Uso de piedra ignimbrita como
sustituto de agregado fino
en morteros de cal para restauraci�n
Donaj� P�rez D�az
Alumna de Posgrado en Ciencias de la Contruccion
Facultad de Arquitectura - UABJO Oaxaca, M�xico.
Heidy G�mez Barranco
Profesora de Posgrado en Ciencias de la Construcci�n
Facultad de Arquitectura - UABJO Oaxaca, M�xico.
Herwing L�pez Calvo
Profesor de Posgrado en Ciencias de la Construcci�n
Facultad de Arquitectura - UABJO Oaxaca, M�xico.
Elia Mercedes Alonso Guzm�n
Profesora Departamento de Materiales
Facultad de Ingenier�a Civil � UMSNH Michoac�n, M�xico
RESUMEN
Esta investigaci�n eval�a el uso de la ignimbrita como residuo reciclado de labra con actividad puzol�nica en la elaboraci�n de morteros de cal para restauraci�n arquitect�nica. Se estudi� el efecto de la resistencia a la compresi�n de morteros de cal donde el agregado principal fue reemplazado por el residuo reciclado y una parte del aglutinante tradicional es sustituido por el polvo de piedra y posteriormente se compararon contra morteros tradicionales. Se utilizaron dos metodolog�as, una abarca la caracterizaci�n de los materiales involucrados en la elaboraci�n de los morteros y otra se refiere a la caracterizaci�n de los morteros elaborados durante la campa�a experimental. Se utiliz� el m�todo cuantitativo-descriptivo, el cual permite responder preguntas y justificar la relaci�n entre variables medibles, este m�todo fue dise�ado para mostrar una manera sistem�tica, precisa y lograr la identificaci�n de las caracter�sticas del fen�meno observado. Los resultados demostraron que la combinaci�n de cal a�rea con piedra caliza triturada granulada y molida con una relaci�n aglutinante/agregado (a/a) de 0,5 en volumen pueden producir morteros con una resistencia mec�nica de 150 d�as de 18 kg/cm2.� Esto es dos veces m�s la resistencia de un mortero equivalente preparado con cal hidr�ulica y agregado natural. Los resultados mostraron que es posible incorporar APC (agregado reciclado) en morteros de cal para la restauraci�n arquitect�nica
Palabras clave: �morteros hist�ricos; reciclado; adici�n puzol�nica; toba volc�nica; compresi�n; resistencia.
Use of Ignimbrite stone as a substitute for fine aggregate
�in lime mortars for restoration
ABSTRACT
This research evaluated the use of ignimbrite stone as recycled aggregate and pozzolanic addition in the preparation of lime mortars for architectural restoration. The effect of the compressive strength of traditional mortars was studied, where a part of the traditional binder is replaced by stone dust, and the common aggregate by stone residues. Two methodologies were used, one covers the characterization of the materials involved in the mortars and the other deals with the experimentation of them. The quantitative-descriptive method was used, which allows answering questions and justifying the relationship between measurable variables, this method was designed to show a systematic, precise way and achieve the identification of the characteristics of the observed phenomenon. The results demonstrated that the combination of aerial lime with granulated and ground crushed limestone with a binder/aggregate ratio (b/a) of 0.5 by volume can produce mortars with a mechanical resistance of 150 days of 18 kg / cm2. This is twice the strength of an equivalent mortar prepared with hydraulic lime and natural aggregate. The results show that it is possible to incorporate APC (quarry stone sand) in lime mortars for architectural restoration.
Keywords: historic mortars; recycled; pozzolanic addition; volcanic tuff; compression; resistance.
Art�culo recibido:� 02 noviembre. 2021
Aceptado para publicaci�n: 28 noviembre 2021
Correspondencia: [email protected]
Conflictos de Inter�s: Ninguna que declarar
1. INTRODUCCI�N
En el quehacer arquitect�nico y cultural, los morteros de cal son un recurso ampliamente aceptados por los profesionales de la construcci�n al tener distintas virtudes comparadas con contra el cemento Portland y derivados; los morteros de cal permiten la transpiraci�n de las fabricas donde son colocados, su composici�n qu�mica permite la retracci�n en la formaci�n de sustancias inestables que pueden ser da�inas para las zonas de trabajo (Arizzi & Cultrone, 2012). Por lo que es importante tener en cuenta diversas consideraciones en funci�n de su destino; la normativa indica que, en material patrimonial, resguardado por el INAH, se emplee como material cementante pues las dimensiones de los edificios son generoso y robustos. El uso del cemento Portland al ser tan r�gido y poco conlleva algunos problemas vinculados a la aparici�n de sales, incompatibilidades, formaci�n de compuestos expansivos, y m�dulos no compatibles con las estructuras tradicionales de mamposter�a y tierra cruda. (Rosell & Bosch, 2018).
La conservaci�n de edificios catalogados como patrimonio hist�rico es un tema complejo y trascendente, uno de sus ejes se enfoca en la utilizaci�n de morteros para la restauraci�n,�(Gisbert Aguliar, Mateos Royo, & Somovilla de Miguel, 2015); es cierto, que la materia prima actual ya no presenta las mismas caracter�sticas al material original de las edificaciones hist�ricas, lo que origina que en estos procesos se utilicen materiales industriales para mejorar y proteger los sistemas antiguos. Dentro de los estudios sobre alteraci�n de la piedra que se observan de manera recurrente en los edificios hist�ricos, el glosario de ICOMOS (Sites, 2011) hace menci�n de casos comunes sobre la presencia de agrietamientos y/o desprendimientos de los recubrimientos que son colocados como un m�todo de �protecci�n de sacrificio� en las estructuras p�treas.
Debido al tipo de muros que perduran en los edificios hist�ricos, que en su mayor�a est�n construidas con piedra �cantera� (toba volc�nica) absorben el agua proveniente del suelo por la acci�n capilar evapor�ndola a trav�s del muro hacia el exterior, arrastrando con ello part�culas de la estructura sin afectarla; sin embargo, al existir una barrera (morteros o revestimientos impermeables) que impide la evaporaci�n origina da�os en las superficies; entre las m�s comunes se encuentran los desprendimientos de los aplanados tras condensar el agua en su zona de contacto con la fachada causando da�os en las superficies de las superficies que regularmente son elaborados con morteros de cemento-arena, ocasionando incompatibilidad de materiales. (Figura 1)
Figura 1. Diagrama
de la humedad proveniente del suelo que se evapora por el muro hacia el
exterior
Este experimento se realiz� para verificar la factibilidad del uso de piedra triturada como sustituto de la arena en los morteros base cal y cuantificar la resistencia contra los morteros de cal tradicionales para ser usados en procesos de intervenci�n arquitect�nica; para ello, se debe considerar el cumplimiento de las demandas funcionales de los elementos de construcci�n donde se incorporar�n morteros nuevos. Se han realizado investigaciones encaminadas al an�lisis, formulaci�n de nuevos y mejores morteros que puedan contrarrestar los da�os, enriqueciendo� de esta forma sus propiedades para permitir la conservaci�n de la forma f�sica de la estructura original del inmueble hist�rico (Matias, Faria, & Torres, 2014). La cal en pasta posee propiedades cuando entra en contacto con el aire (proceso llamado carbonataci�n); al carbonatarse, se reconstituye en carbonato de calcio (CaCo3), convirti�ndose en la piedra original, no en una masa endurecida compuesta por part�culas pegadas entre s�, lo que proporciona plasticidad, permeabilidad y mayor protecci�n a la f�brica original del inmueble. Los morteros de cal de los edificios hist�ricos que existen hasta la actualidad tienen composiciones diversificadas tanto en proporciones, naturaleza, tipo de adiciones y calidad de los componentes principales. (Veiga, 2017)
El centro hist�rico de la Ciudad de Oaxaca fue declarado como Patrimonio Mundial por la UNESCO en 1987, y bajo estas disposiciones actualmente los inmuebles se encuentran catalogados: las fachadas pintadas con colores establecidos por la autoridad municipal, colores combinados con la piedra braza de las canteras en sus diferentes tonalidades realzan y conforman una imagen urbana.� En �l convergen decenas de inmuebles hist�ricos; sin embargo, se ven vulnerables con el paso de los a�os presentando cambios tanto f�sicos como qu�micos en su estructura, lo que da paso a la ejecuci�n de procesos de intervenci�n con la intensi�n de conservarlos�(Ter�n Bonilla, 2004).
Poco a poco, la investigaci�n de materiales y sistemas constructivos ha conducido a la selecci�n y utilizaci�n de diversos residuos para su experimentaci�n, hay estudios donde se ha empleado fibras naturales o de procedencia animal, (Alvarez, 2005)�(Waste, J. Ball, & Paine, 2019) encaminados a mejorar las propiedades de la cal; producto que ha ca�do en desuso tras la generalizaci�n del cemento Portland. Se ha incrementado la concientizaci�n sobre el cuidado del ambiente, diversos investigadores han dirigido sus trabajos a la investigaci�n y la reutilizaci�n de residuos de algunas industrias aprovechamiento de residuos como materia prima. (Francisco & Sanchez, 2009; Jim�nez, Ayuso, Fernandez, & de Brito, 2013; Betancourt, Lizarraga, Narayanasamy, Olguin, & S�enz, 2015; Waste, J. Ball, & Paine, 2019).
Ante lo expuesto anteriormente, se hace evidente que la realizaci�n de estudios sobre materiales y procesos de restauraci�n de edificaciones hist�ricas apoyados con base en arquitectura tecnol�gica son imprescindibles; contar con los valores y resultados de este tipo de investigaciones brindar� a los profesionales de la restauraci�n arquitect�nica herramientas para realizar intervenciones de edificaciones de alto valor patrimonial tomando en cuenta los efectos antes, durante y despu�s de concluir la intervenci�n. A trav�s de la investigaci�n sobre el uso de residuos de piedra cantera como adici�n puzol�nica y como sustituci�n de arena para la elaboraci�n de morteros de cal ser� posible generar informaci�n �til para que profesionales involucrados en la conservaci�n de los edificios hist�ricos en la Ciudad de Oaxaca, cuenten con alternativas cient�ficas en sus propuestas de intervenci�n lo que podr� minimizar efectos negativos para el inmueble a intervenir.
2. ESTRATEGIAS METODOL�GICAS O MATERIALES Y M�TODOS
A) Aglutinante
La cal es el material cementante principal utilizado en los procesos de restauraci�n arquitect�nica, adem�s de diversos usos en el sector de la construcci�n. Para este desarrollo experimental se utilizaron dos presentaciones de cal: la cal en pasta ((Ca(OH)); fue proporcionada por el distribuidor, presenta una pureza de 96% de pureza y 18 meses de a�ejamiento para este estudio se denominar� (COX). Otro aglutinante utilizado fue cal viva pulverizada (CaO) la cual tambi�n fue proporcionada por el fabricante, dicho aglutinante est� constituido por part�culas ultra finas y 95% de pureza, y fue apagada en condiciones de laboratorio siguiendo las indicaciones del fabricante; a trav�s del m�todo de apagado tradicional, dej�ndola a seis meses de a�ejamiento, para este desarrollo experimental se llamar� (CPZ). Finalmente, la cal que se expende comercialmente presenta una pureza del 72-82% que es utilizada ampliamente en la industria de la construcci�n fue adquirida en un centro de distribuci�n comercial, se identifica como (CAH). En la Figura 2 se ilustra la procedencia de los materiales utilizados en esta investigaci�n.
B) Agregado
Los agregados p�treos, que en ocasiones provienen del r�o, playa, cantera, mina, procesos de trituraci�n, etc. y otras veces son obtenidos a trav�s de la explotaci�n de canteras, cuyo tama�o debe estar comprendido entre 0.075 y 5 mm; son materiales de suma importancia para la elaboraci�n de morteros, por lo que es importante revisar la calidad de los mismos. Su funci�n principal es rellenar y distribuir la retracci�n durante el secado de los morteros adem�s de proporcionar color, textura, estabilidad volum�trica, resistencia. Deben ser duros, perdurables y limpios (eliminar las impurezas que puedan ser perjudiciales para la estabilidad del mortero, como las org�nicas o los suelos).
El agregado com�n utilizado en esta investigaci�n proviene de la zona ubicada en San Andr�s Ixtlahuaca, Oaxaca con coordenadas 17�04′00″N 96�49′00″O (Figura 2). Presentaba una textura granular redondeada en color caf� lo que garantizaba su idoneidad como componente de los morteros con el tama�o de grano est�ndar Arena Com�n (AC). Para este estudio se define a la arena de r�o como agregado com�n. �El agregado reciclado: �rido optimizado Arena de Piedra Cantera (APC), que para este desarrollo experimental se define como agregado reciclado, proviene de un banco de extracci�n situado en el Municipio de La Soledad, Etla con coordenadas 17�10′01″N 96�49′01″O (Figura 2).
Tabla. 1 Composici�n qu�mica de los materiales. * (Amaral, Girondi, Nicolite, & Teixeira, 2020) Fuente. Por los autores
|
Muestra |
Densidad (g/cm3)* |
Al2O3 |
CaO |
Fe2O3 |
K2O |
MgO |
Na2O |
PXC |
SiO2 |
P2O5 |
MnO |
TiO2 |
|
Agregado Reciclado |
2.22 |
11.85 |
1.91 |
1.56 |
5.41 |
0.50 |
<0.03 |
9.05 |
69.59 |
<0.02 |
0.01 |
0.14 |
|
Agregado com�n |
2.83 |
13.17 |
1.67 |
1.72 |
2.83 |
0.39 |
3.45 |
1.22 |
74.35 |
- |
- |
- |
Figura 2. Ubicaci�n de los materiales utilizados en el desarrollo experimental
�Fuente: Los autores
El agregado reciclado fue obtenido como desecho producto de la explotaci�n de toba volc�nica en los bancos de las zonas aleda�as a la ciudad, su composici�n qu�mica est� conformada en su mayor�a por �xido de silicio (SiO2) y al�mina (Al2O3) (Tabla 1); este residuo es aprovechado como materia prima para otra industria; sin embargo, la recolecci�n de este material no sigue un proceso estandarizado por lo que los tama�os de las part�culas obtenidas en una muestra se encuentran dispersas, algo ben�fico pues las granulometr�as heterog�neas presentan menores porcentajes de vac�os a ser ocupados por el cementante. Para ambos casos se seleccionaron los finos correspondientes a los que pasan las mallas #4 (Materials, 2001)� hasta la malla #200, por lo que se realiz� un estudio granulom�trico para conocer la distribuci�n de las part�culas en una muestra representativa a fin de obtener un agregado reciclado bien graduado para lograr un mejor empaquetamiento de las part�culas dentro de la mezcla del mortero de cal
Tabla. 1 Composici�n qu�mica de los materiales. Fuente. Por los autores
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Muestra |
Al2O3 |
CaO |
Fe2O3 |
K2O |
MgO |
Na2O |
PXC |
SiO2 |
P2O5 |
MnO |
TiO2 |
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Agregado Reciclado |
11.85 |
1.91 |
1.56 |
5.41 |
0.50 |
<0.03 |
9.05 |
69.59 |
<0.02 |
0.01 |
0.14 |
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Agregado com�n |
13.17 |
1.67 |
1.72 |
2.83 |
0.39 |
3.45 |
1.22 |
74.35 |
- |
- |
- |
Dise�o de Mezcla
Para el trabajo experimental; se seleccion� un sistema de uni�n, utilizado a menudo en trabajos de restauraci�n arquitect�nica, ocupando cal hidratada (C); y agregado natural (AC/APC) en relaci�n aglutinante/agregado, 1/2 y 2/1 (por volumen) y una combinaci�n de cal-adici�n puzol�nica en una relaci�n 0,10; 0.12; 0.20 (en peso) para cada uno de los sistemas aglutinantes.
Los morteros con arena reciclada mostraron una demanda de agua significativamente mayor debido al porcentaje de absorci�n que posee la piedra cantera, por lo que se tuvo en cuenta a la hora de determinar la relaci�n agua efectiva (disponible) en el aglutinante. Se realiz� un estudio previo, con el fin de conocer las proporciones que se usar�an respecto a la cal-arena-agua; sin embargo, no existe un m�todo de dise�o de morteros o normas que indiquen las proporciones �ptimas para la elaboraci�n de los morteros de cal. Las proporciones se establecieron por volumen, como se realizan in situ; es decir, para la relaci�n 1:1, corresponde a 1 parte de la cal en pasta por una parte de arena. Los aspectos tomados para saber qu� proporci�n es la m�s adecuada fue la fluidez, se retomaron de la norma NMX-C-061-ONNCCE-2010, las mezclas de mortero se dise�an con dos fines, uno de ello es para tener buenas prestaciones mec�nicas y de durabilidad, y el segundo objetivo busca una mezcla que atienda a valores econ�micamente factibles.
La adici�n puzol�nica (polvo de piedra cantera) que se utiliz� es resultado de la trituraci�n por medio del molino y el tama�o de la part�cula debe pasar la malla #200 (0.074 mm).� El prop�sito de utilizar el polvo de la piedra cantera como sustituci�n de la cal es para incrementar las propiedades de los morteros elaborados con cal y agregado reciclado; es decir, reemplazar un porcentaje del contenido de la cal por polvo de piedra cantera. Se establecieron sustituciones de 0.10, 0.12 y 0.25 % (tabla 2) con respecto al peso de la cal, estos porcentajes se definieron con base a estudios previos de las mezclas, se observ� que estos proporcionan homogeneidad y trabajabilidad a la mezcla.
Tabla 2. Proporciones de mezclas de los morteros. Fuente: Por los autores
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Componentes del mortero |
Cal� (C) (kg) |
Arena de r�o (AR) (kg) |
Arena optimizada (AP) (kg) |
Adici�n Puzol�nica (PPC) (kg) |
|
M-01 |
0.7934 |
1.8972 |
1.1574 |
- |
|
M-02 |
1.5868 |
1.8972 |
1.1574 |
- |
|
M-03 |
0.7934 |
1.8972 |
1.1574 |
0.0793 |
|
M-04 |
1.5868 |
1.8972 |
1.1574 |
0.0793 |
|
M-05 |
0.7934 |
1.8972 |
1.1574 |
0.0922 |
|
M-06 |
1.5868 |
1.8972 |
1.1574 |
0.0922 |
|
M-07 |
0.7934 |
1.8972 |
1.1574 |
0.1983 |
|
M-08 |
1.5868 |
1.8972 |
1.1574 |
0.1983 |
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Relaci�n agua/aglutinante (%): 0.81 |
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DESARROLLO
Caracterizaci�n Granulom�trica
A) Arena Com�n o de R�o (AC)
La dimensi�n de las part�culas del agregado tiene una influencia decisiva en la estructura porosa y el subsecuente comportamiento de un mortero, la caracterizaci�n de esta propiedad recurre a la determinaci�n de las fracciones de arena cuyas part�culas tienen una dimensi�n definida entre dos l�mites pre-definidos; la granulometr�a se designa a la distribuci�n de estas fracciones y generalmente est� representada por un gr�fico denominado curva granulom�trica (Chan Yam, Sol�s Carca�o, & Moreno, 2003).
B) Piedra Cantera (APC)
Como se ha mencionado anteriormente; se seleccion� la piedra llamada ignimbrita con el objetivo de evaluar la efectividad de su utilizaci�n como agregado principal en la elaboraci�n de morteros de cal para restauraci�n arquitect�nica, por lo que es indispensable cumplir con los requerimientos granulom�trico. De igual manera se seleccion� polvo de piedra cantera (PPC) que pasara la malla #200, con el fin de utilizarlo como adici�n puzol�nica en la elaboraci�n de morteros de cal; la prueba de granulometr�a se realiz� con los mismos par�metros del agregado com�n bajo condiciones de laboratorio, siguiendo las recomendaciones de la norma ASTM C136-05 (International, 2018)
De esta forma se pudo conocer las diferencias entre los dos agregados, al revisar los resultados de las curvas granulom�tricas se observ� que el agregado reciclado mostr� una discontinuidad entre la malla #16 y la malla #4 lo que suger�a una mayor presencia de part�culas correspondientes a la malla #8 (2.38 mm) lo anterior podr�a representar una irregularidad, al momento de elaborar los morteros por lo que se decidi� realizar un proceso de optimizaci�n para asegurar la igualdad de condiciones como agregado fino.
Figura 3.� Realizaci�n de la prueba de granulometr�a en �ridos. Fuente: Por los autores.
Optimizaci�n del �rido Reciclado
El uso de �ridos finos reciclados como materia prima en la elaboraci�n de morteros aparece como una buena alternativa para minimizar la disposici�n de residuos, reducir el consumo de recursos naturales y encontrar y suministrar sustitutos adecuados de los �ridos naturales. (Lopes Lima & Batista Leite, 2012). Se sabe que las caracter�sticas de los agregados en cuanto a su forma, textura y gradaci�n influyen en la trabajabilidad, en el acabado, en la exudaci�n y en la segregaci�n de los morteros afectando la resistencia, la rigidez, la retracci�n, la densidad, la permeabilidad y durabilidad de los mismos (Quiroga & Fowler, 2003).
El proceso de optimizaci�n del agregado reciclado (APC) proveniente de la explotaci�n y labra de piedra cantera; se realiz� bajo condiciones de laboratorio replicando el volumen de las part�culas del agregado com�n ocupado en una muestra referencial.� Dicho volumen fue replicado con el agregado reciclado, reproduciendo cada volumen de los diferentes granos sin considerar su peso hasta completar la muestra total. Al finalizar el proceso de repiti� la prueba de granulometr�a utilizando el agregado com�n referenciado y el agregado reciclado optimizado; as�, finalmente se pudo apreciar una mayor similitud en el comportamiento de la curva granulom�trica (tabla 3 y Figura 4).
Figura 4. �Part�culas de agregado com�n y Part�culas de agregado reciclado.
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A)������������������������������������� ��������������������������������������������������������B)
Fuente: Por los autores
Se observ� que la muestra optimizada del agregado reciclado (piedra cantera) mostraba un peso inferior en comparaci�n con el agregado com�n; es decir, a pesar del comportamiento granulom�trico similar difieren del peso contenido en la muestra (figura 4). Esto puede estar relacionado con las densidades de los materiales como se presenta en la tabla 3. (Amaral, Girondi, Nicolite, & Teixeira, 2020) quienes sugieren que la mayor densidad de la arena com�n puede incrementar el peso final del producto sin contribuir a un aumento de su resistencia espec�fica.
Tabla 3. Resultados de la optimizaci�n granulom�trica de la arena de r�o (AC) y arena de piedra cantera (APC)
|
# Malla |
Apertura en (mm) |
Peso retenido (AC) * |
Peso retenido (APC)** |
% retenido (AC) |
% retenido (APC) |
% acumulativo (AC) |
% acumulativo (APC) |
% Que pasa (AC) |
% Que pasa (APC) |
|
4 |
4.76 |
149.50 |
94.80 |
7.91 |
8.17 |
7.91 |
8.17 |
92.09 |
91.83 |
|
8 |
2.38 |
443.20 |
272.20 |
23.45 |
23.47 |
31.35 |
31.64 |
68.65 |
68.36 |
|
16 |
1.19 |
449.00 |
256.00 |
23.75 |
22.07 |
55.11 |
53.72 |
44.89 |
46.28 |
|
30 |
0.59 |
419.70 |
258.70 |
22.20 |
22.31 |
77.31 |
76.02 |
22.69 |
23.98 |
|
50 |
0.297 |
249.80 |
158.80 |
13.21 |
13.69 |
90.53 |
89.71 |
9.47 |
10.29 |
|
100 |
0.149 |
122.50 |
83.00 |
6.48 |
7.16 |
97.01 |
96.87 |
2.99 |
3.13 |
|
200 |
0.074 |
36.80 |
23.50 |
1.95 |
2.03 |
98.95 |
98.90 |
1.05 |
1.10 |
|
Charola |
19.80 |
12.80 |
1.05 |
1.10 |
100.00 |
100.00 |
0.00 |
0.00 |
|
|
Suma |
1890.30 |
1159.80 |
100.00 |
100.00 |
100.00 |
100.00 |
|
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|
*AC: Arena de r�o;��� ** APC: Arena de piedra cantera |
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Fuente: Por los autores
Figura 4. Comportamiento granulom�trico: (A) agregado com�n. (AR)� (B) Agregado reciclado posterior a la optimizaci�n. (APC)
������������������������������������� ���������A)������������������������������������������������������������� ����������������B)
Fuente: Por los autores
Elaboraci�n de Espec�menes
Los morteros frescos fueron colados en moldes c�bicos de 50x50x50 mm para los ensayos de resistencia a la compresi�n a 90, 120, 150 d�as. Se confeccionaron 480 espec�menes en total con las mezclas previamente establecidas. (tabla 4), la relaci�n agregado-aglutinante (por volumen) fue 1:1 y 2:1. En la tabla 4 se muestran los detalles de las mezclas evaluadas. Dado que no existen normas espec�ficas para la elaboraci�n de morteros de cal se siguieron las indicaciones de la norma para morteros de cemento seg�n NMX-C-159-ONNCCE-2016 (2016). Los espec�menes fueron desmoldados al cabo de 72 horas, y curados a temperatura ambiente hasta realizar las pruebas. Inicialmente se pes� el agregado reciclado (PPC) (1 parte) con la graduaci�n establecida en la optimizaci�n de la granulometr�a (tabla 3). Al utilizar tres tipos de cal, se realizaron diferentes procesos en la preparaci�n y manufacturaci�n de dichos espec�menes.
Para la elaboraci�n de los espec�menes con adici�n puzol�nica, se realiz� el mismo proceso de selecci�n de materiales; se a�adi� el polvo de piedra cantera (tama�o 0.074 mm) seg�n los porcentajes establecidos previamente en el dise�o experimental (tabla 2). La cal hidr�ulica (CAH) que se utiliz�, fue preparada previamente en forma de pasta siguiendo las recomendaciones del fabricante, con el agregado reciclado (PPC) se confeccionaron 15 espec�menes c�bicos para cada tipo de cal en cada mezcla diferente (figura 5). Se estableci� un mortero testigo utilizando cal hidr�ulica-agregado com�n, manteniendo las caracter�sticas de un mortero utilizado en procesos de intervenci�n arquitect�nica.
El procedimiento para el colado de los cubos se realiz� de la siguiente manera: se prepararon los moldes c�bicos como se muestra en la figura 6, limpi�ndolos y lubric�ndolos con aceite para desmoldarlos posteriormente. Se llen� el molde en dos capas, golpeando 32 veces con un pis�n de acr�lico cada capa, cada molde se golpe� sobre la superficie de trabajo cinco veces para eliminar el exceso de aire en el mortero. Finalmente se enras� el molde con una esp�tula para eliminar excedentes de la mezcla sobre la superficie.
Dado que la cal posee un proceso de fraguado lento en comparaci�n con otros aglutinantes el cemento, no fue posible desmoldar los espec�menes a las 24 horas posteriores a su colado por lo que se dejaron envejecer de 3 a 4 d�as para evitar da�os en su desmolde.� Una vez desmoldados, se registr� su masa inicial del cubo para comparar las masas superficiales de cada mezcla y agregado de los diferentes morteros; posteriormente se resguardaron las muestras en un espacio a temperatura ambiente para comenzar el fraguado de las mismas.
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Figura 5. Preparaci�n de los morteros a base de cal-agregado reciclado. �Fuente: Por el autor
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Figura 6. Preparaci�n de los morteros a base de cal-agregado reciclado
Fuente: Por el autor
Caracterizaci�n de los Morteros
Densidad aparente:
La densidad es una de las propiedades f�sicas m�s importantes en los morteros; es una medida del grado de consolidaci�n de un s�lido, as� mismo informa del empaquetamiento de granos y la resistencia mec�nica.�(Pav�a & Treacy, 2006). la cual est� directamente relacionada con la densidad de sus materiales componentes, as� como el contenido de aire en el mismo. En el mismo sentido a mayor densidad indica que el mortero es m�s compacto en su interior; por lo tanto, una menor densidad hace referencia a que la estructura de la muestra presenta una cantidad mayor de poros en el interior.
Para el desarrollo de este procedimiento se utilizaron espec�menes c�bicos, a lo cuales se les cuantific� la masa inicial una vez desmoldados, y la masa final previo a la prueba destructiva de resistencia a la compresi�n. A trav�s de una ecuaci�n matem�tica (1) se pudo conocer la densidad de los morteros elaborados en este programa experimental. En la gr�fica 2 se muestran las densidades de los morteros.
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������������������������������� ���������������������������������������(1)
Donde:
𝜌 = Densidad (g/cm3)
m= Masa seca (g)
v= Volumen (cm3)
Evaluaci�n de la resistencia a la compresi�n:
Existen normas nacionales e internacionales que detallan los requerimientos que deben cumplir los diferentes materiales y sistemas constructivos utilizados en la construcci�n actual. Las normas (UNE) est�n enfocadas al estudio de los morteros; en su mayor�a al cemento, aunque existen normas referentes a la cal.
Respecto a las propiedades mec�nicas de los morteros de cal; una de las m�s importantes es la resistencia a la compresi�n, la cual, est� relacionada con la durabilidad. El mortero endurecido tiene que ser suficientemente resistente y debe desarrollar una adecuada adhesi�n a las dem�s unidades de mamposter�a (Lanas & Alvarez, 2006). Para esta prueba se prepararon 360 espec�menes c�bicos de 50mm x 50mm x 50mm, utilizando las mezclas previamente establecidas en el dise�o experimental (Tabla 2). La prueba se realiz� en la prensa hidr�ulica (Controls ASTM Compression Machines), se elaboraron morteros de cal a� 90, 120 y 150 d�as de edad a temperatura ambiente.
La Figs. 2a - h muestran la resistencia a la compresi�n de los morteros de cal a los 90, 120, 150 d�as de curado. Los morteros con pasta de cal con agregado reciclado presentan mayores valores de resistencia a la compresi�n en comparaci�n con los morteros de cal con agregado com�n. Este hecho puede estar relacionado con el tiempo de a�ejamiento y la red de poros que presentan los grupos de morteros.
Figura 7. Realizaci�n de la prueba de compresi�n
�Fuente: Por el autor
3. RESULTADOS Y DISCUSI�N
Densidad aparente:
En la figura 8 se muestran los resultados de la densidad de los morteros de cal, como se puede apreciar, la mezcla del mortero testigo presenta las densidades m�s altas, entre 1.40 g/cm3 y 1.80 g/cm3, estos resultados tienen relaci�n con la densidad del agregado com�n (arena) material que cuenta con una densidad mayor que el agregado reciclado proveniente de la piedra cantera. Este resultado tambi�n puede indicar que el mortero presenta una estructura m�s compacta ante la ausencia de poros en su interior.
En contradicci�n con las densidades de los morteros hechos con la cal CPZ, la cual obtuvo densidades m�s bajas en comparaci�n con las cales COX y CAH, por lo que se puede considerar al mortero CPZ como un mortero ligero dado que su densidad se encuentra en un promedio de 1.16 kg/cm3; sin embargo, la densidad no se puede integrar en un solo valor, puesto que cada mezcla tiene diferente composici�n.�
Se puede observar que las cales COX y CAH, mostraron un comportamiento similar entre s�, puede verse que el agregado reciclado impacta en la estructura f�sica de los morteros, se sabe que la piedra cantera es una estructura con vac�os en su matriz mineral . (Amaral, Girondi, Nicolite, & Teixeira, 2020) sugieren que la mayor densidad de la arena puede incrementar el peso final del producto sin contribuir a un aumento de su resistencia espec�fica.
(Klemm, 2016) indica que las piedras de construcci�n sedimentarias (arenisca, caliza) son susceptibles a los agentes de descomposici�n. Sin embargo, las estructuras patrimoniales construidas con estas dos piedras exhiben una longevidad notable. Por lo que se infiere que la utilizaci�n de un agregado con estas propiedades otorgar�a durabilidad a los morteros de los edificios hist�ricos de piedra. Pero se requiere realizar experimentaciones relacionados a la durabilidad de los morteros.
Figura 8. Densidad de los morteros
Fuente: Por los autores
Evaluaci�n de la resistencia a la compresi�n:
El desarrollo de la resistencia a la compresi�n de los morteros se muestra en la figura 9a � 9h. Puede verse que la arena reciclada no obstaculiza el desarrollo de la resistencia; por el contrario; en los morteros de cal blandos, la arena reciclada parece mejorar la resistencia en las edades tempranas. Se puede apreciar que las mezclas correspondientes a la cal (COX-01) registraron las mayores resistencias, este comportamiento fue m�s evidente en los morteros de la mezcla de cal-agregado reciclado (Fig. 9a) al obtener resistencias de 22.57 kg/cm2 a los 150 d�as de edad; por lo tanto, fue la mezcla que alcanz� las mayores resistencias. Mientras que los morteros de cal-agregado com�n registraron resistencias de 12.64 kg/cm2 a la misma edad. Se puede apreciar que cada mezcla y cada tipo de cal mostr� un desarrollo de resistencia diferente entre s�. La cal (COX-01) fue la que obtuvo mayores resistencias en comparaci�n con las otras cales, obteniendo hasta un 46% superior al resto de las mezclas, incluso el mortero testigo (TEST-01) con agregado com�n la cual obtuvo resistencias similares al mortero de la cal (CAH-01) y agregado reciclado.
Las figuras 9c y 9d muestran el desarrollo de resistencia de las mezclas de cal-agregado-puzol�nica (polvo de piedra cantera); en el caso de la mezcla 03, se observa que la cal COX alcanz� resistencias superiores, las cales CPZ y CAH mostraron un desarrollo de resistencia similares entre s�. Por su parte, la mezcla 04 registr� resistencias superiores que la mezcla 03 en todos los tipos de cales; esto se pudo haber originado por el contenido de calcio en el mortero; dado que los morteros de la mezcla 03 cuenta con una mayor cantidad de hidr�xido de calcio: la pasta de cal y el polvo de piedra como adici�n puzol�nica en su estructura. Estas condiciones de la mezcla pudieron favorecer en el desarrollo de la resistencia de los morteros.
Figura 9. Resultados
de la prueba de compresi�n. Fuente: Por los autores
Por su parte, las mezclas 05 y 06 mostraron un desarrollo de su resistencia parecido a la mezcla 04, esto pudo ser causado por la relaci�n del contenido de la adici�n puzol�nica en la mezcla, la cual aument� 2% con respecto a la mezcla 05. Como se observ�, la cal tipo COX-05 y COX-06 mostraron mayores resistencias que el resto de las preparaciones alcanzando hasta 15 kg/cm2 a los 150 d�as de envejecimiento; las cales CPZ-05 y CAH-05, presentan un comportamiento af�n entre las dos; alcanzando 13.49 kg/cm2 y 16.04 kg/cm2 a los 150 d�as respectivamente; sin embargo, el mortero preparado con la tal tipo CAH y agregado reciclado obtuvo mejores prestaciones que el mortero testigo preparado con agregado com�n el cual alcanz� 10.85 kg/cm2 de resistencia a la compresi�n.�
Los morteros correspondientes a las mezclas 07 y 08 presentaban el mayor porcentaje de adici�n puzol�nica (polvo de piedra cantera) aumentando la cantidad de �xido de calcio de la pasta involucrada en la mezcla, por lo que se esperaba mayor desempe�o mec�nico que el resto de las mezclas; sin embargo, el efecto de dicha adici�n no se vio reflejada a las edades de prueba, mostrando un comportamiento por debajo de los rendimientos de las dem�s mezclas.
No obstante, la evaluaci�n de la resistencia a la compresi�n ilustra una tendencia ascendente, lo que hace reflexionar que la adici�n puzol�nica favorecer� la mezcla en las edades tard�as.
Ante esto, se observ� que la mezcla 08 obtuvo mayores resistencias que la mezcla 07, esto pudo ser originado por la cantidad de �xido de cal contenido en el mortero, la mezcla 08 estaba formada por dos partes del aglutinante y una parte del agregado com�n, con 20% de adici�n puzol�nica; por lo que se infiere que a mayor cantidad de �xido de calcio en el mortero aumenta su desempe�o mec�nico.� As� mismo se observ� que a edades tard�as, los morteros alcanzaron las resistencias m�s altas, como es en el caso de las cales COX-08 y CPZ-08, las cuales obtuvieron la misma resistencia a los 150 d�as envejecimiento. Por lo tanto, se deduce que los morteros con esta composici�n alcanzar�an mayores resistencias si se dejaran a un envejecimiento m�s prolongado.
4. CONCLUSI�N O CONSIDERACIONES FINALES
Este estudio evalu� la viabilidad de reemplazar el agregado com�n por el agregado reciclado procedente de residuos de bancos de explotaci�n de piedra cantera en lo morteros tradicionales a base de cal. El proceso de optimizaci�n en laboratorio de la arena reciclada (APC) permiti� una distribuci�n de grano uniforme, sin la necesidad de limpiar y adicionar materiales org�nicos.
La absorci�n de agua debido a la acci�n capilar del agregado reciclado aument� considerablemente para las proporciones de reemplazo por encima del 10%.� Los morteros con APC presentaron mayor demanda de agua y menor trabajabilidad en comparaci�n con los morteros con arenas naturales. La piedra cantera; al ser un material poroso, requiri� mayor cantidad de agua para su manejabilidad; a diferencia del agregado com�n, que presenta una menor capacidad de absorci�n y por consiguiente menor cantidad de agua para alcanzar la consistencia ideal.�
Con base en los resultados de la prueba mec�nica se pueden extraer las siguientes conclusiones: la adici�n de un 12% de (PPC) tuvo efectos en las propiedades de los morteros: un aumento de la resistencia a la compresi�n a edades tempranas en comparaci�n con los morteros con el agregado com�n sin adiciones, de la misma forma el desarrollo de su resistencia se mantuvo en ascenso al cabo de los 150 d�as.�
En los morteros actuaron dos mecanismos; uno pudo ser la alta porosidad (debido al alto contenido de agua y la naturaleza de los agregados) que ayuda a la reacci�n qu�mica debido a la presencia de componentes reactivos al utilizar polvo de piedra cantera como adici�n puzol�nica creando una estructura fuerte. Los resultados fueron alentadores al mostrar un efecto deseable al incorporar APC (arena de piedra cantera) como sustituci�n del agregado fino en la elaboraci�n de morteros de cal, que son ampliamente utilizados en trabajos de reparaci�n de estructuras hist�ricas sin afectar la resistencia mec�nica del mortero.
Las caracter�sticas t�cnicas de los morteros a base de agregado reciclado en cuanto a resistencia mec�nica, no se comparan con los valores que alcanzaron los morteros convencionales de cal utilizados en la actualidad en trabajos de reparaci�n. Esta investigaci�n plantea la posibilidad de reutilizar un agregado en la elaboraci�n de materiales para procesos de restauraci�n, sin embargo, es necesario elaborar m�s pruebas de caracterizaci�n para conocer la interacci�n entre la superficie de sacrificio y el mortero de nueva incorporaci�n en el sistema constructivo del inmueble hist�rico, para asegurar la durabilidad y conservaci�n del patrimonio hist�rico.
La utilizaci�n de agregado reciclado en el sector de la construcci�n tiene diversas ventajas, una de ellas es la disponibilidad del material, al ser residuo de una industria local facilitar�a su transporte; sin embargo, al no contar un proceso de obtenci�n est�ndar disponer de un volumen requerido de forma regula para una obra de intervenci�n representar�a un reto; no obstante, al ser un material natural, disponible en la atmosfera no genera un impacto su producci�n.
Los resultados son muy prometedores pues la actividad puzol�nica toma su tiempo en desarrollarse y el polvo muestra que a�n a edades tempranas se observ� su actividad, tambi�n se incide en otras �reas del conocimiento como el ciclo de vida, la disminuci�n de los residuos s�lidos provenientes de otros procesos; lo relativo a lo est�tico al lograr que el color sea integral y no una membrana superficial.
Los autores agradecen al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnolog�a, por su valioso apoyo para la realizaci�n de esta investigaci�n.� Al sistema SEP Prodep, a la Coordinaci�n de la Investigaci�n Cient�fica de la UABJO Tambi�n agradecen al personal del Laboratorio de Materiales �Tecnolog�a y Sustentabilidad� Universidad Aut�noma �Benito Ju�rez� de Oaxaca por el apoyo.
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