCIÓN DE LA CÁMARA TÉRMICA. Este elemento de experimentación consta principalmente de tres partes que se describen a continuación. a. Cámara de guarda.

Es aquella en donde en su interior se simula un ambiente caliente. Corresponde a la cámara de mayores dimensiones del elemento y es en esta en donde se encuentra la cámara de medición rodeándola por sus cinco costados, la boca de la cámara tiene 2.19 m en el alto y ancho, y es por esto que estas deben ser la medidas mínimas que deben poseer las muestras


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que se introducirán en ella para que coincidan con la empaquetaduras de apriete colocadas en sus paredes, finalmente su profundidad es de 0.9 m. b. Cámara de medición. Es el elemento que esta contenido dentro de la cámara de guarda y es su abertura la que determina el área de medición, esta área corresponde a 0.815 m de ancho por 1.170 m de alto tomadas entre los ejes de la empaquetadura que corresponden a la boca de la cámara de guarda y tiene un profundidad de 0.56 m. La cámara de medición posee en su parte posterior un tornillo de apriete que asegura junto con la empaquetadura que posee en sus bordes frontales el aislamiento de la zona de medición de posibles alteraciones térmicas que se puedan producir durante el ensayo. c. Cámara fría. Es aquella en donde en su interior se simula un ambiente frió, sus dimensiones son similares a las de la cámara de guarda, salvo en la profundidad que para el caso alcanza los 0.65 m. Es colocada simétricamente respecto a la cámara de guarda, al otro lado de la probeta, de ésta forma la probeta queda ubicada entre la cámara de guarda y la cámara fría. El conjunto de estos elementos descritos anteriormente se distribuye como se muestra en la siguiente figura:


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Figura 5.5 . Disposición de los elementos de la cámara térmica. FUENTE: Especificaciones Generales para la Construcción y Operación de una Cámara Térmica, basada en la Nch 851, Marzo 1986

Fotografía 5.g. Cámara térmica de la Universidad del Bío Bío.

Probeta a ensayar

Cámara fría

Evaporador

Cámara de guarda

Anillo de guarda

Fluido de calor

Ventilador

CalefactorCompresor


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Para asegurar el buen funcionamiento de la cámara esta cuenta con un sistema de aislación que se describe a continuación. a. Cámara de guarda y fría. Sus paredes están formadas por dos capas de contrachapado de 8 mm que llevan en su interior un relleno de lana de fibra de vidrio. El interior de las paredes esta revestido con planchas de poliestireno expandido de 50 mm. b. Cámara de medición. Es también de estructura en placas de contrachapado sobre listones de madera y en su interior, en un espacio de 10 cm esta rellena con lana de fibra de vidrio. En conjunto este sistema posee una resistencia térmica nominal aproximada de 3.2 m2 x h x °C / kcal. c. Protección de las paredes. Con el fin de atenuar el intercambio de calor por radiación, las paredes interiores de la cámara fría así como todas las paredes de la cámara de medición están revestidas con láminas de papel de aluminio. d. Empaquetaduras. La aislación de la cámara se completa con la colocación en los bordes de las cámaras en el lugar de apriete de estas con las muestras a ensayar, de empaquetaduras que aseguren el sello y hermeticidad adecuados, para tal efecto se utiliza espuma de caucho de 20*15 mm de espesor, colocadas de a pares en un ancho de 11.5 cm aproximadamente.


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En general, la cámara que posee la Universidad es similar a la especificada en la Nch 851 of 83, salvo las siguientes consideraciones:

i. Temperaturas superficiales. La Cámara de la Universidad del Bío Bío posee catorce termopares para medir temperaturas en el lado caliente. En el lado frío, hay otros catorce termopares opuestos a los del lado caliente.

ii. Dispositivo para medir el flujo térmico. La cámara térmica de la UBB posee un termopar en la cámara de medición y otro en la cámara de guarda que indican la temperatura ambiente de éstas.

iii. Temperatura del aire. La cámara térmica de la UBB, posee diez termopares a 65 mm de la superficie de la probeta, que mide la temperatura del aire dentro de la cámara de medición. La cámara fría tiene otros diez termopares opuestos a los del lado caliente. Además las cámaras de medición, de guarda y frío poseen cada una un termopar, para conocer su temperatura ambiente a cada instante del ensayo. También existen dos termómetros de mercurio, uno en la cámara de guarda y otro en la fría, visibles a través de ventanas vidriadas.

iv. Ventilador.

La cámara térmica, no tiene anemómetros para medir la velocidad del aire en las caras de la probeta.


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5.3.5.3.2. COLOCACIÓN DEL ANILLO EN LA CÁMARA TÉRMICA. Una vez que se ha construido el muro dentro del anillo, este se procede a asegurar colocando en su lado posterior (el que dará a la cámara fría), listones de 1” * 1” y a sellar mediante silicona por todo el área de contacto entre el muro y el anillo de manera de evitar el posible flujo de aire entre la zona caliente y fría. Una vez terminado el proceso de sellado del muro se procede a la colocación del anillo que contiene el muro al interior de la cámara térmica, entre la cámara de guarda y la cámara fría, colocándolo de tal manera que al cerrar la cámara esta quede perfectamente alineada y sellada, tal como muestra la figura 5.6. Figura 5.6. Alineamiento y cierre de cámara térmica con anillo de guarda visto en planta.

MAL ALINEADO BIEN ALINEADO

CIERRE INCORRECTO CIERRE CORRECTO

CG

CF AG CM

CG

CG CG

CM

CM

CM CF

CF

CF

AG

AG AG


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5.3.5.3.3. DISTRIBUCIÓN DE TERMOCUPLAS. Para realizar la distribución de las termocuplas se consideran como área de medición a ambos lados del muro sometido a ensayo. Para el caso de esta investigación, como se trata de muros de albañilería, las 14 termocuplas de la superficie se distribuirán de acuerdo al % de ladrillo y mortero que exista en cada unidad. Las 10 termocuplas que se ubican en el aire se distribuyen de manera similar, es decir dependerán de la distribución de las termocuplas superficiales. A continuación, mediante el siguiente diagrama se muestra más claramente la forma en que se distribuyen las termocuplas. Figura 5.7. Distribución de termocuplas en el muro de anillo. TERMOCUPLAS EN EL MURO TERMOCUPLAS EN EL AIRE


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Donde: : Termocuplas del ladrillo. : Termocuplas del adhesivo.

1 → 8 : Termocuplas en la superficie del ladrillo.

9 → 16 : Termocuplas en el aire paralela a las del ladrillo.

17 → 20 : Termocuplas en la superficie del mortero.

21 → 24 : Termocuplas en el aire paralelas a las del mortero.

Cada uno de las termocuplas se fijan a la superficie del muro con cinta adhesiva. 5.3.5.3.4. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN DEL ENSAYO TÉRMICO. Una vez terminadas las etapas descritas anteriormente, se encuentra todo listo para dar comienzo a la ejecución del ensayo previo a la verificación de las siguientes partes del equipo:

Fuente eléctrica de tensión estabilizada Resistencias eléctricas Ventiladores Unidad de refrigeración y carga de gas Empaquetadura aislantes Sello de escotillas de las cámaras de guarda y fría Termómetros de mercurio y ampolletas de iluminación Termopares de alambre Unidad de referencia de los termopares Medidor de fuerza electromotriz (milivoltímetro) Termómetro de cámara de medición y fría Tablero de control


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Una vez que se ha verificado el buen funcionamiento se procede a la fijación de las termocuplas como fue descrito anteriormente, para luego cerrar la cámara térmica ajustando las cámaras de guarda y fría fuertemente al anillo de guarda. Posteriormente a esto, se enciende la cámara y se ajustan los siguientes elementos:

El termostato de la cámara de guarda (ambiente caliente). El termostato de la unidad enfriadora (ambiente frío). El voltaje de los calefactores de la cámara de medición.

Así la probeta una vez puesta en marcha la cámara térmica se somete a las siguientes temperaturas:

Temperatura interior 35°C. Temperatura exterior 0°C.

5.3.5.3.5. TOMA DE MEDICIONES EN CÁMARA TÉRMICA. Una vez que la cámara térmica ha sido encendida y se ha logrado el régimen estacionario, que se logra cuando la Termopila arroja un valor aproximado a 0 y las lecturas de la cámara de guarda y de medición son similares, y además las temperaturas de la cámara caliente y fría son respectivamente 35°C y 0°C, se esta en condiciones de empezar con la toma de mediciones. Para efectuar el proceso de toma de mediciones se ocupa una hoja de registro, el cual se comienza llenando con el registro, en los cuadros respectivos de las lecturas de milivolt, voltaje, intensidad de corriente y temperaturas, para luego efectuar las siguientes operaciones:


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i. Se calcula el mv promedio de la termopila (positivo o negativo) y se anota en E. ii. Se anota la constante M = 8.3 (W/mv) del medidor de flujo. iii. Se calcula el flujo de calor en (W) que pasa a través del medidor de flujo y se anota en

MxE. iv. Se calcula el flujo de calor VxI de los calefactores expresado en (W).

v. Se calcula el flujo de calor φ = VxI – MxE que atraviesa el área de medición de la probeta

expresado en (W). vi. Los mv se convierten a medidas de Tº multiplicándolos por la constante C = 25.32 (C/mv).

5.3.5.3.6. EXPRESIÓN DE RESULTADOS DE ENSAYO TÉRMICO. Cada uno de los resultados entregados por el ensayo de la cámara térmica se calculan mediante la utilización de las siguientes formulas:

i. CÁLCULO DE TRANSMITANCIA TÉRMICA (“U”)

U = φ / A (tac – taf) (W / m2ºK)

Donde: φ : ( VxI – MxE ), (Watt), potencia eléctrica disipada (flujo térmico) V : Voltaje promedio I : Intensidad de corriente promedio M : 8.3 (constante de la cámara) E : Promedio de lecturas termopila A : Área de medición ( 0.72 m2) tac : Temperatura promedio del aire lado caliente taf : Temperatura promedio del aire lado frío


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ii. CÁLCULO DE CONDUCTANCIA TÉRMICA (“C”)

C = φ / A (tsc – tsf) (W / m2ºK) donde:

tsc : Temperatura promedio superficial lado caliente tsf : Temperatura promedio superficial lado frío.

iii. CÁLCULO DE TRANSMITANCIA SUPERFICIAL INTERIOR (HI)

hi = φ / A (tac – tsc) (W / m2ºK)

iv. CÁLCULO DE TRANSMITANCIA SUPERFICIAL EXTERIOR (HE)

he = φ / A (tsf – taf) (W / m2ºK) 5.3.5.4. ENSAYO DE ESTANQUIDAD AL AGUA DE UN MURETE DE ALBAÑILERÍA. Para la realización de este ensayo se utilizó la Cámara de Infiltración de la Universidad del Bío Bío, que se encuentra ubicada en el Laboratorio de Física de la Construcción. Este método se utiliza para determinar la clase de estanqueidad agua de fachadas, tal como lo describe la norma Nch 2829 C2002. De esta manera, el ensayo consiste en someter una sección representativa de la fachada a una proyección de agua permanente, capaz de crear una película de agua continua sobre toda la superficie, y simultáneamente a una presión estática de aire gradualmente creciente.


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5.3.5.4.1. DESCRIPCIÓN DE LA CÁMARA DE INFILTRACIÓN. La cámara de infiltración esta construida en planchas de contrachapado de 10 mm y esta dotada de una red neumática e hidráulica y los elementos de control y medición necesarios, donde se producen las sobrepresiones requeridas y que le dan además la estanqueidad necesesaria para que no se produzcan fugas de aire desde su interior cuando esta se encuentra en funcionamiento. Los elementos fundamentales para el funcionamiento correcto de la cámara son:

Un cajón de dimensiones 1.2 x 1.0 m. con un boquete de acción de 0.50x050 m. En este boquete de acción se debe colocar el muro de 0.60x0.60 m. de albañilería de ladrillo cerámico estucado en ambas caras. Se deben colocar gomas en el perímetro del boquete acción para generar la estanqueidad necesaria al momento de desarrollar el ensayo.

Un dispositivo que permita crear una diferencia de presión controlada entre las caras de la probeta de albañilería de ladrillo.

Un dispositivo que permita establecer una variación rápida y controlada de la diferencia de presión en los límites definidos, como lo son las válvulas que regulan el sistema.

Un dispositivo proyector de agua permita aplicar una lámina continua sobre la totalidad de la superficie de la probeta.

Aparatos para medir el caudal de agua proyectada. Un aparato para medir la diferencia de presión entre las dos caras de la probeta

Los elementos mencionados anteriormente se distribuyen como lo muestra el siguiente esquema de montaje experimental:


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Figura 5.8. Esquema de montaje experimental.

Fotografía 5.h. Cámara de infiltración.


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5.3.5.4.2. COLOCACIÓN DEL MURETE EN LA CÁMARA. El proceso de ubicación del murete comienza con la colocación del elemento sobre la traspaleta que posee el PTM, de manera de subir el muro a una altura en la que se pueda colocar sobre el banquillo de ensayo, que es un elemento de madera con ruedas que permite desplazar el murete y colocarlo a la altura necesaria para que quede frente a la ventanilla de ensayo, posteriormente con la ayuda de prensas manuales que se colocan entre una de las paredes de la cámara y un marco de madera con empaquetadura de espuma de caucho que cumple la función de limitar el área de rociado del muro, una vez ubicadas las prensas (cuatro) en cada una de las esquinas del murete se procede a apretar de manera que el murete quede completamente pegado a la ventanilla de ensayo. Posteriormente y una vez apretadas las prensas se procede a sellar el murete y el marco de madera por todos sus contornos con silicona de manera que no se produzcan filtraciones que hagan disminuir la presión dentro de la cámara. Finalmente se colocan plásticos pegados con silicona en los bordes del marco de manera de no se rocíe agua en las zonas exteriores a las delimitadas por el marco, el proceso descrito anteriormente se muestra gráficamente mediante la siguiente fotografía. Fotografía 5.I. Colocación de murete en cámara de infiltración.


tradicionales”


5.3.5.4.3. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN DE ENSAYO DE ESTANQUIDAD AL AGUA. Para la realización del ensayo de estanquidad al agua de un murete de albañilería se llevaron a cabo los siguientes pasos:

i. Apertura de la puerta de la cámara de infiltración. ii. Limpieza general del interior de la cámara. iii. Colocación del murete dentro de la cámara (siguiendo el proceso descrito anteriormente). iv. Ubicación de las boquillas a 150 mm bajo de la línea de juntas horizontales más alta de la

muestra. v. Encendido de el compresor y apertura y regulación de válvulas. vi. Apertura del regulador de caudal de agua y regulación a 120 lt. / m2 min. vii. Revisión de buen funcionamiento de cada una de las boquillas. viii. Cierre de la puerta de la cámara de infiltración. ix. Se comienza a tomar el ensayo a presión atmosférica durante 15 min. x. Se abre la válvula reguladora de presión, y se regula en 50 Pa, manteniéndola así por 5

min. xi. Se comienza a aumentar la presión en la magnitud y tiempo del programa de cargas que

se muestra mas adelante. xii. Se sigue el programa hasta que se produzca la filtración del muro. xiii. Se registra la presión y el tiempo de duración del ensayo hasta el momento en que se

produjo la filtración del murete.


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Tabla 5.a. Programa de cargas para ensayo de estanquidad al agua.

Diferencial de presión entre la cámara y el exterior Pa

Duración, min.

0 15 50 5

100 5 150 5 200 5 300 5 400 5 500 5

Continuar con incrementos de 250 Pa como máximo hasta la presión máxima Pmáx requerida.

5 en cada nivel

El valor de Pmáx se debe especificar y precisar en cada caso dentro de las especificaciones del ensayo.

FUENTE: Anexo N°8 Proyecto Fondef D01I1161. 5.3.5.4.4. EXPRESIÓN DE RESULTADOS DE ENSAYO DE ESTANQUIDAD AL AGUA. El resultado de este ensayo registra la presión limite de estanquidad al agua, que quedara determinado cuando, siguiendo los pasos descritos anteriormente, se produzca la filtración de agua a través del muro desde el interior al exterior de la cámara. Finalmente, se registra la presión en Pa para la cual se produce la infiltración y el momento cuando ésta aparece, con lo que quedará determinado el límite de estanquidad de la fachada (presión correspondiente al nivel inmediatamente inferior al cual se produce la infiltración).


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5.4. RESULTADO DE ENSAYOS REALIZADOS. 5.4.1. RESULTADO DE ENSAYO A COMPRESIÓN DE PRISMAS DE ALBAÑILERÍA. Solución: Prisma de albañilería confeccionado con adhesivo epóxico Sikadur 31 HMG aplicado en 3 mm de espesor promedio en reemplazo de mortero de junta tradicional. Fecha de confección: 02 al 03-11-2003 Fecha de ensayo : 17-12-2003 Tabla de resultados:

N° Probeta

Edad (Días)

Longitud (cm.)

Espesor (cm.)

Micro Deformaciones

µε

Carga de ruptura (Kgf)

Resistencia Compresión

(Mpa) N° 1 15 43,7 14 4430 34530 15,99 N° 2 15 44,9 14 3520 27250 12,62 N° 3 14 44,8 14 4830 38100 17,64 N° 4 14 44,7 14 3816 29950 13,87 N° 5 14 44,9 14 4203 33100 15,32

Promedio 14 44,6 14 4159,8 32586 15,09 Resumen: Resistencia promedio a la compresión X 15,09Resistencia mayor a la compresión X5 17,64Resistencia menor a la compresión X1 12,62Resistencia básica a la compresión (*) fm´ 12,93

(*) ƒ m` = X - 0.431 ( X 5 – X 1 )


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5.4.2. RESULTADOS DE ENSAYO A CORTE DIAGONAL DE UN MURETE DE ALBAÑILERÍA. Solución: Murete de albañilería confeccionado con adhesivo epóxico Sikadur 31 HMG aplicado en 3 mm de espesor promedio en reemplazo de mortero de junta tradicional. Fecha de confección: 12 al 15-12-2003 Fecha de ensayo : 30-12-2003 Tabla de resultados:

Probeta Edad Prisma Días

Diagonal (cm.)

Altura (cm.) Espesor

(cm.)

Micro Def. µε

Carga Ruptura (Kgf.)

Resistencia a corte (Mpa.)

N° 1 17 95,5 65,7 14 1850 14510 1,12 N° 2 16 95,5 65,6 14 1600 11650 0,90 N° 3 15 95 66 14 2080 15750 1,21 N° 4 15 95 66 14 2370 18210 1,39 N° 5 14 96,2 66 14 1840 14500 1,11

Promedio 12 95,44 65,86 14 1948 14924 1,14 Resumen: Longitud diagonal promedio del murete cm. 95,44 Espesor promedio del murete cm. 14 Sección diagonal promedio del murete cm2. 1303,96 Carga promedio de ruptura Kgf. 14924 Resistencia básica al corte (*) MPa 1,14

(*) R bc = P/A Mpa.


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5.4.3. RESULTADO DE ENSAYO TÉRMICO. Solución: Muro de albañilería confeccionado con adhesivo epóxico Sikadur 31 HMG aplicado en 3 mm de espesor promedio en reemplazo de mortero de junta tradicional. Fecha de construcción del muro: 12-12-2003 Tabla de resultados:

TRANSMITANCIA CONDUCTANCIA T. SUPERFICIAL

INTERIOR T. SUPERFICIAL

EXTERIOR Nº MEDICIÓN DIA HORA

U (W/M2ºC) C (W/M2ºC) HI (W/M2ºC) He (W/M2ºC) 1 26-12-03 10°° 1,60 2,36 9,23 10,54 2 26-12-03 12°° 1,63 2,37 9,23 11,81 3 26-12-03 14°° 1,65 2,43 9,33 11,30 4 26-12-03 16°° 1,63 2,38 9,31 11,46 5 26-12-03 18°° 1,65 2,43 9,09 12,01 6 04-10-03 14°° 1,62 2,40 9,12 10,93 7 04-10-03 16°° 1,62 2,40 9,19 10,99 8 04-10-03 18°° 1,64 2,42 9,25 11,41 9 05-10-03 10°° 1,65 2,45 9,19 11,28 10 05-10-03 12°° 1,63 2,40 9,15 11,43

PROMEDIOS 1,63 2,40 9,21 11,32 Mediciones más próximas al promedio9:

MEDICIÓN Nº DIA HORA TRASMITANCIA

U (W/M2ºC) CONDUCTANCIA C (W/M2ºC)

T. SUPERF.INT. HI (W/M2ºC)

T. SUPERF. EXT. He (W/M2ºC)

2 26-12-03 12°° 1.63 2.37 9.23 11.81 4 26-12-03 16°° 1.63 2.39-8 9.31 11.46 10 05-10-03 12°° 1.63 2.4 9.15 11.43

9 La totalidad de los registros de mediciones que entregó la cámara térmica se adjuntan en el Anexo F


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5.4.4. RESULTADO ENSAYO HÍDRICO. Solución: Murete de albañilería confeccionado con adhesivo epóxico Sikadur 31 HMG aplicado en 3 mm de espesor promedio en reemplazo de mortero de junta tradicional. Fecha de confección: 7-12-2003 Fecha de ensayo : 22-12-2003 Tabla de resultado:

Etapa Período (Min.) Caudal (lts/hr) Presión (Pa) Observaciones 1 15 95 0 No paso agua 2 5 95 50 No paso agua 3 5 95 100 No paso agua 4 5 95 150 No paso agua 5 5 95 200 No paso agua 6 5 95 300 No paso agua 7 5 95 400 No paso agua 8 5 95 500 No paso agua 9 5 95 600 No paso agua 10 5 95 700 Paso agua 11 5 95 >1500 -

5.5. ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS. 5.5.1. RESISTENCIA AL CORTE DIAGONAL DE MURETES DE ALBAÑILERÍA. El siguiente grafico muestra los resultados obtenidos en el ensayo de corte diagonal realizado a muretes de albañilería confeccionados con ladrillos TRE y Adhesivo epóxico Sikadur 31 HMG en reemplazo del mortero de junta tradicional, visto desde el punto de vista de


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albañilería armada y confinada y comparado con las exigencias de normas, el promedio de este tipo de muros y con muretes construidos con mortero en espesor de 5 mm10. Grafico N° 1 Análisis de Muretes de albañilería a corte diagonal desde el punto de vista de albañilería armada y confinada.

0,6

1,6

1,14 1,11

0,4

1,6

1,14 1,11

00,20,40,60,8

11,21,41,6

Resis

tencia

MPa

.

Alb. Arm. Alb. Conf.

Aplicación De Muros

Resistencia a Corte Diagonal de Muretes

Norma Prom.20 y 15 mm. Sikadur 31 Mortero 5 mm

De lo observado en el grafico N°1 se aprecia de manera fácil que los muretes confeccionados con Sikadur 31 HMG, cumplen fácilmente los requerimientos impuestos por la norma Nch 1938. Of 93 y NCh 2123. Of 97 para albañilerías armada y confinada respectivamente, para este tipo de ensayo, realizando un análisis más puntual podemos decir además:

10 Estos últimos dos datos se obtuvieron de la investigación de Cristian Castro Cea “Influencia del Mortero de Pega en el Comportamiento Térmico y Mecánico de las Albañilerías de Ladrillo Cerámico Hechos a Máquina”


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El murete construido con Sikadur 31 HMG posee una resistencia al corte promedio de 1.14 MPa, es decir, un 90% mayor que la resistencia básica exigida por norma para albañilerías confinadas.

La resistencia a corte diagonal del murete es un 185% mayor que la resistencia básica exigida por la norma para albañilerías confinadas.

La resistencia promedio de murete construido con Sikadur 31 HMG es un 28.75% menor que la resistencia del promedio de los muros de albañilería construidos con mortero de cemento en 20 y 15 mm de espesor.

La resistencia promedio de murete construido con Sikadur 31 HMG es un 3% mayor que la resistencia promedio de un murete de albañilería construido con mortero de cemento en espesores de 5 mm.

Cabe mencionar que la totalidad de las probetas ensayadas falló netamente al corte, no observándose durante la realización del ensayo a las cinco probetas, fallas de adherencia de los ladrillos con el Sikadur 31 HMG. Es necesario mencionar también, que a pesar de tener el producto ensayado un resistencia considerablemente mayor al mortero de junta, este presenta un valor menor al promedio de los muros construidos con mortero, esto se debe básicamente, a que para el caso del mortero, los huecos de los ladrillo son llenados en mas o menos un 70% por este material, lo que genera una mayor continuidad interna del muro y por ello una mejor trabazón, sin embargo la mayor resistencia y condiciones de adherencia del producto utilizado en la investigación, se ven reflejados claramente si lo comparamos con el murete de cinco mm. de espesor en sus canterías, en donde a pesar de llenar igualmente los huecos del ladrillo, sus resistencias resultan menores a las de los muretes investigados.


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A continuación, se observa mediante las siguientes imágenes lo expresado anteriormente: Fotografía 5j. Falla de muretes ensayados a corte diagonal.


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5.5.2. RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE PRISMAS DE ALBAÑILERÍA. El siguiente grafico muestra los resultados que se obtuvieron en la realización del ensayo a compresión de prismas de albañilería confeccionados con adhesivo Sikadur 31 HMG en reemplazo de mortero de cemento, analizado desde el punto de vista de albañilería armada y confinada y comparado con las exigencias de normas, el promedio de este tipo de muros y con muretes construidos con mortero en espesor de 5 mm11. Grafico N°2 Análisis de Prismas de albañilería a compresión desde el punto de vista de albañilería armada y confinada.

11 11,212,93

9,8

7

11,212,93

9,8

02468

101214

Resis

tencia

MPa

.

Alb. Arm. Alb. Conf.Aplicación de Muros

Resistencia a Compresión de Prismas

Norma Prom.20 y 15 mm. Sikadur 31 Mortero 5 mm

11 Estos últimos dos datos se obtuvieron de la investigación de Cristian Castro Cea “Influencia del Mortero de Pega en el Comportamiento Térmico y Mecánico de las Albañilerías de Ladrillo Cerámico Hechos a Máquina”


tradicionales”


De lo observado en el grafico N°2, se aprecia de manera fácil que los prismas de albañilería confeccionados con Sikadur 31 HMG, cumplen fácilmente los requerimientos impuestos por la norma Nch 1928. Of 93 y NCh 2123. Of 97 para albañilerías armada y confinada respectivamente, para este tipo de ensayo, realizando un análisis más puntual podemos decir además:

El Prisma construido con Sikadur 31 HMG posee una resistencia a la compresión promedio de 12.93 MPa, es decir, un 17.5 % mayor a los 11 MPa que es la resistencia básica exigida por norma para albañilerías confinadas.

La resistencia a compresión del prisma es un 84.7 % mayor a los 7 MPa que es la resistencia básica exigida por la norma para albañilerías confinadas.

La resistencia promedio del prisma construido con Sikadur 31 HMG es un 15.45 % mayor que la resistencia del promedio de los muros de albañilería construidos con mortero de cemento en 20 y 15 mm de espesor.

La resistencia promedio del prisma construido con Sikadur 31 HMG es un 32 % mayor que la resistencia promedio de un prisma de albañilería construido con mortero de cemento en espesores de 5 mm.

Del análisis de los resultados y del procedimiento del ensayo ejecutado a los prismas de albañilería de ladrillo, se puede señalar que el agrietamiento y ruptura total producida, muestra que el ladrillo así como el adhesivo, actuaron monolíticamente, verificándose que la falla se produjo simultáneamente en ambos materiales, siguiendo a su vez la mencionada falla un trazado lineal y por lo general en sentido vertical. Además, se puede explicar el mayor valor de resistencia, de estos prismas comparada con los prismas construidos con mortero por las siguientes razones:


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i. Los prismas construidos con mortero de cemento se consideran de huecos rellenos, es por esto que para el cálculo de resistencia prismática se considera el área bruta del prisma, es decir 406 cm2, área considerablemente mayor a los 216 cm2, que se utilizaron en el cálculo de la resistencias de los prismas estudiados en la presente investigación, así, como la resistencia prismática es resultado de cuociente entre carga y área los valores resultarán mayores a pesar que la carga aplicada sea un poco menor.

ii. La resistencia a compresión del adhesivo epóxico utilizado es notoriamente mayor que el mortero de pega, es así que en los valores de compresión para los prismas la resistencia se asemeja bastante a la resistencia del ladrillo, razón por la que podríamos decir que es el ladrillo el que falla e induce, debido a la fuerte adherencia que se produce, a la falla del adhesivo.

Se observó también durante la ejecución de los ensayos, que en particular dos de las cinco probetas, en el momento en que el pistón comprimía el muro, al instante justo en que el muro fallaba, este literalmente explotaba, lo que no permitió verificar el sentido de las grietas para estos dos casos en particular. Este fenómeno, puede explicarse por los siguientes factores:

i. Al colocar adhesivo solamente en los sectores sólidos del ladrillo, se generan dentro de el cámaras de aire que producen separación del muro como conjunto, haciéndose mas pronunciado este fenómeno en el sentido longitudinal del prisma, lo que produce en el prisma un plano de falla ya que genera dos muros mas esbeltos que el original y por ende mas susceptible al pandeo cuando se aplica la carga, por ello el muro tiende a separarse y se produce una falla de corte en el sector de las cámaras de aire que se forman.

ii. Este fenómeno es producido claramente por las cámaras de aire que se generan al no rellenar los huecos del ladrillo, por lo que se producen primero grietas internas en estos sectores para luego provocar el colapso completo del muro.


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A continuación, se muestra más claramente el análisis mediante las siguientes imágenes: Fotografías 5.k. Fallas de prismas ensayados a compresión.


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5.5.3. ENSAYO TÉRMICO. La propuesta extraoficial de la segunda reglamentación térmica, desarrollada por el Instituto de la Construcción, entrega rangos de posibles valores que podría tomar la transmitancia térmica (U) para las distintas zonas climáticas del país, y es con respecto a estos valores que se harán los análisis y comparaciones de los resultados obtenidos. En la siguiente tabla se entregan dichos valores, además de los resultados que se obtuvieron en la investigación y un grafico de comparación de estos, con los de un muro construido con mortero de cemento en 15 mm.12: Tabla 5.b. Proposición de reglamentación térmica para muros perimetrales v/s valor de transmitancia térmica de muro de albañilería con Sikadur 31 HMG

Localidad Muro

Representativa Opción A Opción B Valor Promedio Valor Sikadur 31

U Rt U Rt U Rt U Rt

Zona

W/m2K m2K/W W/m2K m2K/W W/m2K m2K/W W/m2K m2K/W

1 Arica, Antofagasta 4,3 0,23 4 0,25 4,15 0,24 1,63 0,61

2 Ovalle, Valparaíso 3,1 0,33 1,8 0,56 2,45 0,45 1,63 0,61

3 Providencia,

Ñuñoa 2,1 0,48 1,5 0,67

1,8 0,58 1,63 0,61

4 Concepción, Talcahuano 1,9 0,53 1,3 0,77 1,6 0,65 1,63 0,61

5 Temuco, Victoria 1,8 0,63 1,1 0,91 1,45 0,77 1,63 0,61

6 Pto.Montt, Ancud 1,3 0,83 1,1 0,91 1,2 0,87 1,63 0,61

7 Pta Arenas, Aisén 0,8 1,25 0,6 1,67 0,7 1,46 1,63 0,61 Fuente: Instituto de la Construcción.

12 Este último dato se obtuvo de la investigación de Cristian Castro Cea “Influencia del Mortero de Pega en el Comportamiento Térmico y Mecánico de las Albañilerías de Ladrillo Cerámico Hechos a Máquina”


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Grafico N°3. Comparación de valores obtenidos con posible reglamentación y muro de albañilería de referencia

Valores de Transmitancia Sikadur 31 v/s Norma

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

5

Arica, Antofagasta

Ovalle, Valparaíso

Providencia, Ñuñoa

Concepción, Talcahuano

Temuco, Victoria

Pto.Montt, Ancud

Pta Arenas, Aisén

Zonas

Valo

res U

W/m

2K

Opción A Opción B Valor PromedioValor Sikadur 31 Valor Mortero 15mm

Se observa de la tabla y grafico anteriores, que la solución de un muro de albañilería construido con Sikadur 31 HMG calificaría (si tomamos como referencia el promedio de la reglamentación) para las zonas geográficas desde Concepción, Talcahuano hacia el norte del país, pudiéndose mezclar esta solución con otros sistemas de refuerzo térmico para que califique en las zonas restantes.


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Se puede mencionar además, que el muro investigado mejora en un 26 % al muro de albañilería confeccionado con mortero de cemento en espesor de 15 mm, demostrando que al disminuir el área de adhesivo utilizado se disminuye el flujo de calor y por ello también la transmitancia térmica de los muros, lo que queda mas claro si analizamos la siguiente tabla de la investigación de Cristian Castro Cea “Influencia del Mortero de Pega en el Comportamiento Térmico y Mecánico de las Albañilerías de Ladrillo Cerámico Hechos a Máquina” en que a medida que disminuye el espesor del mortero disminuye la transmitancia de los muros: Tabla 5.c. Relación área de adhesivo con transmitancia térmica.

ESPESOR MORTERO

Mm

ÁREA DE MORTERO POR M2 DE

ALBAÑILERÍA (%)

DISMINUCIÓN DE ÁREA DE MORTERO POR M2 DE

ALBAÑILERÍA (%)

TRANSMITANCIA TÉRMICA

U (W / m2 ° C)

DISMINUCIÓN U (W / m2 ° C)

(%)

20 27 0 2.40 0 15 21 6 2.20 8.3 10 15 12 2.07 13.8 5 9 18 1.90 20.8

3mm Sikadur 31 5.4 21.4 1.63 32.1

Fuente: [Castro, 2002] 5.5.4. ENSAYO DE ESTANQUIDAD AL AGUA. Para el análisis de la prueba de estanquidad al agua se establecerá una comparación con el catastro efectuado en el Proyecto Fondef D01I1161 desarrollado por la Universidad del Bío Bío graficado a través de la siguiente tabla:


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Tabla 5.d. Estanquidad al agua de muros de albañilería: límites de estanquidad.

Nº Tipo de Probeta Ensayada Tiempo de duración

Límite Estanquidad (Pa)

1 Albañilería de ladrillo Sansón 3min 0 2 Albañilería de ladrillo TRE. 22min 100 3 Albañilería de ladrillo GTRE 6.5min. 0 4 Albañilería de ladrillo ETRE 3.5min. 0 5 Albañilería de ladrillo TEA 25min. 100 6 Albañilería de ladrillo Santiago 7 2.5min. 0 7 Albañilería de ladrillo Santiago 9 15min. 0 8 Albañilería de ladrillo Santiago 11 5.5min. 0 9 Albañilería de ladrillo Santiago 14 2min. 0 10 Albañilería de ladrillo fiscal 4 0

Fuente: Anexo N°8 Proyecto Fondef D01I1161

Tabla 5.e. Resultado Murete de albañilería con Sikadur 31 HMG

Nota: los valores fueron calculados de acuerdo a la tabla 5.a entregada anteriormente Las tablas anteriores, y comparando el murete de albañilería con Sikadur 31 HMG con el murete N°2 de la tabla 5.d. se demuestra claramente que la solución planteada en la presente investigación, mejora considerablemente las condiciones de estanquidad de una fachada, pasando de resistir 22 min hasta 100 Pa, llegando a 58 min hasta 700 Pa como limite de estanquidad.

N° Probeta

Tipo Probeta Tiempo de duración

(min.). Limite de

estanquidad (Pa).

1 Albañilería de ladrillo TRE con

Adhesivo Sikadur 31 HMG 58 700


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Podemos mencionar además, que en el país no se han establecido todavía límites de estanquidad al agua de fachadas por zonas climáticas, materia en la cual se trabaja actualmente en el Comité. F.6.31.1.: “Estanquidad al Agua” del Instituto Nacional de Normalización INN”.

No obstante, la experiencia realizada por el mismo proyecto citado anteriormente y observaciones “in-situ” realizadas a la fecha señalan que, en principio, como límite de estanquidad aceptable debería considerarse aproximadamente 500 Pa y tiempo de exposición 1 hora a la solicitación hídrica que establece el método. En consideración a esto podemos decir además que el muro ensayado estaría dentro de los límites de estanquidad estimados. La forma en que fallo el murete se aprecia claramente en la siguiente fotografía:

Fotografía 5.l. Falla de muro sometido a prueba de estanquidad al agua 5.6. ANÁLISIS DE COSTOS Y PROCESO CONSTRUCTIVO. Con el objetivo de visualizar de mejor forma el costo de este sistema constructivo, se desarrollo el siguiente análisis de precios unitarios:


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Tabla 5.f. Análisis de Precio Unitario de albañilería de ladrillo con Sikadur 31 HMG.

ANÁLISIS DE COSTOS UNITARIOS OBRA: Seminario II PARTIDA: Albañilería de ladrillo con Sikadur 31 HMG CANTIDAD DE OBRA: 1 UNIDAD: m2

A. Materiales Recurso Unidad Cantidad Precio Total Ladriilo TRE Unidad 46 95 4.323 Sikadur 31 HMG Kg 7 3.650 25.550 TOTAL A 29.873 Unitario A 29.873

B. Mano de Obra Recurso Unidad Cantidad Precio Total

Maestro Albañil + Ayudante día 0.05 17.000 850

Sub. Total B 850 45%Leyes Sociales 383 TOTAL B 1.233 Unitario B 1.233 Total Costo Directo(A+B) 31.106 Total Costo Unitario Directo 31.106

Nota: La totalidad de los precios de la tabla anterior estan sin considerar IVA.

De la tabla anterior y tomando como referencia un precio de albañilería confinada, fabricada con mortero de cemento, que se obtuvo de catálogos y consultas a profesionales, de 10.250 $/m2, resulta fácil concluir que el sistema resulta mucho mas caro, aumentando su valor por metro cuadrado en un 303% respecto a la albañilería tradicional, lo que lo transforma en un sistema inaplicable para la realidad de la construcción actual. Esto es explicable si consideramos


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el alto valor que alcanza el Sikadur 31 HMG y la gran incidencia que representa este producto dentro en la conformación de una albañilería, alcanzando un 82% del costo total. En cuanto al proceso constructivo, este puede especificar técnicamente a través de la siguiente secuencia:

i. Nivelación de la superficie en donde se emplazará el muro. ii. Trazado de muro, indicando en el la presencia de ventanas, puertas o algún otro detalle. iii. Confección de escantillones a ambos lados del muro a fabricar. iv. Trazado de cada una de las hiladas en los escantillones. v. Limpieza superficial mediante brocha o escobillón de la superficie que recibirá la primera

hilada, la limpieza debe ser totalmente en seco. vi. Preparación del producto, Sikadur 31 HMG, preferentemente en cantidades pequeñas, que

puedan ser aplicadas en un tiempo menor a 30 minutos. vii. Tensar la lienza a la altura de la primera hilada. viii. Colocación mediante espátula o llana lisa el producto sobre la superficie que recibirá el

muro en espesor especificado. Si por motivos de altura de muro, se requiere la colocación de un espesor mayor al especificado para las canterías del muro, se puede reemplazar el adhesivo epóxico por mortero de cemento en la primera hilada, ahorrando una cantidad significativa de material.

ix. Limpiar mediante brocha o escobillón los ladrillos que conformarán la primera hilada. Se debe tener estricto cuidado en que los ladrillos que serán colocados no tengan presencia de humedad superficial, factor que disminuirá la adherencia entre estos y el adhesivo.

x. Asentar la primera hilada de ladrillos de la forma convencional guiándose con la lienza para asegurar la horizontalidad del muro. Es recomendable esperar algún tiempo después de aplicado el adhesivo de manera que este alcance una consistencia adecuada, y así, no se produzca escurrimiento del producto al asentar el ladrillo.


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xi. Preparación de mezcla para la colocación de la segunda hilada. xii. Colocación de la mezcla de Sikadur 31 HMG sobre la primera hilada utilizando para ello

espátula o llana lisa metálica. La colocación del producto se realiza solamente sobre el área de contacto entre ladrillos, es decir, sobre la arcilla de este, evitando el esparcimiento de producto sobre los huecos de manera de evitar perdida de material.

xiii. Asentar la segunda hilada de ladrillos de la misma forma que la primera, poniendo especial cuidado ahora en la verticalidad (plomada) del muro.

xiv. Se debe seguir la secuencia anterior hasta llegar a la altura especificada para cada tipo de muro, teniendo cada uno de los cuidados que se mencionaron anteriormente.

xv. A diferencia de la albañilería tradicional, para este sistema no existe restricción de cantidad de hiladas diarias, esto debido al rápido secado del producto, aún así es recomendable que los muros no sean sometidos a ningún tipo de solicitaciones por un periodo no menor a dos horas.

xvi. Finalmente no es necesario ningún tipo de curado para estos muros, pudiendo ser solicitados a máxima capacidad (siendo conservadores) a los dos días de su fabricación.

De acuerdo a lo descrito anteriormente, el proceso constructivo de una albañilería con Sikadur 31 HMG no varía demasiado al de una albañilería tradicional, y siguiendo cada una de las recomendaciones dictadas anteriormente, se obtendrán los resultados que se entregaran en el presente documento, en cuanto al tiempo de fabricación, para un maestro albañil mas un ayudante, se podria alcanzar un rendimiento de 20 m2/día, esto de acuerdo a cálculos realizados durante la ejecución de los muretes y prismas que se ensayaron durante la etapa experimental, si comparamos esto con los 15 a 20 m2/día que tiene como rendimiento aproximado la misma cantidad de personas trabajando en albañilería tradicional con mortero de junta, podríamos decir que en cuanto a rendimientos este no presenta mayores diferencias y que con el tiempo, optimizando los procesos, podrían sobrepasar fácilmente a los de las albañilerías tradicionales.


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El único problema que se presento durante la fabricación de muretes y prismas, fue resultado básicamente de la diferencias en las medidas de un ladrillo comparado con otro, ya que en contraste con la información entregada por industrias princesa, que indicaba un diferencia máxima de medidas de 2 mm, se encontraron ladrillos con hasta 6 mm de diferencia en sus medidas con respecto a las de catalogo, por lo que fue necesario medir cada uno de los ladrillos que se utilizaron, ya que con diferencias tan grandes y al trabajar con espesores de 3 mm se hacia imposible lograr horizontalidad en los muros fabricados.


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CONCLUSIONES Y COMENTARIOS. El presente estudio contempló básicamente, el reemplazo del mortero de junta de albañilerías tradicionales, por el adhesivo epóxico Sikadur 31 HMG, significando esto, además del cambio de material, una considerable reducción en los espesores de adhesivo utilizado en este sistema constructivo, tomando como referencia la albañilería de ladrillo cerámico con espesores de mortero de 2 y 1,5 mm, con dosificación volumétrica en proporción 1:3. Del estudio experimental de 12 prismas, muretes y probetas de albañilería, se puede concluir de la inclusión de Sikadur 31 HMG, aplicado en espesores de 3 mm, en reemplazo del mortero de junta, que las resistencias mecánicas se ven afectadas positivamente, que las propiedades hídricas se ven reforzadas de acuerdo a datos anteriores y que térmicamente se obtienen resultados satisfactorios, que permiten acercarnos mas a la nueva reglamentación térmica que próximamente entrará en vigencia, es decir, se logro el cumplimiento de la hipótesis y objetivos planteados anteriormente. De acuerdo a lo anterior, se puede precisar, que el valor que se obtuvo en el ensayo a corte diagonal (1.14 MPa.), deja al sistema constructivo dentro de las exigencias normativas tanto para albañilerías armada como confinada, alcanzando un 90 y 185% de aumento respectivamente, sin embargo disminuye en un 28.75% si lo comparamos con un muro de albañilería tradicional promedio con mortero de cemento en espesores de 20 y 15 mm, la mejora estructural se refleja si se compara con un muro de albañilería con espesores de mortero de 5 mm, en el que, a pesar de que es un espesor mayor al utilizado con Sikadur 31 HMG, su resistencia es un 3% menor. En cuanto al valor que se obtuvo en el ensayo a compresión (12.93 MPa.), se puede concluir que supera en un 17.5 y 84.7% a las exigencias normativas impuestas para albañilerías armadas y confinadas respectivamente, además de superar en un 15.45 y 32% a un muro de albañilería promedio y uno con mortero de 5mm respectivamente, explicado esto


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por la mayor resistencia a compresión que presenta el producto comparado con el mortero de cemento. En cuanto al comportamiento hídrico, se observo una mejora de acuerdo a experiencias realizadas anteriormente obteniendo resultados de un tiempo de 58 minutos con una presión límite de estanquidad de 700 Pa, lo que a juicio de estimaciones y experiencias (ya que no existe actualmente normativa que la regule), se considera un valor aceptable. Térmicamente, los resultados alcanzan 1.63 W/m2K, valor que representa una mejora de 26% si lo comparamos con un muro de albañilería con mortero de junta en espesores de 1.5 cm, lo que además dejaría a este tipo de sistema constructivo en el límite del valor promedio para la IV zona (Concepción, Talcahuano), de acuerdo a la estimación de lo que será la nueva propuesta de la reglamentación térmica que entrará en vigencia próximamente. Este sistema puede ser mejorado realizando la incorporación de refuerzos térmicos a los muros, con lo que podría quedar dentro de los parámetros de esta nueva reglamentación para el país completo. Además de lo anterior, se genera dentro del muro, una reducción del área de adhesivo de un 12%, comparado con el mismo espesor de mortero utilizado anteriormente, lo que comprueba que el mortero de junta genera un puente térmico por donde se produce el mayor traspaso de calor, que se reduce mediante la aplicación de un adhesivo en espesores pequeños. Finalmente y a pesar de que la totalidad de los valores entregados anteriormente, posicionan a este sistema constructivo como uno de los mejores estudiados hasta este momento, principalmente por sus valores de transmitancia térmica, después de realizar un análisis de costos, nos damos cuenta que es imposible aplicar este sistema constructivo en las condiciones actuales, ya que significaría un incremento de 303% al valor actual de las albañilerías, sin embargo y tomando en cuenta las palabras de Manuel Fernández Canovas “Todos los inconvenientes relacionados con la utilización de las resinas epóxi, van desapareciendo al


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estudiar formulaciones especiales para cada uso y técnicas de aplicación mas adecuadas.”, se puede estudiar nuevas formulaciones que permitan el abaratamiento del precio final del producto y también, analizar la posible incorporación de algún tipo de filler que produzca una disminución en los costos del material, permitiendo alcanzar valores para el producto mas competitivos y próximos a los de uso tradicional, pero sin embargo, que incorpore las mejoras térmicas que acarrea su utilización.


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BIBLIOGRAFÍA

[Campos, 2002] Luis Alberto Campos Gonzáles. Tesis Para Optar al Grado de Licenciado en Ciencias de la Construcción “Caracterización De Propiedades Térmicas E Hídricas De Ladrillos Cerámicos Locales”. Universidad del Bío Bío, Concepción, 2002.

[Castro, 2002] Cristian Paul Castro Cea Tesis Para Optar al Grado de Licenciado en Ciencias de la Construcción “Influencia del Mortero de Pega en el Comportamiento Térmico y Mecánico de las Albañilerías de Ladrillo Cerámico Hechos a Máquina” Universidad del Bío Bío, Concepción, 2002

[Fernández, 1981] Fernández Canovas, Manuel Resinas Epóxi en la Construcción Instituto Eduardo Torroja de la Construcción y del Cemento, España. 1981

[Nch 849, 1982] Instituto Nacional de normalización. Norma Chilena Oficial. Nch 849 of.82/ Transmisión Térmica – Terminología.

[Nch 851, 1983] Instituto Nacional de normalización. Norma Chilena Oficial. Nch 851 of.83/ determinación de los coeficientes térmicos a través del ensayo de la cámara térmica. [Nch 850, 1983] Instituto Nacional de normalización. Norma Chilena Oficial. Nch 850 of.83/ Aislación Térmica – Método para la determinación de la Conductividad Térmica en estado estacionario por medio del Anillo de Guarda.


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[Nch 853, 1991] Instituto Nacional de normalización. Norma Chilena Oficial. Nch 853 of. 91/ Acondicionamiento Ambiental Térmico – Envolvente térmica de edificios – Calculo de Resistencia y Transmitancia.

[Nch 169, 2001] Instituto Nacional de normalización. Norma Chilena Oficial. Nch 169 of.2001/ Ladrillo cerámico. Clasificación y requisitos. [Nch 167, 2001] Instituto Nacional de normalización. Norma Chilena Oficial. Nch 167 of2001/ Ensayos a Ladrillos cerámicos. [Nch 1928, 1993] Instituto Nacional de normalización. Norma Chilena Oficial. Nch 1928 of.93/ Albañilería armada – Requisitos para diseño y calculo.

[Nch 2123, 1997] Instituto Nacional de normalización. Norma Chilena Oficial. Nch 2123 of.97/ Albañilería confinada – Requisitos de diseño y calculo [Kreith, 1970] Kreith, Frank. Principios de transferencia de calor. Herrero hermanos, sucesores S.A. 1ª Edición, México, 1970. [McAdams, 1964] McAdams, William H. Transmisión de calor McGraw-Hill, 3° edición, New York, 1964.


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[Princesa, 2003] Princesa M.R. Catalogo de productos Industrias Princesa, 2003.

[Ibermutuamur, 1999] Publicación Institucional de Ibermutuamur, Revista Bip N° 20, pag, 40-48. Seguridad Laboral “Riesgos en el empleo de resinas epóxi” Alicante España, 1999.

[Sika, 2003] Sika Chile S.A. Catalogo de productos Sika 2003

[Zabaleta, 1989] Zabaleta G., Hernán etal: “Manual del mortero”. Instituto Chileno del Cemento y Hormigón. Santiago, 1989.


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GLOSARIO Adhesión Grado de fijación entre una capa y el material subyacente con que

esta en contacto.

Calor Energía térmica desarrollada en la combustión. Se propaga por radiación, conducción y convección.

Conducción Es el proceso de transferencia de calor que proviene de la diferencia de temperatura entre partes adyacentes de un cuerpo o entre dos cuerpos que se encuentran en contacto directo.

Conductividad térmica Capacidad de un material para conducir el calor. Los materiales de baja conductividad en general son malos conductores.

Convección Mecanismo de transmisión de calor que tiene un fluido, cuando una parte de este se mezcla con otra debido a los movimientos de masa del mismo.

Endurecedor Componente de la formulación epóxica que permite su endurecimiento. Existe una gran variedad, dependiendo de la utilización de la formulación.

Estado Higrométrico Clasificación de los materiales de acuerdo al contenido de humedad que poseen (se aplica generalmente a los áridos).


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Filler Árido fino generalmente Sílice o Cuarzo que se incorpora a la formulación epóxica para abaratarlas o mejorar algunas propiedades.

Formulación epóxica Es el conjunto de resina epóxica y los productos con los que ha de reaccionar para endurecer.

Materiales Elementos simples o compuestos que conforman y entran en la edificación de una obra.

Pot Life Periodo durante el cual la resina es manejable, que puede variar en un amplio intervalo, dependiendo de la formulación que se utilice.

Radiación Propagación de calor a través del espacio debido a la emisión de ondas electromagnéticas por un cuerpo causada por la excitación térmica de sus moléculas.

Resina epóxica Sustancia sólida insoluble en agua y que se obtiene a partir de la destilación del petróleo.


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“ANEXOS”


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ANEXO A “FOTOS ENSAYO DE CÁMARA

TÉRMICA”


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Fotos a.3 – a.4 Probeta de ensayo (Muro) terminada.

Fotos a.1 – a.2 Construcción de probeta


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Foto a.5 –Colocación de termocuplas sobre el muro

Fotos a.6 – a.7 Instrumentos de medición, cámara térmica cerrada.


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ANEXO B “FOTOS ENSAYO DE COMPRESIÓN”


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Fotos b.1 – b.2 Confección de prismas, prismas terminados

Fotos b.3 – b.4 Refrentado de prismas


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Foto b.5 – b.6 Acondicionamiento de estructura de ensayo y elemento listo para realizar el ensayo

Foto b.7 – b.8 Prisma antes de ensayo y ruptura por falla típica


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ANEXO C “FOTOS ENSAYO DE CORTE

DIAGONAL”


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Fotos c.1 – c.2 Corte de ladrillos para confección, confección de muretes.

Fotos c.3 – c.4 Muretes terminados y refrentados


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Foto c.5 Muro montado en estructura para ser ensayado

Foto c.6 Muro después de realizado el ensayo


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Fotos c.7 – c.8 Falla típica de muretes ensayados


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ANEXO D “FOTOS ENSAYO DE ESTANQUIDAD

AL AGUA”


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Fotos d.2 – d.3 Cámara de infiltración e instrumentos de medición

Foto d.1 Fabricación del murete


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Fotos d.4 – d.5 Murete al comienzo del ensayo y falla del murete

Foto d.6 Falla por infiltración de murete de albañilería


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ANEXO E “CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE

SIKADUR PAV”


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ANEXO F “REGISTRO DE MEDICIONES

ENSAYO DE CÁMARA TÉRMICA

Analisis y Evaluacion de Resinas Epoxicas en Reemplazo de 5

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