UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL “BASES DE DISEÑO PARA LA CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE CON MAMPOSTERÍA DE LADRILLO TIPO PET” TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL AUTORES: GAMBOA RECALDE TARQUINO FERNANDO RECALDE SÁNCHEZ ANDREA MARCEL TUTOR ING. JUAN CALOS MOYA HEREDIA MSc. QUITO-ECUADOR 2015
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR … · PET liso, ladrillo PET rugoso y ladrillo PET con clavos establecer con cual elemento sería más rentable el empleo masivo en la construcción
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
“BASES DE DISEÑO PARA LA CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE CON MAMPOSTERÍA
DE LADRILLO TIPO PET”
TRABAJO DE GRADUACIÓN
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
AUTORES:
GAMBOA RECALDE TARQUINO FERNANDO
RECALDE SÁNCHEZ ANDREA MARCEL
TUTOR
ING. JUAN CALOS MOYA HEREDIA MSc.
QUITO-ECUADOR
2015
ii
DEDICATORIA
Agradezco al Divino Niño por un día más de vida para seguir aprendiendo y recorriendo este
largo camino lleno de obstáculos y enseñanzas.
Dedicado con todo mi cariño y admiración a mi madre la Dra. Estela Recalde ya que es una
persona que con su ejemplo diario ha hecho e inculcado a sus hijos a progresar y nunca
dejarse doblegar ante las circunstancias de la vida, además por brindarme su apoyo para
culminar mi profesión.
A mi Padre (Tarquino), mi hermana (Andrea), mis abuelos (Francisco y Luisa), mi tío
(Francisco), mis primos (Orlando y Edwin) así como mis demás familiares que han
contribuido en mi formación personal, les quedo infinitamente agradecido.
Como no nombrarte a ti mi compañera de tesis, amiga, colega y novia Andrea Recalde
persona que empezó esta carrera profesional pasando todos los trajines, decepciones y
alegrías, te felicito porque de igual manera estas culminado esta etapa. Te amo reina.
Tarquino Fernando Gamboa Recalde
iii
DEDICATORIA
“El futuro le pertenece a quienes creen en la belleza de sus sueños”
Anna Eleanor Roosevelt
Este investigación se la dedico principalmente a DIOS quien me ha permitido llegar hasta
aquí brindándome fuerza, salud, vida y sabiduría en este duro camino y así hoy alcanzar una
de las metas más anheladas. Gracias mi señor por todos esos obstáculos que me han llevado
a ser una mejor persona y hoy una profesional.
A mis padres ÁNGELA Y ERNESTO por haberme dado la vida y luchado arduamente para
brindarme su apoyo, su guía por ensañarme que con la constancia y perseverancia se alcanza
el éxito, a jamás darme por vencida con una derrota sino a levantarme y aprender de ella.
Los amo mucho.
A mi hermano CRISTHIAN, a mi hermanito de cuatro patas TINY quienes han estado junto
a mi lado apoyándome y acompañándome siendo testigos de largas noches de estudio, a mi
prima VALERIA por sus innumerables consejos y también su apoyo los quiero mucho.
A mis amigos que con su amistad me han acompañado todo este tiempo y demás familiares
que me han colaborado y brindado su apoyo.
A ti FERNANDO por ser mi principal apoyo en esta gran aventura de alcanzar el éxito, por
tu amor y entrega, gracias por ser una persona tan importante y especial en mi vida por ser
ese compañero de lucha el cual se ha encontrado siempre a mi lado en todo momento TE
AMO MI REY que Dios te bendiga y felicidades por tu éxito alcanzado.
Andrea Marcel Recalde Sánchez
iv
AGRADECIMIENTO
Agradezco a la Universidad Central del Ecuador por haberme dado la oportunidad de crecer
personalmente y de igual manera obtener una profesión la cual servirá para ayudar a la
población que la requiere y de esta manera contribuir al engrandecimiento de nuestro país.
A los profesores que pertenecen a la Carrera de Ingeniería Civil de la Facultad de Ciencias
Físicas y Matemática, los mismos que a través de sus conocimientos enseñan a los alumnos
a ser investigativos y útiles con la sociedad.
A mi tutor el Ing. Juan Moya quién nos guio acertadamente para la elaboración de nuestra
investigación.
De igualmente a los lectores Ing. Paulina Viera e Ing. Manuel Sigcho quienes desde el
momento de comentarles la curiosidad sobre nuestra investigación también nos apoyaron
con sus conocimientos para así llegar a culminarla.
Gracias
Tarquino Fernando Gamboa Recalde
v
AGRADECIMIENTO
Agradezco a la noble Universidad Central del Ecuador, en especial a la Facultad de
Ingeniería Ciencias, Física y Matemática por haberme acogido en sus aulas en donde me he
formado como profesional.
A mis maestros quienes has sido los interpretes esenciales al compartirme sus conocimientos
y entregarme herramientas para un buen desempeño laboral.
A mi Tutor Ingeniero Juan Carlos Moya por ser un gran mentor que gracias a su guía se ha
logrado la culminación de la presente investigación.
A mis lectores Ingeniero Manuel Sigcho por sus consejos y observaciones, a la Ingeniera
Paulina Viera por ser una gran persona que con su carisma he iniciativa me ha impulsado a
realizar esta investigación.
Muchas Gracias
Andrea Marcel Recalde Sánchez
vi
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL
Yo, GAMBOA RECALDE TARQUINO FERNANDO en calidad de autor del trabajo de
investigación realizado sobre BASES DE DISEÑO PARA LA CONSTRUCCIÓN
SOSTENIBLE CON MAMPOSTERÍA DE LADRILLO TIPO PET, por la presente
autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todos los
contenidos que me pertenecen o de parte de los que contiene esta obra, con fines
estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente autorización,
seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8, 19
y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento.
Quito, 04 de Diciembre de 2015.
vii
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL
Yo, RECALDE SÁNCHEZ ANDREA MARCEL en calidad de autora del trabajo de
investigación realizado sobre BASES DE DISEÑO PARA LA CONSTRUCCIÓN
SOSTENIBLE CON MAMPOSTERÍA DE LADRILLO TIPO PET, por la presente
autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todos los
contenidos que me pertenecen o de parte de los que contiene esta obra, con fines
estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente autorización,
seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8, 19
y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento.
Quito, 04 de Diciembre de 2015.
viii
CERTIFICACIÓN
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
CERTIFICACIÓN
En calidad de tutor del proyecto de investigación: “BASES DE DISEÑO PARA LA
CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE CON MAMPOSTERÍA DE LADRILLO TIPO
PET” presentado y desarrollado por los señores estudiantes: GAMBOA RECALDE
TARQUINO FERNANDO y RECALDE SÁNCHEZ ANDREA MARCEL, previo a la
obtención del Título de Ingeniero Civil, considero que reúne los requisitos necesarios.
El documento elaborado superó el control antiplagio Urkund.
En la ciudad de Quito, a los 03 días del mes de Diciembre del 2015.
Atentamente:
INFORME DE TESIS
ix
INFORME DE TESIS
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
INFORME SOBRE LA CULMINACIÓN DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN
TÍTULO “BASES DE DISEÑO PARA LA CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE CON
MAMPOSTERÍA DE LADRILLO TIPO PET”
TUTOR: ING. JUAN CARLOS MOYA HEREDIA MSc.
FECHA: 03 de diciembre del 2015
1. Antecedentes:
La Directora de la Carrera de Ingeniería Civil solicita el informe previo a la aprobación por
Consejo Directivo de la Facultad, Sobre el plan de trabajo de graduación para obtener el
título de Ingeniero Civil presentado por el señor: GAMBOA RECALDE TARQUINO
FERNANDO titulado: “Bases de diseño para la construcción sostenible con mampostería de
ladrillo PET”
Con oficio DCIC-2015-1211 del 05 de octubre de 2015. La Directora de la Carrera de
Ingeniería Civil en base a los informes favorables de los ingenieros miembros de la comisión,
AUTORIZA la correspondiente denuncia de tesis y ordena al suscrito que en calidad de
TUTOR, analice, dirija y oriente el trabajo y al concluir emita un informe.
x
2. Desarrollo del trabajo de graduación:
Para dar cumplimiento a las tareas encomendadas se procedió a organizar la ejecución del
trabajo los graduandos bajo mi supervisión realizaron las siguientes actividades:
Desarrollo de investigación bibliográfica necesaria para la ejecución del Trabajo de
Graduación, su contenido básicamente en normas relacionadas con el tema
propuesto y los criterios adicionales para considerar al ladrillo PET como un
elemento de mampostería sismoresistente.
Se realizaron los ensayos de resistencia a la compresión, corte y tensión diagonal de
los mampuestos y muretes con tres diferentes tipos de ladrillo PET: liso, rugoso y
con clavos para comprobar las propiedades mecánicas de los diferentes materiales
y con los resultados obtenidos verificar los objetivos de la investigación.
Se ejecutó un análisis comparativo de los costos que tendría una pared empleando
los diferentes tipos de mampuestos: bloque de pómez, ladrillo mambrón, ladrillo
PET liso, ladrillo PET rugoso y ladrillo PET con clavos establecer con cual elemento
sería más rentable el empleo masivo en la construcción de una vivienda.
Conjuntamente a la ejecución de las actividades previamente indicadas los
graduandos redactaron la memoria del Trabajo de Graduación, la cual fue revisada
y corregida analizando: el contenido, el estilo y forma; cumpliendo con las
exigencias de la redacción académica.
xi
3. Conclusiones:
Se determinan las siguientes conclusiones generales:
El trabajo de graduación ha cumplido con los objetivos planteados.
El presente estudio servirá como referencia para futuros trabajos de graduación que
involucren a sistemas de Construcción sostenible en base al empleo de materiales
alternativos.
En virtud a lo manifestado, las actividades desarrolladas han sido satisfactorias y los
resultados obtenidos en el transcurso del desarrollo de la presente investigación fueron los
esperados al iniciar la misma.
Por lo tanto emito mi APROBACIÓN a este Trabajo de Graduación y recomiendo proseguir
con el trámite respectivo hasta la graduación del señor estudiante: GAMBOA RECALDE
TARQUINO FERNANDO.
En la ciudad de Quito, a los 03 días del mes de diciembre del 2015.
Atentamente:
xii
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
INFORME SOBRE LA CULMINACIÓN DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN
TÍTULO “BASES DE DISEÑO PARA LA CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE CON
MAMPOSTERÍA DE LADRILLO TIPO PET”
TUTOR: ING. JUAN CARLOS MOYA HEREDIA MSc.
FECHA: 03 de diciembre del 2015
1. Antecedentes:
La Directora de la Carrera de Ingeniería Civil solicita el informe previo a la aprobación por
Consejo Directivo de la Facultad, Sobre el plan de trabajo de graduación para obtener el
título de Ingeniero Civil presentado por la señorita: RECALDE SÁNCHEZ ANDREA
MARCEL titulado: “Bases de diseño para la construcción sostenible con mampostería de
ladrillo PET”
Con oficio DCIC-2015-1215 del 05 de octubre de 2015. La Directora de la Carrera de
Ingeniería Civil en base a los informes favorables de los ingenieros miembros de la comisión,
AUTORIZA la correspondiente denuncia de tesis y ordena al suscrito que en calidad de
TUTOR, analice, dirija y oriente el trabajo y al concluir emita un informe.
xiii
2. Desarrollo del trabajo de graduación:
Para dar cumplimiento a las tareas encomendadas se procedió a organizar la ejecución del
trabajo los graduandos bajo mi supervisión realizaron las siguientes actividades:
Desarrollo de investigación bibliográfica necesaria para la ejecución del Trabajo de
Graduación, su contenido básicamente en normas relacionadas con el tema
propuesto y los criterios adicionales para considerar al ladrillo PET como un
elemento de mampostería sismoresistente.
Se realizaron los ensayos de resistencia a la compresión, corte y tensión diagonal de
los mampuestos y muretes con tres diferentes tipos de ladrillo PET: liso, rugoso y
con clavos para comprobar las propiedades mecánicas de los diferentes materiales
y con los resultados obtenidos verificar los objetivos de la investigación.
Se ejecutó un análisis comparativo de los costos que tendría una pared empleando
los diferentes tipos de mampuestos: bloque de pómez, ladrillo mambrón, ladrillo
PET liso, ladrillo PET rugoso y ladrillo PET con clavos establecer con cual elemento
sería más rentable el empleo masivo en la construcción de una vivienda.
Conjuntamente a la ejecución de las actividades previamente indicadas los
graduandos redactaron la memoria del Trabajo de Graduación, la cual fue revisada
y corregida analizando: el contenido, el estilo y forma; cumpliendo con las
exigencias de la redacción académica.
xiv
3. Conclusiones:
Se determinan las siguientes conclusiones generales:
El trabajo de graduación ha cumplido con los objetivos planteados.
El presente estudio servirá como referencia para futuros trabajos de graduación que
involucren a sistemas de Construcción sostenible en base al empleo de materiales
alternativos.
En virtud a lo manifestado, las actividades desarrolladas han sido satisfactorias y los
resultados obtenidos en el transcurso del desarrollo de la presente investigación fueron los
esperados al iniciar la misma.
Por lo tanto emito mi APROBACIÓN a este Trabajo de Graduación y recomiendo proseguir
con el trámite respectivo hasta la graduación de la señorita estudiante: RECALDE
SÁNCHEZ ANDREA MARCEL.
En la ciudad de Quito, a los 03 días del mes de diciembre del 2015.
Gráfico N° 10: Variación de la resistencia con relación altura a espesor. .......................... 30
Gráfico N° 11: Características principales de prismas y muretes ....................................... 31
Gráfico N° 12: Ensayo de Cortante ..................................................................................... 34
Gráfico N° 13: Carga Vertical en un muro .......................................................................... 36
Gráfico N° 14: Carga en la dirección de la diagonal al murete ........................................... 46
Gráfico N° 15: Aplicación de carga ensayo brasileño ......................................................... 69
Gráfico N° 16: Comparación de Precios por m2 con diferentes adherencias del ladrillo tipo
PET .................................................................................................................................... 108
Gráfico N° 17: Comparación de precios por m2 de mampostería tradicional ................... 115
Gráfico N° 18: Comparación de precios con diferente tipo de mampostería. ................... 116
Gráfico N° 19: Comparación de precios (A). .................................................................... 125
Gráfico N° 20: Comparación de precios de diversas mamposterías. ................................ 126
Gráfico N° 21: Resumen de comparación de precios. ....................................................... 127
xxi
LISTA DE DIAGRAMAS
Diagrama N°: 1 Curva de la edad del mortero .................................................................... 89
Diagrama N°: 2: Resistencia a la compresión MPa. ............................................................ 90
Diagrama N°: 3: Resistencia al corte en MPa. .................................................................... 91
LISTA DE FOTOGRAFÍAS
Fotografía N° 1: Botellas de plástico tipo PET ................................................................... 11
Fotografía N° 2: Efectos de la contaminación con botellas plásticas en sumideros ........... 16
Fotografía N° 3: Efectos de la contaminación con botellas plásticas en ríos ...................... 17
Fotografía N° 4: Botellas de plástico de 1,35 litros ............................................................. 18
Fotografía N° 5: Centro de acopio del material PET .......................................................... 50
Fotografía N° 6: Recolección de botellas plásticas ............................................................. 51
Fotografía N° 7: Almacenamiento de botellas plásticas ...................................................... 51
Fotografía N° 8: Materiales empleados en la fabricación del ladrillo ................................. 52
Fotografía N° 9: Botellas llenas de arena- LADRILLO PET .............................................. 53
Fotografía N° 10: Materiales para el lijado de las botellas ................................................. 54
Fotografía N° 11: Lijado de las botellas para cambiar la rugosidad ................................... 55
Fotografía N° 12: Botellas lisas vs. Botellas lijadas ............................................................ 55
Fotografía N° 13: Materiales fabricación ladrillo tipo PET con clavos .............................. 56
Fotografía N° 14: Ladrillos tipo PET con clavos ................................................................ 56
Fotografía N° 15: Materiales y herramientas empleadas para el armado de encofrados .... 58
Fotografía N° 16: Recubrimiento de aceite a 5 encofrados de prismas............................... 61
Fotografía N° 17: Encofrados de muretes terminados ........................................................ 61
Fotografía N° 18: Pesaje del cemento ................................................................................. 65
Fotografía N° 19: Pesaje de la arena ................................................................................... 65
Fotografía N° 20: Construcción de Prisma. ......................................................................... 66
Fotografía N° 21: Construcción de prismas de ladrillo tipo PET con clavos ...................... 66
Fotografía N° 22: Construcción de muretes. ....................................................................... 68
Fotografía N° 23: Muretes y Prismas terminados ............................................................... 68
Fotografía N° 24: Elaboración de quince muretes y prismas cubiertos de polietileno ....... 68
Fotografía N° 25: Primas y muretes a condiciones ambientales del laboratorio ................. 69
Fotografía N° 26: Identificación de muestras de ladrillo tipo PET a ser ensayadas ........... 70
Fotografía N° 27: Aplicación de la carga ............................................................................ 70
Fotografía N° 28: Pesaje de la arena. .................................................................................. 71
Fotografía N° 29: Pesaje del cemento. ................................................................................ 71
Fotografía N° 30: Cubos de mortero para ser ensayados. ................................................... 72
Fotografía N° 31: Aplicación de carga. ............................................................................... 72
Fotografía N° 32: Ensayo de prismas de mampostería con ladrillo tipo PET. .................... 73
Fotografía N° 33: Elevación del murete. ............................................................................. 74
Fotografía N° 34: Colocación del Murete en la máquina de ensayo. .................................. 75
Fotografía N° 35: Realización del ensayo a Tensión Diagonal ........................................... 75
Fotografía N° 36: Falla en el mortero de pega. ................................................................... 76
Fotografía N° 37: Falla en el ladrillo tipo PET ................................................................... 76
Fotografía N° 38: Falla en prismas construidos con ladrillo tipo PET ................................ 77
Fotografía N° 39: Falla por corte o tensión diagonal. ......................................................... 77
xxii
RESUMEN
“BASES DE DISEÑO PARA LA CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE CON MAMPOSTERÍA
DE LADRILLO TIPO PET”
El presente proyecto investigativo demuestra la problemática en el que se encuentra el
Distrito Metropolitano de Quito, esto es debido al alto consumo por parte de la sociedad de
materiales plásticos entre ellos el polietileno de tereftalato (PET) los cuales no tiene un
destino final apropiado, provocando un uso excesivo de volumen en rellenos sanitarios,
contaminando cuerpos de aguas, generando daños a ciudades y a poblaciones que residen en
ellas.
En primer lugar el proyecto proporciona factores favorables para una construcción
sostenible, porque se intenta mitigar el problema de la contaminación y de la disminución
de uso de mamposterías tradicionales, así también reducir la explotación excesiva de
canteras que abastecen de agregados necesarios en la construcción.
El objetivo es brindar a la sociedad alternativas de construcción mediante el reciclaje de
materiales de alto consumo logrando conservar el medio ambiente, una forma de mitigación
es la reutilización de las botellas plásticas de cualquier capacidad como elementos
constructivos de mampostería.
Esta construcción novedosa debe cumplir con parámetros que brinden seguridad a sus
ocupantes, para ello la investigación determinará a través de ensayos en especímenes de
mampostería las bases de diseño para la construcción con elementos reciclados, verificando
los resultado con las normas vigentes en el País así como también con normas
internacionales las cuales ayudan a determinar límites aceptables para la construcción.
PALABRAS CLAVES: MAMPOSTERÍA CON LADRILLO TIPO PET/ TRACCIÓN
INDIRECTA EN BOTELLAS PLÁSTICAS/ RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE
PRISMAS/ TENSIÓN DIAGONAL EN MURETES/ ADHERENCIA CON BOTELLAS
PLÁSTICAS/ COSTO MAMPOSTERÍA DE BOTELLAS TIPO PET.
xxiii
ABSTRACT
"BASES OF DESIGN FOR SUSTAINABLE BUILDING WITH BRICK MASONRY TYPE
PET"
This research project demonstrates the problematic in which is found the Distrito
Metropolitano de Quito this is due to the high consumption of plastic materials by the society
among them the polyethylene of terephthalate (PET), this materials do not have an
appropriate final destination, causing an excessive use of volume in sanitary landfills,
polluting water bodies, causing damage to cities and populations residing in them.
In the first place the project encompass favorable factors for a sustainable construction,
because it tries to mitigate the problem of pollution and decreased use of traditional
masonries, and also reduce the excessive exploitation of quarries that supply for aggregates
needed in construction.
The objective is to provide construction alternatives for the society through the recycling of
materials of high consumption achieving to preserve the environment, a form of mitigation
is the reuse of plastic bottles of any capacity as building elements of masonry.
This innovative construction must comply with parameters that provide security to theirs
occupants, for this the research will determine through essays in Specimens of masonry the
design bases for the construction with recycled elements, verifying the result with current
standards in the country as well as the international standards, which help to determine
acceptable limits for construction.
KEY WORDS: TYPE BRICK MASONRY PET/ INDIRECT TRACTION IN PLASTIC
BOTTLES/ RESISTANCE TO COMPRESSION OF PRISMAS/ DIAGONAL TENSION
IN WALLS/ BONDING WITH PLASTIC BOTTLES/ COST TYPE MASONRY PET
BOTTLES.
1
1. CAPÍTULO I: GENERALIDADES
1.1. Antecedentes
Por el consumo excesivo de productos en envases no retornables, falta de conciencia por
parte del ser humano y una escasa o nula cultura de reciclaje en nuestra ciudad, la
acumulación de botellas de plástico en calles, espacios públicos y botaderos de basura ha
provocado que se describa como un problema ambiental que se encuentra relacionado de
forma directa con el crecimiento poblacional y económico de la urbe.
Una de las alternativas es reutilizar este tipo de materiales e implementarlos en la
construcción, como por ejemplo la creación de paredes o mamposterías usando ladrillos tipo
PET la cuales pueden estar rellenas de arena o tierra reemplazando al bloque o ladrillo
tradicional y de uso común, lo que permitirá disminuir el costo de insumos empleados en la
construcción.
Además se puede mencionar que la primera iniciativa de construcción ecológica con este
elemento en la provincia fue implementada por el colegio Liceo Internacional el cual utilizó
botellas plásticas en la construcción de un centro juvenil en la cuidad de Guayllabamba
nombrándole al elemento como “Ladrillo Verde” el mismo que se encuentra patentado por
la institución educativa, también lo han autocalifican como antisísmico1, motivo por el cual
surge la necesidad de aseverar si este tipo de elemento utilizado cumple con los
requerimientos mínimos para que sea sismo resistente.
1 Antisísmico término inapropiado utilizado en el boletín de prensa extraído del archivo digital de noticia
EXPLORED ; la definición correcta es Sismo Resistente
2
1.2. Justificación
Debido al incremento de la contaminación ambiental por el consumo de productos envasados
en botellas plásticas se ve la necesidad de reutilizar dichos recipientes en otro tipo de
finalidad, en este caso se lo puede implementar en el ámbito de la construcción como una
iniciativa ecológica e innovadora.
Las botellas plásticas serían una solución factible y viable para construcciones ubicadas en
zonas donde existan escases de materiales constructivos, son de fácil transporte porque su
peso es menor con respecto a la mampostería tradicional además que se los rellenaría en
lugar del proyecto o construcción utilizando arena, tierra, gravilla existente en el terreno.
Esta investigación tiene la finalidad principal de encontrar soluciones económicas, eficientes
eficaces y seguras para edificaciones de diversos usos, a través de un estudio técnico que
permita conocer las propiedades físico mecánicas de un elemento de mampostería, también
contar con información acerca de esta alternativa de construcción ecológica siendo un aporte
nuevo para la universidad y la comunidad.
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo general
Determinar las bases de diseño para la construcción sostenible con mampostería de ladrillo
tipo PET.
1.3.2. Objetivos específicos
a. Analizar los problemas ambientales en la ciudad de Quito por la acumulación de
botellas plásticas
b. Realizar los ensayos que permitan determinar las propiedades físicas y mecánicas de
la mampostería.
3
c. Comprobar la adherencia entre el mortero de pega y el ladrillo tipo PET
d. Determinar los costos de construcción por cada metro cuadrado de mampostería
1.4. Hipótesis
El uso del ladrillo tipo PET en mampostería permite tener elementos sismo resistente a bajo
costo.
El empleo del ladrillo tipo PET en la construcción es una alternativa para mitigar la
contaminación ambiental
4
2. CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO.
2.1. El ladrillo tipo PET.
El ladrillo tipo PET es una alternativa ecológica empleada en la construcción de
mampostería, el cual reemplazará el ladrillo o bloque de uso tradicional y así fomentar el
reciclaje en la comunidad.
Este ladrillo podrá ser fabricado con diferentes envases de distintas capacidades, el material
de relleno puede variar dependiendo de la zona en donde se va a realizar la edificación dicho
material se debe compactar para lograr su óptimo funcionamiento.
2.1.1. Qué es el plástico:
Dicho de ciertos materiales sintéticos: Que pueden moldearse fácilmente y en cuya
composición entran principalmente derivados de la celulosa, proteínas y resinas.2
Los plásticos son polímeros, es decir, compuestos construidos por grandes moléculas
(macromoléculas), formadas por la unión de moléculas más sencillas que se repiten una y
otra vez. (Valle. C., 2013, p.30)
El plástico es un material sintético derivado del petróleo y otras sustancias, que se obtiene
a través de procesos de polimerización o agrupación química de compuestos de bajo peso
molecular, permitiendo moldearlas y adaptarlas a diferentes formas, aplicaciones o
requerimientos.
2.1.2. Características generales del plástico
El plástico al ser un material versátil tiene las siguientes características:
2 Diccionario Virtual de la Real Academia de la Lengua. (2012). Diccionario Virtual de la Real Academia de
la Lengua [Versión electrónica]. Madrid España. Recuperado de
http://lema.rae.es/drae/?val=pl%C3%A1stico
5
Transparentes y cristalinos aunque llega permitir ciertos colorantes.
Liviano permite que una botella pese alrededor de 20 veces menos que el peso total
que su contenido.
Relación de resistencia/densidad alta
Aislante térmico
Aislante eléctrico
Buena resistencia a los ácidos, alcalis
Buena resistencia a los disolventes
Alta resistencia a la corrosión
Baja conductividad térmica y eléctrica
Resistente al esfuerzos permanentes y al desgaste.
Alta rigidez y dureza.
Baja absorción de humedad.
Totalmente reciclable
No tóxicos por lo que conservan las propiedades de que contienen.
2.1.3. Tipos de plásticos
Los diversos tipos de plásticos dependen de la clase de macromolécula del que está
compuesto, es así que pueden ser:
Lineales
Ramificadas
Entrecruzadas
Existe también otra codificación del plástico, que junta a estas moléculas en función de la
temperatura estas son:
Termoplásticas
6
Termoendurecibles
Termoplásticos: Son macromoléculas lineales y ramificadas que expuestas a elevadas
temperaturas se ablandan.
Termo-endurecibles: Son macromoléculas entrecruzadas que funcionan inversamente a las
termoplásticas, es decir, que al exponerse a elevadas temperaturas se endurecen.
2.1.4. Polietileno Tereftalato (PET)
El PET o Polietileno de Tereftalato es un polímero termoplástico lineal fue patentado como
polímero para fibra y elaborado por primera vez en 1941 por los científicos británicos
Whinfield y Dickson. La fabricación comercial de dicha fibra comenzó en 1955, desde aquel
entonces el desarrollo del mismo ha logrado diversas aplicaciones de uso.
Como por ejemplo la producción de envases para bebidas, agroquímicos, limpiadores
líquidos comenzó en 1976.
El etileno y paraxileno son la materia prima derivada del petróleo empleada en la elaboración
del PET, estos reaccionan a temperaturas y presiones elevadas con lo que se llega a obtener
la resina PET en estado amorfo que se cristaliza y polimeriza formando pequeños cilindros
blancos denominados chips. Son identificados con el número uno, que en su alrededor tiene
flechas en forma de triángulo y con la palabra PET debajo esto se debe a que es
recientemente elaborado y que nunca antes ha sido reciclado o su materia prima fue
reutilizada.
7
2.1.5. Proceso de fabricación del polietileno tereftalato
Como se describió anteriormente la resina obtenida a través de la materia prima derivada del
petróleo en forma de chips los mismos que secos son fundidos e inyectados a presión en
máquinas las cuales tienen múltiples cavidades que generan las preformas.
Las preformas son unos recipientes que lo único que tienen definido es el pico de la botella
comúnmente conocida, estas son sujetas a procesos de calentamiento preciso y gradual,
colocado en moldes que posteriormente se estirará y conseguirá su forma definitiva a través
de pistones que las inflan con aire a presión.
Gráfico N° 1: Diagrama de flujo del proceso de fabricación del PET
Fuente: quiminet.com3
3 Recuperado de: http://www.quiminet.com/articulos/proceso-de-produccion-del-pet-2561170.htm
8
Gráfico N° 2: Datos técnicos del Polietileno de Tereftalato
Fuente: Análisis del sistema constructivo con botellas recicladas PET.4
2.2. Construcción Sostenible
La construcción es uno de los sectores que más contribuyen con el desarrollo económico y
social de una nación pero también es el que más aporta con la destrucción del medio
ambiente debido a que ocupan un alto porcentaje de los recursos naturales del país en las
etapas constructivas necesarias para una edificación generando así un gran impacto
ambiental.
4 Celi, M., (2013) Análisis del sistema constructivo con botellas recicladas PET, y su aplicación en el diseño
de un centro de exposición y capacitación para la planta de reciclaje de la ciudad de Loja (tesis de pregrado).
Universidad Técnica Particular de Loja, Loja, Ecuador.
9
La Construcción Sostenible deberá entenderse como el desarrollo de la Construcción
tradicional pero con una responsabilidad considerable con el Medio Ambiente por todas las
partes y participantes. Lo que implica un interés creciente en todas las etapas de la
construcción, considerando las diferentes alternativas en el proceso de construcción, en favor
de la minimización del agotamiento de los recursos, previniendo la degradación ambiental o
los prejuicios, y proporcionar un ambiente saludable, tanto en el interior de los edificios
como en su entorno (Kibert, 1994)5.
Por lo tanto una construcción sostenible debe considerar a los factores que disminuyen el
impacto ambiental generada en todas las etapas constructivas desde la obtención de la
materia, construcción, operación y mantenimiento es decir hasta que cumpla su vida útil para
la cual fue diseñada, logrando optimizar los recursos, entregando un entorno amigable y
saludable a los usuarios así como también al medio ambiente.
Es necesario considerar que una construcción sostenible tenga los siguientes principios
ecológicos.
Conservación de recursos a utilizarse
Reutilización de recursos utilizados
Utilización de elementos estructurales con materia prima reciclable y renovable en
la construcción
Disminuir el ciclo de fabricación de las materias primas necesarias y utilizadas en la
construcción lo que ayudaría a disminuir las emisiones tóxicas
Reducción del consumo de energía eléctrica
Protección del Medio Ambiente
5 Recuperado de: http://habitat.aq.upm.es/boletin/n4/apala.html
10
Incentivar el cambio de hábitos de las personas y comunidades en el uso de las
edificaciones para reducir su impacto en la fase operacional e incrementar su vida
útil
2.2.1. Construcción sostenible con ladrillo tipo PET.
Esta construcción se la puede determinar cómo sostenible debido a que reutiliza una gran
cantidad de recipientes plásticos, se puede mencionar una construcción realizada en la
provincia de Esmeraldas cantón San Lorenzo dónde se utilizó aproximadamente en un área
de construcción de 275 m2 cerca de 21.500 botellas6.
La obtención del material de relleno del ladrillo no genera impacto ambiental porque se
puede utilizar como por ejemplo la tierra de excavaciones, la comunidad que esté cercana a
estos proyectos pueden participar en las etapas de fabricación y construcción, disminuyendo
el uso excesivo de materiales fósiles o no renovables que son necesarios para la construcción
de mamposterías tradicionales.
Por lo tanto este proceso constructivo considera algunos principios ecológicos catalogándolo
como una construcción sostenible.
2.3. Definición del Ladrillo tipo PET
Es un elemento de mampostería ecológico que reemplaza al ladrillo o bloque de uso común.
El ladrillo tipo PET está conformado principalmente por una botella plástica llena de arena
o tierra compactada, dicho material de relleno dependerá de la ubicación de la edificación
que empleará este elemento en sus muros o mamposterías.
Para el proceso de compactación se debe seguir los siguientes pasos:
6 Celi, M., (2013) Análisis del sistema constructivo con botellas recicladas PET, y su aplicación en el diseño
de un centro de exposición y capacitación para la planta de reciclaje de la ciudad de Loja (tesis de
pregrado). Universidad Técnica Particular de Loja, Loja, Ecuador.
11
Llenar la botella hasta la mitad aproximadamente.
Para el proceso de compactación se levantará la botella dejándola caer por su propio
peso.
Introducir el bordo de 50 cm y golpear alrededor de diez veces, llenamos la otra mitad
de la botella con la arena y se deja caer para que se compacte.
Con el bordo de 25 cm colocar en el pico de la botella y volver a golpear diez veces
aproximadamente.
El proceso tiene como objetivo dejar a la botella totalmente dura simulando un
ladrillo o bloque tradicional.
2.3.1. Materiales que pueden ser empleados en la fabricación del ladrillo tipo PET.
El ladrillo tipo PET tiene como materiales de fabricación el recipiente o envase plástico,
arena o tierra esta dependerá principalmente del sector dónde se vaya a construir la
mampostería.
Botellas Plásticas tipo PET.- Los recipientes variarán según lo que consuma comúnmente
la población del sector o lugar cercano a la construcción futura, es decir las características
de las botellas cambiarán en su forma, dimensiones, y capacidad.
Fotografía N° 1: Botellas de plástico tipo PET
Fuente: Autores
12
Material de Relleno.- El relleno podría ser: tierra, gravilla, telas o fundas plásticas, pero es
necesario realizar un estudio apropiado, como el que se realizará a las botellas llenas de
arena. No es recomendable el relleno con material orgánico o biodegradable debido a que
con el tiempo pierden su estructura original por lo que el volumen que ocupa va
disminuyendo, provocando la perdida de resistencia del ladrillo tipo PET.
2.4. Materiales empleados para la construcción de mampostería con ladrillo tipo PET.
Ladrillo tipo PET: Este novedoso material empleado para la construcción de
mamposterías puede ser utilizado en todas las regiones ecuatorianas porque al ocupar
gran cantidad de botellas plásticas llenas de materiales de la zona arena o tierra puede
ser aprovechado y tiene un impacto positivo con el ambiente dejando de ir hacia su
disposición final botaderos o ríos.
Mortero: se utilizará un mortero igual o semejante al que se utiliza en la construcción de
mampostería tradicional siempre con una dosificación ya sea esta al volumen o al peso.
Amarre: Para el amarre se utiliza piola plástica o de fibra vegetal esta funciona
principalmente para entrelazar cada ladrillo PET logrando que haya una mejor
adherencia con el enlucido, también nos permitirá estabilidad ante un deslizamiento
brusco de la botella.
2.5. Problema ambiental producido por las botellas de plásticos.
Una vez que los productos fueron consumidos, la mayoría de los envases de botellas
plásticas PET son dispuestos a rellenos sanitarios, cauces, calles o tiraderos clandestinos.
13
La ciudad de Quito genera al día 2000 toneladas de basura de las cuales el 57% son residuos
orgánicos, el 24% es material reciclable, 19% rechazos7 y un porcentaje bajo de residuos
peligrosos.
Gráfico N° 3: Tipologías de los residuos sólidos urbanos en el DMQ
Fuente: EMASEO8
Según estudios realizados por EMASEO la producción o generación per cápita de residuos
sólidos (PPC9) global en el Distrito Metropolitano de Quito (DMQ), se encuentra alrededor
de 0,850 Kg/hab*día, teniendo un valor de 0,879 Kg/hab*día a nivel urbano y de 0,779
Kg/hab*día a nivel rural.
Por lo tanto se ha obtenido valores que la generación de residuos sólidos en la capital a partir
del año 2012 consta de los siguientes valores identificados el gráfico adjunto.
7Los rechazos se refiere a papel higiénico, servilletas usadas, envases de espuma flex, envolturas de golosinas
y caramelos. 8 Consultoría para la realización de un estudio de caracterización de residuos sólidos urbanos domésticos y
asimilables a domésticos para el Distrito Metropolitano de Quito, Recuperado de:
http://www.emaseo.gob.ec/documentos/pdf/Caracterizacion_residuos.pdf. 9PPC: Producción per cápita de residual sólidos Que es la cantidad de residuos sólidos generados por
persona en un día; Kg/habitante*día
14
Gráfico N° 4: Caracterización de los residuos sólidos urbanos y rurales del Cantón Quito
Fuente: EMASEO10
De los porcentajes descritos el material reciclable contiene un 1,94% de botellas PET que
representan 38,572 ton/día se lo puede observar en el ítem quinto del siguiente gráfico.
Gráfico N° 5: Resumen de Subproductos por Año en el DMQ
Fuente: EMASEO
10 Consultoría para la realización de un estudio de caracterización de residuos sólidos urbanos domésticos y
asimilables a domésticos para el Distrito Metropolitano de Quito, Recuperado de:
Gráfico N° 6: Composición de los Residuos Sólidos Urbanos del DMQ
Fuente: EMASEO
2.5.1. Tiempo de descomposición
El tiempo de descomposición se denomina al periodo que demora un material en
desintegrarse en los elementos químicos del que está conformado, el cual que se encuentra
expuesto a condiciones ambientales como lluvia, sol, viento y agentes biológicos que
podrían ser plantas, microrganismos, animales, etc.
El tiempo estimado de descomposición para las botellas plásticas es de aproximadamente de
100 a 1000 años en condiciones ambientales anteriormente mencionadas, mientras que
enterradas demora mucho más su degradación, porque los microorganismos no encuentran
la manera de atacarlos. Al descomponerse este material pierde su tonicidad, se fragmenta y
dispersa debido a que se encuentra fabricada de polietileno de tereftalato (PET) que es un
derivado del petróleo.
16
2.5.2. Efectos de la contaminación con el plástico
La contaminación en el planeta es un problema ambiental, social y económico que ha llegado
a ser una preocupación del ser humano porque en la basura generada diariamente existe gran
cantidad de botellas plásticas las mismas que siguen acumulándose, tapando ríos,
contaminando tierras y provocando modificaciones en el ecosistema. Lo que debe hacer la
sociedad es el de ayudar a conservar el medio ambiente a través de la clasificación y reciclaje
para que estos residuos no se sigan acumulando y causando más daño a la tierra.
El exceso de botellas plásticas que van a dar al cauce de los ríos y viajan a través de estos
hasta llegar a los océanos y mares del planeta a más de ser un problema estético para sus
playas estas contaminan los lechos marinos, incitando a que las especies que habitan en este
ecosistema las ingieran y presenten atragantamientos lo que podría generar su muerte o
extinción.
Las botellas plásticas en grandes ciudades son un problema estético y su acumulación podría
ocasionar inundaciones, las cuales taponarían los sumideros del alcantarillado lo que impide
la adecuada recolección de las aguas lluvias y su posterior desembocadura en el cuerpo
receptor.
Fotografía N° 2: Efectos de la contaminación con botellas plásticas en sumideros
Fuente: Autores
17
Fotografía N° 3: Efectos de la contaminación con botellas plásticas en ríos
Fuente: Autores
2.6. Tipos de botellas a emplearse.
Para la presente investigación utilizaremos una botella en particular la cual es fabricada por
la empresa Arcacontinental11, la capacidad del recipiente es de 1,35 litros. Se escogió este
envase por sus características físicas, fácil manipulación y reconocimiento visual. Gracias a
la gran demanda de este producto por parte de la ciudadanía existen altas cantidades de este
tipo de ejemplares en supermercados, centros de acopio y tiendas en toda la ciudad. Las
dimensiones de las botellas de plásticos tipo PET son:
Altura: 32,6 cm aproximadamente
Diámetro de la boca del envase: 2,1 cm aproximadamente
Diámetro del centro del envase: 8,2 cm aproximadamente
Espesor: 1-3 mm aproximadamente
11 Arcacontinental, Coca-Cola
18
Fotografía N° 4: Botellas de plástico de 1,35 litros
Fuente: Autores
2.7. Mampostería No reforzada:
Es la estructura conformada por piezas de mampostería unidas por medio de mortero y que
no cumplen las cuantías mínimas de refuerzo establecidas para la mampostería parcialmente
reforzada.12
2.8. Mampostería Parcialmente reforzada:
Es la estructura conformada por piezas de mampostería de perforación vertical, unidas por
medio de mortero, reforzada internamente con barras y alambres de acero.13
2.9. Propiedades mecánicas de la mampostería
Si bien en nuestro país no se hablan de estudios realizados a fondo sobre mamposterías
alternativas, el único documento con el que se cuenta como sustento es la Norma Ecuatoriana
de la Construcción en donde las describen como propiedades mecánicas intrínsecas. En otros
países la investigación sobre las propiedades mecánicas del mampuesto ha dado lugar al
12 Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-MP, Mampostería Estructural (p. 10). 13 Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-MP, Mampostería Estructural (p. 10).
19
interés de varios profesionales, y es así que en México existen libros donde describen
ensayos realizados a diversos materiales que conforman el muro.
Los muros en las construcciones cumplen con diversas funciones estructurales, estos
elementos soportan la acción de cargas verticales y horizontales de ahí la importancia de
conocer cuáles son sus propiedades.
La propiedad más importante que deben cumplir los elementos de la mampostería es la
resistencia a la compresión la misma que se obtiene dividiendo la máxima fuerza que es
capaz de resistir la probeta que dependerá del material y forma a ensayar entre el área en
planta de la muestra para alcanzar tal resistencia en unidades kg/cm2 o MPa, además de la
tensión diagonal, esfuerzos tangenciales en juntas y esfuerzo cortante.
Entre otras propiedades que debe cumplir los mampuestos son las que se describen a
continuación:
Absorción
Durabilidad
2.9.1. Absorción
La absorción es la medida de la porosidad, la que indica la posibilidad de filtración de algún
agente líquido a través del bloque o ladrillo y la tendencia a su disgregación.
El ladrillo tipo PET al estar formado por plástico (tereftalato de polietileno) no absorberá
ningún tipo de líquido que se encuentre a su alrededor, convirtiéndole en un elemento
impermeable y exento de disgregaciones que son problemas comunes en los materiales
tradicionales en la construcción de mampostería.
20
2.9.2. Durabilidad
La durabilidad se encuentra asociada a los cambios de las condiciones naturales que son
temperatura y humedad, se la puede evaluar a través de una prueba de congelación y
descongelación, la cual consiste en ser repetitiva en condiciones saturadas con varios ciclos
de humedecimiento y secado. La pérdida de peso se relaciona con su resistencia. 14
Debido a que el ladrillo tipo PET es de plástico y su tiempo de descomposición va 100 a
1000 años se puede considerar que este material es de alta durabilidad.
2.10. Resistencia a la compresión de piezas artificiales (ladrillo y bloque)
Las principales propiedades que deben poseer las piezas o elementos que conforman una
mampostería es la resistencia a la compresión la misma que se lo puede realizar ensayando
medio ladrillo o bloque en posición horizontal donde se aplica una carga de compresión;
para poder realizar dicha prueba la muestra debe estar seca porque si contiene o absorbe
humedad se alteran los resultados de la resistencia deseada.
Tabla N° 1: Resistencia a la compresión de la piedra natural
14 Gallo, G., Espino. L., Olvera, A., (2005), Diseño Estructural de casas Habitación, México D.F. McGraw-
Hill (p.12) 15 Gallo, G., Espino. L., Olvera, A., (2005), Diseño Estructural de casas Habitación, México D.F. McGraw-
Hill (p.11)
21
Tabla N° 2: Características típicas de algunas piezas artificiales
Material
Resistencia a la
Compresión
Coeficiente de
Variación Peso Volumétrico
Seco f*
p Cv
kg/cm2 kg/cm2 ton/m3
Ladrillo Rojo de
barro recocido 35-115 10-30 1,30-1,50
Ladrillo extruido
perforado
verticalmente
150-430 11-25 1,65-1,96
310-570 15-20 1,61-2,06
150-400 11-26 1,66-2,20
Ladrillo extruido
macizo 375-900 5-16 1,73-2,05
Ladrillo extruido,
huecos
horizontales
75-80 13-18 1,25-1,32
50-80 16-30 1,69-1,78
Bloques de Concreto
Ligero 20-50 10-26 0,95-1.21
Intermedio 20-80 7-29 1,32-1,70
Pesado 70-145 7-28 1,79-2,15
Adoquín 45-120 11-35 1,05-1,60
Silicio Calcáreo 175-200 11-15 1,79
Fuente: Diseño Estructural de Casas Habitación.16
Tabla N° 3: Valores mínimos para la resistencia de las unidades f'cu17
TIPO DE UNIDAD f´cu (MPa)
Ladrillo macizo 2
Bloque de perforación horizontal de arcilla 3
Bloque de perforación vertical de hormigón o
de arcilla 3
Fuente: NEC_SE_VIVIENDA18
16 Gallo, G., Espino. L., Olvera, A., (2005), Diseño Estructural de casas Habitación, México D.F. McGraw-
Hill (p.12) 17 f´cu: Resistencia especificada a la compresión de la unidad de mampostería medida sobre el área neta. 18 Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-Vivienda, Viviendas de hasta dos pisos con luces de hasta
5 metros (p. 64)
22
2.11. Mecanismos de falla
Se conoce al efecto ocasionado en la mampostería expuesta a las solicitaciones como
compresión, corte, entre otros, el mismo que se lo puede definir como un proceso,
secuencia o medio por el cual ocurre la falla en el muro.
2.11.1. Mecanismo de falla ocasionada por Compresión Axial
La mampostería al estar formada por dos materiales que tienen características distintas
(esfuerzo-deformación) y encontrarse sometidos a la acción de esfuerzos de compresión
tienden a deformarse de diferente manera, es decir que tanto el mampuesto como el mortero
de pega reaccionan indistintamente lo que hace difícil su interacción.
Para explicar de una manera sencilla la forma de interactuar de los materiales se describe
que un prisma de mampostería sometido al efecto de una carga vertical, tanto el mortero y
el mampuesto sufren deformaciones verticales y alargamientos transversales. Se debe
destacar que si los materiales tuviesen la oportunidad de trabajar independientemente sus
deformaciones serian distintas debido a sus respectivas propiedades elásticas.
La adherencia y las fuerzas de fricción entre las caras de contacto del mampuesto con el
mortero impiden el desplazamiento o deslizamiento relativo lo que genera que ambos tengan
una misma deformación transversal que será un intermedio de las que se inducirían por
separado.
Para alcanzar la misma deformación, el mampuesto al ser un material rígido soportará
tensiones transversales mientras que el mortero por ser un material deformable se encontrará
expuesto a una compresión triaxial siendo la compresión en ambas direcciones transversales.
Por lo tanto aumentará la resistencia del mortero con respecto a una prueba de compresión
simple mientras disminuye la del material rígido en este caso el mampuesto. Este
23
comportamiento peculiar ha sido denominado efecto de junta.19 Los esfuerzos transversales
inducidos en los dos materiales aumentan si la diferencia de los módulos de elasticidad de
cada uno y el espesor de la junta aumenta, es decir que es directamente proporcional.
La falla se presenta por aplastamiento de las piezas de mampostería ocasionado por la
compresión axial y el agrietamiento vertical generado por deformaciones transversales
acompañadas de agrietamiento longitudinales que al ser excesivo producen inestabilidad del
elemento y con esto su falla. El mortero sufre aplastamiento pero no llega a la falla del
mampuesto porque se encuentra retenido en capas delgadas y no generan inestabilidad de
toda la mampostería.
2.11.2. Mecanismo de falla y distribución de esfuerzos ocasionada por Tensión
Diagonal
Las cargas laterales que actúan sobre la mampostería inducen a tensión diagonal lo que
genera la falla del muro, la misma que se reconoce por la grieta diagonal que atraviesa en
diferentes direcciones al mortero y mampuesto con una trayectoria aproximadamente recta,
esta se forma desde el centro del muro y crece hasta los extremos.
Para estudiar de manera teórica la distribución de esfuerzos principales de tensión en la
mampostería, la misma que se supone estar formado de un material elástico homogéneo. En
el siguiente gráfico se muestra la distribución de esfuerzos en un elemento cuadrado sujeto
a dos fuerzas de compresión a lo largo de la diagonal.
19 Meli, R., Reyes, A. (1971), Resistencia de Muros de Mampostería ante cargas verticales excéntricas,
Biblioteca virtual de la Universidad Nacional Autónoma de México, Recuperado de:
http://132.248.9.195/SerieAzul/288.pdf (p. 283)
24
Gráfico N° 7: Distribución de Esfuerzos en un elemento sujeto a compresión diagonal
Fuente: Meli, R., Reyes, A. (1971), Resistencia de Muros de Mampostería ante cargas verticales
excéntricas (p. 285)
Mientras que en el grafico que se encuentra a continuación esta la distribución de esfuerzos
de la diagonal bajo una carga horizontal aplicado en el extremo del elemento cuadrado
trabajando en voladizo. Estos dos tipos de carga idealizan las solicitaciones a las que puede
estar sometida la mampostería por efecto de cargas laterales. 20
20 Meli, R., Reyes, A. (1971), Resistencia de Muros de Mampostería ante cargas verticales excéntricas,
Biblioteca virtual de la Universidad Nacional Autónoma de México, Recuperado de:
http://132.248.9.195/SerieAzul/288.pdf (p. 283)
25
Gráfico N° 8: Distribución de Esfuerzos en un elemento sujeto a fuerzas cortantes
Fuente: Meli, R., Reyes, A. (1971), Resistencia de Muros de Mampostería ante cargas verticales
excéntricas (p. 285)
Como se puede observar en los dos casos el valor máximo de tensión diagonal ocurre en el
centro del elemento lo que explica el modo de falla. El esfuerzo máximo de tensión puede
variar por el tipo de carga, proporciones del elemento y el nivel de carga vertical que actúa
sobre el muro, para poder identificar cual es la variación teóricamente se lo realiza a través
del análisis elástico y encontrar el valor del esfuerzo máximo en cada caso igualado a la
resistencia de la tensión diagonal de la mampostería por lo que se encuentra la carga que
genera el comienzo de la grieta diagonal y es considerado como el límite de resistencia
diagonal. Por lo tanto la falla por tensión diagonal ocurre cuando los mampuestos son de
baja resistencia y tienen buena adherencia con el mortero, y que de lo contrario la falla es
debido a los esfuerzos tangenciales en las juntas. 21
21 Meli, R., Reyes, A. (1971), Resistencia de Muros de Mampostería ante cargas verticales excéntricas,
Biblioteca virtual de la Universidad Nacional Autónoma de México, Recuperado de:
http://132.248.9.195/SerieAzul/288.pdf (p. 283)
26
2.11.3. Mecanismo de falla ocasionada por Esfuerzos Tangenciales en juntas
Cuando los mampuestos que constituyen la mampostería tienen alta resistencia, antes de
que el esfuerzo de tensión diagonal producidos bajo la acción de una carga lateral y excedan
la resistencias de cada elemento, lo que sucede es que la carga vence la adherencia entre el
mortero y la pieza en las juntas, es así que se genera la grieta en la junta más cercana del
centro y se propaga hacia los extremos de forma diagonal.
Como ya se explicó anteriormente en los gráficos 7 y 8 la distribución de los esfuerzos en
los dos casos el esfuerzo máximo es en el centro del tablero.
Gráfico N° 9: Compresión diagonal. Variación de los esfuerzos con la forma del elemento
Fuente: Meli, R., Reyes, A. (1971), Resistencia de Muros de Mampostería ante cargas verticales
excéntricas (p. 288)
27
El tipo de falla producida por el deslizamiento sobre las juntas debe exceder la resistencia a
los esfuerzos tangenciales en las mismas, la cual es proporcionada en parte por la adherencia
que existe entre el elemento y el mortero, además por la presencia de la fricción existente
entre los materiales inducida por los esfuerzos de compresión que están en dirección normal
a dicha junta.
Por lo tanto para calcular el esfuerzo resistente en la junta se utilizará el mecanismo de
Coulomb:
𝑣 = 𝑢 + (𝑓 × 𝜎)
Dónde;
𝑢 → Es la adherencia en las juntas.
𝑓 → Es la fricción en las juntas.
𝜎 → Esfuerzo de compresión aplicado en dirección normal a la junta.
Si se considera una mampostería o muro expuesto a cargas de compresión diagonal se
presentara en la sección critica esfuerzos verticales de compresión, los mismos que serán
directamente proporcionales a la relación altura y longitud del muro, donde los esfuerzos
ayudarán a determinar que exista el efecto de fricción lo que incrementará la resistencia de
esfuerzos tangenciales en las juntas.
Del resultado del análisis elástico del muro que considera un material homogéneo la
variación del esfuerzo de compresión en el centro del muro, el cual se muestra en el gráfico
anterior se puede apreciar que los esfuerzos disminuyen considerablemente en función de la
longitud del muro con respecto a su altura, es decir que en una mampostería de gran longitud
existe la posibilidad de una falla en las juntas, mientras que en un muro de longitud menor
se podría producir una falla por tensión diagonal.
28
En una mampostería de voladizo se presentan esfuerzos normales en la sección más crítica
serán casi nulos, pero bajo la acción de una sobrecarga vertical se genera esfuerzos normales
que ayuden a la resistencia.
2.12. Ensayos a realizarse
Los principales ensayos a realizarse en esta investigación para demostrar las propiedades
físico-mecánicas son las siguientes,
2.12.1. Tracción Indirecta
El ensayo de tracción indirecta apareció en 1943 cuando Rio de Janeiro se hallaba en
remodelación urbanística, motivo por el cual se vio en la necesidad de trasladar una iglesia
antigua la misma que obstaculizaba una vía a ser construida, la idea era moverla de un punto
a otro encima de cilindros de acero, pero no existía dicho material debido a que en esta época
se efectuaba la segunda guerra mundial donde todo el acero se utilizaba para la fabricación
de material bélico. Es entonces que encargaron al Ingeniero Fernando Carneiro la realización
de ensayos en cilindros de hormigón para usarlos en reemplazo de los cilindros de acero.
El ingeniero comprobó que al cargar los rodillos a compresión estos fallaban a tracción
mediante fisuras verticales, es por esto que se lo denominó TRACCIÓN INDIRECTA.22
MÉTODO DE ENSAYO SEGÚN LA NTE INEN 2648:2013
Resumen
Este método de ensayo consiste en aplicar una fuerza de compresión a lo largo de la longitud
de un espécimen cilíndrico de hormigón, a una velocidad tal que esté dentro del rango
especificado en esta norma, hasta que ocurra la falla. Esta carga induce esfuerzos de tracción
en el plano que contiene la carga aplicada y esfuerzos de compresión relativamente altos en
el área circundante a la carga aplicada. La falla por tracción ocurre antes que la falla por
compresión porque las áreas de aplicación de carga se encuentran en un estado de
22 Recuperado de: http://enriquemontalar.com/fernando-carneiro-y-el-ensayo-brasileno/
29
compresión triaxial, lo que les permite resistir esfuerzos de compresión mucho más altos que
los que pueden ser alcanzados en el resultado del ensayo de resistencia a la compresión
uniaxial.
Para distribuir la carga aplicada a lo largo de la longitud del cilindro, esta se aplica sobre
tiras delgadas de madera contrachapada.
La carga máxima soportada por el espécimen se divide para factores geométricos apropiados
para obtener la resistencia a la tracción por compresión diametral.
Cálculos
Calcular la resistencia a la tracción por compresión diametral del espécimen de la siguiente
manera:
𝑇 =2 × 𝑃
𝜋 × 𝐿 × 𝜑
Donde
𝑇 → Resistencia a tracción por compresión diametral, MPa,
𝑃 → Carga máxima aplicada, indicada por la máquina de ensayo, N
𝐿 → Longitud, mm y
𝜑 → Diámetro, mm 23
2.12.2. Compresión axial
La Compresión axial es el esfuerzo perpendicular al plano sobre el que se va a aplicar la
fuerza de tracción o compresión, la misma que es distribuida de manera uniforme por toda
su superficie.24
Para describir el comportamiento de la compresión simple es necesario seleccionar un
elemento de mampostería que tenga una misma distribución entre juntas y mampuestos, de
23 Norma técnica NTE INEN 2648:2013 24 Diccionario de Arquitectura y Construcción, Recuperado de: http://www.parro.com.ar/definicion-de-
esfuerzo+axial
30
esta forma someterlo a carga axial sin restricción a deformaciones transversales lo cuales
son difícil de realizar porque al colocar el murete o prisma en la máquina de ensayo la
fricción existente entre las caras de contacto del prisma y las placas de la maquina inducirá
una restricción a las deformaciones transversales siendo máxima en los extremos mientras
que en dirección al centro del mampuesto disminuirá. Entonces si dicho prisma posee poca
esbeltez la falla generada será a través de grietas inclinadas semejante a un cilindro de
hormigón. Mientras que si el prisma es esbelto se presentarán fallas a través de grietas
verticales porque el efecto de restricción en la parte central del elemento es poco influyente.
Por lo tanto, un elemento menos esbelto tendrá mayor resistencia con respecto a uno de
mayor esbeltez, efecto representado en el grafico siguiente que grafica como disminuye
rápidamente la resistencia al aumentar la esbeltez en un rango de uno a cuatro para la
diminución es menos importante en un intervalo amplio antes de que se inicie a influir las
efectos de esbeltez propiamente dichos.
Gráfico N° 10: Variación de la resistencia con relación altura a espesor.
Fuente: Meli, R., Reyes, A. (1971), Resistencia de Muros de Mampostería ante cargas verticales
excéntricas (p. 283)
31
Entre las principales características que deben tener los prismas y muretes a ensayarse
podemos mencionar los siguientes:
Gráfico N° 11: Características principales de prismas y muretes
Fuente: Autores
2.12.3. Tensión diagonal
El estudio sobre la resistencia diagonal de mampostería ha sido muy poco investigado
experimentalmente, pero se puede mencionar que el ensayo más interesante fue realizado
por Johnson y Thompson, los mismo que desarrollaron un ensayo de tensión similar al que
se emplea para el hormigón y que es conocido como ensayo de tensión indirecta o prueba
brasileña. Dicha prueba se realiza a través de un disco de mampostería de 15plg (38,10cm)
de diámetro, además es necesario un tablero previamente construido donde el disco antes
mencionado se coloca en una maquina universal donde se aplicara una carga concentrada en
toda su longitud, colocando en las caras de contacto entre los cabezales de la máquina
universal y el elemento una tira de tabla triplex lo que genera que la carga trasmitida sea
relativamente lineal.
Ventajas:
Entre las ventajas de este ensayo se puede mencionar los siguientes:
Fácil
Construcción
Transporte
Ensayarse en una prensa hidráulica común
32
En una parte importante del diámetro cargado existe un esfuerzo de tensión, lo que
permite obtener resultados más uniformes que en el caso de presentar gradientes de
esfuerzos importantes.
La forma circular del elemento ayuda a que el diámetro cargado tenga cualquier
inclinación con respecto a la dirección de las juntas, logrando analizar el efecto de la
dirección que provocan los esfuerzos principales de tensión.
Desventajas:
Entre las desventajas de este ensayo principalmente la operación de corte se puede indicar
las siguientes:
El equipo para realizar dicha operación no se obtiene fácilmente en un laboratorio
pequeño.
Las maniobras relacionadas contienen un peligro de que se rompa la adherencia entre
las juntas.
Para realizar el ensayo descrito anteriormente aplicado en mampostería, se decidió elaborar
un murete cuadrado que cumpla con las características antes mencionadas, aunque se pasó
por alto la uniformidad de la distribución de esfuerzos que se obtiene con el ensayo brasileño.
En el ensayo de tensión diagonal para el caso del murete cuadrado se coloca en las esquinas
unos ángulos que distribuyen las concentraciones en una zona pequeña mientras que en la
parte central la variación de los esfuerzos de tensión es muy lenta sobre la diagonal.
Una de las peculiaridades que poseen las placas es que deben ser pequeñas para evitar el
confinamiento lo que reduce los esfuerzos de tensión.
Para otros materiales que no sean tabiques25, se pueden obtener muretes de dimensiones muy
semejantes aunque varié el número de juntas verticales y horizontales.26
25 Tabique: Ladrillos o bloques 26 Meli, R., Reyes, A. (1971), Resistencia de Muros de Mampostería ante cargas verticales excéntricas
(p. 287)
33
En el murete cuadrado ensayado, no siempre presentará la falla por tensión diagonal porque
también se podría provocar la falla por cortante en las juntas. Es por esta razón que este
tipo de ensayo servirá para analizar ambos tipos de falla.
Para obtener la falla por tensión diagonal en cualquier tipo de material se aumentará la
relación altura a lo largo del murete.
2.12.4. Esfuerzo tangencial en juntas
Para determinar la resistencia de la mampostería bajo la acción de esfuerzos tangenciales en
las juntas es necesario establecer la adherencia y fricción en las mismas, de esta forma
comprobar el modelo de falla planteado en donde el esfuerzo tangencial es función lineal
con respecto al esfuerzo normal y la adherencia en las juntas.
Según ensayos realizados en prismas conformados por dos mampuestos en las cuales a través
de placas en diversos ángulos se les aplicó una carga de compresión con respecto a la
dirección de las juntas se encontró que la resistencia varía linealmente con respecto a la falla
generada por el deslizamiento de la junta.
Desventajas
Se debe fabricar placas de apoyo en varios tipos
Alineación de las placas con respecto a la carga.
También se tomó en cuenta que prismas formados de tres elementos reunían más ventajas
en donde el mampuesto del centro se encontraba cortado por la mitad, donde la acción del
corte disminuye la longitud de las dos mitades en poco menos de un centímetro la misma
que es la separación de la parte central mientras que la falla por esfuerzo tangencial se lo
podrá obtener al aplicar cargas en el centro como se muestra en el siguiente gráfico:
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Gráfico N° 12: Ensayo de Cortante
Fuente: Meli, R., Reyes, A. (1971), Resistencia de Muros de Mampostería ante cargas verticales
excéntricas (p. 283)
A la vez se podrá introducir en las juntas diversos niveles de esfuerzos normales a través de
cargas de confinamiento en los elementos de los extremos.
2.13. Diseño de muros
Los muros de mampostería son elementos estructurales que se emplean de manera frecuente
en la construcción de diversas edificaciones. Dependiendo de su funcionamiento, se
clasifican como: muros de carga, muros de contención, muros divisorios. Su mayor
utilización se encuentra en la construcción de viviendas y en menor grado, como elementos
de contención, ya sea para contener el empuje de líquidos, tierras o granos.
Los muros de mampostería de acuerdo con su función dentro de una estructura se clasifican
en:
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Muros diafragma: son aquellos que se encuentran rodeados en su perímetro por vigas y
columnas proporcionándole a los marcos una mayor rigidez contra la acción de las cargas
horizontales.
Muros confinados: Estos muros, los más empleados en el medio para vivienda unifamiliar,
son aquellos que se encuentran rodeados por elementos llamados columnas o vigas, cuya
función es ligar al muro proporcionándole un confinamiento que le permita un mejor
comportamiento, principalmente ante la acción del sismo. Por la anterior razón, las vigas y
las columnas deberán cumplir con ciertos requisitos que se mencionan posteriormente.
Muros reforzados interiormente: Son aquellos muros reforzados con barras o alambres
corrugados de acero, horizontales y verticales, colocados en celdas de las piezas en ductos o
en las juntas. El acero, tanto el horizontal como el vertical, se distribuye a lo largo y a lo alto
del muro.
Las estructuras de mampostería deben diseñarse por el método del estado límite de
resistencia. Sin embargo, también se permite el diseño de estas estructuras por el método de
los esfuerzos admisibles.27
Para determinar la conducta de los diferentes muros que serán sujetos a cargas verticales, se
deberán realizar varios ensayos en el laboratorio para establecer la curva esfuerzo-
deformación completa, así como también el módulo de elasticidad
2.13.1. Carga Vertical
Las cargas verticales proceden fundamentalmente del funcionamiento de la construcción, es
decir, en ella interviene el peso propio de la estructura, acabados y las cargas generadas por
el uso que se le da a la edificación.
27 Procedimiento de diseño: Norma Ecuatoriana de la Construcción; Mampostería Estructural
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En una estructura de mampostería, estas cargas serán soportadas por los muros, a los cuales
se llaman muros de carga y cuya función principal es la de soportar y transmitir las cargas a
la cimentación.
Gráfico N° 13: Carga Vertical en un muro
Fuente: www.construmatica.com28
De manera simple, se puede establecer la forma de resistir estas cargas a partir de las
disposiciones que el reglamento establece para el análisis y la revisión de muros sujetos a la
acción de cargas verticales.
Simbología:
t: espesor del muro
H: altura libre de un muro entre elementos capaces de darle apoyo lateral.
k: factor de carga efectiva del muro que se determinará según el criterio siguiente.
k=2 para muros sin restricción al desplazamiento lateral en su extremo superior.
k=1 para muros extremos en que se apoyan losas.
k=0.8 para muros limitados por dos losas continuas a ambos lados del muro.
f´m: Esfuerzo a compresión de diseño de la mampostería