i FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL TESIS: “ESTUDIO COMPARATIVO DE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA Y PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LAS UNIDADES DE ADOBE ESTABILIZADAS CON FIBRA DE POLIÉSTER FRENTE AL ADOBE TRADICIONAL, DE LAS ADOBERAS UBICADAS EN EL DISTRITO DE SAN SEBASTIÁN-CUSCO” Presentado por: Bach. Alagón Huarancca, José Antonio. Bach. Neira Atamari, Ronald Saul Edward. Para optar el título profesional de: Ingeniero Civil Asesor: Dr. Ing. Elvis Yuri Mamani Vargas. CUSCO- PERÚ 2020 ii DEDICATORIA La presente tesis va dedicado a todas las mujeres que conforman mi familia y en especial a mi madre Helba Maribel Huarancca Quispe quien es el motor y motivo para mi formación profesional. Atte.: José Antonio Alagón Huarancca iii DEDICATORIA Este trabajo está dedicado primeramente a Dios, y con mucho cariño a mis padres Esther y Edwin, hermanos Marcela y Dilbert que siempre han sido el motivo para seguir adelante cada día, y a ti que en estos últimos años me has enseñado a ver la vida de una manera distinta. Atte.: Ronald Saul Edwar Neira Atamari iv AGRADECIMIENTOS A nuestro asesor Dr. Ing. Elvis Yuri Mamani Vargas por brindarnos el apoyo, ánimo y compromiso para encaminar y conseguir culminar la presente tesis de investigación. A todos nuestros docentes e ingenieros que han contribuido a que podamos formarnos como profesionales de bien. v RESUMEN La presente investigación denominada: “ESTUDIO COMPARATIVO DE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA Y PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LAS UNIDADES DE ADOBE ESTABILIZADAS CON FIBRA DE POLIÉSTER FRENTE AL ADOBE TRADICIONAL, DE LAS ADOBERAS UBICADAS EN EL DISTRITO DE SAN SEBASTIÁN-CUSCO” donde el objetivo fue comparar la conductividad térmica y propiedades físico-mecánicas del adobe estabilizado con fibra de poliéster frente al adobe tradicional deseando innovar con nuevas aplicaciones en la elaboración de elementos de adobe sostenibles y eco- amigables con el medio ambiente a través de la incorporación de fibras de poliéster, determinadas en función de porcentaje en peso de la unidad de adobe tradicional tomando en cuenta también la trabajabilidad de la mezcla, siendo la fibra de poliéster un material 100% reciclado de las botellas de plástico que al estabilizarlos con el elemento de adobe sea capaz de mejorar sus propiedades térmicas y físico-mecánicas haciéndola más resistente a los fenómenos naturales como: sismos, heladas, nevadas, friajes, lluvias, etc. en zonas rurales y altoandinas del Perú. La metodología usada en la presente investigación fue de enfoque cuantitativo, nivel descriptivo e hipotético-deductivo y diseño cuasi experimental, para lo cual se elaboró 52 elementos de adobe tradicionales, 52 elementos de adobe estabilizados al 0.25%, 52 elementos de adobe estabilizados al 0.50% y 52 elementos de adobe estabilizado al 0.75% para realizar una comparación que busca mejorar la conductividad térmica y las propiedades físico-mecánicas según la Norma Técnica Peruana E070, E080 y Norma Española UNE 41410. A través del uso de formatos como: recolección de datos, procedimientos de datos y resultados. Donde se evaluaron el alabeo, variación dimensional, succión de agua, absorción de agua, erosión acelerada de Swinburne (SAET), desgate por goteo, resistencia a la compresión, resistencia a la flexión y la conductividad térmica en el laboratorio de suelos de la Universidad Andina del Cusco. Resultando así los adobes estabilizados al 0.25%,0.50% y 0.75% mejores que los adobes tradicionales respecto a la conductividad térmica y propiedades físico-mecánicas. Como resultado, los elementos adobes tradicionales mostraron 0.89 (w/(m-°K)) de conductividad térmica y 10.3 kg/cm2 de resistencia a la compresión siendo superado por los adobes estabilizados al 0.25% con 0.75 (w/(m-°K)) de conductividad térmica y 15.2 kg/cm2 de resistencia a la compresión, 0.50% con 0.70 (w/(m-°K)) de conductividad térmica y 19.1 kg/cm2 de resistencia vi a la compresión y al 0.75% con 0.67 (w/(m-°K)) de conductividad térmica y 20.4 kg/cm2 de resistencia a la compresión, por tal se recomienda el elemento de adobe estabilizado al 0.50% para su fabricación comercial. Palabras claves: Adobe, estabilizado, Norma E-0.80, fibra de poliéster, físico, mecánicas, conductividad térmica, ECOTERM. vii ABSTRACT The present investigation called: "COMPARATIVE STUDY OF THERMAL CONDUCTIVITY AND PHYSICAL-MECHANICAL PROPERTIES OF ADOBE UNITS STABILIZED WITH POLYESTER FIBER IN FRONT OF TRADITIONAL ADOBE, OF THE ADOBERAS LOCATED IN THE DISTRICT OF SAN SEBASTIÁN-CUSCO properties" Physico-mechanical adobe stabilized with polyester fiber compared to traditional adobe wishing Innovate with new applications in the elaboration of sustainable and eco-friendly adobe elements with the environment through the transformation of polyester fibers, determined according to the weight percentage of the traditional adobe unit, also taking into account the workability of the mix, being polyester fiber a 100% recycled material of plastic bottles that is stabilized with the adobe element, capable of overcoming its thermal and physical-mechanical properties, making it more resistant to natural phenomena such as: earthquakes, frost, snow, cold, rain, etc. in rural and high Andean areas of Peru. The methodology used in this research was a quantitative approach, a descriptive and hypothetical-deductive level, and a quasi-experimental design, for which 52 traditional adobe elements, 52 adobe elements stabilized at 0.25%, 52 adobe elements stabilized at 0.50 were developed. % and 52 elements of adobe stabilized at 0.75% to make a comparison that seeks to improve thermal conductivity and physical-mechanical properties according to Peruvian Technical Standard E070, E080 and Spanish Standard UNE 41410. Through the use of formats such as: data, data procedures and results. Where warpage, dimensional variation, water suction, water absorption, Swinburne Accelerated Erosion (SAET), drip wear, compressive strength, flexural strength and thermal conductivity were evaluated in the university soil laboratory Andean from Cusco. Thus, adobes stabilized at 0.25%, 0.50% and 0.75% are better than traditional adobes with regard to thermal conductivity and physical-mechanical properties. As a result, traditional adobe elements showed 0.89 (w / (m- ° K)) of thermal conductivity and 10.3 kg / cm2 of compressive strength being surpassed by 0.25% stabilized adobes with 0.75 (w / (m- ° K)) of thermal conductivity and 15.2 kg / cm2 of compression resistance, 0.50% with 0.70 (w / (m- ° K)) of thermal conductivity and 19.1 kg / cm2 of compression resistance and 0.75% viii with 0.67 (w / (m- ° K)) thermal conductivity and 20.4 kg / cm2 compressive strength, therefore the adobe element stabilized at 0.50% is recommended for commercial manufacture. Key words: Adobe, stabilized, Standard E-0.80, polyester fiber, physical, mechanical, thermal conductivity, ECOTERM. ix INTRODUCCIÓN El elemento de adobe en nuestro país forma parte fundamental para la construcción de viviendas en las zonas rurales y altoandinas, esto debido a su bajo costo y su fácil implementación, sin embargo, este elemento de albañilería presenta un bajo nivel de resistencia a los fenómenos naturales. Cabe mencionar que en las regiones con mayor construcción de vivienda con adobe son: Huancavelica (82,4%), Apurímac (76,1%), Cajamarca (70,3%) y Cusco (67,3%), según las encuestas del Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI, Censos nacionales 2017: XII de población, VII de vivienda, 2017), además de ocupar la región Cusco el primer lugar con 207 declaratorias de emergencia a causa de las terribles nevadas y heladas en las zonas altoandinas generando afecciones a la salud de las personas y la mortandad de sus animales, según él (SENAMHI, 2018) y la falta de reciclaje de los residuos sólidos entre ellos las botellas de plástico que pueden obtener un segundo uso. Razón por la cual esta investigación se realiza con el fin de incorporar nuevas tecnologías a los elementos de adobe tal como la fibra de poliéster que es 100% reciclado de las botellas de plástico, buscando así mejorar la conductividad térmica y sus propiedades físico-mecánicas, para dar a conocer a la comunidad cusqueña acerca de nuevas tecnologías en los materiales de construcción para viviendas de adobe con confort térmico en las zonas rurales y altoandinas del Cusco. La investigación pretende elaborar elementos de adobe tradicional y estabilizadas con fibra de poliéster al 15 gr., 30 gr y 45 gr que representan 0.25%, 0.50% y 0.75% respecto al peso del elemento de adobe, las cuales serán sometidas a ensayos para determinar su conductividad térmica y sus propiedades físico mecánicas basándonos en la Norma Técnica Peruana NTP E0.70, NTP E.080, norma ASTM C177-13, y Norma Española UNE 41410, para luego realizar una comparación y emitir sus conclusiones. Finalmente, la investigación está conformada por lo siguiente: Capítulo I Planteamiento del Problema, podemos encontrar la Identificación del Problema, Justificación e Importancia de la Investigación, Limitaciones de la Investigación y Objetivos de la Investigación. Capítulo II Marco Teórico, encontramos los Antecedentes de la Tesis, Bases Teóricas, Hipótesis y Definición de Variables. x Capítulo III Metodología, encontramos la Metodología de la Investigación, Diseño de la Investigación, Población y Muestra, Instrumentos, Procedimientos de recolección de datos y Procedimiento de Análisis de Datos. Capítulo IV Resultados, donde se presentan los resultados de análisis de datos obtenidos en la investigación, tanto en las pruebas de campo y en los ensayos de laboratorio, estos resultados mostraran las mejoras obtenidas al realizar la estabilización del adobe. Capítulo V Discusión de los resultados, donde se compara, se contrasta y discute los resultados obtenidos en la presente investigación, para poder reconocer las debilidades o limitaciones y fortalezas o aportes de la investigación, esto para poder extraer conclusiones y formular recomendaciones. Para concluir se encontrará en la investigación: Glosario, Conclusiones, Recomendaciones, Referencias y Anexos. xi ÍNDICE DEDICATORIA .............................................................................................................................. ii DEDICATORIA ............................................................................................................................. iii AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................. iv RESUMEN ...................................................................................................................................... v ABSTRACT .................................................................................................................................. vii INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... ix CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................... 1 1.1. Identificación del problema ...................................................................................................... 1 1.1.1. Descripción del problema ...................................................................................................... 1 1.1.2. Formulación del problema .................................................................................................... 7 1.2. Justificación e importancia de la investigación ........................................................................ 8 1.2.1. Justificación técnica .............................................................................................................. 8 1.2.2. Justificación social ................................................................................................................ 8 1.2.3. Justificación por viabilidad ................................................................................................... 8 1.2.4. Justificación por relevancia ................................................................................................... 9 1.3. Limitaciones de la investigación .............................................................................................. 9 1.3.1. Limitaciones de orden geográfico ......................................................................................... 9 1.3.2. Limitaciones de tiempo ......................................................................................................... 9 1.3.3. Limitaciones por el material .................................................................................................. 9 1.4. Objetivos ................................................................................................................................ 11 1.4.1. Objetivo general .................................................................................................................. 11 1.4.2. Objetivos específicos ........................................................................................................... 11 CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 12 2.1. Antecedentes de la tesis .......................................................................................................... 12 xii 2.1.1. Antecedentes a nivel nacional ............................................................................................. 12 2.1.2. Antecedentes a nivel internacional ...................................................................................... 13 2.2. Bases teórico – científicas ...................................................................................................... 14 2.2.1. Adobe .................................................................................................................................. 14 2.2.2. Fibra de poliéster ................................................................................................................. 17 2.2.3. Fibra de poliéster ECOTERM ............................................................................................. 20 2.2.4. Componentes del adobe ...................................................................................................... 21 2.2.5. Fabricación del adobe .......................................................................................................... 23 2.2.6. Viviendas de adobe a nivel nacional y en Cusco ................................................................ 27 2.2.7. Adobe, confort térmico y sostenibilidad ............................................................................. 30 2.2.8. Pruebas in situ de selección del suelo ................................................................................. 31 2.2.9. Ensayos de laboratorio ....................................................................................................... 33 2.3. Hipótesis ................................................................................................................................. 59 2.3.1. Hipótesis general ................................................................................................................. 59 2.3.2. Sub hipótesis ....................................................................................................................... 59 2.4. Definición de variables ........................................................................................................... 60 2.4.1. Variables independientes ..................................................................................................... 60 2.4.2. Variables dependientes ........................................................................................................ 60 2.4.3. Cuadro de operacionalización de variables ......................................................................... 62 CAPÍTULO III: METODOLOGIA .............................................................................................. 63 3.1. Metodología de la investigación ............................................................................................ 63 3.1.1. Enfoque de la investigación ................................................................................................ 63 3.1.2. Nivel o alcance de la investigación ..................................................................................... 63 3.1.3. Método de investigación ..................................................................................................... 63 3.2. Diseño de la investigación...................................................................................................... 63 xiii 3.2.1. Diseño metodológico ........................................................................................................... 63 3.2.2. Diseño de ingeniería ............................................................................................................ 64 3.3. Población y muestra ............................................................................................................... 66 3.3.1. Población ............................................................................................................................. 66 3.3.2. Muestra ................................................................................................................................ 66 3.3.3 Criterios de inclusión ........................................................................................................... 67 3.4. Instrumentos ........................................................................................................................... 69 3.4.1. Instrumentos metodológicos o instrumentos de recolección de datos ................................ 69 3.4.2. Instrumentos de ingeniería .................................................................................................. 77 3.5. Procedimientos de recolección de datos ................................................................................. 77 3.5.1. Cuestionario de elaboración de adobe tradicional ............................................................... 77 3.5.2 Pruebas de campo al suelo ................................................................................................... 79 3.5.3. Obtención de la fibra de poliéster ....................................................................................... 84 3.5.4. Fabricación de los elementos de adobe ............................................................................... 85 3.5.5. Pruebas de laboratorio ......................................................................................................... 89 3.6. Procedimientos de análisis de datos ..................................................................................... 124 3.6.1. Cuestionario de elaboración de adobe tradicional ............................................................. 124 3.6.2. Pruebas de campo al suelo ................................................................................................ 126 3.6.3. Ensayo de laboratorio al suelo .......................................................................................... 128 CAPITULO IV: RESULTADO .................................................................................................. 159 4.1. Resultado del cuestionario de elaboración de adobe tradicional .......................................... 159 4.2. Resultado de las pruebas de campo al suelo ........................................................................ 159 4.3. Resultado de los ensayos en laboratorio .............................................................................. 160 4.3.1. Resultado del ensayo límites de Atterberg ........................................................................ 160 4.3.2. Resultado del ensayo análisis granulométrico .................................................................. 160 xiv 4.3.3. Resultado del ensayo de alabeo ......................................................................................... 161 4.3.4. Resultado del ensayo de variación dimensional ................................................................ 162 4.3.5. Resultado del ensayo de succión de agua .......................................................................... 163 4.3.6. Resultado del ensayo de absorción de agua ...................................................................... 164 4.3.7. Resultado del ensayo de erosión acelerada de Swinburne (SAET) .................................. 165 4.3.8. Resultado del ensayo de desgaste por goteo ..................................................................... 166 4.3.9. Resultado del ensayo de resistencia a la compresión ........................................................ 167 4.3.10. Resultado del ensayo de resistencia a la tracción por flexión ......................................... 168 4.3.11. Resultado del ensayo de conductividad térmica ............................................................. 169 CAPÍTULO V: DISCUSIÓN ...................................................................................................... 172 5.1. Contraste de resultados con referentes del marco teórico .................................................... 172 5.2. Interpretación de los resultados encontrados en la investigación ........................................ 173 5.3. Comentarios de la demostración de la hipótesis .................................................................. 173 5.4. Aporte de la investigación .................................................................................................... 173 5.5. Incorporación de temas nuevos que se han presentado durante el proceso de la investigación que no estaba considerado dentro de los objetivos de la investigación ............................... 174 GLOSARIO ................................................................................................................................. 176 CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 180 RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 183 REFERENCIAS .......................................................................................................................... 185 ANEXOS ..................................................................................................................................... 188 xv ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Perú: Viviendas particulares con ocupantes presentes, por material predominante en las paredes exteriores, según departamento, 2017 ........................................................ 1 Tabla 2: Número de emergencias por motivo de nevadas por región (INDECI) ........................... 2 Tabla 3: Composición de residuos sólidos en la provincia de Cusco ............................................ 5 Tabla 4 :Ubicación política y geográfica del distrito de San Sebastián- Cusco. ........................... 6 Tabla 5: Conductividad térmica del adobe con relación a su densidad ....................................... 17 Tabla 6: Perú: Viviendas particulares con ocupantes presentes, según material predominante en las paredes exteriores, 1993 -2017 (absoluto y porcentaje) - evolución del uso del adobe en viviendas a nivel nacional. ............................................................................ 28 Tabla 7: Perú: Viviendas particulares con ocupantes presentes, según área de residencia y material predominante en las paredes exteriores, 2007 y 2017 (absoluto y porcentaje) - evolución del uso del adobe en viviendas a nivel urbano y rural. ............................. 29 Tabla 8: Tamaños de mallas estándar .......................................................................................... 39 Tabla 9: Clasificación de suelos SUCS. ........................................................................................ 40 Tabla 10: Carta de Casagrande (gráfico de plasticidad) ............................................................. 41 Tabla 11: Símbolos y nombres típicos para suelos de grano grueso. ........................................... 41 Tabla 12: Símbolos y nombres típicos para suelos de grano fino. ............................................... 42 Tabla 13: Sistema de clasificación AASHTO ................................................................................ 43 Tabla 14: Parámetros de los materiales con buenos aislantes térmicos, moderados o pobres ... 56 Tabla 15: Cuantificación de la muestra ........................................................................................ 67 Tabla 16: Formato – cuestionario para determinar las características en la elaboración de los elementos de adobe ....................................................................................................... 69 Tabla 17: Formato – prueba de campo – cinta de barro.............................................................. 69 Tabla 18: Formato – prueba de campo – presencia de arcilla- resistencia Seca ........................ 70 Tabla 19: Formato – prueba de campo – taxonomía de los suelos USDA ................................... 70 Tabla 20: Formato – ensayo de laboratorio – límite líquido ....................................................... 71 Tabla 21: Formato – ensayo de laboratorio – limite plástico ...................................................... 71 Tabla 22: Formato – ensayo de laboratorio – granulometría ...................................................... 72 Tabla 23: Formato – ensayo de laboratorio – alabeo .................................................................. 72 xvi Tabla 24: Formato – ensayo de laboratorio – variabilidad dimensional ..................................... 73 Tabla 25: Formato – ensayo de laboratorio – succión ................................................................. 73 Tabla 26: Formato – ensayo de laboratorio – absorción ............................................................. 74 Tabla 27: Formato – ensayo de laboratorio – erosión acelerada (SAET) ................................... 74 Tabla 28: Formato – ensayo de laboratorio – desgaste por goteo ............................................... 75 Tabla 29: Formato – ensayo de laboratorio – resistencia a la compresión ................................. 75 Tabla 30: Formato – ensayo de laboratorio – resistencia a la tracción por flexión .................... 76 Tabla 31: Formato – ensayo de laboratorio – conductividad térmica ......................................... 76 Tabla 32: Cuestionario para determinar las características en la elaboración de adobes tradicionales ................................................................................................................. 78 Tabla 33: Recolección de datos – cinta de barro –muestra de suelo ........................................... 80 Tabla 34: Recolección de datos – presencia de arcillas –muestra de suelo ................................. 82 Tabla 35: Recolección de datos – taxonomía de los suelos USDA–muestra de suelo .................. 84 Tabla 36: Recolección de datos – límite líquido – muestra de suelo ............................................ 91 Tabla 37: Recolección de datos – limite plástico – muestra de suelo .......................................... 92 Tabla 38: Recolección de datos – granulometría – muestra de suelo .......................................... 94 Tabla 39: Recolección de datos – alabeo – adobe tradicional ..................................................... 95 Tabla 40: Recolección de datos – alabeo – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% ............................................................................................................................ 96 Tabla 41: Recolección de datos – alabeo – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% ............................................................................................................................ 96 Tabla 42: Recolección de datos – alabeo – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% ............................................................................................................................ 97 Tabla 43: Recolección de datos – variación dimensional – adobe tradicional ............................ 98 Tabla 44: Recolección de datos – variación dimensional – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% ......................................................................................................... 99 Tabla 45: Recolección de datos – variación dimensional – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% ......................................................................................................... 99 Tabla 46: Recolección de datos – variación dimensional – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% ....................................................................................................... 100 Tabla 47: Recolección de datos – succión – adobe tradicional ................................................. 102 xvii Tabla 48: Recolección de datos – succión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% .......................................................................................................................... 102 Tabla 49: Recolección de datos – succión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% .......................................................................................................................... 103 Tabla 50: Recolección de datos – succión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% .......................................................................................................................... 103 Tabla 51: Recolección de datos – absorción – adobe tradicional .............................................. 105 Tabla 52: Recolección de datos – absorción – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% .......................................................................................................................... 105 Tabla 53: Recolección de datos – absorción – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% .......................................................................................................................... 106 Tabla 54: Recolección de datos – absorción – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% .......................................................................................................................... 106 Tabla 55: Recolección de datos – erosión acelerada (SAET) – adobe tradicional .................... 109 Tabla 56: Recolección de datos – erosión acelerada (SAET) – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% ....................................................................................................... 109 Tabla 57: Recolección de datos – erosión acelerada (SAET) – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% ....................................................................................................... 110 Tabla 58: Recolección de datos – erosión acelerada (SAET) – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% ....................................................................................................... 110 Tabla 59: Recolección de datos – desgaste por goteo – adobe tradicional ............................... 113 Tabla 60: Recolección de datos – desgaste por goteo – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% ....................................................................................................... 113 Tabla 61: Recolección de datos – desgaste por goteo – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% ....................................................................................................... 114 Tabla 62: Recolección de datos – desgaste por goteo – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% ....................................................................................................... 114 Tabla 63: Recolección de datos – resistencia a la compresión – adobe tradicional .................. 116 Tabla 64: Recolección de datos – resistencia a la compresión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% .................................................................................................. 116 xviii Tabla 65: Recolección de datos – resistencia a la compresión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% .................................................................................................. 117 Tabla 66: Recolección de datos – resistencia a la compresión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% .................................................................................................. 117 Tabla 67: Recolección de datos – resistencia a la tracción por flexión – adobe tradicional .... 119 Tabla 68: Recolección de datos – resistencia a la tracción por flexión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% ................................................................................. 119 Tabla 69: Recolección de datos – resistencia a la tracción por flexión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% ................................................................................. 120 Tabla 70: Recolección de datos – resistencia a la tracción por flexión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% ................................................................................. 120 Tabla 71: Recolección de datos – conductividad térmica – adobe tradicional .......................... 122 Tabla 72: Recolección de datos – conductividad térmica – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% ....................................................................................................... 123 Tabla 73: Recolección de datos – conductividad térmica – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% ....................................................................................................... 123 Tabla 74: Recolección de datos – conductividad térmica – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% ....................................................................................................... 124 Tabla 75: Procesamiento – prueba de campo – cuestionario .................................................... 125 Tabla 76: Cálculo – prueba de campo – prueba cinta de barro................................................. 126 Tabla 77: Cálculo – prueba de campo – prueba de resistencia seca de la bola ........................ 127 Tabla 78: Cálculo de valores – prueba de campo – taxonomía de los suelos USDA ................. 128 Tabla 79: Cálculo de valores – ensayo de laboratorio – límite líquido ..................................... 129 Tabla 80: Cálculo de valores – ensayo de laboratorio – limite plástico .................................... 129 Tabla 81: Cálculo de valores – ensayo de laboratorio – índice de plasticidad ......................... 130 Tabla 82: Cálculo de valores – ensayo de laboratorio – análisis granulométrico .................... 131 Tabla 83: Cálculo de valores – alabeo – adobes tradicionales .................................................. 133 Tabla 84: Cálculo de valores - alabeo – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% . 134 Tabla 85: Cálculo de valores - alabeo – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% . 134 Tabla 86: Cálculo de valores - alabeo – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% . 135 Tabla 87: Cálculo de valores – variación dimensional – adobes tradicionales ......................... 136 xix Tabla 88: Cálculo de valores – variación dimensional – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% ....................................................................................................... 137 Tabla 89: Cálculo de valores – variación dimensional – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% ....................................................................................................... 137 Tabla 90: Cálculo de valores – variación dimensional – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% ....................................................................................................... 138 Tabla 91: Cálculo de valores – succión – adobes tradicionales ................................................ 139 Tabla 92: Cálculo de valores – succión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% .......................................................................................................................... 139 Tabla 93: Cálculo de valores – succión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% .......................................................................................................................... 140 Tabla 94: Cálculo de valores – succión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% .......................................................................................................................... 140 Tabla 95: Cálculo de valores – absorción – adobes tradicionales............................................. 142 Tabla 96: Cálculo de valores – absorción – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% .......................................................................................................................... 142 Tabla 97: Cálculo de valores – absorción – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% .......................................................................................................................... 143 Tabla 98: Cálculo de valores – absorción – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% .......................................................................................................................... 143 Tabla 99: Nivel de oquedad (SAET) ........................................................................................... 144 Tabla 100: Cálculo de valores – erosión acelerada de Swinburne (SAET) – adobes tradicionales ............................................................................................................. 145 Tabla 101: Cálculo de valores – erosión acelerada de Swinburne (SAET)– adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% .......................................................... 145 Tabla 102: Cálculo de valores – erosión acelerada de Swinburne (SAET)– adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% .......................................................... 146 Tabla 103: Cálculo de valores – erosión acelerada de Swinburne (SAET)– adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% .......................................................... 146 Tabla 104: Nivel de oquedad desgaste por goteo ....................................................................... 147 Tabla 105: Cálculo de valores – desgaste por goteo– adobes tradicionales ............................. 148 xx Tabla 106: Cálculo de valores – desgaste por goteo– adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% ..................................................................................................... 148 Tabla 107: Cálculo de valores – desgaste por goteo– adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% ..................................................................................................... 149 Tabla 108: Cálculo de valores – desgaste por goteo– adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% ..................................................................................................... 149 Tabla 109: Cálculo de valores – resistencia a la compresión– adobes tradicionales ............... 151 Tabla 110: Cálculo de valores – resistencia a la compresión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% ................................................................................................ 151 Tabla 111: Cálculo de valores – resistencia a la compresión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% ................................................................................................ 152 Tabla 112: Cálculo de valores – resistencia a la compresión – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% ................................................................................................ 152 Tabla 113: Cálculo de valores – resistencia a la tracción por flexión– adobes tradicionales .. 154 Tabla 114: Cálculo de valores – resistencia a la tracción por flexión– adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% ............................................................................... 154 Tabla 115: Cálculo de valores – resistencia a la tracción por flexión– adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% ............................................................................... 155 Tabla 116: Cálculo de valores – resistencia a la tracción por flexión– adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% ............................................................................... 155 Tabla 117: Parámetros de los materiales con buenos aislantes térmicos, moderados o pobres ....................................................................................................................... 156 Tabla 118: Cálculo de valores – conductividad térmica – adobes tradicionales ....................... 157 Tabla 119: Cálculo de valores – conductividad térmica – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.25% ..................................................................................................... 157 Tabla 120: Cálculo de valores – conductividad térmica – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.50% ..................................................................................................... 158 Tabla 121: Cálculo de valores – conductividad térmica – adobe estabilizado con fibras de poliéster al 0.75% ..................................................................................................... 158 Tabla 122: Resultado – pruebas de campo de selección del suelo ............................................. 159 Tabla 123: Resultado – carta Casagrande ................................................................................. 160 xxi Tabla 124: Resultado – clasificación AASHTO .......................................................................... 160 Tabla 125: Resultado – clasificación SUCS ............................................................................... 161 Tabla 126: Comparación de los costos de adobe tradicional vs adobe estabilizado con fibra de poliéster ............................................................................................................... 174 Tabla 127: Resumen – análisis comparativo – ensayo de laboratorio ....................................... 180 xxii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1: Botellas PET recicladas y compactadas ------------------------------------------------------ 3 Figura 2: Botella de bebidas -------------------------------------------------------------------------------- 4 Figura 3: Generación de residuos domiciliarios en la provincia de Cusco -------------------------- 4 Figura 4: Ubicación geográfica departamental, provincial y distrital de San Sebastián. ---------- 6 Figura 5: Estructura química de la fibra de poliéster (PET) ---------------------------------------- 17 Figura 6: Rollo de fibra de poliéster ECOTERM ------------------------------------------------------ 20 Figura 7: Propiedades de la fibra de poliéster ECOTERM ------------------------------------------ 20 Figura 8: Características técnicas de la fibra de poliéster ECOTERM ---------------------------- 21 Figura 9: Dimensiones y propiedades de la fibra de poliéster ECOTERM ------------------------ 21 Figura 10: Prueba de la cinta de barro ----------------------------------------------------------------- 32 Figura 11: Prueba de resistencia seca ------------------------------------------------------------------ 32 Figura 12: Taxonomía de los suelos USDA ------------------------------------------------------------ 33 Figura 13: Cuarteo de la muestra ------------------------------------------------------------------------ 34 Figura 14: Ensayo de limite plástico -------------------------------------------------------------------- 36 Figura 15: Ensayo de Limite Plástico ------------------------------------------------------------------- 37 Figura 16: Ensayo de granulometría -------------------------------------------------------------------- 39 Figura 17: Medición de alabeo (concavidad y convexidad). ----------------------------------------- 44 Figura 18: Medición de alabeo con cuña milimétrica ------------------------------------------------ 45 Figura 19: Medición de la variabilidad dimensional ------------------------------------------------- 46 Figura 20: Ensayo de succión ----------------------------------------------------------------------------- 47 Figura 21: Ensayo de succión ----------------------------------------------------------------------------- 47 Figura 22: Elementos de adobe en la bandeja ---------------------------------------------------------- 49 Figura 23: Ensayo de erosión acelerada de Swinburne (SAET) ------------------------------------- 50 Figura 24: Medición de la oquedad ---------------------------------------------------------------------- 50 Figura 25: Equipo de desgaste por goteo ---------------------------------------------------------------- 51 Figura 26: Ensayo de desgaste por goteo --------------------------------------------------------------- 52 Figura 27: Máquina de ensayo a la compresión -------------------------------------------------------- 53 Figura 28: Ensayo de resistencia a la tracción por flexión del elemento de adobe --------------- 55 Figura 29: Flujo de calor generado por la placa caliente -------------------------------------------- 57 xxiii Figura 30: Acondicionamiento para el ensayo de la conductividad térmica ----------------------- 58 Figura 31: Sensor de temperatura digital – termocupla tipo K -------------------------------------- 59 Figura 32: Procedimiento de la prueba de cinta de barro -------------------------------------------- 79 Figura 33: Procedimiento de la prueba resistencia seca de la bola --------------------------------- 81 Figura 34: Procedimiento de la taxonomía de los suelos USDA ------------------------------------- 83 Figura 35: Adquisición de la fibra de poliéster ECOTERM ------------------------------------------ 84 Figura 36: Esquematización de la incorporación de fibras en todo el elemento de adobe ------ 85 Figura 37: Procedimiento de la fabricación de los elementos de adobe tradicional -------------- 86 Figura 38: Incorporación de fibras de poliéster en la masa de barro------------------------------- 87 Figura 39: Procedimiento de la fabricación de los elementos de adobe estabilizado con fibras de poliéster ------------------------------------------------------------------------------------- 88 Figura 40: Procedimiento del muestreo de suelo ------------------------------------------------------- 89 Figura 41: Procedimiento del ensayo granulométrico por tamizado -------------------------------- 93 Figura 42: Procedimiento del ensayo de alabeo -------------------------------------------------------- 95 Figura 43: Procedimiento del ensayo de variabilidad dimensional --------------------------------- 98 Figura 44: Procedimiento del ensayo de succión------------------------------------------------------ 101 Figura 45: Procedimiento del ensayo de absorción --------------------------------------------------- 104 Figura 46: Procedimiento del ensayo de erosión acelerada de Swinburne (SAET) -------------- 108 Figura 47: Procedimiento del ensayo de desgaste por goteo ---------------------------------------- 112 Figura 48: Procedimiento del ensayo de resistencia a la compresión ----------------------------- 115 Figura 49: Procedimiento del ensayo de resistencia a la tracción por flexión ------------------- 118 Figura 50: Procedimientos del ensayo de conductividad térmica ---------------------------------- 122 Figura 51: Curva granulométrica ----------------------------------------------------------------------- 132 Figura 52: Diagrama porcentual de arena, limo y arcilla ------------------------------------------- 132 Figura 53: Diagrama porcentual de arena, limo y arcilla ------------------------------------------- 161 Figura 54: Diagrama de barras – resultado – ensayo de alabeo ----------------------------------- 162 Figura 55: Diagrama de barras – resultado – ensayo de variación dimensional ---------------- 162 Figura 56: Diagrama de barras – resultado – ensayo de succión de agua ------------------------ 163 Figura 57: Diagrama de barras – análisis comparativo – ensayo de succión de agua ---------- 163 Figura 58: Diagrama de barras – resultado – ensayo de absorción de agua --------------------- 164 Figura 59: Diagrama de barras – análisis comparativo – ensayo de absorción de agua ------- 164 xxiv Figura 60: Diagrama de barras – resultado – ensayo de erosión acelerada de Swinburne (SAET) ----------------------------------------------------------------------------------------- 165 Figura 61: Diagrama de barras – análisis comparativo – ensayo de erosión acelerada de Swinburne (SAET) ---------------------------------------------------------------------------- 165 Figura 62: Diagrama de barras – resultado – ensayo de desgaste por goteo--------------------- 166 Figura 63: Diagrama de barras – análisis comparativo – ensayo de desgaste por goteo ------ 166 Figura 64: Diagrama de barras – resultado – ensayo de resistencia a la compresión ---------- 167 Figura 65: Diagrama de barras – análisis comparativo – ensayo de resistencia a la compresión ------------------------------------------------------------------------------------ 168 Figura 66: Diagrama de barras – resultado – ensayo de resistencia a la tracción por flexión 169 Figura 67: Diagrama de barras – análisis comparativo – ensayo de resistencia a la tracción por flexión ------------------------------------------------------------------------------------------ 169 Figura 68: Diagrama de barras – análisis comparativo – ensayo de conductividad térmica -- 170 Figura 69: Diagrama de barras – análisis comparativo – ensayo de conductividad térmica -- 171 Figura 70: Diagrama de barras – análisis comparativo – costo (S/.) de Und. de adobe -------- 175 Figura 71: Pesaje de la fibra de poliéster en laboratorio -------------------------------------------- 188 Figura 72: Porcentajes asumidos ------------------------------------------------------------------------ 188 Figura 73: Mezcla para adobe tradicional ------------------------------------------------------------- 188 Figura 74: Paja de longitud 10-12 cm ------------------------------------------------------------------ 189 Figura 75: Preparación para la base de los adobes -------------------------------------------------- 189 Figura 76: Elaboración de los adobes ------------------------------------------------------------------ 189 Figura 77: Mezcla con la fibra de poliester al 0.50% ------------------------------------------------ 190 Figura 78: Mezcla con la fibra de poliester al 0.75% ------------------------------------------------ 190 Figura 79:Codificacion y marcado de los adobes ----------------------------------------------------- 190 Figura 80: Ensayos de suelo, cinta de arcilla ---------------------------------------------------------- 191 Figura 81: Ensayo de la botella -------------------------------------------------------------------------- 191 Figura 82: Ensayo de contenido de arcilla ------------------------------------------------------------- 191 Figura 83: Adobes a ser ensayados, al 0.25% y 0.50% ---------------------------------------------- 192 Figura 84: Ensayo de variabilidad dimensional y alabeo -------------------------------------------- 192 Figura 85: Ensayos a succión ---------------------------------------------------------------------------- 193 Figura 86: Ensayo de absorción dia 1. ------------------------------------------------------------------ 193 xxv Figura 87: Ensayo de absorción día 2, a las 24 horas. ----------------------------------------------- 193 Figura 88: Ensayo de erosion acelerada SAET, calibracón ----------------------------------------- 194 Figura 89: Ensayo de erosión acelerada de SAET ---------------------------------------------------- 194 Figura 90: Medición de la oquedad --------------------------------------------------------------------- 194 Figura 91: Ensayo desgaste por goteo ------------------------------------------------------------------ 195 Figura 92: Ensayo de resistencia a la compresión ---------------------------------------------------- 195 Figura 93: Ensayo de resistencia a la tracción por flexión ------------------------------------------ 195 Figura 94: Ensayo de conductividad térmica ---------------------------------------------------------- 196 1 CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Identificación del problema 1.1.1. Descripción del problema Puntualmente según el Censo 2017, los departamentos con mayor porcentaje de viviendas con el material adobe o tapia son: Huancavelica (82,4%), Apurímac (76,1%), Cajamarca (70,3%) y Cusco (67,3%) siendo este el segundo material más utilizado a nivel nacional en las paredes de las viviendas. (INEI, Perú: crecimiento y distribución de la población, 2017, 2018). Tabla 1: Perú: Viviendas particulares con ocupantes presentes, por material predominante en las paredes exteriores, según departamento, 2017 Fuente: INEI, Censos nacionales 2017: XII de población, VII de vivienda, (2017) 2 Según datos del Instituto Nacional de Defensa Civil (INDECI) entre el 2003 y 2017 se han presentado 932 emergencias, ver tabla 2, causadas por nevadas en diferentes regiones del país a lo largo de la Cordillera de los Andes, teniendo al Cusco en primer lugar con 207 en número de emergencia por nevadas, estas han variado en intensidad y nivel de afectación pero manifiestan claramente el impacto que tienen las nevadas en esta región del país (SENAMHI, 2018) Tabla 2: Número de emergencias por motivo de nevadas por región (INDECI) N° de Emergencias Región por Nevada (INDECI) Cusco 207 Apurímac 177 Arequipa 127 Puno 116 Ayacucho 114 Huancavelica 97 Moquegua 44 Junín 18 Tacna 17 Pasco 15 Total 932 Fuente: INDECI, (2018) Según el Instituto Nacional de Defensa Civil (INDECI) para el año 2018 en el Cusco se han presentado 239 077 daños a la vida y salud (personas), por las bajas temperaturas, siendo el Centro de Operaciones de Emergencia Regional de Cusco quien se encarga de la entrega de bienes de ayuda humanitaria otorgados por el INDECI las mismas que fueron entregadas a las municipalidades provinciales en su totalidad. Por lo visto anteriormente el Cusco es un lugar donde preponderan las construcciones en adobe (zonas rurales y altoandinas); ello debido a que el adobe es material de construcción económico y de fácil implementación para la fabricación de viviendas; también se aprecia una mayor cantidad de emergencias a causa de las heladas y nevadas; Cusco se encuentra en el primer lugar; estas emergencias no solo han generado afecciones a la salud de las personas, sino también la mortandad de sus animales (vacuno y ovino). Por ello se debe buscar mejorar la conductividad térmica de 3 estas viviendas para dar una mejor calidad de vida a las familias humildes que son ellos la población vulnerable en épocas de friaje. Según el MINAM, (2019), de los residuos sólidos obtenidos, el 54% son orgánicos (frutas, verduras, alimentos y otros) y un 20% son sólidos inorgánicos valorizables (papel, vidrio, cartón, latas, botellas de plásticos, entre otros) de ello en el país solo se recicla el 3% aproximado del mismo, por eso en el Perú busca hacer estrategias de las 3R (reducir, reutilizar y reciclar) en todo el país ya que las cifras que se tiene en el país en cuanto al reciclaje no son muy alentadoras, para ello promueve campañas que busca reducir el consumo de plástico de un solo uso, y al mismo tiempo insta a las personas a reciclarlas para su posterior reutilización, existen empresas recolectoras de PET las cuales le dan un nuevo proceso convirtiéndolas en fibras de poliéster 100% hechas de reciclado de botellas plástico. Figura 1: Botellas PET recicladas y compactadas Fuente: MINAM, (2019) 4 Según la BBC, (2018), “Los plásticos son especialmente problemáticos. Si no se recolectan y gestionan adecuadamente, contaminarán y afectarán los cursos de aguas y los ecosistemas durante cientos, sino miles, de años. Según el informe, en 2016 se generaron en el mundo 242 millones de toneladas de desechos de plástico, que representan el 12% del total de desechos de sólido.” Figura 2: Botella de bebidas Fuente: BBC, (2018) Según el (PDU, 2019) Plan de Desarrollo Urbano Cusco al 2023: Se estima una generación domiciliaria total de 277.55 toneladas/día considerando la población urbana de cada uno de los ocho distritos, como se muestra en la siguiente figura. Figura 3: Generación de residuos domiciliarios en la provincia de Cusco 5 En la tabla 3, se presenta la composición de los residuos sólidos por distritos. El distrito de San Sebastián se proyecta una generación de plásticos de 11.17 toneladas/día. Tabla 3: Composición de residuos sólidos en la provincia de Cusco Esta investigación busca elaborar un prototipo de adobe estabilizado con fibra de poliéster 100 % reciclado de botellas de plástico para luego ser evaluado comparativamente, pretendiendo así innovar, fomentar y dar a conocer a la población cusqueña el uso de materiales reciclados, que pudieran ser aplicados a los elementos de adobe para mejorar su resistencia y conductividad térmica para su aplicación en construcción de viviendas. La presente investigación hace referencia a la elaboración de elementos de adobe tradicional y estabilizados con fibra de poliéster del sector las adoberas localizadas en el distrito de San Sebastián – Vía expresa. 6 Tabla 4 :Ubicación política y geográfica del distrito de San Sebastián- Cusco. Distrito: San Sebastián. La ubicación política de la zona de Provincia: Cusco. estudio es la siguiente: Departamento: Cusco. Geográficamente está ubicada en las Norte 8501673 coordenadas UTM: Este 183259 De 13°32′10.31″de Latitud Sur En las coordenadas Geográficas De 71°55′34.02″ de Longitud Oeste Figura 4: Ubicación geográfica departamental, provincial y distrital de San Sebastián. 7 1.1.2. Formulación del problema 1.1.2.1. Formulación del problema general ¿Cuál es el estudio comparativo de la conductividad térmica y propiedades físico-mecánicas del adobe estabilizado con fibra de poliéster respecto al adobe tradicional del sector adoberos, distrito San Sebastián - Cusco? 1.1.2.2. Formulación de los problemas específicos Problema específico n°1: ¿Cuánto varía la resistencia a la compresión del adobe estabilizado con fibra de poliéster frente a un adobe tradicional? Problema específico n°2: ¿Cuánto varía la resistencia a la tracción por flexión del adobe estabilizado con fibra de poliéster frente a un adobe tradicional? Problema específico n°3: ¿Cuánto varía el alabeo del adobe estabilizado con fibra de poliéster frente a un adobe tradicional? Problema específico n°4: ¿Cuál es la diferencia de la conductividad térmica del adobe estabilizado con fibra de poliéster frente a un adobe tradicional? Problema específico n°5: ¿Cuánto varía el porcentaje de absorción de agua del adobe estabilizado con fibra de poliéster frente a un adobe tradicional? Problema específico n°6: ¿Cuánto varía el índice de succión de agua del adobe estabilizado con fibra de poliéster frente a un adobe tradicional? 8 1.2. Justificación e importancia de la investigación 1.2.1. Justificación técnica El presente estudio se desarrolla dentro de la formación profesional de Ingeniería Civil, en la especialidad de materiales de construcción y resistencia de materiales, específicamente en la rama de construcción y albañilería donde hace referencia a los tópicos de innovación en la edificación de viviendas de adobe incorporando fibra de poliéster; para así evaluar una comparación respecto al abobe tradicional, haciendo uso de la Norma Técnica Peruana NTP E0.70, NTP E.080, norma ASTM C177-13, y Norma Española UNE 41410. 1.2.2. Justificación social El presente estudio se realizó con la finalidad de mejorar la conductividad térmica y características físico-mecánicas de las unidades de adobe, para de esta manera mejorar las futuras construcciones de vivienda con muros de adobe, de esta manera mejorar la calidad de vida de las familias humildes, de la población cusqueña y no solo a ellos, sino también a las zonas altoandinas del Perú, siendo estas la población más vulnerable en épocas de friaje en los meses Junio y para la época de lluvias en los meses de Noviembre y diciembre. También busca servir de guía para la investigación de estudiantes de ingeniería civil que pretenden innovar con nuevos adobes estabilizados con materiales reciclables, fomentando la construcción de viviendas eco amigables con el medio ambiente. 1.2.3. Justificación por viabilidad El presente estudio es viable, ya que ocasiona un bajo costo en la fabricación de adobes, evaluación y desarrollo, ya que se tiene acceso a las siguientes: • Norma Técnica Peruana E0.70, E.080, Norma ASTM C177-13, y Norma Española UNE 41410. • Muestras de adobe • Laboratorio de suelos de la Universidad Andina del Cusco • Fibra de poliéster 100% reciclado de botellas de plástico a bajo precio de mercado (12m x 1.2m x 5mm = S./124.00) con un peso aprox. de 4.3kg. • Bibliografía 9 1.2.4. Justificación por relevancia El presente busca mejorar la calidad de vida de las familias humildes del Perú, siendo esta la población más vulnerable en épocas de friaje en los meses Junio y para la época de lluvias en los meses de noviembre y diciembre. Este estudio es importante, ya que da a conocer a la población las unidades de adobe incorporado fibra de poliéster 100 % reciclado de botellas plásticas (ECOTERM) las cuales al momento de su fabricación no generan contaminación haciéndola un material de construcción eco amigable con el medio ambiente, la finalidad de incorporar fibra de poliéster fue mejorar conductividad térmica y propiedades físico-mecánicas para la construcción de viviendas de adobe económicas, eco- amigables, innovadoras y térmicas. 1.3. Limitaciones de la investigación 1.3.1. Limitaciones de orden geográfico • El presente estudio utilizó equipos del “Laboratorio de suelos, concreto y asfalto de la Facultad de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad Andina del Cusco” (Equipo de Compresión Axial, Equipo de erosión SAET, Equipo de conductividad térmica, Etc.) • El presente estudio se limita a la zona de San Sebastián- Vía expresa- sector “las adoberas” de la ciudad de Cusco. • El suelo utilizado procede de desmontes de distintas localidades del Cusco, llevadas al sector las adoberas para la elaboración de adobes. • El agua utilizada para la fabricación de adobe es procedente de la red pública del sector de San Sebastián. • La paja (ichu) procede de la zona de Huacoto. • La fibra de poliéster lo suministra la empresa ECOTERM los cuales la fábrica del 100% de reciclado de botellas plásticas. 1.3.2. Limitaciones de tiempo • El presente estudio se realizó durante el año 2019. 1.3.3. Limitaciones por el material • La fibra de poliéster utilizado para la estabilización de adobe es de 100% reciclado de botellas de plásticos de la marca ECOTERM. 10 • Para la incorporación de fibras de poliéster se deshebró a mano para facilitar su incorporación a la mezcla de barro. • El agua usada tiene un pH de 7 (potable). • El suelo utilizado en la mezcla de barro fue desmonte extraído de distintas localidades de Cusco llevadas a las adoberas ubicadas en San Sebastián- vía expresa. 1.3.4. Limitaciones de estudio • El presente estudio realizó un estudio comparativo de elementos de adobe en el laboratorio de la Universidad Andina del Cusco, debido a que el laboratorio contaba con los equipos para la evaluación del presente estudio. • Se analizó las propiedades físicas de los elementos de adobe mediante los ensayos de: - Variación dimensional y alabeo - Absorción de agua - Succión de agua - Resistencia a la erosión por caída de agua - Conductividad térmica • Se analizó las propiedades mecánicas de los elementos de adobe mediante los ensayos de: - Resistencia a la compresión - Resistencia a la tracción por flexión • Para evaluar la conductividad térmica del elemento de albañilería se utilizó un equipo eléctrico, basado en la norma ASTM C177-13 fabricado para la evaluación de la tesis denominada “Evaluación de la conductividad térmica, propiedades físico - mecánicas del ladrillo King-Kong 18 huecos adicionado con puzolana de la cantera Raqchi en diferentes porcentajes, con respecto a un ladrillo tradicional”. • Para la elaboración de los elementos de adobes estabilizados se contó con el apoyo de la persona que normalmente elabora los adobes tradicionales Sr. Claudio Quispe. • La gavera para fabricar lo adobes fue de dimensiones 30cm x15cm x8cm, para una adecuada manipulación. • Los adobes estudiados tuvieron un periodo de 30 días de secado y curado (fina capa de arena extendida sobre la cara expuesta al sol para evitar las grietas). 11 • Se obtuvo la incorporación adecuada de fibra de poliéster de 15gr., 30gr.y 45gr representando el 0.25%,0.50% y 0.75% en peso de elemento de adobe respectivamente. • La presenta investigación usó las normas técnicas peruanas (NTP), la Norma E0.80, la Norma E-0.70 y la Norma Española UNE 41410. 1.4. Objetivos 1.4.1. Objetivo general “Comparar la conductividad térmica y propiedades físico-mecánicas del adobe estabilizado con fibra de poliéster respecto al adobe tradicional del sector adoberos, distrito San Sebastián - Cusco” 1.4.2. Objetivos específicos Objetivo específico n°1: Evaluar la resistencia a la compresión de un adobe estabilizado con fibra de poliéster frente a un adobe tradicional. Objetivo específico n°2: Evaluar la resistencia a la tracción por flexión de un adobe estabilizado con fibra de poliéster frente a un adobe tradicional. Objetivo específico n°3: Evaluar el alabeo del adobe estabilizado con fibra de poliéster frente a un adobe tradicional. Objetivo específico n°4: Comparar conductividad térmica del adobe estabilizado con fibra de poliéster frente a un adobe tradicional. Objetivo específico n°5: Comparar el porcentaje de absorción de agua del adobe estabilizado con fibra de poliéster frente a un adobe tradicional. Objetivo específico n°6: Comparar el índice de succión de agua del adobe estabilizado con fibra de poliéster frente a un adobe tradicional. 12 CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes de la tesis 2.1.1. Antecedentes a nivel nacional Título de tesis pregrado: “Estudio comparativo de las propiedades físico mecánicas de las unidades de adobe tradicional frente a las unidades de adobe estabilizado con asfalto” Autores: Romero Cuentas Vanessa Ingrid; Callasi Venero Carlos Danilo Centro de estudio: Universidad Andina del Cusco Año: 2017 Resumen: La presente tesis de investigación tiene como objetivo principal la implementación de nuevas propuestas para mejorar la calidad de elementos de adobe, con el objetivo de garantizar la funcionabilidad de los elementos de albañilería, sin incrementar excesivamente el costo de las mismas. Es por esta razón que se realizó un análisis de las propiedades físicas y mecánicas de los elementos de adobe tradicional, así como de los elementos de adobe estabilizado con asfalto al 5% y al 10%; comparando las características que posee los elementos de adobe estabilizado frente a las características de los elementos de adobe tradicional que se produce en la ciudad del Cusco. El desarrollo de la investigación consta de una evaluación que inicia desde la selección del material, ensayos insitu, ensayos de la materia prima, ensayos a nivel físico y a nivel mecánico de los elementos de adobe tradicional y elementos de adobe estabilizado con asfalto. La comparación de la misma, generó resultados favorables para los elementos de adobe estabilizado con asfalto, ya que estos elementos poseen mejores propiedades resistentes y un mejor comportamiento frente al contacto con el agua que los elementos de adobe tradicional. Comentario: De la tesis en mención se puede apreciar que los polímeros pueden ser estabilizados en materiales de construcción como el elemento de abobe, no solo mejorando sus propiedades resistentes, sino también mejorando su comportamiento en contacto con el agua, por lo cual se asume que, al utilizar las fibras de poliéster en los elementos de adobe, estas tendrán las mismas características. 13 Título de tesis pregrado: Confort térmico de las viviendas en zonas alto andinas con pacas de avena como material de construcción” Autores: Apaza Mamani Álvaro Centro de estudio: Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Año: 2018 Resumen: La presente tesis tiene por objetivo la construcción de viviendas de adobe típicas con avena seca comprimida ya que es un forraje para la alimentación del ganado vacuno y ovino, es también abundante en el departamento de Puno. para construir con materiales fáciles de conseguir y de la misma zona, donde se soporta las épocas de intenso frio en la región puno. La propuesta es construir viviendas con avena seca comprimida, conocida como “PACA” el cual está compuesto puramente de avena seca comprimida, ya que no es tan difícil procesarlo hasta su conversión en PACAS de avena. Los resultados de dicho estudio fueron favorables ya que se logró mejorar los adobes para el prototipo de vivienda cumpliendo los requisitos físico-mecánicos, establecidos en la norma E.080. También se ha disminuido su volumen, y se obtuvo mayor resistencia y de buena calidad. Comentario: Las incorporaciones de materiales térmicos en los elementos de adobe podrían brindar confort térmico en la construcción de viviendas, tales es caso de la fibra de poliéster, el cual es un material netamente térmico y acústico. 2.1.2. Antecedentes a nivel internacional Título de tesis pregrado: “Comparación de parámetros mecánicos y físicos del adobe tradicional con adobe reforzado con fibra de vidrio” Autores: Chuya Sumba Eva Catalina; Alaya Zumba Maria Fernanda Centro de estudio: Universidad de Cuenca - Ecuador Año: 2018 14 Resumen: La presente investigación tiene por objetivo mejorar las propiedades de la unidad de adobe; es así como se optó por utilizar la fibra de vidrio, ya que es un material rígido, fuerte y resulta ser uno de los materiales más versátiles que se conocen actualmente. El presente trabajo de investigación muestra un estudio experimental para determinar el comportamiento del adobe reforzado con fibra de vidrio, el cual presenta los respectivos métodos de ensayos (ensayos a compresión y flexión en elementos de adobe, ensayos de muretes a compresión y compresión diagonal), con el objetivo de analizar y comparar el comportamiento de la fibra de vidrio como refuerzo en el adobe frente al adobe tradicional. Los ensayos muestran que la fibra de vidrio aumenta la capacidad resistente del adobe, es decir, se presenta un aumento en la carga de ruptura del adobe reforzado respecto al adobe tradicional; en consecuencia, es posible afirmar que las propiedades presentadas por el adobe reforzado las confirió la fibra de vidrio. En conclusión, el adobe reforzado con fibra de vidrio como material de construcción es aceptable, de modo que la fibra de vidrio resultó viable en la mejora de las propiedades del adobe tradicional. Comentario: De la tesis anterior se aprecia que la adición de fibras de vidrio, de forma homogénea distribuida en los elementos adobes genera un incremento en su capacidad resistente, por lo cual asumimos que una distribución similar en la adición de fibra de poliéster a los elementos de adobe presentara similares resultados. 2.2. Bases teórico – científicas 2.2.1. Adobe Elemento de tierra cruda sin cocer, que resulta de la mezcla de arena, arcilla y limo en porcentajes adecuados que son moldeados en forma de ladrillos y secados al sol, los mismos que adicionado con paja mejora su resistencia y durabilidad. (RNE E 0.80 Diseño y construcción de tierra reforzada, 2017) Según RNE E 0.80 Diseño y construcción de tierra reforzada, (2017), sugiere que la progresión del suelo debe asemejarse a las siguientes proporciones: arcilla 10-20%, limo 15-25% y arena 55-70%, no exento de emplear suelos orgánicos. 15 2.2.1.1. Características del adobe Para prevenir que se raje al secar se añaden a la masa paja, crin de caballo, heno seco, que sirven como estructura. Los tamaños adecuadas deben ser tales que el albañil pueda maniobrar con una sola mano, normalmente son de proporciones de 1:2 entre el ancho y el largo, variando en su espesor entre 6 y 10 cm, medidas que permiten un adecuado secado. El agua emblandece el barro seco, por lo que se debe proteger de esta en distintos momentos: de aguas de lluvias, infiltraciones por malas instalaciones, inadecuado mantenimiento (al regar exteriores, etc.); la protección elemental es hacer aleros de suficiente vuelo hacia la zona desde donde proviene la lluvia y correcta construcción de las fundaciones o cimientos. Se requiere un mantenimiento permanente, que debe hacerse con capas de barro (revoques de barro). Lo mejor para las paredes externas es la utilización de enlucido con base de cal apagada en pasta, con arcilla o arena, para la primera capa, en la segunda, solamente pasta de cal y arena. Para las internas se puede hacer una mezcla de arcilla, arena y agua, o con revoques de terminación fina de tierra estabilizada con arena, a la que se le pueden agregar impermeabilizantes en el agua de amasado En países de mano de obra barata es muy económico; permite fabricar uno mismo los materiales para construir su propia casa. (EcuRed, 2019) 2.2.1.2 Tipos de adobe a) Adobe tradicional Es un bloque solido de tierra y paja elaborado de forma manual, generalmente sin el adecuado control de calidad en cuanto a sus materiales, tamaños y propiedades resistentes, fabricado y comercializado sobre todo en los distritos de San Jerónimo y San Sebastián de la ciudad del Cusco. (Romero & Callasi, 2017) b) Adobe compactado Es una alternativa en la que se aprovecha las ventajas del adobe tradicional para minimizar sus desventajas de resistencia, ya que al mezclar adecuadamente las componentes del adobe tradicional y adicionarle una fuerza de compactación con una prensa se obtiene un material más homogéneo. (Romero & Callasi, 2017) 16 c) Adobe estabilizado. Es un adobe en el que se ha estabilizado con diferentes materiales (asfalto, cemento, cal, fibra, etc.) con el fin de aumentar sus condiciones de resistencia a la compresión y estabilidad ante la perspicacia de la humedad. (RNE E 0.80 Diseño y construcción de tierra reforzada, 2017) 2.2.1.3. Ventajas y desventajas del adobe a) Ventajas del adobe • No lleva cemento. • Más de 10 mil años de evidencias de construcción en adobe comprobada, ello teniendo en cuenta las diferentes construcciones que se han hecho a lo largo de la historia. • Hacer los adobes es rápido y sencillo. • Fácil estudio de la técnica. • Uso de materiales locales. • Bajo precio. • Poca inversión en materiales de suporte. • Una sola persona puede hacer los adobes y con ellos construir. • Uso de herramientas sencillas. (EcuRed, 2019) a) Desventajas del adobe • Los adobes son susceptibles a la humedad. • Es indispensable esperar a que los adobes sequen. • No sirve como pared estructural cuando es empleado sin refuerzos. (EcuRed, 2019) 2.2.1.4. Conductividad térmica del adobe La conductividad térmica está basada en el proceso de conducción de calor establecido por la ley de Fourier,donde los bloques sólidos de los materiales de construcción tienen un espesor h, cuyas caras (exterior al ambiente e interior a la habitación) de magnitud A están a diferente temperatura caliente y fría Tc y Tf respectivamente. (Cuitiño, Esteves, Maldonado, & Rotondaro, 2015) 17 Tabla 5: Conductividad térmica del adobe con relación a su densidad Conductividad Material Densidad (kg/m3) w/(m-°K) Tapial 1.400 0.60 Btc 1.700 0.81 1.200 0.46 Adobe 1.650 0.82 750 0.20 Balas de paja 60 0.067 Quincha prefabricada 1289 0.17 Hormigon normal 2.400 1.63 Pared de ladrillo macizo 1.800 0.91 Fuente: Cuitiño, Esteves, Maldonado, & Rotondaro, (2015) 2.2.2. Fibra de poliéster La fibra de poliéster o poli etilén tereftalato (PET), está formada a partir de un polímero de macromoléculas lineales sintéticas, cuya cadena comprende un mínimo de un 85% de peso de un éster de un diodo y del ácido tereftalico, compuesta a partir de derivados químicos del petróleo o del gas natural, cuya fórmula es la de un poliéster aromático, en un kilogramo de PET encontramos 64% de petróleo, 23% de derivados líquidos de gas natural y 13% de aire. Es una fibra resistente e inarrugable desarrollada en 1941. Es la fibra sintética más utilizada, y muy a menudo se encuentra mezclada con otras fibras para reducir las arrugas, suavizar el tacto y conseguir que el tejido se seque más rápidamente. Asimismo, puede fabricarse a partir de botellas de plástico recicladas, el poliéster se puede considerar un tejido químico respetuoso con el entorno ambiental; si no está mezclado, se puede fundir y reciclar. La estructura de la figura se denomina poli (etilén tereftalato) o PET para abreviar, porque se compone de grupos etileno y grupos tereftalato. (Fibras sinteticas y artificiales, 2013) Figura 5: Estructura química de la fibra de poliéster (PET) Fuente: Fibras sinteticas y artificiales, (2013) 18 2.2.2.1. Propiedades del PET a) Propiedades físicas del PET • Resistencia y elongación La resistencia a la tracción puede variar según el uso final. Así para filamentos de alta tenacidad 6.4 g/denier en seco y 8.0 g/denier en húmedo. Para las fibras de media tenacidad la resistencia se define en 4.0 g/denier en seco y 5.0 g/denier en húmedo. En cambio, los de alta tenacidad presentan una elasticidad media en seco de 5.5 g/denier y en húmedo 6.5 g/denier. (Fibras sinteticas y artificiales, 2013) • Resistencia a la tracción Los hilos altamente orientados, cristalinos, presentan mayor resistencia a la tracción, manteniendo el estirado y aumentando el peso molecular aumenta la resistencia. (Fibras sinteticas y artificiales, 2013) • Resistencia a la abrasión La resistencia a la abrasión es muy superior comparada con cualquier fibra textil, tan solo es superada por el nylon. (Fibras sinteticas y artificiales, 2013) • Recuperación elástica El poliéster presenta un gran poder de recuperación al estiramiento, al doblado y la compresión. Así midiéndolo en un minuto de tensión el poliéster se recupera entre el 80 % y 97% de recuperación elástica dependiendo de la elongación efectuada. (Fibras sinteticas y artificiales, 2013) • Efecto calorífico En el informe Fibra Textil de (Gil Solis & Saldaña Balandra) se destaca que entre los (40 y 180° C) aumenta la tenacidad y disminuye su elongación. Además, se señala que a los 150° C el poliéster empieza a decolorarse y se reblandece en el intervalo de 230 y 240°C. (Fibras sinteticas y artificiales, 2013) • Efecto de la luz solar El poliéster no se blanquea con la luz solar, pero si pierde resistencia después de un prolongado tiempo de exposición. (Fibras sinteticas y artificiales, 2013) b) Propiedades químicas del PET • Hidrofóbica, repelencia al agua, secado rápido y ante el contacto con el agua no presenta alteraciones por lo que sus propiedades mecánicas permanecen constantes. 19 • Oleofilo, difícil a la eliminación de manchas de aceite. • Excelente resistencia a los agentes oxidantes. • Escaso contenido de humedad • Aislante eléctrico. • Los Mohos, bacterias e insectos no producen ningún efecto sobre el poliéster. 2.2.2.2. Aplicaciones del PET Según su mezcla emplea para la elaboración de tejidos para camisería, pantalones, faldas, hilos, trajes completos, ropa de cama y mesa, género de punto, etc. (Fibras sinteticas y artificiales, 2013) • Artículos que no cambien mucho de forma como ropa interior o para ropa exterior ya que tienen que mostrar alta estabilidad y forma consistente. • Tiene múltiples aplicaciones como la fabricación de botellas de plástico que anteriormente se elaboraban con PVC. • Las resinas de poliéster (termoestables) son usadas también como matriz para la construcción de equipos, tuberías anticorrosivas, fabricación de pinturas. • Se usa en la fabricación de fibras recubrimientos de láminas. • Elaboración de envases para bebidas • Elaboración de vasijas en la ingeniería, medicina, agricultura etc. • Sutura o fijación ósea o para reemplazar fragmentos óseos (biomedicina) • Elaboración de juguetes, agentes adhesivos, colorantes y pinturas • Elaboración de componentes eléctricos y electrónicos • Elaboración de cintas adhesivas, hilos de refuerzo para neumáticos. • Elaboración de carcasas, interruptores, capacitores. • Piezas para la industria automotriz 2.2.2.3. Uso de la fibra de poliéster para aislar viviendas La lana elaborada con fibras de poliéster es un aislante térmico y absorbente acústico. Esta lana de fibras de poliéster puede ser comprimido, para luego retornar a su espesor original debido a la “memoria” de las fibras que lo componen. 20 a) Usos Su uso está dado principalmente en construcción, remodelaciones y reparaciones de viviendas, edificios, bodegas e industrias. En industrias se utiliza para aislar espacios que por sus requerimientos específicos necesitan temperaturas adecuadas para su óptimo funcionamiento. Se aplica en superficies tales como cielos, muros o pisos ventilados. (VOLCAN, 2018) b) Aplicación Su aplicación en forma continua elimina las fugas de calor al evitar los puentes térmicos, absorbiendo cualquier desnivel de la superficie en contacto. (VOLCAN, 2018) La aislación continua que brindan estas fibras evita totalmente los puentes térmicos, previniendo que se produzca la condensación en los puntos de unión que normalmente necesitan otros aislantes. (VOLCAN, 2018) 2.2.3. Fibra de poliéster ECOTERM Es un material 100% fabricado de botellas de plástico reciclados. Figura 6: Rollo de fibra de poliéster ECOTERM Fuente: ECOTERM, (2014) 2.2.3.1. Propiedades de Ecoterm Figura 7: Propiedades de la fibra de poliéster ECOTERM FUENTE: ECOTERM, (2014) 21 2.2.3.2. Características técnicas Figura 8: Características técnicas de la fibra de poliéster ECOTERM FUENTE: ECOTERM, (2014) 2.2.3.3. Dimensiones del producto Figura 9: Dimensiones y propiedades de la fibra de poliéster ECOTERM FUENTE: ECOTERM, (2014) 2.2.4. Componentes del adobe Una de las variables que más influye en las propiedades del adobe es la proporción arcilla/arena, ya que si no existe adecuada arcilla, la composición de suelo con el resto de los componentes, incluyendo el agua no será suficientemente válido como para conseguir la consistencia necesaria que debe mostrar el adobe para resistir las acciones a las que estará sometido, si por el contrario no hay bastante arena, el elemento de adobe se quiebra por retracción durante el proceso de secado. (Romero & Callasi, 2017) 22 La arcilla, actúa como aglomerante manteniendo unida la aglomeración, mientras que la arena sirve de armazón interno de la masa. Es por eso que la mezcla óptima entre uno y otro constituyente influye en un mejor comportamiento del sólido. (De La Peña Estrada, 1997) a) Pajonal Pajonal es una palabra de origen español derivado de paja, más concretamente de su aumentativo pajón, que se usa para elegir diversos granos. En América del Sur en personal se refiere a las formaciones de granos, propias de las altitudes medias y altas de los Andes. (Izco, Pulgar, Aguirre, & Santin, 2007) Son plantas herbáceas de hasta 1 m de alto y 80 cm de diámetro, con tallos cespitosos. Las hojas lineales, aciculares, de hasta 60 cm de largo, los bordes de las hojas presentan una textura carrasposa o cortante al tacto. Las inflorescencias se disponen en forma de espigas terminales, son de color morado cuando están jóvenes y de color amarillento cuando están maduras. Estas plantas crecen formando colonias bastante extensas, pudiendo llegar a ser dominantes en las zonas de páramo herbáceo, se las conoce comúnmente como pajas. (Jorgensen, 1999) b) Limo Los limos forman suelos con diámetro de las partículas comprendidos entre los 0.002 mm y 0.08 mm. Forma suelos que al quedar secos no presentan resistencia a la fricción y no poseen cohesión, al contacto con el agua su cohesión aumenta sufriendo variaciones en el volumen debido a la contracción y expansión que este suelo sufre. (NTP 339.134, 1999) c) Arcilla Único material dinámico del suelo. En contacto con el agua permite su aglutinado, se comporta plásticamente y puede cohesionar el parte de las partículas inertes del suelo formando el barro, que al secarse adquiere una resistencia seca que lo convierte en material favorable. Tiene partículas menores a dos micras (0.002 mm). (NTP 339.134, 1999) 23 d) Arena Es el calificativo que se le da a los materiales de granos finos procedentes de la denudación de las rocas o de su machacamiento artificial y cuyas partículas varían entre 2 mm y 0.05 mm de diámetro. El nacimiento y la existencia de las arenas es análoga a la de las gravas: Las dos suelen encontrarse juntas en el mismo depósito. La arena de río contiene muy a menudo proporciones relativamente grandes de grava y arcilla. Las arenas estando limpias no se contraen al secarse, no son plásticas, son mucho menos compresibles que la arcilla y si se aplica una carga en su superficie, se comprimen casi de manera instantánea. (Crespo, 2000). 2.2.5. Fabricación del adobe a) De la preparación del suelo Selección de canteras y preparación de tendales • La cantera Sólo ciertos suelos son aptos para la manufactura de bloques de adobe. Estos deben contener determinadas proporciones de arcilla, limo y arena, y un bajo contenido de material orgánico. Además, no deben ser altamente alcalinos y el contenido de sales debe ser mínimo. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) • Extracción La extracción puede efectuarse con maquinaria, o bien, mediante el uso de herramientas manuales (palas y picos). Conviene anotar que el uso de maquinaria obliga a la ulterior rotura de terrones, mientras que, con la extracción manual, tal operación no es, en igual medida, necesaria. Frecuentemente, es necesario extraer dos o más suelos diversos, que serán luego mezclados a fin de obtener la mezcla deseada. En tal caso, éstos se conservarán en pilas separadas para la dosificación previa a la preparación de la mezcla. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) • El tendal Este debe, en primer lugar, proporcionar espacio suficiente para acomodar todas las actividades necesarias en la manufactura del adobe. Siendo éstas: el cribado, la preparación y mezcla del suelo, el moldeado, el secado y finalmente el apilamiento de los bloques terminados. Asimismo, debe 24 asegurarse una provisión constante de abundante agua dulce, así como de algún tipo de estructura para proteger los bloques de los efectos de la temperatura. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) • La eliminación de residuos La operación que sigue a la extracción del suelo consiste en la separación de todos los residuos indeseables contenidos en éste. Estos pueden ser: piedras gruesas, gravas y eventualmente material orgánico en forma de hojas, cortezas, raíces, etc. Los desperdicios domésticos y otros tales como la ceniza deben, también, eliminarse. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) • El cribado La misma consiste en hacer pasar el suelo seleccionado a través de una malla o zaranda metálica montada en un bastidor de madera de aproximadamente 0.75 x 1.50 mts. La abertura de la malla varía entre los 6 y 12 mm. El material que no pasa la malla se descarta, o bien, se reduce y criba nuevamente. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) b) De la preparación de la mezcla • El contenido óptimo de agua La cantidad de agua de mezcla es de importancia crítica en la manufactura del bloque de adobe. De una parte, el exceso de agua provocará una considerable contracción y fracturas en el bloque durante el proceso de secado, afectando en última instancia la resistencia del adobe. De otra parte, la carencia de agua condicionará la plasticidad del suelo y su cohesión durante el moldeado. Dada la variedad de suelos existentes, es imposible expresar cuantitativamente un porcentaje 'óptimo' de agua de mezcla para todos éstos. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) Por otra parte, a cada tipo de arcilla corresponde un determinado límite líquido y un determinado límite plástico. El tipo específico de arcilla de un determinado suelo influenciará, por lo tanto, la suma de agua requerida para la composición. Se debe considerar, además, que los límites plástico y líquido. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) • Mezclado del suelo Una de las fases más importantes en la elaboración de la mezcla, consiste en añadir la cantidad de agua necesaria al suelo seleccionado, para luego amasarlo (pisarlo) y voltearlo hasta llevarlo a una consistencia plástica. Mediante tal procedimiento se trata de obtener una mezcla homogénea y 25 plástica. Tales características asegurarán una mezcla laborable y resistente. La homogeneización de la mezcla tiende a distribuir regularmente en la masa todas las partículas sólidas que la componen, así como el agua añadida. Esto contribuye a la fricción necesaria entre las partículas sólidas arcillosas y aquellas no arcillosas y al desarrollo de las propiedades de cohesión resultante de la estructura formada por las partículas finas y el agua; ambos, factores críticos a la consistencia y resistencia última de la mezcla. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) • Reposo de la mezcla Proceso que lleva en un periodo de 1 a 2 días que permite la lenta penetración de agua entre las partículas de arcilla y la consecuente división de éstas en un mayor número de partículas sólidas finas. Simultáneamente, el peso propio de la mezcla en 'reposo' provoca una lenta compresión de todas estas partículas. La maceración (o 'reposo') contribuye, además, a mejorar la plasticidad de la mezcla, haciéndola más laborable, así como al desarrollo de sus características de resistencia. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) • Agregados / estabilizadores Según UNESCO, ICCROM, & PNUD, (1983) menciona que, previo al moldeado del bloque, uno o más de una serie de diversos materiales pueden ser agregados a la mezcla amasada. Entre los de uso tradicional se mencionan: fibras, cortezas, viruta, paja, cáñamo, cenizas, savia, aceite de coco, ácido tánico, área, estiércol, melaza, hojas de plátano en descomposición, etc. Existen, sin embargo, por lo menos dos hipótesis respecto a la función de los estabilizadores mencionados. ▪ La primera sugiere (para el caso de los agregados fibrosos) una función mecánica del agregado durante la deshidratación del bloque (secado). Las fibras compensarán los esfuerzos de la contracción de la arcilla al secarse evitando así la excesiva o desigual contracción y fracturas del bloque. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) ▪ La segunda hipótesis sugiere actividad orgánica de fermentación, la misma que promueve la multiplicación de bacterias y la formación de aminoácidos (con modificación del índice de acidez). Este proceso crea las mejores condiciones para la coagulación de las partículas más finas del suelo. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) 26 c) De la preparación del bloque • Formas o moldes, características del bloque, calidad del adobe, rendimiento Según UNESCO, ICCROM, & PNUD, (1983), la forma geométrica de un bloque de adobe es, en general, aquella de un paralelepípedo. Las dimensiones de este sólido varían de acuerdo a la usanza local, a especificaciones constructivas, a la necesidad de un bloque de dimensiones precisas para la restauración o el completamiento de un muro, al rendimiento de un trabajador, etc. Tradicionalmente, los moldes son de madera, cuidando que ésta sea resistente y de sección suficiente al uso continuado y al manipuleo al que será sujeto el molde. Además, es importante lubrificar adecuadamente los moldes antes del moldeado y cada vez que esto sea necesario durante esta operación. Al respecto, ciertos manuales sugieren lavar y aceitar el molde, otros recomiendan lavar el molde y luego recubrir sus superficies internas con arena fina. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) • Moldeado Según UNESCO, ICCROM, & PNUD, (1983) menciona que, consiste en varias operaciones: La primera consiste en vaciar el material preparado dentro del molde, cuidando de llenar enteramente el volumen que éste contiene, así como de compactar la mezcla. En segundo lugar, es necesario enrasar la rebaba, o bien, 'nivelar' o 'recortar' el material excedente de la cara superior de la mezcla en el molde. Una regla de madera permite emparejar la superficie expuesta del bloque. El material removido se agrega a la mezcla para el bloque siguiente. En tercer lugar, dependiendo de la necesidad de obtener un mejor acabado de la superficie expuesta del bloque, se procede un ulterior allanamiento de la mezcla con un badilejo u otro tipo de llana de albañil. En algunos casos, esta operación se lleva a cabo rociando agua sobre la superficie expuesta. Finalmente, se vacía el molde, levantándolo (molde sin fondo), o bien, girándolo (molde con fondo) a fin de descargar el bloque moldeado sobre la superficie del tendal. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) 27 • Curado del bloque de adobe Curar el adobe significa secar con atención (al aire libre) y preparar convenientemente el adobe, conservándolo, para su uso posterior. En esta fase del proceso se distinguen dos operaciones fundamentales: el secado y el apilamiento. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) • Secado Una condición esencial del curado consiste en obtener un secado relativamente lento y regular. El calor excesivo provocará una deshidratación violenta que seguramente resultará en la fractura del bloque. Asimismo, la humedad o el frío pueden prolongar este proceso. El ambiente inmediato del bloque durante el secado debe ser, por lo tanto, cuidadosamente controlado. Esto se obtiene mediante la provisión de algún tipo de cubierta protectora para mantener bajo sombra (en caso de temperaturas excesivamente altas) los bloques apenas moldeados (por lo menos durante los primeros días del secado). Tal protección puede ser igualmente útil en la eventualidad de lluvias que pueden destruir completamente todo el material moldeado. Algunos recomiendan, también, cubrir el material apenas moldeado con paja, arena, telas, etc.; o bien, rociar agua sobre las superficies expuestas. Así, después de retirar el molde se deja el bloque sobre la cara de asiento durante algunos días (2- 5 dependiendo de las condiciones del secado, del suelo, contenido de agua, etc.). Cuando la consistencia del bloque lo permita, se girará el adobe apoyándolo sobre un canto. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) • Apilamiento Completo el proceso de secado (aproximadamente a las 4 semanas del moldeado) el bloque puede apilarse listo para su uso. La pila se forma apoyando el bloque de canto, ligeramente inclinado, contra un machón formado con un número de los bloques preparados. Este sistema (de uso tradicional) permite un uso eficiente del espacio disponible, así como un adecuado manipuleo del material por el trabajador. (UNESCO, ICCROM, & PNUD, 1983) 2.2.6. Viviendas de adobe a nivel nacional y en Cusco Para el INEI, Censos nacionales 2017: XII de población, VII de vivienda, (2017): En contraste con el Censo 2007, es importante destacar el incremento de las viviendas con ladrillo o bloques de 28 cemento en las paredes exteriores, que representa un aumento del 43,7%, y que en términos absolutos significa 1 millón 306 mil 647 de viviendas más con este material durante la temporada intercensal; asimismo, las viviendas con paredes exteriores de piedra, sillar con cal o cemento representan un incremento del 27,2% en el mismo periodo, lo que significa un incremento de 9 mil 231 viviendas con este material y las viviendas de madera se incrementaron en 17,8% que significa 110 mil 36 viviendas. Se observa que las viviendas con una variación negativa fueron principalmente, las viviendas de piedra con barro (-27,4%), de quincha (-10,5%) y de adobe o tapia (-3,6%). (INEI, Censos nacionales 2017: XII de población, VII de vivienda, 2017). Tabla 6: Perú: Viviendas particulares con ocupantes presentes, según material predominante en las paredes exteriores, 1993 -2017 (absoluto y porcentaje) - evolución del uso del adobe en viviendas a nivel nacional. Material Variación Intercensal Tasa de predominante en Censo 1993 Censo 2007 Censo 2017 crecimiento 2007-2017 Incremento anual la paredes promedio exteriores Absoluto % Absoluto % Absoluto % Absoluto % anual Total 4427517 100 6400 131 100 7 698 900 100 1 298 769 20.3 129877 1.9 Ladrillo o bloqueta de 1 581 355 35.7 2 991 627 46.7 4 298 274 55.8 1 306 647 43.7 130 665 3.7 concreto Piedra o sillar 54 247 1.2 33 939 0.5 43 170 0.6 9 231 27.2 923 2.4 con cal o cemento Adobe o Tapia 1 917 885 43.3 2 229 715 34.8 2 148 494 27.9 -81 221 -3.6 -8 122 -0.4 Quincha (caña 207 543 4.7 183 862 2.9 164 538 2.1 -19 324 -10.5 -1 932 -1.1 con barro) Piedra con barro 136 964 3.1 106 823 1.7 77 593 1 -29 230 -27.4 -2 923 -3.1 Madera (poma, 310 379 7 617 742 9.7 727 778 9.5 110 036 17.8 11 004 1.7 tornillo etc.) Otro material 219 144 4.9 236 423 3.7 239 053 3.1 2 630 1.1 263 0.1 Fuente: INEI, Censos nacionales 2017: XII de población, VII de vivienda, (2017) Según área urbana y rural, el material predominante en las paredes de las viviendas del área urbana es el ladrillo o bloque de cemento, que representa el 70,6%; seguido del adobe o tapia que representa el 15,1% y la madera, 8,0%; mientras que en el área rural los materiales predominantes en las paredes exteriores de las viviendas son el adobe o tapia (69,5%), la madera (14,0%) y el ladrillo o bloque de cemento (8,0%). (INEI, Censos nacionales 2017: XII de población, VII de vivienda, 2017) 29 Tabla 7: Perú: Viviendas particulares con ocupantes presentes, según área de residencia y material predominante en las paredes exteriores, 2007 y 2017 (absoluto y porcentaje) - evolución del uso del adobe en viviendas a nivel urbano y rural. Área de residencia / Censo 2007 Censo 2017 Variación Intercensal 2007-2017 Tasa de Material predominante Incremento anual crecimiento en la paredes exteriores promedio anual Absoluto % Absoluto % Absoluto % Urbana 4 544 146 100 5 884 013 100 1 339 867 29.5 133 987 2.6 Ladrillo o bloqueta de 2 905 436 63.9 4 154 643 70.6 1 247 207 42.9 124 721 3.6 concreto Piedra o sillar con cal o 30 979 0.7 39 073 0.7 8 094 26.1 809 2.3 cemento Adobe o Tapia 932 972 20.5 887 203 15.1 -45 769 -4.9 -4 577 -0.5 Quincha (caña con 100 779 2.2 108 803 1.8 8 024 8 802 0.8 barro) Piedra con barro 13 206 0.3 11 261 0.2 -1 945 -14.7 -195 -1.6 Madera (poma, tornillo 379 919 8.4 473 431 8 93 512 24.6 9 351 2.2 etc.) Otro material 180 855 4 211 599 3.6 30 477 17 3 074 1.6 Rural 1 855 985 100 1 814 887 100 -41 098 -2.2 -4 110 -0.2 Ladrillo o bloqueta de 86 191 4.6 145 631 8 59 440 69 5 944 5.4 concreto Piedra o sillar con cal o 2 960 0.2 4 097 0.2 1 137 38.4 114 3.3 cemento Adobe o Tapia 1 296 743 69.9 1 261 291 69.5 -35 452 -2.7 -3 545 -0.3 Quincha (caña con 83 063 4.5 55 735 3.1 -27 348 -32.9 -2 735 -3.9 barro) Piedra con barro 93 617 5 66 332 3.7 -27 285 -29.1 -2 729 -3.4 Madera (poma, tornillo 237 823 12.8 254 347 14 16 524 6.9 1 652 0.7 etc.) Otro material 55 568 3 27 454 1.5 -28 114 -50.6 -2 811 -6.8 Fuente: INEI, Censos nacionales 2017: XII de población, VII de vivienda, (2017) A nivel departamental, la provincia de Lima tiene el mayor porcentaje (85,1%) de viviendas con paredes exteriores de ladrillos o bloque de cemento, seguido de los departamentos de Tacna (80,9%), Arequipa (77,2%) y la Provincia Constitucional del Callao (74,8%), respectivamente. El segundo material más utilizado a nivel nacional en las paredes de las viviendas es el adobe o tapia 30 y los departamentos con mayor porcentaje de viviendas con este material son: Huancavelica (82,4%), Apurímac (76,1%), Cajamarca (70,3%) y Cusco (67,3%). (INEI, Censos nacionales 2017: XII de población, VII de vivienda, 2017) De lo expuesto anteriormente de evidencia como a lo largo de los años que el uso del adobe en la ciudad del Cusco ha disminuido considerablemente en el sector urbano, mientras que en el sector rural sigue siendo el adobe el material predominante. En el Perú, el porcentaje de viviendas de tierra (en mayoría adobe que tapial) respecto al censo realizado en el año 2017, las viviendas de tierra han decrecido desde 2007 al 2017 del 34.8% al 27.9% a nivel nacional. Sin embargo, el departamento del Cusco en la zona rural, donde se centra nuestro estudio, se ve que el material predominante es el adobe con una reducción de 0.4% entre los años 2007 y 2017. Es evidente que la población de la sierra peruana y en especial la del Cusco mantienen el adobe como principal material de construcción. (INEI, Censos nacionales 2017: XII de población, VII de vivienda, 2017) 2.2.7. Adobe, confort térmico y sostenibilidad Las viviendas construidas de adobe son típicas construcciones en la sierra peruana, en la ciudad del Cusco se tiene una gran presencia de viviendas construidas con este material. Siendo el adobe un material con buenas propiedades térmicas, en el día retiene el calor del ambiente y por la noche libera el calor almacenado, manteniendo de así una temperatura agradable para los usuarios aun en estaciones más frías como son las heladas en junio y las lluvias en los meses de noviembre hasta marzo, no obstante, en las épocas de lluvia estos elementos están propensas a sufrir desgaste por acción de la lluvia y falla por la humedad. (Pablo Favian Quizhpe Vacacela, 2016) Entre las ventajas de los sistemas constructivos típicos, como el adobe, están el hecho de que no necesitan complejos sistemas de transformación industrial, es decir que no necesitan mayores esfuerzos en su fabricación; más que las materias primas que están al alcance y un molde de madera, entendiendo también que en la mayoría de casos se realizan estos sin un control exhaustivo de la calidad; todo esto representa un ahorro de energía. Los adobes son materiales aislantes del sonido y que controlan las temperaturas extremas, y son también resistentes al fuego, y son materiales que hacen posible la autoconstrucción. (Pablo Favian Quizhpe Vacacela, 2016) De acuerdo a Maria Auxiliadora Alfonso Alvarenga, (1990, pág. 361): “La tierra, por ser un material universalmente disponible, sus propiedades termales, bajo costo y consideraciones ecológicas, parece ser uno de los mejores materiales para la construcción de hogares. Sin embargo, las personas abandonan este método debido a malas interpretaciones, es decir pueden considerar 31 que el ladrillo, bloquetas, cemento y etc. tienen un mejor comportamiento para su área geográfica cuando no es así. Millones de personas hoy no tienen hogar, usar la tierra como un material de construcción puede solucionar este problema a medida que se revitalizan estas técnicas de construcción”. A pesar de todo está debemos reconocer que, en el Perú, se ha dado un fenómeno en el cual los campesinos de los andes, que originalmente construían sus viviendas utilizando los adobes, humildes pero adecuadas para el área geográfica en donde se desarrollan; teniendo en cuenta el confort térmico de estas, van cambiando sus viviendas por una de bloques de hormigón (blókers) y ladrillo, procurando con esto alcanzar los modelos de “progreso” de las ciudades principales del país. Lo preocupante de estas edificaciones es que a largo plazo y al no cumplir con la demanda térmica de los usuarios serán dejadas de lado y no solo se les dará un uso que no le corresponde como vivienda, sino que también será una inversión de dinero perdido. El adobe que se fabrica en básicamente de tierra, que es uno de los elementos más abundantes del planeta, lo que permite abaratar costos y no causa grandes pérdidas de energía en su fabricación. Es además un elemento reversible, que puede ser reciclado en cualquier momento. (Moscoso, 2018). Lo que a su vez lo hace sostenible en el tiempo. 2.2.8. Pruebas in situ de selección del suelo 2.2.8.1. Prueba de la cinta de barro Tiene como finalidad determinar el grado de plasticidad de la tierra. Para ello, se realiza con las manos un rollo de aproximadamente 1.2cm de diámetro, se suspende de un extremo y luego se mide la longitud del extremo que se desprende. (RNE E 0.80 Diseño y construcción de tierra reforzada, 2017) Indicadores: • Menor a 5cm, contiene mucha arena • Entre 5 y 15cm, presenta adecuada • Mayor a 15cm, posee mucha arcilla 32 Figura 10: Prueba de la cinta de barro Fuente: Chuya & Ayala, (2018) 2.2.8.2. Prueba “presencia de arcilla” o “resistencia seca” • Realizar cuatro bolitas con tierra de la zona donde se realizará los adobes. Agregar una mínima cantidad de agua para realizar una mezcla de barro. (RNE E 0.80 Diseño y construcción de tierra reforzada, 2017) • La cantidad de agua es la mínima necesaria para formar sobre las palmas de las manos cada una de las bolitas, sin que éstas se deformen significativamente a simple vista y al secarse. • Dejar secar las cuatro bolitas, las cuatro bolitas deben dejarse secar por un periodo de 48 horas, asegurando que no se humedezcan o mojen por lluvias, derrames de agua, etc. • Una vez transcurrido el tiempo de secado, presionar las cuatro bolitas secas, se debe presionar fuertemente cada una de las bolitas con el dedo pulgar y el dedo índice de una mano. • De quebrarse todas las bolas realizar una mezcla de barro con otro suelo. Figura 11: Prueba de resistencia seca Fuente: Chuya & Ayala, (2018) 33 2.2.8.3. Prueba granulométrica (taxonomía de los suelos USDA) • Permite conocer características generales de la tierra como la proporción de sus componentes: arena, limo y arcilla; además, permite apreciar la cantidad de materia orgánica de la muestra. En esta prueba, la botella (un litro de capacidad) se debe llenar hasta la mitad con tierra triturada y lo restante agregar agua. (Chuya & Ayala, 2018) • Se agita la botella durante unos 5min, hasta que las partículas estén en suspensión y esperan un tiempo para que todas sus partículas entren en un estado de reposo. Finalmente medir las proporciones de los componentes. • Indicadores: La proporción arena-arcilla-limo recomendada es la siguiente: arena debe estar dentro de 1.5 a 3 veces la parte de arcilla y limos. Figura 12: Taxonomía de los suelos USDA Fuente: Chuya & Ayala, (2018) 2.2.9. Ensayos de laboratorio 2.2.9.1. Muestreo del suelo a) Definición: Es la adquisición de una porción del material con el que se va construir una estructura, de tal forma que las características de dicha porción sean representativas del conjunto. El muestreo, además, incluye las operaciones de envasado, identificación y traslado de las muestras. (Romero & Callasi, 2017) 34 b) Procedimiento: • Dejar secar la muestra a una temperatura de 110 °C ± 5 °C en el horno. • Colocar en una bandeja y con ayuda de una espátula homogeneizar la muestra. • Dividir la muestra en 4 partes iguales y escoger las 2 partes con mayor similitud. • Volver a realizar los pasos anteriores hasta tener una muestra representativa. • Toma de datos del material seleccionado. c) Equipos: • Horno eléctrico de laboratorio. • Bandeja • Espátula • Muestra de suelo Figura 13: Cuarteo de la muestra Fuente: Romero & Callasi, (2017) 2.2.9.2. Límites de Atterberg Definición: Según su contenido de agua en orden decreciente, un suelo susceptible de ser plástico, puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definidos por Atterberg (Badillo Júarez, 2015). • Estado líquido, con las propiedades y apariencia de una suspensión. • Estado semilíquido, con las propiedades de un fluido viscoso. • Estado plástico, en que el suelo se comporta plásticamente. 35 • Estado semisólido, en el que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero aún disminuye de volumen al estar sujeto a secado. • Estado sólido, en que el volumen del suelo no varía con el secado. Los anteriores estados son fases generales por las que pasa el suelo al irse secando y no existen criterios estrictos para distinguir sus fronteras. El establecimiento de estas ha de hacerse en forma puramente convencional. Atterberg estableció las primeras convenciones para ello, bajo el nombre de “límites de consistencia” (Badillo Júarez, 2015). 2.2.9.2.1. Ensayo de límite líquido (LL) a) Definición: Es el contenido de humedad, expresado en porcentaje, para el cual el suelo se halla en el límite entre los estados líquido y plástico. Arbitrariamente se designa como el contenido de humedad al cual el surco separador de dos mitades de una pasta de suelo se cierra a 10 largo de su fondo en una distancia de 13 mm (112 pulg.) cuando se deja caer la copa 25 veces desde una altura de 1 cm a razón de dos caídas por segundo (NORMA T. 339.129, 1999). b) Procedimiento: • Ensayar la muestra de suelo que pase por el tamiz N° 40. • Formar una pasta de la muestra de suelo y colocar una porción en la copa de Casagrande. • nivelar la muestra con la espátula. • Con ayuda del acanalador realizar un canal en la muestra, dividiéndola en dos, desde atrás hacia adelante. • Se cuenta los golpes necesarios para que las dos mitades de la muestra se pongan en contacto (alrededor de 10mm). • Se toma una porción de suelo de alrededor de 10gr, se la coloca en un recipiente y determina el contenido de agua mediante el secado en el horno. c) Cálculo: Determinar el límite líquido para cada espécimen para contenido de humedad usando la siguiente ecuación: 36 Donde: N: Número de golpes requeridos para cerrar la ranura en el contenido de humedad. Wn: Contenido de humedad del suelo (%). Figura 14: Ensayo de limite plástico Chuya & Ayala, (2018) 37 2.2.9.2.2. Ensayo de límite plástico (LP) a) Definición: Es el contenido de humedad, expresado en porcentaje, para el cual el suelo se halla en el límite entre los estados plástico y semisólido. Arbitrariamente se designa como el contenido de humedad más bajo al cual el suelo puede ser rolado en hilos de 3 mm. (118 pulg) sin que se rompan en pedazos (NORMA T. 339.129, 1999). b) Procedimiento: • Ensayar la muestra de suelo que pase por el tamiz N° 40. • Tomar aproximadamente 10 gr de la pasta preparada, amasar y rodar la bola entre las palmas de las manos hasta que aparezcan en su superficie pequeñas fisuras. • Rotar esta bola entre las puntas de los dedos de una mano y la placa de vidrio con una presión suficiente como para formar del suelo un rollo de 3mm de diámetro. • Si el rollo de suelo se divide antes de alcanzar los 3 mm de diámetro, añadir agua destilada a toda la masa de suelo y volver a amasarlo. • Cuando el rollo se corte a los 3 mm de diámetro, tanto longitudinalmente como transversalmente recoger las porciones desmenuzadas de los rollos de suelo en un recipiente hermético y determinar el contenido de agua (horno de secado). c) Cálculo: El límite plástico es el promedio de las humedades de ambas determinaciones. Se expresa como porcentaje de humedad, con aproximación a un entero y se calcula así: Peso del Agua (gr. ) Limite Plastico = 𝑥100 Peso de suelo secado al horno (gr. ) Figura 15: Ensayo de Limite Plástico Fuente: Chuya & Ayala, (2018) 38 2.2.9.2.3. Índice de plasticidad (IP) a) Definición: Es el rango de contenido de humedad sobre el cual un suelo se comporta plásticamente. Numéricamente es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico (NORMA T. 339.129, 1999). b) Cálculo: 𝐼P = 𝐿𝐿 − 𝐿𝑃 Donde: IP: Índice de plasticidad (%) LL: Límite líquido (%) LP: Límite plástico (%) 2.2.9.3. Ensayo granulométrico por tamizado a) Definición: Según Braja M. Das , (2001), es una prueba de análisis mecánico porque nos da a conocer el rango de los tamaños de las partículas del suelo, expresado como un porcentaje de peso seco total. Agrupa los materiales por rangos de tamaño para lograr esto en suelos de grano grueso se realiza un proceso de tamizado (análisis de tamices), las mismas que definen el tamaño máximo, mínimo de las partículas y los expresa como porcentajes retenidos por cada malla del tamiz. b) Procedimiento: • Secar la muestra a una temperatura de 110 °C ± 5 °C • Preparación de los tamices • Someter a vibración el conjunto de tamices • Toma de datos del material retenido en cada tamiz 39 Tabla 8: Tamaños de mallas estándar Fuente: Braj399 M. Das, (2001) Figura 16: Ensayo de granulometría 2.2.9.3.1. Clasificación de los suelos Entre los principales sistemas de clasificación de suelos tenemos: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), American Association of State Highway Officials (AASHTO): a) Sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS) Según Braja M. Das, (2001), El sistema cubre los suelos gruesos y los finos, distinguiendo ambos por el cribado a través de la malla N° 200; las partículas gruesas son mayores que dicha malla y las finas, menores. Un suelo se considera “grueso” si más del 50% de sus partículas son gruesas y “fino”, si más de la mitad de sus partículas, en peso, son finas. Los símbolos que se usan para la clasificación SUCS son: 40 • W: Suelo bien graduado • P: Suelo mal graduado • L: Suelo con baja plasticidad (límite líquido menor que 50%). • H: Suelo con alta plasticidad (límite líquido mayor que 50%). Tabla 9: Clasificación de suelos SUCS. Fuente: Bowles, (1981) Según Braja M. Das, (2001) menciona que, para clasificar de manera adecuada con este sistema, deben tomar en cuenta los siguientes conceptos: Procedimiento: a) Porcentaje de grava, que es la fracción que pasa la malla de 76.2 mm y es retenida en la malla N° 4 (abertura de 4.75 mm). b) Porcentaje de arena, que es la fracción que pasa la malla N° 4 (abertura de 4.75 mm) y es retenida en la malla N° 200 (abertura de 0.075 mm). c) Porcentaje de limo y arcilla, que es la fracción de finos que pasan la malla N° 200 (abertura de 0.075 mm). d) Límite líquido e índice de plasticidad de la porción de suelo que pasa la malla N° 40. Según Braja M. Das, (2001), los símbolos de grupo para suelos tipo grava de grano grueso son GW, GP, GM, GC, GC-GM, GW-GM, GW-GC, GP-GM, y GP-GC. Similarmente, los símbolos 41 de grupo para suelos de grano fino son CL, ML, OL, CH, MH, OH, CL-ML, y PT como se muestra en la tabla 11: Símbolos y nombres típicos para suelos de grano grueso. Tabla 10: Carta de Casagrande (gráfico de plasticidad) Fuente: Bowles, (1981) Tabla 11: Símbolos y nombres típicos para suelos de grano grueso. Fuente: Bowles, (1981) 42 Tabla 12: Símbolos y nombres típicos para suelos de grano fino. Fuente: Bowles, (1981) b) American Association of State Highway Officials (AASHTO) Está basada en la granulometría por tamizado, límite líquido y plástico. Sin embargo, ésta representa la calidad del suelo mediante una medición numérica donde se especifica 8 tipos de suelos considerados del 1 hasta el 8 y usan como prefijo la letra A. Según Braja M. Das, (2001) menciona que, para determinar una adecuada clasificación, se deben tomar en cuenta los siguientes conceptos: a) Tamaño del grano ▪ Grava: fracción que pasa la malla de 75 mm y es retenida en la malla N° 10 (2 mm). ▪ Arena: fracción que pasa la malla N° 10 (2 mm) y es retenida en la malla N° 200(0.075 mm). ▪ Limo y arcilla: fracción que pasa la malla N° 200. (Braja M. Das, 2001) 43 b) Plasticidad: El término limoso se aplica cuando las fracciones de finos del suelo tienen un índice de plasticidad de 10 o menor. El término arcilloso se aplica cuando las fracciones de finos tienen un índice de plasticidad de 11 o mayor. (Braja M. Das, 2001) c) Si cantos rodados y boleas (tamaños mayores que 75 mm) están presentes, éstos se excluyen de la porción de la muestra de suelo que se está clasificando. Sin embargo, el porcentaje de tal material se registra. (Braja M. Das, 2001) Tabla 13: Sistema de clasificación AASHTO Fuente: (Braja M. Das, 2001) • Para la evaluación de la calidad de un suelo como material para sub-rasante de carreteras, se incorpora también un número llamado índice de grupo (IG) junto con los grupos y subgrupos del suelo. Este número se escribe en paréntesis después de la designación de grupo o de subgrupo. El índice de grupo está dado por la ecuación: IG=(F−35) ∗[0.2+0.005∗(LL−40)]+0.01∗(F−15) ∗(IP−10) • Donde F es el porcentaje que pasa el tamiz N° 200, LL es el límite líquido e IP el índice de plasticidad. El índice de grupo para los suelos de los subgrupos A-2-6 y A-2-7 se calculará de la siguiente manera: IG=0.01∗(F−15) ∗(IP−10) 44 • Según Braja M. Das, (2001), Los índices de grupo de los suelos granulares están generalmente comprendidos entre 0 y 4, los suelos limosos, entre 8 y 12 y los suelos arcillosos, entre 11 y 20, o más. 2.2.9.4. Ensayo de alabeo a) Definición: Es la medición de la concavidad y convexidad con la precisión de 1mm, de un elemento de albañilería para saber en cuanto influencia la cantidad y adherencia de la junta. (NORMA T. 399.613, 2005) b) Procedimiento: Para determinar la concavidad y convexidad se procede a: • Se posiciona la regla en forma recta o diagonal a la cara de asentamiento del elemento de albañilería. • Para la concavidad se colocó debajo del borde de la regla una cuña milimetrada en la zona con mayor concavidad. • Para la convexidad se colocó debajo del borde de la regla dos cuñas milimetradas en los vértices de la diagonal hasta que las dos cuñas registren la misma medida de convexidad. Figura 17: Medición de alabeo (concavidad y convexidad). Fuente: Bartolomé, (1994) 45 Figura 18: Medición de alabeo con cuña milimétrica c) Cálculo: Se calcula el promedio de los valores de convexidad y/o concavidad obtenidos en milímetros. 2.2.9.5. Ensayo de variabilidad dimensional a) Definición: Es la medición de las dimensiones (altura, largo y ancho) con la precisión de 1 mm, de un elemento de albañilería para saber si se va aumentar la el espesor de la junta por encima de lo convencional que es de 9-12 mm (NORMA T. 399.613, 2005) b) Procedimiento • Se observa si las unidades de adobe presentan ligeras variaciones en sus dimensiones respecto a las dimensiones nominales, es decir se toman medidas para cada unidad de adobe, el largo, ancho y alto, con la precisión de 1 mm, de cada medida se obtendrá como promedio de las tres medidas entre los puntos centrales de los bordes. c) Cálculo: 46 Donde: % V: Variación de dimensión en porcentaje δ: Desviación estándar (cm) P: Promedio de las 6 mediciones totales, por lado A (3 medidas superior, central e inferior), lado B opuesto al lado A (3 medidas superior, central e inferior) (cm). (NORMA T. 399.613, 2005) Figura 19: Medición de la variabilidad dimensional 2.2.9.6. Ensayo de succión a) Definición: Según la NORMA T. 339.129, (1999), La succión determina la velocidad de absorción de agua por capilaridad por el elemento de albañilería en un área determinada. La succión es una propiedad importante en los elementos de albañilería ya que cuando la succión es muy alta, producirá posibles fisuras en dichos elementos. b) Procedimiento: • Secar los elementos de albañilería por un periodo de 4 semanas. • Tomar las dimensiones (largo, ancho) de la cara que estará en contacto con el agua. • Pesar el elemento de albañilería en la balanza de precisión y registrar su valor • En una bandeja colocar una cuñas o soportes de apoyo y vierte agua en la bandeja hasta 3 mm sobre el nivel de las cuñas. • Luego se posiciona el elemento de albañilería sobre las cuñas o soportes durante 1 minuto • Transcurrido el tiempo retirar el elemento de albañilería, secar con papel toalla los excesos de agua y registrar su peso. (NORMA T. 339.129, 1999) 47 c) Cálculo: Donde: 𝑃𝑠𝑢: Peso de unidad en succión (gr.) 𝑃𝑠𝑒: Peso de unidad en seco (gr.) A: Área de contacto del elemento (cm2) (NORMA T. 399.613, 2005) Figura 20: Ensayo de succión Fuente: RNE E 0.80 Diseño y construcción de tierra reforzada, (2017) Figura 21: Ensayo de succión 48 2.2.9.7. Ensayo de absorción a) Definición: De acuerdo con (NORMA T. 339.129, 1999), Es la medición de la capacidad de absorción del adobe durante un periodo de 24 horas de inmersión continua de agua a una temperatura de 24°C ± 8°C. b) Procedimiento: • Se elimina la humedad atmosférica contenida en los especímenes para obtener solo la cantidad de agua absorbida producto de la inmersión de las muestras. Para ello las muestras deben ser secadas a la intemperie por lo menos 4 semanas. • Transcurrido el tiempo de secado, se pesan las muestras secas con una aproximación de 0.5 gr y proceder a colocar a cada espécimen su respectiva batea. • Cada espécimen se sumerge en bateas en forma individual. • Transcurridas el periodo de 24 horas de inmersión, se retira el espécimen secando ligeramente con un paño húmedo su superficie, para enseguida volverlos a pesar y registrar el dato. (Romero & Callasi, 2017) c) Cálculo: Donde: 𝑊𝑠: Peso del espécimen saturado (gr.) 𝑊𝑑: Peso seco del espécimen (gr.) 49 Figura 22: Elementos de adobe en la bandeja 2.2.9.8. Ensayo de erosión acelerada de Swinburne (SAET) a) Definición: Este ensayo determina el comportamiento de los elementos de adobes a la erosión de su superficie causado por el contacto continuo de corriente de agua en una de las caras de los testigos, simulando una lluvia fuerte y prolongada. De esta manera se podría comparar los resultados en cada uno de los casos, verificando cuál de los elementos de adobe resultaba más erosionable. (AENOR, 2008) b) Procedimiento: • Se suelta una corriente continua de agua encima del testigo durante 10 min a través de un tubo de cristal de 5 mm. de diámetro, conectado a un tanque de agua de nivel constante, cuya cabecera está a 1.5 m sobre la cara del bloque. • El testigo debe estar inclinado a 27° respecto a la horizontal. • Usando una varilla de 3 mm. de diámetro se determina la profundidad de las oquedades (D) que aparecen. (AENOR, 2008) 50 Figura 23: Ensayo de erosión acelerada de Swinburne (SAET) Fuente: AENOR, (2008) Figura 24: Medición de la oquedad c) Cálculo: Se calcula el promedio de los valores de oquedad obtenidos en milímetros. 51 2.2.9.9. Ensayo de desgaste por goteo a) Definición: Este ensayo determina el comportamiento de los elementos de adobes a la erosión de su superficie ocasionada por el roce continuo de gotas de agua en una de las caras de los elementos de adobes, pero a diferencia de la anterior, esta simulara una lluvia constante a base de gotas b) Procedimiento: • Se deja caer gotas continuas con ayuda de un micro gotero de agua sobre el bloque durante un periodo de 10 min a través de un tubo de cristal de 5 mm. de diámetro, conectado a un tanque de agua de nivel constante, cuya cabecera está a 1.5 m sobre la cara del bloque. • El testigo debe estar inclinado a 27° respecto a la horizontal. • Usando una varilla de 3 mm. de diámetro se determina la profundidad de las oquedades (D) que aparecen. (AENOR, 2008) Figura 25: Equipo de desgaste por goteo Fuente: AENOR, (2008) 52 Figura 26: Ensayo de desgaste por goteo c) Cálculo: Se calcula el promedio de los valores de oquedad obtenidos en milímetros. 2.2.9.10. Ensayo de resistencia a la compresión a) Definición: Según RNE E 0.80 Diseño y construcción de tierra reforzada, (2017), Es un ensayo de suma importancia para el adobe ya que este debe superar los 10.2 kg/cm2, El ensayo de compresión, se realiza en testigos secos, aunque algunas normas proponen o aceptan el ensayo de los elementos enteros e incluso de dos medias elementos separadas por una junta de mortero. La carga de compresión se aplica de forma perpendicular a la superficie de asiento y se realiza hasta la rotura. b) Procedimiento: • Se colocó dos planchas de neopreno de la dimensión de la cara de asiento en la parte superior e inferior del adobe. • Seguidamente se colocó en la parte superior e inferior dos planchas de metal ligeramente de más dimensión que la unidad de adobe. • Se colocó en la máquina de compresión axial para ser sometidas a compresión hasta que aparezca la primera fisura en uno de los lados de la unidad de adobe. 53 c) Cálculo: Donde: fo: Fuerza a compresión del adobe (kg-f/cm2). F: Fuerza de rotura (kg-f) A: Área bruta (cm2) Figura 27: Máquina de ensayo a la compresión 2.2.9.11. Ensayo de resistencia a la tracción por flexión a) Definición: Para determinar este ensayo se somete el elemento a la acción de una carga concentrada (al centro) creciente, a una velocidad de desplazamiento entre los cabezales de la máquina de ensayos de 1.25 mm/min. Luego se calcula f´t mediante la aplicación de la fórmula de rotura por flexión simple de resistencia de materiales. b) procedimiento: • Se coloca la unidad de adobe sobre una placa de base sobre el que se tiene 2 apoyos con una distancia conocida (20 cm). 54 • Se presentó en la máquina de compresión axial, donde se colocó sobre la parte central del adobe, una barra de acero de 1” de diámetro como se muestra en la Figura 28: Ensayo de resistencia a la tracción por flexión del elemento de adobe. • Seguidamente se ejerce presión sobre la barra de acero hasta que la unidad de adobe sea traccionada y falle partiéndose por la mitad. c) Cálculo: Dónde: f´t: módulo de rotura (kg/cm2) P: Carga aplicada (kg) L: Distancia entre los apoyos (cm) B: Ancho (cm) H: Altura del elemento de albañilería (cm) 55 Figura 28: Ensayo de resistencia a la tracción por flexión del elemento de adobe 2.2.9.12. Ensayo de conductividad térmica a) Definición La conductividad térmica es la propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras, la conductividad térmica es también la capacidad de un material o sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes con las que no está en contacto. En el Sistema Internacional de Elementos la conductividad térmica se mide en W/(K·m) (equivalente a J/(s·K·m) ). (Collieu & Powney, 1977) El coeficiente de conductividad térmica es una propiedad de cada sustancia y expresa la magnitud de su capacidad de conducir el calor. el coeficiente de conductividad térmica expresa la cantidad de calor necesario por m2 de material para que, atravesando 1 metro de éste durante una unidad de tiempo, se obtenga una diferencia de 1ºC de temperatura entre las dos caras. Su símbolo es la letra griega λ. (Collieu & Powney, 1977) b) Procedimiento: • El coeficiente de conductividad térmica determina la cantidad o flujo de calor que atraviesa la unidad de superficie de una muestra del material, de extensión infinita, caras plano paralelas y espesor unidad, cuando entre sus caras se observa una diferencia de temperaturas igual al elemento, en condición inerte. (Collieu & Powney, 1977). 56 c) Cálculo: Dicho coeficiente de conductividad térmica (λ) se determina mediante la “ley de la conducción de calor de Fourier”, descrito anteriormente lo cual es: (Kreith, Manglik, & Bohn, 2012). ∆T Pot = λ −∗ A( ) L La variación de temperatura Δ𝑇 menciona las temperaturas final e inicial del material o sustancia, siendo estas T1 y T2,. (Kreith, Manglik, & Bohn, 2012). T2 − T1 T(fria) − T(caliente) Pot = λ −∗ A ( ) = λ −∗ A ( ) L L Para determinar el coeficiente de conductividad térmica se despeja la variable λ de la ecuación siendo: (Kreith, Manglik, & Bohn, 2012). Pot ∗ L λ = A ∗ (T(fria) − T(caliente)) Dónde: • λ = Coeficiente de conductividad térmica (W/(m.°K), J/ (s. m.°K)) • Pot = Potencia o flujo de calor total a través de la pared (W, Joule/s) • L = Espesor que atraviesa el calor (m) • A = Área por donde se suministra la placa caliente (m2) • 𝑇(𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒) = Temperatura de la placa caliente (°K) • 𝑇(𝑓𝑟𝑖𝑎) = Temperatura de la placa fría (°K) Tabla 14: Parámetros de los materiales con buenos aislantes térmicos, moderados o pobres TIPO DE MATERIAL CONDUCTIVIDAD TÉRMICA BUENOS AISLANTES 0.043-0.288 MODERADOS AISLANTES 0. 288-0.721 POBRES AISLANTES Mayor Que 0.721 Fuente: Garcia, (2006) 57 d) Equipo eléctrico utilizado para evaluar la conductividad térmica Según Camino & Camino, (2017), para medir la conductividad térmica del elemento de albañilería se construye un equipo eléctrico, apoyandose en la norma ASTM C177-13, Standard Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus, donde menciona el método de la placa caliente guardada, el dispositivo sirve para la medida y la verificación de materiales secos que deben ser objeto de ensayos de la conductividad térmica. Este método señala el criterio de la determinación del flujo de calor en estado inerte, por medio de una superficie plana de un material homogéneo, cuando una cara del elemento de albañilería está en roce con una placa caliente de aluminio, dicho método se denomina el aparato de placa caliente protegida. (Camino & Camino, 2017) Este equipo se encuentra en el laboratorio de suelos de la Universidad Andina del Cusco, siendo este elaborado por estudiantes de la facultad y donado a la universidad, para poder facilitar el estudio y ensayo de otros materiales. Figura 29: Flujo de calor generado por la placa caliente Fuente: (Camino & Camino, 2017) Según: Camino & Camino, (2017) para la presente investigación, los elementos de adobe a ser ensayadas para conocer su conductividad térmica, deberán estar aisladas completamente de la temperatura ambiente, todo ello con la finalidad de prevenir que la temperatura ambiente modifique los datos alcanzados por la termocupla, determinados en las placas de aluminio. Se utilizará el Tecnopor como material aislante. 58 Según Camino & Camino, (2017) se observa en la figura, los elementos de albañilería a ensayar serán colocados dentro del compartimiento, manteniendo siempre el orden: primero la placa fría de aluminio, luego el elemento de albañilería, posteriormente la placa caliente de aluminio, sobre ella otro elemento de albañilería que tenga las semejantes dimensiones que el primero, seguidamente a esta se coloca la placa fría de aluminio. Figura 30: Acondicionamiento para el ensayo de la conductividad térmica Según: Camino & Camino, (2017), la placa caliente de aluminio se elevara progresivamente de temperatura, transmitiendo así el calor a los elementos de albañilería, al transcurso de un periodo por el flujo de calor en los elementos ensayados se percibe la temperatura en la placa fría de aluminio, es en ese momento en donde debe tomarse la temperatura en los sensores, estos datos serán tomados para aplicarse a la relación matemática del coeficiente de la conductividad térmica λ, y de esta manera determinar esta propiedad física. Termocupla Tipo K Las termocuplas son sensores de temperatura comúnmente utilizados en la industria, una termocupla está constituido por dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los milivoltios el cual asciende con la temperatura. (Garcia, 2006). Tienen un rango de temperatura de -200 °C a +1372 °C y una sensibilidad 41µV/°C aproximadamente. Posee buena resistencia a la oxidación. (Garcia, 2006) La termocupla tipo K es usado comúnmente en fundiciones y hornos a temperaturas menores de 1300 °C, por ejemplo, fundición de cobre y hornos de tratamientos térmicos. (Garcia, 2006) 59 Figura 31: Sensor de temperatura digital – termocupla tipo K Fuente: Camino & Camino, (2017) 2.3. Hipótesis 2.3.1. Hipótesis general “Los elementos de adobe estabilizado con fibra de poliéster presenta mejor conductividad térmica y propiedades físico-mecánicas frente a los elementos de adobe tradicional del sector adoberos, distrito San Sebastián - Cusco” 2.3.2. Sub hipótesis 1° Sub hipótesis Los elementos de adobe estabilizado con fibra de poliéster presentan mayor resistencia a la compresión frente a un adobe tradicional. 2° Sub hipótesis Los elementos de adobe estabilizado con fibra de poliéster presentan mayor resistencia a la tracción por flexión frente a un adobe tradicional. 3° Sub hipótesis Los elementos de adobe estabilizado con fibra de poliéster presentan menor alabeo frente a un adobe tradicional. 60 4° Sub hipótesis Los elementos de adobe estabilizado con fibra de poliéster presentan mejor conductividad térmica frente a un adobe tradicional. 5° Sub hipótesis Los elementos de adobe estabilizado con fibra de poliéster presentan menor porcentaje de absorción frente a un adobe tradicional. 6° Sub hipótesis Los elementos de adobe estabilizado con fibra de poliéster presentan menor succión de agua frente a un adobe tradicional. 2.4. Definición de variables 2.4.1. Variables independientes • X1: Fibra de poliéster La estabilización del elemento de adobe logra mejorar las propiedades de dicho material de albañilería, a través de la incorporación homogénea de fibra de poliéster 100% reciclado de botellas plásticas. 2.4.1.1. Indicadores de variables independientes • X1: Porcentaje de fibra de poliéster (%) respecto al peso de una unidad de adobe. 2.4.2. Variables dependientes • Propiedades físicas Evalúa el elemento de albañilería a mediante la observación, pertenecen a la naturaleza del material, es la relación que existe entre la masa y el volumen de un cuerpo. • Propiedades mecánicas Evalúa el elemento de albañilería mediante la aplicación de una fuerza mecánica, como son su dureza, resistencia, medibles en función a una fuerza 2.4.2.1. Indicadores de variables dependientes • Propiedades Mecánicas ▪ Y1: Resistencia a la compresión • Esfuerzo de compresión (kg-f/cm2). 61 ▪ Y2: Resistencia a la tracción por flexión • Esfuerzo de tracción por flexión (kg-f/cm2). • Propiedades físicas ▪ Y3: Alabeo • Concavidad y convexidad (mm). ▪ Y4: Conductividad térmica • Watios por metro y Kelvin (w/(m-°K)). ▪ Y5: Absorción • Porcentaje de absorción (%). ▪ Y6: Succión • Índice de succión (gr/min/cm2). 62 2.4.3. Cuadro de operacionalización de variables CUADRO DE OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES VARIABLES INDEPENDIENTES TIPO VARIABLE DESCRIPCION NIVEL INDICADOR INSTRUMENTO ADOBE ESTABILIZADO Cantidad de fibra de poliéster que será añadido por peso de Adición del (%) X1 peso de fibra de poliéster (gr.) Ficha de Laboratorio CON FIBRA DE elemento de adobe fibra de poliéster POLIÉSTER VARIABLES DEPENDIENTES Propiedad que presentan los elementos de adobe estabilizado y Resistencia a la Kilogramo Fuerza por Y1 Ficha de Laboratorio tradicional para estar sometido a un esfuerzo de compresión. compresión Centímetro cuadrado PROPIEDADES MECÁNICAS Propiedad que presentan los elementos de adobe estabilizado y Resistencia a la Kilogramo Fuerza por Y2 Ficha de Laboratorio tradicional para estar sometido a un esfuerzo de flector. tracción por flexión Centímetro cuadrado Deformación de una superficie plana del elemento de adobe, por Superficies cóncavas (mm) y Y3 acción del calor, humedad, etc., de manera que no pueda coincidir Alabeo Ficha de Laboratorio superficies convexas (mm) con un plano. Propiedad de un elemento de adobe de transferir calor por Conductividad Y4 Watios por Kelvin y metro Ficha de Laboratorio PROPIEDADES conducción. térmica FÍSICAS Propiedad de un elemento de adobe de incorporar agua en su Y5 Absorción Porcentaje de absorción Ficha de laboratorio interior. Propiedad según el cual un líquido a una presión inferior a la Y6 Succión Índice de Succión Ficha de Laboratorio atmosférica es absorbido por un medio poroso 63 CAPÍTULO III: METODOLOGIA 3.1. Metodología de la investigación 3.1.1. Enfoque de la investigación El actual estudio de investigación está regido bajo la tipología CUANTITATIVA porque conllevo a una descripción y análisis de un hecho real para dar un aporte científico tomando en cuenta el número apropiado de especímenes según establece la norma E.080. Hernández, (2010) menciona que: “la investigación cuantitativa es una forma estructurada de recopilar y analizar datos obtenidos de distintas fuentes, implica el uso de herramientas informáticas, estadísticas, y matemáticas para obtener resultados” 3.1.2. Nivel o alcance de la investigación La actual investigación es de nivel DESCRIPTIVO ya que se realizó con el fin de especificar las propiedades, características y parámetros para ser sometidos a un análisis y comparación de los resultados. (Hernández, 2010) 3.1.3. Método de investigación La metodología utilizada fue el HIPOTÉTICO-DEDUCTIVO debido a que se inicialmente se formuló varias hipótesis las mismas serán rebatidas y se lograron confrontar y demostrar por medio de hechos deduciendo las conclusiones relacionado a las variables e indicadores de la presente investigación. (Bernal, 2010) 3.2. Diseño de la investigación 3.2.1. Diseño metodológico Según Hernández (2010), esta investigación se cataloga como CUASI-EXPERIMENTAL, ya que, al momento de realizar los ensayos en laboratorio a los elementos de albañilería, se presentaron agentes externos incuantificables, tales como: la presión atmosférica, temperatura ambiental, calibración de equipos, humedad, etc. 64 3.2.2. Diseño de ingeniería INICIO ELABORACION DE ADOBES ¿SE DETERMINÓ EL PORCENTAJE (%) DE FIBRA DE POLIÉSTER CON LA QUE SE OBTENDRÁ UNA MEJOR TRABAJABILIDAD? NO SI VERIFICAR Y ANALIZAR EL PESO (gr.) A INCORPORAR EN EL ADOBE USANDO COMO REFERENCIA OTRAS TESIS SELECCIÓN DEL MATERIAL ADOBE INCORPORADO CON ADOBE FIBRA DE POLIÉSTER TRADICIONAL (arena, arcilla, limo y fibra de (arena, arcilla y limo) poliéster) PRUEBA IN-SITU PRUEBA EN LABORATORIO - taxonomía de los suelos (prueba de la - Ensayo de Granulometría botella) - Ensayo de Limites de Atterberg - Prueba de Resistencia seca - Prueba de la Cinta de Barro ELABORACIÓN, CURADO Y SECADO DE LAS U NIDADES DE ALBAÑILERÍA DURANTE 28 DÍAS 1 65 1 ENSAYOS DE LAS UNIDADES DE ALBAÑILERÍA - ENSAYO DE ALABEO - ENSAYO DE VARIABILIDAD DIMENSIONAL - ENSAYO DE SUCCIÓN - ENSAYO DE ABSORCIÓN - ENSAYO DE EROSIÓN ACELERADA DE SWINBURNE - ENSAYO DE DESGASTE POR GOTEO - ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN - ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN - ENSAYO DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DESCRIPCIÓN DE LAS PROPIEDADES TÉRMICAS, FÍSICAS Y MECÁNICAS COMPARACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD TERMICA Y PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS RESPECTO AL ADOBE TRADICIONAL DISCUSIÓN, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES FIN 66 3.3. Población y muestra 3.3.1. Población 3.3.1.1. Descripción de la población La población en estudio estaba compuesta por los elementos de albañilería de tierra cruda fabricadas con suelo de desmontes de distintas localidades del Cusco llevadas a las adoberas ubicadas en San Sebastián – Vía Expresa para su posterior elaboración de unidades de adobes tradicionales y adobes estabilizados con fibra de poliéster elaborados por los tesistas. 3.3.1.2. Cuantificación de la población Fue una población constituida por 208 adobes entre tradicionales y estabilizados con fibra de poliéster al 0.25%, 0.50% y 0.75%; todos ellos elaborados con suelo de desmontes de distintas localidades del Cusco, y elaborados según la norma E080. 3.3.2. Muestra 3.3.2.1. Descripción de la muestra La muestra fueron los elementos de albañilería de tierra cruda fabricadas con suelo de desmontes de distintas localidades del Cusco. Con dimensiones de 30cm. (largo) x 15cm. (ancho) x 8cm. (altura), entre tradicional y los elementos estabilizados con fibra de poliéster fabricados por los tesistas, que fueron sometidos a ensayos de laboratorio para su estudio, así como también para definir las propiedades físicas, mecánicas y térmicas de las mismas. 3.3.2.2. Cuantificación de la muestra La cantidad de muestra se limitó a 208 elementos de albañilería de tierra cruda fabricadas con suelo de desmontes de distintas localidades del Cusco, total de la población entre tradicionales y estabilizados con fibra de poliéster. 67 Tabla 15: Cuantificación de la muestra ADO BE ADO BE ADO BE ADO BE ENSAYO DE LABORATORIO ESTABILIZADO ESTABILIZADO ESTABILIZADO TO TAL TRADICIO NAL AL 0.25% AL 0.50% AL 0.75% VARIACIÓN DIMENSIONAL 6 6 6 6 24 ALAVEO 6 6 6 6 24 SUCCIÓN 6 6 6 6 24 ABSORCIÓN 6 6 6 6 24 EROSIÓN ACELERADA DE SWINBURNE (SAET) 6 6 6 6 24 DESGASTE POR GOTEO 6 6 6 6 24 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN 6 6 6 6 24 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN 6 6 6 6 24 CONDUCCIÓN TÉRMICA 4 4 4 4 16 TOTAL DE MUESTRAS 208 3.3.2.3. Método de muestreo Según Hernández, (2010), la investigación utiliza la metodología de muestreo NO PROBABILISTICO, para la selección de las muestras no dependen de fórmulas ni procedimientos estadísticos, sino depende de las decisiones del investigador, siendo los investigadores quienes fabrican los elementos de albañilería, el cantidad de la población es proporcional al número de la muestra, estos también deben de cumplir con la estabilización de fibras de poliéster al 0.25%, 0.50% y 0.75% como un criterio de selección. 3.3.2.4. Criterios de evaluación de muestra Según la RNE E 0.80 Diseño y construcción de tierra reforzada, (2017) es recomendable ensayar 6 elementos de albañilería para ensayos de resistencia a compresión, se tomara esta misma consideración para los otros ensayos como son: variabilidad dimensional, alabeo, succión, absorción, erosión (SAET), erosión por goteo y resistencia a la tracción por flexión; para el ensayo de conductividad térmica solo se tomara 4 elementos de albañilería, tanto en tradicionales como para estabilizados con fibras de poliéster al 0.25%, 0.50% y 0.75%. 3.3.3 Criterios de inclusión • Para la presente investigación no son prescindibles mayores criterios para la inclusión ya que la muestra es coincidente absolutamente con el total de la población a evaluar. • Los elementos de albañilería (adobes) deben ser de tierra cruda (suelo) fabricadas en las adoberas del distrito de San Sebastián-Cusco. Se tomarán en consideración los elementos 68 de albañilería tradicional y estabilizadas con fibras de poliéster al 0.25%, 0.50% y 0.75% de las adoberas ubicadas en el distrito de San Sebastián – Vía Expresa. • Los elementos de albañilería fueron dimensionados en 30.00 x 15.00 x 8.00 cm • Se tomó en consideración que las evaluaciones de estas muestras de albañilería sean a los 30 días de su elaboración. • Para la evaluación a compresión de los elementos de albañilería tradicionales y estabilizadas con fibras de poliéster al 0.25%, 0.50% y 0.75%. • Para las evaluaciones a los elementos de albañilería tradicionales y estabilizadas con fibras de poliéster al 0.25%, 0.50% y 0.75% se realizó bajo las mismas condiciones ambientales (temperatura, humedad). 69 3.4. Instrumentos 3.4.1. Instrumentos metodológicos o instrumentos de recolección de datos Tabla 16: Formato – cuestionario para determinar las características en la elaboración de los elementos de adobe UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL “ESTUDIO COMPARATIVO DE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA Y PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LAS UNIDADES DE ADOBE ESTABILIZADAS CON FIBRA DE POLIESTER FRENTE AL ADOBE TRADICIONAL, DE LAS ADOBERAS UBICADAS EN EL DISTRITO DE SAN SEBASTIÁN-CUSCO” RESPONSABLES: JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: SAN SEBASTIÁN- VÍA EXPRESA ENCUESTA DE CAMPO: CARACTERISTICAS EN LA ELABORACIÓN DE ADOBE TRADICIONAL 1.- ¿Cuál es la procedencia de la tierra que usa para la fabricación de sus adobes? 2.- ¿Cuáles son los criterios que usa en la seleccón de la tierra para la fabricacion de sus adobes? 3.- ¿Cuál es la procedencia de la paja que usa para la fabricaión de los adobes y cual es la dimension aproximada de esta? 4.- ¿Cuál es la procedencia del agua que utiliza en la fabricacion de los adobes y si usa algun control de calidad? 5.- ¿Una vez reunidos los materiales cual es el procedimeinto para la fabricacion de los adobes? 6.- ¿Qué tiempo es el considerado para hacer dormir el barro para una posterior fabricación de los adobes? 7.- ¿a los cuantos dias de tendido el adobe se realiza el arrumado de los adobes ? 8.- ¿En cuánto tiempo consideran que el adobe ha secado por completo y esta listo para su uso o venta? 9.- ¿Realizan algún tipo de control de calidad antes de la venta? 10.- ¿A que precio de venta se encuentran en el mercado los adobes tradicionales? Tabla 17: Formato – prueba de campo – cinta de barro UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RESPONSABLES: RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: LABORATORIO DE SUELOS - UAC ENSAYO: CINTA DE BARRO SUELO SUELO SUELO ARCILLO- ARENOSO ARCILLOSO RESULTADO ARENOSA 0 a 5 cm 5 a 15 cm 15 a + cm Muestra de Suelo 70 Tabla 18: Formato – prueba de campo – presencia de arcilla- resistencia Seca UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RESPONSABLES: RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: LABORATORIO DE SUELOS - UAC ENSAYO: PRESENCIA DE ARCILLA - RESISTENCIA SECA MEDIA O ALTA BAJA RESISTENCIA RESISTENCIA RESULTADO (la bola no se rompe) (la bola no se rompe) Bola 1 Bola 2 Bola 3 Bola 4 Muestra de Suelo Tabla 19: Formato – prueba de campo – taxonomía de los suelos USDA UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RESPONSABLES: RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: LABORATORIO DE SUELOS - UAC ENSAYO: PRUEBA DE LA BOTELLA MATERIAL ARENAS LIMOS ARCILLAS ORGANICO RESULTADO 55% - 77% 15% - 25% 10% - 20% 0% Muestra de Suelo 71 Tabla 20: Formato – ensayo de laboratorio – límite líquido UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RESPONSABLES: RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: LABORATORIO DE SUELOS - UAC ENSAYO: LIMITE LIQUIDO MUESTRA 1 2 3 NUMERO DE GOLPES RECIPIENTE (gr.) PESO RECIPIENTE + SUELO HÚMEDO (gr.) PESO RECIPIENTE + SUELO SECO (gr.) PESO DEL AGUA (gr.) PESO DEL RECIPIENTE (gr.) PESO DEL SUELO SECO (gr.) PORCENTAJE DE HUMEDAD (%) Tabla 21: Formato – ensayo de laboratorio – limite plástico UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RESPONSABLES: RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: LABORATORIO DE SUELOS - UAC ENSAYO: LIMITE PLÁSTICO MUESTRA 1 2 RECIPIENTE (gr.) PESO RECIPIENTE + SUELO HÚMEDO (gr.) PESO RECIPIENTE + SUELO SECO (gr.) PESO DEL AGUA (gr.) PESO DEL RECIPIENTE (gr.) PESO DEL SUELO SECO (gr.) PORCENTAJE DE HUMEDAD (%) 72 Tabla 22: Formato – ensayo de laboratorio – granulometría UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RESPONSABLES: RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: LABORATORIO DE SUELOS - UAC ENSAYO: GRANULOMETRÍA Peso Inicial de la Muestra gr. Peso de la Muestra Despues del Secado al Horno gr. PORCENTAJE DE PORCENTAJE DE PORCENTAJE ABERTURA PESO RETENIDO PESO RETENIDO TAMIZ PESO RETENIDO QUE PASA ACUMULADO (mm) (gr.) (%) (%) (%) 3/4" 19.050 3/8" 9.525 #4 4.763 #8 2.381 #16 1.191 #30 0.595 #50 0.298 #100 0.149 #200 0.074 FONDO Total Retenido: Tabla 23: Formato – ensayo de laboratorio – alabeo UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL RESPONSABLES: JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: LABORATORIO DE SUELOS - UAC ENSAYO: ALABEO CARA A CARA B ESPÉCIMEN CONCAVO(mm) CONVEXO(mm) CONCAVO(mm) CONVEXO(mm) 1 2 3 4 5 6 PROMEDIO (mm) CONCAVIDAD PROMEDIO (mm) CONVEXIDAD PROMEDIO (mm) ALABEO PROMEDIO (mm) 73 Tabla 24: Formato – ensayo de laboratorio – variabilidad dimensional UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RESPONSABLES: RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: LABORATORIO DE SUELOS - UAC ENSAYO: VARIABILIDAD DIMENSIONAL MUESTRA LARGO (cm) ANCHO(cm) ALTURA(cm) L1 L2 L3 PROM. A1 A2 A3 PROM. H1 H2 H3 PROM. 1 2 3 4 5 6 LARGO PROMEDIO (cm) ANCHO PROMEDIO (cm) ALTURA PROMEDIO (cm) DESVIACIÓN ESTÁNDAR DESVIACIÓN ESTÁNDAR DESVIACIÓN ESTÁNDAR PORCENTAJE DE VARIACIÓN (%) PORCENTAJE DE VARIACIÓN (%) PORCENTAJE DE VARIACIÓN (%) Tabla 25: Formato – ensayo de laboratorio – succión UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RESPONSABLES: RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: LABORATORIO DE SUELOS - UAC ENSAYO: SUCCIÓN -ADOBE TRADICIONAL TIEMPO PESO DEL SUCCIÓN PESO LARGO ANCHO ÁREA DE AGUA ESPÉCIMEN (gr./min/ SECO (gr.) (cm) (cm) (cm2) SUCCIÓN SUCCIONADA 200cm2) (min) (gr.) 1 2 3 4 5 6 PROMEDIO 74 Tabla 26: Formato – ensayo de laboratorio – absorción UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RESPONSABLES: RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: LABORATORIO DE SUELOS - UAC ENSAYO: ABSORCIÓN PESO SATURADO (gr.) ESPÉCIMEN PESO SECO (gr.) ABSORCIÓN(%) 24hrs. 1 2 3 4 5 6 PROMEDIO Tabla 27: Formato – ensayo de laboratorio – erosión acelerada (SAET) UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RESPONSABLES: RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: LABORATORIO DE SUELOS - UAC ENSAYO: EROSIÓN ACELERADA (SAET) CAUDAL OQUEDAD NIVEL DE ESPÉCIMEN TIEMPO (min) OBSERVACIONES (ml/min.) (mm) RESISTENCIA 1 2 3 4 5 6 PROMEDIO 75 Tabla 28: Formato – ensayo de laboratorio – desgaste por goteo UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RESPONSABLES: RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: LABORATORIO DE SUELOS - UAC ENSAYO: DESGASTE POR GOTEO CAUDAL OQUEDAD NIVEL DE ESPÉCIMEN TIEMPO (min) OBSERVACIONES (ml/min.) (mm) RESISTENCIA 1 2 3 4 5 6 PROMEDIO Tabla 29: Formato – ensayo de laboratorio – resistencia a la compresión UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL JOSE ANTONIO ALAGON HUARANCCA RESPONSABLES: RONALD SAUL EDWAR NEIRA ATAMARI FECHA: LUGAR: LABORATORIO DE SUELOS - UAC ENSAYO: RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN CARGA MÁXIMA ESPÉCIMEN Ancho (cm) Largo (cm) ÁREA (Cm2) F'c (Kg/Cm2) (kgf) 1 2 3 4 5 6 PROMEDIO