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Navas, A. & Arrieta, G. 1

X Seminario de Ingeniería Estructural y Sísmica San José, Costa Rica – Septiembre 2009

EVALUACIÓN TÉCNICA DE LA INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE

HUMEDAD DE LOS BLOQUES DE CONCRETO SOBRE LA

RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE LA MAMPOSTERÍA

Ing. Alejandro Navas Carro, MSc1 e Ing. Gloriana Arrieta Martínez2

RESUMEN En esta investigación se utilizaron diferentes contenidos de humedad de los bloques de concreto (secos al aire en condición de laboratorio, saturados y una humedad intermedia) para determinar su influencia sobre la resistencia a compresión de prismas de concreto de relleno utilizando las dosificaciones recomendadas por el Código Sísmico de Costa Rica 2002 (CSCR-02) para concreto clase A y clase B. Se determinó también la resistencia a compresión de prismas de mampostería rellenos con los dos tipos de mezclas de concreto de relleno mencionadas previamente (clase A y clase B); estos especímenes también se elaboraron con bloques de concreto en las tres condiciones de humedad mencionadas. Luego de llevar a cabo los ensayos de laboratorio, se logró establecer la influencia del contenido de humedad de los bloques de concreto sobre la resistencia a la compresión de los prismas de concreto de relleno, f’g, y sobre la resistencia a la compresión de los prismas de mampostería rellenos, f’m.

ABSTRACT This investigation used concrete blocks in different moisture conditions (air dried in a laboratory condition, saturated and an intermediate humidity) to determine their influence on the compressive strength of concrete infill prisms using the proportions recommended by the Costa Rican Seismic Code of 2002 (CSCR-02) for grout denominated as class A and class B. The compressive strength of concrete masonry prisms, filled with the two types of grout mentioned above (class A and class B) was also established; these specimens were also elaborated with concrete blocks in the three humidity conditions previously mentioned. After conducting the laboratory tests, it was possible to establish the influence of the concrete block’s moisture condition over the compressive strength of grout prisms, f’g, and over the compressive strength of concrete masonry prisms with concrete infill, f’m.

INTRODUCCIÓN La mampostería de concreto es un material muy utilizado (el 70% de la construcción del país utiliza la mampostería como sistema constructivo[8]), sin embargo, es un material complejo porque sus propiedades mecánicas dependen de las características de sus componentes y de la práctica constructiva empleada. Existen varios códigos y manuales que dan guías sobre metodologías constructivas en mampostería; estas metodologías indican que las unidades deben colocarse secas o con muy baja humedad. De esta manera, cuando el concreto de relleno y el mortero de pega entran en contacto con las unidades secas, su relación agua-cemento disminuye, aumentando así su resistencia. 1 Director del Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales de la Universidad de Costa Rica. 2 Ingeniera de Proyectos para la empresa Ingeotec S.A.



No obstante, la práctica constructiva muchas veces no es rigurosa en cuanto a aspectos tales como el control de la humedad de las unidades de mampostería. Es por esto que este trabajo se propuso a estudiar qué tanto influye el contenido de humedad de éstas sobre la resistencia a la compresión del concreto de relleno y de la mampostería de concreto rellena.

En el Anexo A del Código Sísmico de Costa Rica 2002 (CSCR-02[6]), específicamente en la sección A.1.5, se establecen dosificaciones volumétricas para la fabricación del concreto de relleno de celdas. Para establecer dichas dosificaciones, el CSCR-02[6] parte del hecho de que los bloques en la obra han sido debidamente almacenados (protegidos de la lluvia y separados del suelo mediante tarimas) y además, que se colocan secos al aire.

Sin embargo, la práctica común en las construcciones es apilar los bloques de concreto sin protección, expuestos a la lluvia y a la contaminación. Si a la hora de su colocación los bloques se encontraran húmedos o saturados, su capacidad de absorción disminuiría, por lo que no serían capaces de absorber la cantidad de agua de la mezcla de concreto de relleno que en el diseño se asume que van a absorber. Lo anterior podría traducirse en bajas resistencias del concreto de relleno y por tanto, en una disminución en la resistencia a compresión de la mampostería. Una sobreestimación del valor de f’m podría llevar a un comportamiento estructuralmente inadecuado del sistema constructivo. Además, una disminución imprevista en la resistencia del concreto de relleno implica una disminución de la capacidad de anclaje de las varillas de refuerzo, y, sus longitudes de desarrollo provistas podrían resultar insuficientes.

En el país se han realizado seis investigaciones (Carvajal, 2000[4]; Cascante, 2001[5]; Delgado, 2007[7]; Navas, 1999[13]; Rodríguez, 1999[14]; Sandí, 2007[15]), las cuales pertenecen a una misma línea de investigación cuyo fin es establecer las propiedades mecánicas de la mampostería y la influencia de las distintas variables sobre su comportamiento a nivel nacional. Sin embargo, en ninguna de ellas se ha considerado la humedad de los bloques como una variable que podría influir sobre la resistencia a compresión de la mampostería.

El proyecto ejecutado evaluó para distintas calidades de bloques con diferentes condiciones de humedad y distintas calidades de concretos de relleno, la capacidad a compresión de los prismas de concreto de relleno y de mampostería; esto con el fin de definir si el efecto de la humedad es o no significativo sobre su resistencia.

MATERIALES UTILIZADOS

Agregados para la elaboración del concreto de relleno

El agregado grueso utilizado fue piedra quintilla proveniente del río Chirripó, Guápiles, Limón. Esta grava presenta una forma cúbica e irregular y un tamaño máximo nominal de 12 mm. En cuanto a la granulometría, cumple con el requisito de tamaño máximo exigido por el CSCR-02[6] para concretos de relleno y cumple con la norma ASTM C-33; sin embargo, es más grueso que lo especificado por la norma ASTM C-404.

Los agregados finos utilizados fueron de río y de tajo. El primero proviene de Guápiles, tiene una forma redondeada y un tamaño máximo nominal de 4,75 mm; el segundo proviene del tajo Guacalillo en Alajuela, tiene una forma angulosa y un tamaño máximo nominal de 9,5 mm. El agregado de rio cumple con la norma ASTM C-404, sin embargo, el agregado de tajo tiene una mayor cantidad de material pasando la malla No. 200 que lo permitido por esa misma especificación.

Se utilizó también agregado mixto pre-empacado. Éste consiste en una mezcla de agregado fino (arena industrial) y agregado grueso (con un tamaño máximo nominal de 12 mm), ambos provenientes del río Chirripó en Guápiles. En cuanto a su granulometría, este agregado es más grueso que lo establecido por la norma ASTM C404.



En el Cuadro 1 se muestran las principales características de cada uno de los agregados utilizados. Es importante resaltar las diferencias que existen entre los dos agregados finos utilizados: la arena de tajo es un 25 % menos densa, presenta una gravedad específica bruta seca (Gbs) 20 % inferior y es 2,27 veces más absorbente que la arena de río; además, posee 5,26 veces más material pasando la malla No. 200.

Cuadro No. 1. Propiedades físicas de los agregados utilizados en la elaboración de las mezclas de concreto de relleno (Setiembre, 2008)

Valor

Propiedad Grava de 12 mm de Guápiles,

Limón

Arena de río de Guápiles, Limón

Arena de tajo de Guacalillo,

Alajuela

Agregado mixto preempacado de Guápiles, Limón

Gbs (ASTM C-127 y C-128) 2,64 2,49 2,01 2,57

Absorción (ASTM C-127 y C-128) 1,63 % 3,81 % 12,45 % 2,88 %

Peso unitario masivo seco suelto, γsuelto

(ASTM C-29) 1534 kg/m3 1615 kg/m3 1206 kg/m3 1664 kg/m3

Material pasando la malla No. 200

(ASTM C-117) 2,1 % 2,3 % 14,4 % 15,3 %

Bloques de concreto

Para la elaboración de los prismas de concreto de relleno y de mampostería se utilizaron dos tipos de bloques de concreto a los cuales se les denominó C1 y C2. Las dimensiones nominales de todos los bloques utilizados son 12 cm x 20 cm x 40 cm (ancho, alto y largo respectivamente); se utilizaron bloques de 12 cm de ancho debido a que éstos son los de mayor uso.

La caracterización de los bloques se realizó según la norma INTE 06-02-13-07[10]. En el Cuadro 2 se presentan los valores promedio de resistencia a la compresión, f’b, y absorción, para cada uno de los tipos de bloque utilizados.

Cuadro No. 2. Valores promedio de resistencia a la compresión y de absorción para cada uno de los tipos de bloque utilizados

Propiedad Bloques C1 Bloques C2

f'b (kg/cm2) 141 163

Absorción (%) 8,9 13,5

Los bloques C1 clasifican como bloques clase A, según la norma INTE 06-03-01-07[11], tanto en resistencia como en absorción. Los bloques C2 clasifican como bloques clase A en cuanto a resistencia y como bloques clase C en cuanto a absorción, según la misma norma. Además, del Cuadro 2 se concluye que los bloques C2 tienen un 50,5 % más de absorción que los bloques C1. Esta diferencia es importante de resaltar ya que dicha característica de los bloques es la que más influye sobre su capacidad de absorber agua de la mezcla de concreto de relleno.



Mortero de pega

Los morteros utilizados se elaboraron con cemento de uso general (UG) y arena de río proveniente de Guápiles (tamizada en la malla No.8, para que cumpliera con los límites granulométricos establecidos por la norma ASTM C-144); se utilizaron las proporciones volumétricas 1:3 y 1:4, para mortero clase A y clase B, respectivamente. La trabajabilidad de las dos mezclas se verificó durante la construcción de los prismas de mampostería mediante la prueba de la cuchara de albañil.

En los prismas de mampostería elaborados con bloques C1 y concreto de relleno clase A, se utilizó mortero de pega clase A (proporción 1:3) y, en los prismas elaborados con bloques C2 y concreto de relleno clase B, se utilizó mortero de pega clase B (proporción 1:4).

METODOLOGÍA

Esquema general

El desarrollo de esta investigación se dividió en tres fases; en las dos primeras se trabajó a nivel experimental mediante pruebas de laboratorio (la primera fase consistió en la caracterización de los materiales y la segunda en la confección y falla de los especímenes de ensayo); la tercera fase comprendió el análisis de la información obtenida de los ensayos para determinar la validez de la hipótesis que se desea comprobar.

Además, se realizó un muestreo en campo durante los meses de setiembre a diciembre del 2008 para determinar el contenido de humedad promedio de los bloques en obras ubicadas en Alajuela, Heredia, Cartago y San José. Esto se llevó a cabo con el fin de dar una idea general del control de humedad que actualmente se maneja en las construcciones de ese sector del país.

Descripción de los tipos de especímenes de ensayo

Para esta investigación se fabricaron, en total, cinco mezclas de concreto de relleno distintas, en el Cuadro 3 se resumen las características más importantes de cada una de ellas; en todas las mezclas se utilizó cemento de uso general (UG). Las proporciones utilizadas para las Mezclas 1, 2, 4 y 5 corresponden a las especificadas en el Anexo A del CSCR-02[6]. La proporción utilizada para la Mezcla 3 corresponde a la recomendación proporcionada por el fabricante para la elaboración de concretos de relleno clase A. El revenimiento de los concretos elaborados se determinó mediante la norma ASTM C-143, para verificar que el mismo se encontrara entre 20 cm y 25 cm, según lo establecido en el Anexo A del CSCR-02[6].

Cuadro No. 3. Características de cada una de las mezclas de concreto de relleno fabricadas

No. de mezcla

Proporción por

volumen

Concreto según el

CSCR-02 Combinación de agregados

Relación

Agua/cemento (w/c)

Revenimiento (mm)

1 1:2:2 Clase A arena de río, grava de 12 mm 0,751 220

2 1:2:2 Clase A arena de tajo, grava de 12 mm 0,764 200

3 1:3 Clase A agregado mixto preempacado 0,627 210

4 1:2,5:2 Clase B arena de río, grava de 12 mm 0,799 230

5 1:2,5:2 Clase B arena de tajo, grava de 12 mm 0,857 230

Para cada uno de los tipos de mezcla mencionados en el Cuadro 3 se fabricaron 18 prismas de concreto de relleno y nueve prismas de mampostería rellenos. De los 18 prismas de concreto de relleno, seis se



moldearon con bloques secos al aire, seis con bloques húmedos y otros seis con bloques saturados; de los nueve prismas de mampostería, tres se rellenaron estando secos al aire, tres estando húmedos y otros tres estando saturados. Así se obtuvieron 15 tipos de prismas de concreto de relleno y de mampostería cuyas características se resumen en la Figura 1. En esta misma figura se muestra, entre paréntesis, la simbología utilizada para identificar a cada uno de estos tipos de especímenes.

Figura No. 1. Tipos de prismas de concreto de relleno y de mampostería utilizados



Para cada uno de los tipos de especímenes mostrados en la Figura 1 se fabricaron seis prismas de concreto de relleno y tres prismas de mampostería. Tres prismas de concreto se fallaron en compresión a una edad de 7 días y los otros tres a una edad de 28 días. Los tres prismas de mampostería se fallaron en compresión a una edad 28 días; en total se ensayaron 90 especímenes de concreto de relleno y 45 especímenes de mampostería. La cantidad de prismas de concreto y de mampostería ensayados es congruente con el International Building Code 2000 (IBC 2000)[12] que establece que tres prismas de mampostería son representativos de 465 m2 de muro; además, ensayar tres especímenes de concreto de relleno a cada edad cumple con el tamaño mínimo de muestra establecido por la norma ASTM C-1019[1].

Los prismas de mampostería elaborados con bloques C1, mortero clase A y concreto de relleno clase A (Mezclas 1, 2 y 3) se denominaron especímenes Clase 1 y representan una mampostería de calidad superior. Los prismas de mampostería elaborados con bloques C2, mortero clase B y concreto de relleno clase B (Mezclas 4 y 5) se denominaron especímenes Clase 2 y representan una mampostería de calidad inferior.

Condiciones de humedad de los bloques de concreto

Con el fin de controlar la humedad promedio de los bloques de concreto, se mantuvieron siempre distribuidos alrededor del área de almacenamiento seis bloques de control (tres para cada uno de los dos tipos de bloques utilizados, C1 y C2). De estos seis bloques se conocía el peso seco para poder calcular su humedad en cualquier momento. La humedad de todos los bloques y de todos los prismas de mampostería de un mismo tipo se consideró como un promedio de la humedad de los tres bloques de control.

Para lograr alcanzar los distintos contenidos de humedad de los bloques de concreto utilizados se debieron definir procedimientos; a continuación se describe cada uno de ellos. El procedimiento seguido para alcanzar la condición de los prismas de mampostería sin relleno fue el mismo que se utilizó para los bloques de concreto.

Bloques secos al aire

Para lograr esta condición de humedad, los bloques se mantuvieron dentro del laboratorio bajo condiciones controladas (temperatura entre los 21 °C y los 25 °C y humedad relativa entre un 50 % y un 60 %) durante al menos 48 horas antes de ser utilizados para el moldeo de especímenes de concreto de relleno. Estos bloques se almacenaron separados uno del otro para lograr reducir al máximo su humedad.

Siguiendo el procedimiento descrito se logró que los bloques llegaran a un contenido de humedad promedio de 2,04 %, lo cual corresponde a un 19,0 % de su absorción.

Bloques en condición de humedad intermedia

Mediante los bloques de control, fue posible conocer la humedad promedio de los bloques almacenados. Con base en la humedad promedio obtenida y el peso seco promedio de los bloques de control se calculó la cantidad de agua que se debía agregar a cada bloque para que alcanzara la humedad deseada.

Posteriormente, cada uno de los bloques se colocó dentro de dos bolsas gruesas (ver Paso 1 en Figura 2). Una vez hecho esto, se pesó el agua que se debía agregar a cada uno de los bloques y se roció de la manera más uniformemente posible alrededor de las paredes de éstos (ver Paso 2 en Figura 2). Cuando se hubo agregado al bloque toda el agua que le correspondía, se cerraron las bolsas utilizando ligas para evitar la evaporación del agua añadida. Todos los bloques permanecieron dentro de las bolsas durante al menos 24 horas antes de ser utilizados para el moldeo de especímenes de concreto de relleno; de esta manera, la humedad se distribuyó uniformemente a lo largo de toda la superficie del bloque (ver Paso 3 en Figura 2).



Siguiendo el procedimiento descrito se logró que los bloques llegaran a un contenido de humedad promedio de 7,00 %, lo cual corresponde a un 62,7 % de su absorción.

Bloques saturados

Para alcanzar la condición saturada, los bloques de concreto y los prismas de mampostería sin relleno, se sumergieron en agua durante al menos 24 horas antes de ser utilizados para la fabricación de especímenes de prueba.

Figura No. 2. Procedimiento utilizado para alcanzar la humedad intermedia deseada en los bloques de

concreto y en los prismas de mampostería

Pruebas realizadas

Compresión axial de prismas de concreto de relleno (ASTM C-1019)

Los prismas de concreto de relleno se fabricaron y curaron de acuerdo con lo establecido por la norma ASTM C-1019[1] (ver Figura 3). En esta investigación se utilizaron prismas de concreto de relleno de 9 cm de lado y 18 cm de altura.

Figura No. 3. Colocación de los bloques de concreto que funcionan como molde para la fabricación de

prismas de concreto de relleno

Compresión axial de prismas de mampostería rellenos (ASTM C-1314)

En esta investigación se utilizaron prismas formados por dos bloques colocados uno sobre el otro, unidos entre sí con mortero; éstos fueron elaborados por un albañil con el fin de emular su confección en campo. Los prismas construidos tienen, en promedio, un largo de 39 cm, una altura de 39,5 cm (la sisa promedio

Paso 1 Paso 3 Paso 2



mide 1,5 cm) y un espesor de 12 cm (ver Figura 4); de acuerdo con la norma ASTM C-1314, para una relación de esbeltez (altura/espesor) = 3,29, el factor de corrección a utilizar para el resultado obtenido directamente a partir de la prueba de compresión axial, f’mu, es 1,09.

Una vez que los prismas de mampostería fueron construidos, estos se rellenaron con concreto. Los prismas rellenos permanecieron en bolsas plásticas adecuadamente selladas hasta 48 h antes de su falla (ver Figura 4).

Figura No. 4. A) Prismas de mampostería antes de ser rellenados. B) Prismas de mampostería rellenos de

concreto en bolsas plásticas selladas

Muestreo de humedad en campo

Con el fin de tener una idea de la humedad de los bloques en campo, se realizó un muestreo en construcciones ubicadas en Alajuela, Heredia, Cartago y San José durante el período de setiembre a diciembre del 2008. En total se visitaron 19 obras; de cada una de ellas se tomaron 3 bloques, dando un total de 57 unidades. Una vez en el laboratorio, las unidades se caracterizaron de acuerdo con la norma INTE 06-02-13-07[10].

PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Resistencia a la compresión del concreto de relleno

Concreto de relleno clase A

En la Figura 5 se presentan los resultados promedio obtenidos, a una edad de 28 días, a partir de la prueba de compresión axial de prismas de concreto de relleno moldeados con bloques en las tres condiciones de humedad y elaborados con las Mezclas 1, 2 y 3 (ver Cuadro 3). La línea roja representa la resistencia mínima exigida por el CSCR-02[6] para el concreto clase A y los números escritos dentro de cada una de las barras representan la razón entre la resistencia del concreto de relleno obtenida a una edad de 28 días y la resistencia exigida por el CSCR-02[6] para el concreto de relleno clase A.

De acuerdo con los resultados presentados en la Figura 5, se concluye que utilizando la dosificación volumétrica especificada por el CSCR-02[6] para concreto de relleno clase A (1:2:2), no se logró alcanzar la resistencia mínima requerida por el mismo código para esta clase de concretos; independientemente del agregado fino utilizado en la mezcla (arena de río o arena de tajo).

Por el contrario, el concreto elaborado con agregado mixto preempacado utilizando una proporción 1:3 alcanzó una resistencia correspondiente a 1,24 veces la resistencia exigida por el CSCR-02[6] para concretos clase A. Sin embargo, es importante recordar que la mezcla fabricada con agregado mixto

39,5 cm

12 cm

39 cm



preempacado utilizó una relación cemento:agregado de 1:3, lo cual quiere decir que, en términos volumétricos, ésta contiene aproximadamente un 25 % más de cemento que las otras dos mezclas de concreto clase A (Mezclas 1 y 2).

Figura No. 5. Comparación entre la resistencia a la compresión promedio del concreto de relleno a una

edad de 28 días y la resistencia mínima exigida por el CSCR-02 para concreto clase A

Concreto de relleno clase B

En la Figura 6 se presentan los resultados promedio obtenidos, a una edad de 28 días, a partir de la prueba de compresión axial de prismas de concreto de relleno moldeados con bloques en las tres condiciones de humedad y elaborados con las Mezclas 4 y 5 (ver Cuadro 3). La línea roja representa la resistencia mínima exigida por el CSCR-02[6] para el concreto clase B y los números escritos dentro de cada una de las barras representan la razón entre la resistencia del concreto de relleno obtenida a una edad de 28 días y la resistencia exigida por el CSCR-02[6] para el concreto de relleno clase B.

Figura No. 6. Comparación entre la resistencia a la compresión promedio del concreto de relleno a una

edad de 28 días y la resistencia mínima exigida por el CSCR-02 para concreto clase B



De acuerdo con la Figura 6, cuando se utilizó la dosificación volumétrica especificada por el CSCR-02[6] para concreto de relleno clase B (1:2,5:2), se logró alcanzar la resistencia mínima requerida por el mismo código para esa clase de concreto sólo en el caso de la mezcla elaborada con grava de 12 mm y arena de río (Mezcla 4).El concreto elaborado con arena de tajo y agregado grueso de 12 mm (Mezcla 5), no logró alcanzar tampoco la resistencia mínima exigida por el CSCR-02 para concreto de relleno clase C.

Resistencia a la compresión de la mampostería

Especímenes de mampostería Clase 1 (mampostería clase A)

En la Figura 7 se presentan los resultados promedio obtenidos, a una edad de 28 días, a partir de la prueba de compresión axial de prismas de mampostería fabricados con bloques en las tres condiciones de humedad y rellenos con las Mezclas 1, 2 y 3 (ver Cuadro 3). La línea roja representa la resistencia mínima exigida por el CSCR-02[6] para la mampostería clase A y los números escritos dentro de cada una de las barras representan la razón entre la resistencia de la mampostería obtenida a una edad de 28 días y la resistencia exigida por el CSCR-02[6] para la mampostería clase A.

Figura No. 7. Comparación entre la resistencia a la compresión promedio de la mampostería a una edad de

28 días y la resistencia mínima exigida por el CSCR-02 para la mampostería clase A

En la Figura 7 se observa que utilizando las Mezclas 1, 2 y 3 como concreto de relleno, los prismas de mampostería Clase 1 obtuvieron una resistencia superior a la resistencia mínima exigida para la mampostería clase A por el CSCR-02[6].

En el caso de los especímenes de mampostería rellenos con las Mezclas 1 y 2, se superó la resistencia mínima de la mampostería aún cuando la resistencia del concreto de relleno no cumplió con el requerimiento mínimo establecido para concreto clase A (ver Figura 5). Esto sugiere que el no cumplir con la resistencia del concreto de relleno especificada por el CSCR-02[6] no es crítico; aún utilizando resistencias menores a las indicadas se logra alcanzar la resistencia deseada de la mampostería siempre y cuando la resistencia de los bloques sea mayor a la requerida, ya que estos confinan al mortero y al concreto de relleno.



Especímenes de mampostería Clase 2 (mampostería clase B)

En la Figura 8 se presentan los resultados promedio obtenidos, a una edad de 28 días, a partir de la prueba de compresión axial de prismas de mampostería fabricados con bloques en las tres condiciones de humedad y rellenos con las Mezclas 4 y 5 (ver Cuadro 3). La línea roja representa la resistencia mínima exigida por el CSCR-02[6] para la mampostería clase B y los números escritos dentro de cada una de las barras representan la razón entre la resistencia de la mampostería obtenida a una edad de 28 días y la resistencia exigida por el CSCR-02[6] para la mampostería clase B.

Figura No. 8. Comparación entre la resistencia a la compresión promedio de la mampostería a una edad de

28 días y la resistencia mínima exigida por el CSCR-02 para la mampostería clase B

Utilizando las Mezclas 4 y 5 como concreto de relleno, los prismas de mampostería Clase 2 obtuvieron una resistencia superior a la resistencia mínima exigida para la mampostería clase B por el CSCR-02[6]. Con ambas mezclas se logró incluso superar la resistencia mínima exigida por el CSCR-02[6] para la mampostería clase A.

Nuevamente, los datos obtenidos sugieren que el no cumplir con la resistencia del concreto de relleno especificada por el CSCR-02[6] (ver Figura 6) no es tan crítico. La conclusión anterior ratifica la importancia de la resistencia a compresión de los bloques de concreto en la resistencia a compresión de la mampostería; al utilizar bloques con alta resistencia a la compresión, aún cuando se utilicen concretos de relleno y morteros de pega de inferior calidad, se logran altas resistencias de la mampostería. Lo anterior concuerda con Hamid y Drysdale (1979)[9].

Influencia del porcentaje de humedad de los bloques de concreto

Sobre la resistencia a compresión del concreto de relleno clase A

En el Cuadro 4 se presentan los resultados promedio obtenidos de la prueba de compresión axial para los prismas de concreto de relleno clase A (Mezclas 1, 2 y 3). En el mismo cuadro se presenta, para cada uno de los tipos de especímenes de concreto de relleno, el porcentaje de humedad promedio (%w) de los bloques utilizados para su construcción así como la humedad relativa a la absorción del bloque (w/A). En la Figura 9 se muestran las relaciones obtenidas entre el porcentaje de humedad relativo a la absorción del bloque y la resistencia a compresión del concreto de relleno para los prismas elaborados con las Mezclas 1, 2 y 3.



Cuadro No. 4. Resistencia del concreto de relleno para los especímenes de concreto clase A

Tipo de espécimen

Humedad promedio

(%)

w/A

(%) f'g promedio (kg/cm2) C.V. y D.E.

f’g exigida por el CSCR-02 para

concreto clase A, a una edad de 28 d(*)

SAR 2,24 25,0 152

HAR 5,76 64,4 173

STAR 8,95 100,0 162

C.V. = 11,1 %

D.E. = 17,9 kg/cm2

SAT 1,85 20,7 129

HAT 5,90 65,9 139

STAT 8,95 100,0 123

C.V. = 11,0 %

D.E. = 14,4 kg/cm2

SAG 2,14 23,9 231

HAG 5,88 65,6 207

STAG 8,95 100,0 211

C.V. = 7,0 %

D.E. = 15,1 kg/cm2

175 kg/cm2

(*) con bloques en estado seco

Figura 9. Resistencia a compresión del concreto de relleno vs humedad relativa a la absorción de los

bloques de concreto para los tipos de especímenes de concreto de relleno elaborados con las tres mezclas de concreto de relleno clase A

En las mezclas de concreto clase A elaboradas con grava de 12 mm y arena de río o arena de tajo (Mezclas 1 y 2), se observó que existe una humedad relativa a la absorción del bloque (w/A) óptima, para la cual la resistencia del concreto de relleno es superior a la obtenida con las otras dos condiciones de humedad utilizadas. Como era de esperar, los especímenes de concreto de relleno moldeados con bloques saturados (tipos STAR y STAT) presentan una resistencia inferior a los prismas moldeados con bloques húmedos (tipos HAR y HAT). Lo anterior se debe a que, al encontrarse saturados los poros del bloque, éste no es capaz de absorber agua de la mezcla de concreto de relleno. De esta manera, la disminución potencial de



la relación agua-cemento de la mezcla de concreto no se da, resultando en una menor resistencia del concreto de relleno.

La explicación al hecho de que los especímenes de concreto de relleno moldeados con bloques secos (tipos SAR y SAT) tuvieran una resistencia inferior a la de los prismas moldeados con bloques húmedos (tipos HAR y HAT) no es tan clara como la presentada en el párrafo anterior. Es posible que, debido a la pérdida rápida de agua de mezcla, esta última se contraiga generado micro fisuras que disminuyen la resistencia.

En la Figura 9 se observa que, para la mezcla de concreto elaborada con agregado mixto preempacado, la mayor resistencia a la compresión se obtuvo para la menor razón w/A utilizada. Esto concuerda con lo que teóricamente se esperaba; los bloques secos, al tener una mayor capacidad de absorber el agua de la mezcla de concreto, pueden reducir de manera importante la relación agua-cemento de la misma, logrando aumentar así su resistencia. No obstante, esta tendencia difiere significativamente del resultado obtenido para las Mezclas 1 y 2.

Las máximas disminuciones de resistencia que se produjeron entre el prisma moldeado con bloques en una condición de humedad óptima y el prisma moldeado con bloques en la condición de humedad menos favorable, fueron las siguientes: 14 % para la mezcla con arena de río (entre HAR y SAR), 13 % para la mezcla con arena de tajo (entre HAT y STAT) y 12 % para la mezcla con agregado preempacado (entre SAG y HAG).

Sobre la resistencia a compresión del concreto de relleno clase B

En el Cuadro 5 se presentan los resultados promedio obtenidos de la prueba de compresión axial para los prismas de concreto de relleno clase B (Mezclas 4 y 5). En el mismo cuadro se presenta, para cada uno de los tipos de especímenes de concreto de relleno, el porcentaje de humedad promedio (%w) de los bloques utilizados para su construcción así como la humedad relativa a la absorción del bloque (w/A). En la Figura 10 se muestran las relaciones obtenidas entre el porcentaje de humedad relativo a la absorción del bloque y la resistencia a compresión del concreto de relleno para los prismas elaborados con las Mezclas 4 y 5.

Cuadro No. 5. Resistencia del concreto de relleno para los especímenes de concreto clase B

Tipo de espécimen

Humedad promedio

(%)

w/A

(%) f'g promedio (kg/cm2) C.V. y D.E.

f’g exigida por el CSCR-02 para

concreto clase B, a una edad de 28 d(*)

SBR 2,00 14,8 145

HBR 7,90 58,7 154

STBR 13,47 100,0 153

C.V. = 10,3 %

D.E. = 15,5 kg/cm2

SBT 1,99 14,8 106

HBT 8,26 61,3 103

STBT 13,47 100,0 101

C.V. = 5,2 %

D.E. = 5,4 kg/cm2

140 kg/cm2




Figura No. 10. Resistencia a compresión del concreto de relleno vs humedad relativa a la absorción de los bloques de concreto para los tipos de especímenes de concreto de relleno elaborados con las dos mezclas

de concreto de relleno clase B

A partir de la Figura 10 se puede concluir que, para las dos mezclas de concreto clase B, la razón w/A de los bloques de concreto prácticamente no influyó sobre la resistencia a compresión del concreto de relleno. La mayor diferencia en cuanto a resistencia del concreto que se presentó, entre los especímenes con la razón w/A óptima y los especímenes con la razón w/A menos favorable, fue de un 6 % para la mezcla con arena de río (entre SBR y HBR) y de un 5 % para la mezcla con arena de tajo (entre SBT y STBT). Este resultado es contrario a lo que se había predicho.

Se esperaba que la variación de la resistencia a compresión del concreto con las distintas condiciones de humedad de los bloques fuera más marcada en los especímenes de concreto de relleno moldeados con bloques de mayor absorción, es decir, los especímenes de concreto clase B. Lo anterior debido a que los bloques con mayor absorción pueden extraer una mayor cantidad de agua de la mezcla de concreto. Sin embargo, los porcentajes de diferencia entre las resistencias de los especímenes de concreto de relleno moldeados con bloques en distintas condiciones de humedad fueron superiores en los prismas de concreto clase A.

Lo anterior se puede deber a la diferencia en las velocidades de absorción de agua de los dos tipos de bloques utilizados. La superficie de las paredes de los bloques C1 (absorción clase A, según INTE 06-03-01-07[11]) es porosa, mientras que la superficie de las paredes de los bloques C2 (absorción clase C, según INTE 06-03-01-07[11]) es lisa (ver Figura 11) y por lo tanto se encuentra prácticamente sellada. Es posible que la menor velocidad de absorción de los bloques C2 sea la razón por la cual la influencia de la humedad de los bloques sobre la resistencia a compresión del concreto de relleno fuera casi inexistente. Como los especímenes de concreto de relleno están en contacto con los bloques utilizados para su moldeo durante un período de 24 horas solamente, es posible que este tiempo no haya sido suficiente para que los bloques lograran absorber una cantidad significativa de agua de la mezcla.



Figura No. 11. Superficie de las paredes de los bloques de concreto C1 (absorción clase A) y C2

(absorción clase C)

A pesar que, en este artículo, no se presentan los resultados de resistencia a la compresión de los prismas de concreto de relleno a una edad de 7 días, es importante mencionar que la tendencia que éstos siguen es bastante similar a la tendencia obtenida a una edad de 28 días. Lo anterior es una indicación de que las variaciones en la resistencia del concreto de relleno debidas al efecto de la humedad de los bloques de concreto se presentan desde temprana edad y se mantienen a lo largo del tiempo.

Sobre la resistencia a compresión de los especímenes de mampostería Clase 1

En el Cuadro 6 se presentan los resultados promedio obtenidos de la prueba de compresión axial para los prismas de mampostería Clase 1. En el mismo cuadro se presenta, para cada uno de los tipos de especímenes de mampostería, el porcentaje de humedad promedio (%w) de los bloques utilizados para su construcción así como la humedad relativa con respecto a la absorción del bloque (w/A). En la Figura 12 se muestran las relaciones obtenidas entre el porcentaje de humedad relativo a la absorción del bloque y la resistencia a compresión de la mampostería para los prismas de esa misma clase, según la mezcla de concreto utilizada como relleno.

Cuadro No. 6. Resistencia de la mampostería para los especímenes Clase 1

Tipo de espécimen

Humedad promedio

(%)

w/A

(%) f'm promedio (kg/cm2) C.V. y D.E.

f’m exigida por el CSCR-02 para

mampostería clase A, a una edad de 28 d(*)

SAR 2,24 25,0 138

HAR 5,76 64,4 157

STAR 8,95 100,0 151

C.V. = 9,0 %

D.E. = 13,3 kg/cm2

SAT 1,85 20,7 117

HAT 5,90 65,9 136

STAT 8,95 100,0 116

C.V. = 10,2 %

D.E. = 16,2 kg/cm2

SAG 2,14 23,9 145

HAG 5,88 65,6 177

STAG 8,95 100,0 157

C.V. = 13,2 %

D.E. = 16,3 kg/cm2

100 kg/cm2




Figura No. 12. Resistencia a compresión de la mampostería vs humedad relativa a la absorción de los

bloques de concreto para los especímenes de mampostería Clase 1

Para todos los especímenes de mampostería Clase 1, independientemente del tipo del concreto utilizado como relleno de celdas, la tendencia que se obtuvo en cuanto a la variación de la resistencia a compresión de la mampostería con la humedad de los bloques de concreto fue similar a la obtenida para los prismas de concreto de relleno elaborados con las Mezclas 1 y 2 (ver Figuras 9 y 12). En todos los casos se observó que existe una razón w/A óptima, para la cual la resistencia de la mampostería es superior a la obtenida con las otras dos condiciones de humedad utilizadas.

El hecho de que los especímenes elaborados con bloques secos (tipos SAR, SAT y SAG) tuvieran una resistencia inferior a la de los prismas elaborados con bloques húmedos (tipos HAR, HAT y HAG) podría responder a la formación de una grieta entre el concreto de relleno y el bloque. Esta grieta se generó en todos los especímenes de mampostería (tanto Clase 1 como Clase 2) elaborados con bloques secos como una consecuencia de la contracción que sufrió el concreto de relleno generada por la pérdida de agua de la mezcla. Esta situación se podría agravar al aumentar la temperatura de los bloques o al no dar al elemento un curado adecuado.

Las máximas disminuciones de resistencia que se produjeron entre el prisma que se encontraba en una condición de humedad óptima y el prisma que se encontraba en la condición de humedad menos favorable, fueron las siguientes: 14 % para la mezcla con arena de río (entre HAR y SAR), 17 % para la mezcla con arena de tajo (entre HAT y STAT) y 22 % para la mezcla con agregado preempacado (entre HAG y SAG).

Sobre la resistencia a compresión de los especímenes de mampostería Clase 2

En el Cuadro 7 se presentan los resultados promedio obtenidos de la prueba de compresión axial para los prismas de mampostería Clase 2. En el mismo cuadro se presenta, para cada uno de los tipos de especímenes de mampostería, el porcentaje de humedad promedio (%w) de los bloques utilizados para su construcción así como la humedad relativa con respecto a la absorción del bloque (w/A). En la Figura 13 se muestran las relaciones obtenidas entre el porcentaje de humedad relativo a la absorción del bloque y la resistencia a compresión de la mampostería para los prismas de esa misma clase, según la mezcla de concreto utilizada como relleno.



Cuadro No. 7. Resistencia de la mampostería para los especímenes Clase 2

Tipo de espécimen

Humedad promedio

(%)

w/A

(%) f'm promedio (kg/cm2) C.V. y D.E.

f’m exigida por el CSCR-02 para

mampostería clase B, a una edad de 28 d(*)

SBR 2,00 14,8 110

HBR 7,90 58,7 134

STBR 13,47 100,0 151

C.V. = 15,7 %

D.E. = 20,3 kg/cm2

SBT 1,99 14,8 101

HBT 8,26 61,3 116

STBT 13,47 100,0 121

C.V. = 12,1 %

D.E. = 13,6 kg/cm2

70 kg/cm2


Figura No. 13. Resistencia a compresión de la mampostería vs humedad relativa a la absorción de los

bloques de concreto para los especímenes de mampostería Clase 2

Para todos los especímenes de mampostería Clase 2, independientemente del tipo del concreto utilizado como relleno de celdas, se observó que cuando los bloques se encuentran saturados, la resistencia de la mampostería es superior a la obtenida con las otras dos condiciones de humedad utilizadas (ver Figura 13). La tendencia encontrada no concuerda con el comportamiento de los demás especímenes de mampostería estudiados ni con el comportamiento que presentaron los especímenes de concreto de relleno; la forma de las curvas mostradas en la Figura 13 no coincide tampoco con la forma que inicialmente se esperaba, según la teoría.

Las máximas disminuciones de resistencia que se produjeron entre el prisma que se encontraba en una condición de humedad óptima y el prisma que se encontraba en la condición de humedad menos favorable, fueron las siguientes: 37 % para la mezcla con arena de río (entre STBR y SBR) y 20 % para la mezcla con arena de tajo (entre STBT y SBT). Es importante mencionar que estas disminuciones de resistencia se obtuvieron para bloques en condiciones de humedad extremas, es decir, para bloques secos (SBR y SBT) y bloques saturados (STBR y STBT).



Control de humedad de los bloques en construcciones ubicadas en Alajuela, Heredia, Cartago y San José

Como ya se mencionó, el muestreo de bloques de concreto en campo para la determinación de sus humedades se realizó durante el período de setiembre a diciembre del año 2008. En el Cuadro 8 se muestran los valores promedio de humedad, absorción y humedad relativa a la absorción del bloque (w/A) para cada uno de los meses en que se ejecutó el muestreo. En esta misma tabla se indica la cantidad de bloques que se muestrearon en cada mes.

En la Figura 14 se representan los valores de humedad relativa con respecto a la absorción del bloque, igualmente distribuidos de acuerdo con el mes de muestreo. Mediante este último parámetro es posible comparar el contenido de agua presente en bloques con distintos valores de absorción.

Cuadro No. 8. Valores promedio de humedad, absorción y humedad relativa con respecto a la absorción promedio de los bloques para cada mes de muestreo

Mes de muestreo

Cantidad de bloques muestreados Absorción (%) Humedad (%) w/A (%)

Setiembre 9 8,1 7,1 87,9

Octubre 9 10,4 7,8 74,9

Noviembre 33 8,0 6,1 76,8

Diciembre 6 8,5 5,6 66,1

Promedio - 8,7 6,6 76,4

Figura No. 14. Valor promedio de humedad relativa con respecto a la absorción promedio de los bloques

para cada mes de muestreo en las provincias de Cartago, Alajuela, Heredia y San José (2008)

Tal y como se muestra en el Cuadro 8, la humedad promedio de los bloques durante el período de muestreo corresponde a un 6,6 %; ésta equivale a una razón w/A promedio de 76,4 %. Además, a partir de la Figura 14 se puede concluir que el contenido de humedad de los bloques relativo a su absorción (w/A) varía, durante los meses de muestreo, entre un 66 % y un 88 %; siendo diciembre el mes en que los bloques se encontraron más secos y setiembre el mes en que se encontraron más húmedos.



En el Cuadro 9 se muestra la disminución máxima de resistencia esperable, tanto en el concreto de relleno como en la mampostería, de acuerdo con los datos obtenidos a partir del muestreo de humedad de los bloques en campo. Dicha disminución se obtuvo, en cada caso, como la diferencia porcentual entre la resistencia del espécimen fabricado con bloques en una condición de humedad óptima (según lo encontrado en este proyecto para cada una de las combinaciones de materiales) y la resistencia que hubiera alcanzado un espécimen fabricado con bloques en la condición de humedad menos favorable que se podría presentar en campo, considerando que la razón w/A varía entre un 66 % y un 88 % (leyendo dicha resistencia de los gráficos presentados en la sección 4.3 de este artículo).

Cuadro No. 9. Disminución máxima de resistencia esperable, tanto en el concreto de relleno como en la mampostería, con base en el rango de humedad que manejan los bloques en campo durante los meses de

setiembre a diciembre del año 2008

Tipo de espécimen Clase de concreto de relleno o de

mampostería(*), según corresponda

Disminución máxima esperable en f’g o en f’m, según corresponda

(%)

A 7,0 Prisma de concreto de relleno B 1,9

A 5,0 Prisma de mampostería B 6,7

(*): según el CSCR-02

A partir de los datos presentados en el Cuadro 9, se puede concluir que, tomando en cuenta el rango de humedad en que se encuentran los bloques en campo durante los meses del muestreo, las variaciones en f’g y en f’m no son tan significativas; en ningún caso superan el 10%. Sin embargo, para que la disminución de resistencia se mantenga dentro de un rango aceptable, se deben evitar las condiciones extremas de humedad en los bloques. Por lo tanto, se recomienda no utilizar bloques saturados (luego de un aguacero) ni bloques muy secos (como se encontrarían en verano en la zona del Pacifico, por ejemplo).

Los bloques muestreados se clasificaron en tres rangos de absorción: baja (de 6 % a 8 %), media (de 8 % a 10 %) y alta (más de 10 %); el 37 % de los bloques se ubicó dentro del rango de absorción baja, el 58 % dentro del rango de absorción media y el 5 % dentro del rango de absorción alta. Para cada uno de estos rangos se seleccionaron al azar tres unidades de mampostería para ser falladas a compresión. De esta manera se logró establecer una correlación entre la absorción de los bloques y su resistencia a la compresión; se observó que al aumentar el valor de absorción, la resistencia a compresión de las unidades de mampostería disminuye. De acuerdo con lo anterior, la absorción de los bloques debe controlarse cuidadosamente debido a que un aumento de ésta afecta negativamente la resistencia a la compresión de los bloques; menores valores de absorción se asocian a bloques de mejor calidad.

CONCLUSIONES

Sobre la hipótesis planteada

• La disminución de resistencia promedio entre el prisma de concreto de relleno moldeado con bloques en la condición de humedad óptima y el prisma de concreto de relleno moldeado con bloques en la condición de humedad menos favorable fue de un 10 %. Sin embargo, a partir de los rangos de humedad de los bloques en campo, esta disminución se reduce a un 4,5 %.

• La disminución de resistencia promedio entre el prisma de mampostería elaborado con bloques en la condición de humedad óptima y el prisma de mampostería fabricado con bloques en la condición de



humedad menos favorable fue de un 22 %. Sin embargo, a partir de los rangos de humedad de los bloques en campo, esta disminución se reduce a un 6,0 %.

• Desde el punto de vista del rango de humedad de los bloques en campo, las variaciones en la resistencia a compresión del concreto de relleno y en la resistencia a compresión de la mampostería no son realmente significativas. Sin embargo, para que esto se cumpla, se deben evitar condiciones extremas de humedad en los bloques.

• En obra existen otros aspectos más importantes de controlar, para lograr una buena calidad, que la humedad de los bloques de concreto, tales como: procurar una dosificación adecuada del concreto de relleno, proveer un buen proceso de curado a los elementos de mampostería (iniciando no más de 24 horas después de construido el elemento), asegurarse que el concreto de relleno sea suficientemente fluido y que se compacte adecuadamente.

Otras conclusiones

• Utilizando agregados comúnmente utilizados en el país (arena de río y arena de tajo) y las proporciones volumétricas recomendadas por el CSCR-02 para la fabricación de concreto de relleno, no se logró alcanzar, en la mayoría de los casos, la resistencia a la compresión mínima exigida por el mismo código.

• Al utilizar bloques con alta resistencia a la compresión, aún cuando se utilicen concretos de relleno y morteros de pega de inferior calidad, se logra alcanzar altas resistencias de la mampostería.

• La humedad promedio de los bloques durante los meses de setiembre a diciembre del año 2008 corresponde a un 6,6 %, lo cual equivale a una razón w/A promedio de 76,4 %. La razón w/A varió, durante los meses de muestreo, entre un 66 % y un 88 %.

• La absorción de los bloques de concreto debe controlarse cuidadosamente puesto que la misma se relaciona directamente con su resistencia.

NOMENCLATURA C1: bloques que presentan una absorción clase A según la norma INTE 06-03-01-07 y una resistencia a la compresión clase A según el CSCR-02. C2: bloques que presentan una absorción clase C según la norma INTE 06-03-01-07 y una resistencia a la compresión clase A según el CSCR-02. Clase 1: tipo de prisma de mampostería fabricado con concreto de relleno clase A (según el CSCR-02), bloques C1 y mortero de pega clase A (según el CSCR-02). Clase 2: tipo de prisma de mampostería fabricado con concreto de relleno clase B (según el CSCR-02), bloques C2 y mortero de pega clase B (según el CSCR-02). f’b: resistencia a la compresión del bloque de concreto. f’g: resistencia a la compresión del concreto de relleno. f’m: resistencia a la compresión de la mampostería, una vez que la resistencia del prisma (f’mu) se ha corregido por el factor de esbeltez correspondiente. f’mortero: resistencia a la compresión del mortero de pega. f’mu: resistencia a la compresión del prisma de mampostería. w/A: contenido de humedad relativo a la absorción del bloque, se expresa como porcentaje.

REFERENCIAS



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