Ing. M.Sc. Alejandro Navas Carro
Director Lanamme UCR
Universidad de Costa Rica, Costa Rica
alejandro.navas@ucr.ac.cr
Ing. Ana María Campos Rojas
Estudiante de Ingeniería Civil,
Universidad de Costa Rica, Costa Rica
ana.macamposr@gmail.com
Métodos & Materiales / LanammeUCR / ISSN electrónico: 2215-4558 / Volumen 8 / Diciembre, 2018
Fecha de recepción: 4 abril 2018 / Fecha de aprobación: 23 abril 2018
En esta investigación se estudiaron los morteros para pega de bloques fabricados en sitio y los efectos en sus características físico-mecánicas al agregar cal a la mezcla. Para esto se fabricaron morteros tipo M y tipo S, con y sin cal, usando las proporciones volumétricas brindadas por el Código Sísmico de Costa Rica (CSCR 2010). Como agregado fino se utilizó arena de tajo y arena industrial, por separado.Se realizaron ensayos de resistencia a la compresión en cubos de mortero a los 7 y 28 días, porcentaje de retención de agua, contenido de aire y trabajabilidad. Además, se construyeron prismas y “cruces” de mampostería para estudiar la resistencia a compresión y adherencia del mortero, respectivamente. Esto para determinar si el uso de cal producida en el país mejora las propiedades del mortero de pega de mampostería, ya que esto podría permitir que se reactive el uso de la cal en la construcción en Costa Rica.
Los ensayos se realizaron con tres tipos de cal diferentes y los resultados obtenidos varían dependiendo del tipo que se utilice pero en general se encontró que la cal mejora algunas propiedades como lo son la retención de agua, la trabajabilidad, la adherencia y en algunos casos genera un incremento en la resistencia de los prismas. Por el contrario, la resistencia a compresión en cubos de mortero disminuye y el contenido de aire no se ve afectado.
PALABRAS CLAVE: Mortero de pega; Mortero con cal; Mortero fabricado en sitio; Pega de bloques; Prismas de mampostería; Cruces de mampostería.
ABSTRACT
In this research it was studied the mortars for block pasting, fabricated in situ and the effects in their physical and mechanical characteristics by adding lime to the mix. For this, were made mortars type M and type S with and without lime, using the volumetric proportions that the Seismic Code of Costa Rica 2010 (CSCR 2010) says. It was used quarry sand and industrial sand like fine aggregate, separately. Testing compressive strength was conducted in mortar cubes at 7 and 28 days, also percentage of water retention, air content and workability were tested. Also, masonry prisms and “crosses” were made for compressive strength and bond test, respectively. All this, to determine if the use of lime produced in this country improves the properties of the bond masonry mortar, because this could reactivate in Costa Rica the use of lime in the Industrial construction.
Tests were made with 3 different limes, and the results change depends on the lime used. But in general, the lime improves some properties like water retention, workability and bond, and in some cases increases prisms resistance. Conversely, compressive strength in mortar cubes decreases and the air content wasn’t affected.
KEYWORDS: Bond mortar; Lime mortar; Mortar made in place; Block pasting; Masonry prisms; Masonry crosses.
La construcción de muros de mampostería con bloques de concreto, es la más utilizada actualmente en Costa Rica, especialmente en la construcción de viviendas y edificaciones de uno a diez niveles de altura. Para adherir los bloques de mampostería se requiere de un mortero de pega con características especiales que le permita conformar todas las piezas como un solo elemento, formando un bloque sólido. Sin embargo, las prácticas empleadas en algunas construcciones para la fabricación en sitio de este mortero, así como de su colocación, podrían ocasionar que no se alcance la resistencia esperada.
En el país la cal hidratada se encuentra especificada para uso en la fabricación de morteros de pega de mampostería en el Código Sísmico de Costa Rica 2010 (1), sin embargo, no se cuenta con ninguna regulación que permita identificar si la cal producida en el país es apta para su uso en construcción. Además, se debe recordar que en los proyectos de construcción se suelen elegir los materiales dependiendo de la cercanía de los depósitos, y aunque algunos de ellos son aptos para fabricar concreto, se desconocen sus propiedades en la fabricación de mortero.
Los beneficios de la cal en los morteros han sido estudiados con anterioridad, es el caso de Chacón (2) y Picado (3), quienes estudiaron la influencia de la cal en morteros para repello y Arias (4) quien evalúa las propiedades de morteros de pega preempacados. Sin embargo, los morteros de pega fabricados en sitio con cal sólo han sido estudiados anteriormente por Acón (٥), quien comparó la retención de agua, el contenido de aire y la resistencia a compresión en cubos de mortero para morteros fabricados con arena industrial. Por lo que, con este trabajo se pretende complementar este estudio, al incluir la resistencia a compresión en prismas de mampostería y la adherencia para arena industrial, además de un estudio completo de las mismas propiedades para arena de tajo.
Asimismo, se pretende un mejoramiento en la calidad de las construcciones de mampostería del país, dándole al usuario la posibilidad de utilizar cal producida en Costa Rica y permitiéndole saber con certeza los efectos que esta tendrá en la mampostería, así como sus posibles efectos al ser combinada con arena de tajo y con arena industrial.
2.1. Metodología
La metodología empleada en la realización de este trabajo se basó en las siguientes tres etapas:
Recopilación de información
En esta etapa se investigaron los trabajos realizados anteriormente sobre temas relacionados, y se recopilaron y estudiaron las normas ASTM de los ensayos a realizar. También se eligieron los materiales a utilizar: los tres tipos de cal se eligieron basándose en un muestreo realizado por Acón (5), eligiendo una cal de buena calidad, una de mediana y una de baja calidad; por su parte se eligió el agregado fino con base en su granulometría.
Proceso experimental
Esta etapa se llevó a cabo en el Laboratorio Nacional de Materiales y de Modelos Estructurales (LanammeUCR). Se inició con los ensayos de caracterización de los materiales a utilizar en la fabricación de los morteros: gravedad específica del cemento; pruebas químicas (en el laboratorio Lambda) y granulometría de la cal; peso unitario, gravedad específica y granulometría de los agregados finos; y absorción, área neta y resistencia a compresión de los bloques.
Se realizaron ensayos a los morteros, pruebas de: retención de agua, contenido de aire, flujo (trabajabilidad) y resistencia a compresión en cubos de mortero para fallar a 7 y 28 días de edad. De cada agregado fino se fabricaron dos morteros con cada cal y dos sin cal, uno tipo M y uno tipo S, para un total de 16 morteros diferentes.
Se construyeron los especímenes de mampostería: prismas sin relleno fallados a los 28 días de edad para medir la resistencia a compresión de la mampostería y cruces de mampostería falladas a 28 días de edad para medir la adherencia entre el mortero y los bloques. Para estos especímenes de mampostería se utilizó un espesor de junta de 1 cm.
Análisis de resultados y conclusiones
Esta última etapa consistió en organizar los resultados obtenidos durante el proceso experimental y redactar las conclusiones del estudio.
A continuación, se detallan las propiedades de los materiales y las proporciones usadas para la fabricación de los morteros.
2.2. Materiales
Cemento
Se utilizó Cemento Portland para uso general marca Holcim.Este cuenta con una gravedad específica de 2,95 y, según su ficha técnica (6), alcanza una resistencia de 28 MPa a los 28 días.
Cal
Se eligieron las siguientes tres cales del muestreo realizado por Acón (5):
A estas cales se les realizaron pruebas químicas y de granulometría cuyos resultados se muestran en las Tablas 1 y 2 respectivamente. Para las pruebas químicas, la norma ASTM C207-06 (7) pide que el porcentaje mínimo de hidróxido de calcio y de magnesio sea de 95% y el contenido de dióxido de carbono no debe sobrepasar el 5%. En el caso de la granulometría, según la norma ASTM C110-16e1 (8) el porcentaje retenido en la malla N°30 debe ser menor a 0,5%.
Agregado fino
Para este estudio se utilizaron los dos tipos de agregado fino que se describen a continuación::
En el país, esta arena proviene de vetas del tajo de muy mala calidad, por lo que se obtiene un material con altas absorciones, altos porcentajes pasando la malla N°200 y partículas suaves, pero con la ventaja de que está libre de materia orgánica. También, presenta partículas de tamaño mayor a los 4,75 mm, por lo que se debe tamizar a través de una malla N°4 para poder utilizarse como agregado fino para mortero.
Esta arena requiere mayor relación w/c (peso de agua/peso de cemento) para obtener una trabajabilidad adecuada, lo que la hace más susceptible a contracciones y agrietamientos una vez perdido el exceso de agua. Por esto, se considera de menor calidad que la arena industrial. Sin embargo, es importante su estudio en este proyecto ya que, por su bajo precio y facilidad de obtención (procesos poco rigurosos y materiales de mala calidad) es la más usada.
Es un agregado fino obtenido de un proceso de extracción, trituración y cribado, durante el cual se procura que se obtenga una granulometría que cumpla las condiciones para fabricar concreto. Este material se obtiene de la misma veta que la roca que se usa para producir el agregado grueso, lo que resulta en un material de buena calidad, bajas absorciones y dureza adecuada. Sin embargo, en morteros presenta menor trabajabilidad debido a un menor porcentaje de finos (en comparación con la arena de tajo).
En la Figura 1 se muestra la granulometría de ambas arenas utilizadas.
Bloques de concreto
Se utilizaron bloques de concreto Clase A para todos los ensayos, los cuales se sometieron a pruebas de área neta, absorción y resistencia a compresión. Estos bloques cumplieron con la resistencia mínima de 13,0 MPa en el promedio de tres unidades y de 11,8 MPa cada unidad individual, como lo especifica el CSCR 2010 (1).
Proporción de morteros
Se usaron las proporciones por volumen del CSCR 2010 (1), las cuales se muestran en la Tabla 3.
Se demostró que la cal nacional, mejora algunas propiedades del mortero de pega, pero esta mejora está relacionada con la calidad de la cal que se utilice.
3.1 Prueba de flujo
Este ensayo permitió conocer, la cantidad de agua necesaria en cada mezcla para obtener un flujo de 110±5%, que según la norma ASTM C1437-15(9) es el flujo que brinda una trabajabilidad apropiada para el mortero. En la Figura 2, se pueden ver los resultados obtenidos para cada mortero, además de las relaciones w/c obtenidas en cada caso. Los morteros con cal, necesitan más agua para lograr un flujo apropiado, en especial las mezclas con cal 2 y 3.
Durante la mezcla y moldeo de cada uno de los morteros fue posible percibir que las mezclas con arena de tajo se tornaban más “pastosas” debido al exceso de finos, por lo que resultaba más fácil trabajar con ellas. Además, tanto con arena de tajo como con arena industrial, se obtuvieron mejoras en su trabajabilidad al agregar cal a la mezcla, las cuales fueron percibidas cualitativamente.
3.2 Retención de agua
En la Tabla 4 se presenta un resumen de los porcentajes obtenidos en la prueba de retención de agua, la cual se llevó a cabo según el procedimiento de la norma ASTM C1506 –17 (10).
Si se comparan los resultados obtenidos con el mínimo de 75% solicitado por la norma ASTM C270 − 14a (11) se obtiene que, en el caso de la arena industrial, todos los morteros con cal cumplen con la norma, mientras los morteros sin cal, tanto tipo M como tipo S tienen una retención de agua menor a la solicitada. Es decir, el agregar cal (sin importar su calidad) a la mezcla de mortero con arena industrial sí mejora la retención de agua.
Por su parte, los morteros con arena de tajo también aumentan la retención de agua al agregar cal a la mezcla, sin embargo, no todos alcanzan el mínimo requerido. Los mejores resultados se obtienen con la cal 1.
3.3. Contenido de aire
El contenido de aire es un parámetro que contribuye también a la trabajabilidad de la muestra y se ensaya según la norma ASTM C185 – 15a (12). Los resúmenes de los porcentajes de aire obtenidos pueden verse en la Tabla 5.
La arena industrial presenta una disminución pequeña en su porcentaje de aire al agregar cal, sin embargo, la arena de tajo no muestra una tendencia, ya que en algunos casos aumenta y en otros disminuye.
En el caso de la arena industrial se cumple con el límite de contenido de aire en todos los casos aún sin agregar cal a la mezcla. La arena de tajo por su parte, presenta porcentajes de contenido de aire más altos, llegando incluso a incrementarse con la presencia de la cal 1, esto puede deberse al alto porcentaje de material fino de esta arena. En el caso de la arena de tajo no se cumple con el límite máximo, aunque se agregue cal, se presenta una excepción en el mortero tipo S con cal 3, pero esta cal presenta resultados con variaciones importantes por lo que no debe considerarse este dato como una tendencia.
3.4. Resistencia a compresión en cubos de mortero
Con esta prueba se obtuvo la resistencia a compresión del mortero (f’mortero) a los 7 y 28 días, siguiendo la norma ASTM C109M − 16a(13). Se fallaron 3 cubos de cada mortero a cada edad, en la Tabla 6 se muestran los promedios de los resultados obtenidos a los 28 días de edad.
En el caso de la arena de tajo, todos los morteros cumplen con la resistencia mínima establecida en el CSCR 2010, sin embargo, al agregar cal se puede dar una pérdida pequeña de resistencia. La mayor pérdida se da en el caso de la cal 3 para el mortero tipo M, en la que se pierde un 24% respecto al mortero sin cal, pero la resistencia se mantiene un 18% mayor a lo solicitado en el CSCR 2010.
Por su parte, la arena industrial, en el mortero tipo S, al agregar cal experimenta una pérdida de resistencia que lo lleva a quedar por debajo del límite solicitado en el CSCR 2010, esto se debe a que aún sin agregar cal se obtienen resultados muy cercanos al límite.
3.5. Resistencia a compresión en prismas de mampostería
Se construyeron 3 prismas sin relleno de cada mezcla de mortero, el proceso de construcción y falla se llevó a cabo según la norma ASTM C1314 − 16 (14) y puede verse en la Figura 3; los promedios de la resistencia a compresión de la mampostería (f’m) se encuentran en la Tabla 7. Todos los prismas se construyeron con bloques Clase A (M).
Al agregar cal a la mezcla de mortero, disminuye la f’m en los prismas tipo M, igual que con el caso de f’mortero. Sin embargo, en el caso de las cales 1 y 2 en mortero tipo M, se continúa cumpliendo con la resistencia solicitada para arena de tajo y se encuentra muy cerca del límite para arena industrial. La cal 3 no es consistente con sus resultados, ya que no muestra una tendencia clara debido a que es probable que su composición no sea homogénea.
En el caso de los prismas tipo S se puede ver como en todos los casos, al agregarse cal, se mejora la resistencia de los prismas a compresión. Se debe recordar también que estos prismas fueron fabricados con bloques tipo M, y en el CSCR 2010 (1) se especifica que para tener mampostería tipo S, los bloques deben ser tipo S. Es por ello que los resultados obtenidos superan en más de un 30% la resistencia esperada, llegando en algunos casos a una resistencia adecuada para mampostería tipo M, como es el caso de los morteros de arena industrial con cal. Esto demuestra que quien más aporta en resistencia a la compresión es el bloque y no tanto el mortero de pega, por lo que se debería considerar en el Código Sísmico que para obtener mampostería tipo M no es necesario que el mortero sea del mismo tipo y aceptar la calificación de mampostería tipo M con un mortero tipo S, siempre y cuando los bloques sean tipo M y el mortero sea fabricado con cal y arena de buena calidad (se recomienda arena industrial, ya que presenta los mejores resultados al mezclarse con cal).
3.6. Adherencia en cruces de mampostería
Se construyeron 4 cruces con cada mezcla de mortero. El proceso de construcción y falla puede verse en la Figura 4. Se llevó a cabo de acuerdo a un proceso realizado en ocasiones anteriores en el LanammeUCR, ya que no se cuenta con una norma ASTM para estos especímenes; los promedios de las adherencias obtenidas durante las fallas se encuentran en la Tabla 8.
Según los resultados mostrados en la tabla, los morteros tipo M solo presentan un aumento en su adherencia con la cal 1, y en el caso de la arena de tajo también se observa un pequeño aumento con la cal 3. Por su parte los morteros tipo S presentan un aumento en su adherencia cuando se les agrega cal, reaccionando la arena de tajo mejor con la cal 2 y la arena industrial con la cal 1.
La adherencia es una de las características más importantes de un mortero de pega y como se puede ver sí existen diferencias al utilizar cal en el mortero, en especial en los morteros tipo S.
Retención de agua
Contenido de aire
Resistencia a la compresión en cubos de mortero
Resistencia a la compresión en prismas de mampostería
Adherencia en cruces de mampostería
Generales