No TemplateUso de la metodología de la tierra comprimida estabilizada para la fabricación de ladrillos Use of stabilized compressed earth methodology for bricks manufacturingCátedraVillarreal|LimaAbstract
Building materials such as concrete blocks and fired clay brick are very expensive and, in some circumstances, have a detrimental effect on the environment. Although there are some experiences and studies to improve the durability of bricks, these have not been sufficiently disseminated. One of the alternatives is stabilized compressed earth brick, as a sustainable material that uses locally available soils, combined with stabilizers to improve its resistance. Also, the construction development of these bricks is on-site and requires less qualified labor.
Los materiales de construcción como los bloques de hormigón y el ladrillo de arcilla cocida son muy costosos y en algunas circunstancias generan un efecto perjudicial en el medio ambiente. Pese a que existe un sin número de experiencias y estudios para mejorar la durabilidad de los ladrillos estos no han sido difundidos suficientemente. Una de las alternativas es el ladrillo de tierra comprimido estabilizado, como material sostenible que utiliza suelos disponibles localmente, combinados con estabilizadores para mejorar su resistencia. Asimismo, el desarrollo de construcción de estos ladrillos es in situ y requiere mano de obra menos calificada.
Los materiales de construcción como los bloques de hormigón y el ladrillo de arcilla cocida son muy costosos y en algunas circunstancias generan un efecto perjudicial en el medio ambiente. Pese a que existe un sin número de experiencias y estudios para mejorar la durabilidad de los ladrillos estos no han sido difundidos suficientemente. Una de las alternativas es el ladrillo de tierra comprimido estabilizado, como material sostenible que utiliza suelos disponibles localmente, combinados con estabilizadores para mejorar su resistencia. Asimismo, el desarrollo de construcción de estos ladrillos es in situ y requiere mano de obra menos calificada.
Introducción
En la era moderna de la ingeniería civil, la sostenibilidad tiene mayor atención, pero el inconveniente de los materiales de construcción tradicionales como el cemento, el agregado de ladrillos y el acero se suman a la contaminación 1 provocada por la emisión de dióxido de carbono durante el desarrollo de preparación de ladrillos convencionales, ocasionando muchos problemas ambientales. (Malkanthi, et al., 2020). Asimismo, existe un malestar dentro de la industria de las viviendas para dar soluciones menos costosas y técnicamente superiores, se propone los sistemas prefabricados, que pueden ser una solución al problema; sin embargo, este tipo de vivienda puede resultar ser muy costosas, teniendo en cuenta que no solo debe ser rentables sino debe ofrecer una mejor habitabilidad, longevidad y sostenibilidad 2. Existe una preocupación en la búsqueda de materiales alternativos que sean baratos y asequibles. 3. además, hay una inquietud con los edificios debido a que representan el 32% del uso integro de energía global y el 19% de la emanación de gases del efecto invernadero, esto ocasiona la necesidad de una solución de vivienda urgente que cumpla con los criterios de estabilidad estructural y sostenibilidad 4. En tal sentido se plantea la tierra comprimida estabilizado, como solución porque es un material sostenible y localmente disponible, mezclados con estabilizadores que aumenta su resistencia (AbdAlkarem, et al., 2020). Hoy en día se ha retomado el sistema tradicional del adobe mediante estudios para aumentar sus características originales, originando lo que entendemos como ladrillo de adobe tecnificado o ladrillo de tierra comprimido estabilizado 5. Anteriormente los ladrillos de tierra se han usado comúnmente como material de relleno o revestimiento no portante 6, el criterio desfavorable de utilizar solo tierra para la construcción es su durabilidad, que está relacionada con su resistencia a la compresión, debido a que la mayoría del suelo está en su estado natural que carece de resistencia, estabilidad dimensional y durabilidad 7. En ese sentido se considera que el ladrillo de tierra estabilizado, es un material de construcción compuesto por suelo húmedo compactado a alta presión y aglutinantes químicos como cemento portland 8, que frecuentemente se aplica alrededor de 21 MPa en compresión y el volumen original del suelo se reduce aproximadamente a un 50% 9. Estas unidades de albañilería son materiales de construcción amigable y sostenible desde el criterio de la eficiencia en el uso de energía y el amortiguamiento de costo 10, es reciclable regresa a la tierra sin contaminar el suelo (Temitope et al., 2019) como material de construcción refuerza la resistencia mecánica con aditivos estabilizadores, los más conocidos son el cemento, la cal y las fibras. 11. Sus propiedades mecánicas pueden caracterizarse por el índice de resistencia a la compresión y las propiedades térmicas por el índice de conductividad térmica 12. El objetivo es ofrecer una visión de materiales de construcción eficiente en energía, económicos y amigables con el medio ambiente 1. En cuanto al bloque de tierra comprimida sin adición de estabilizantes para la construcción de muros. Este mampuesto elimina en su fabricación la etapa de cocción (Galíndez, 2009). Son varios los métodos de aprovechamiento de la tierra para la construcción de edificios, específicamente viviendas, los suelos estabilizados han demostrado buena condición técnica y durabilidad en relación al adobe o al suelo apisonado 13. Tomando en cuenta el suelo-cemento como una mezcla homogénea con definidas dosis de cemento y agua, que posteriormente compactado se logra un material firme a los esfuerzos de compresión, termo aislaste, casi impermeable, y duradero en el tiempo 14, no es tóxico y puede renovarse presenta buena resistencia al sonido, durabilidad y flexibilidad. 15. También realizaron estudios de estabilización de tierra con bacterias ureolíticas, obteniendo como resultado el acrecentamiento de la resistencia a compresión y la reducción de absorción de agua, el cual indica el éxito del uso de bacterias como una solución ecológica, para mejorar la durabilidad del material de construcción 16. plantean desafíos adicionales debido a que pertenecen a una nueva clase de materiales a base de cemento. 17. Un claro ejemplo tenemos la piscina municipal Toro (Figura 1 y 2), galardonada por presentar una construcción sostenible, elaborada de tierra estabilizada con cemento blanco y cal.
Revisión de las técnicas usadas en ladrillo de tierra comprimida
Esta revisión analiza la tierra comprimida con estabilización para la fabricación de ladrillos y sus propiedades, por medio de las revisiones de la literatura científica y experiencias prácticas internacionales, Para el desarrollo se analizaron diferentes métodos:
Suelo
La tierra es un material alternativo y sostenible que se usa desde tiempos conmemorables 18. Es considerado un recurso abundante en casi todo el mundo (Sitton, et al., 2018), tiene propiedades higroscópicas ventajosas debido a que respira absorbiendo o liberando humedad 19. Sus propiedades físicas al ser interactuadas con diferentes componentes químicos y el agua, originan un papel decisivo en la aplicación de ingeniería de las materias primas 3. por lo tanto, la tierra modificada es un producto de material poroso suelto, cuando la materia prima del suelo de alta densidad se somete a una carga externa, las partículas de suelo de cada componente se disponen y se ocluyen eficazmente entre sí 12. Asimismo, se consideran suelos orgánicos aquellos que tienen el 20% de partículas de arcilla, 33% de limo y 47% de arena fina 20. En el caso de los suelos salinos tienen un potencial limitado para el cultivo, el uso de este tipo de suelo es un modo de mitigar la destrucción de tierras agrícolas. 21 Selección del suelo Depende de la ubicación como del entorno debido a la variada plasticidad que presenta 22, para la clasificación del suelo se deben considerar tres clases, para suelos con LS>11,0 (primera clase); para suelos con LS=6,0-11,0 (segunda clase); y para suelos con LS<6,0 (tercera clase). Los suelos de la primera clase no son aptos para la estabilización y deben excluir como candidatos para la estabilización, la segunda y la tercera clase se analizan para determinar la cantidad de arena y el contenido de arcilla-limo para considerar el tipo y la cantidad de estabilizador 23.
Estabilizadores
La estabilización es un proceso que modifica las propiedades del suelo, teniendo en cuenta algunos factores como el porcentaje de estabilizador, la presión aplicada en la fabricación y la mezcla adecuada del suelo con el estabilizador 24. El cemento hidratado mejora la resistencia a la compresión de las unidades de tierra 11. Es uno de los estabilizadores que se usa ampliamente porque reduce el límite de líquido, mejora la trabajabilidad del suelo y aumenta el límite de plasticidad, acelera el proceso de sinterización y mejora la reacción química 9. Ocasionando un incremento suficiente en la resistencia al agua, a la compresión y la estabilización en las dimensiones 23, agregando de 4-10% de cemento para la fabricación de unidades de albañilería, genera características de aislamiento térmico y acústico aceptables 11. Con la estabilización del cemento, los bloques deben curarse durante cuatro semanas después de la fabricación 14. Una de las funciones del estabilizador es disminuir la hinchazón del suelo mediante la creación de una estructura sólida y cohesiva con la masa de tierra 24. En cuanto a la estabilización con la cal depende más del tiempo que de la dosis, por tanto, gana fuerza con el tiempo 9. La estabilización con cal necesita un mayor tiempo de curado para obtener porcentajes de resistencia relevantes 25. Si se trata de La estabilización con geopolimeros mejora los parámetros mecánicos por su producción de geles geopolimeros que conectan las partículas, generando que la muestra sea más resistente y compacta, los parámetros térmicos varían ligeramente con el contenido de geopolimeros, pero permanecen por debajo de los estabilizadores con cemento 26. y por ultimo las bacterias como estabilizador presentan excelentes propiedades de estabilización el cual genera mejor durabilidad del suelo. 27. El silicato de sodio, el ácido fosfórico y el ácido fluorhídrico tiene el efecto de mejorar la actividad puzolánica del suelo salino. 21 Resistencia a la compresión y flexión del suelo Es el valor más universalmente aceptado para determinar la calidad de los ladrillos, pero está relacionada con el tipo de suelo y el contenido del estabilizador 7. Asimismo, si se adiciona bacteria estos actúan como reemplazo a la piedra caliza 27. En cuanto a las fallas por flexión la tierra estabilizada presenta una desviación muy pequeña que varía de 2mm a 6mm 20. Asimismo, la resistencia a la compresión no debe ser inferior a 1,4 MPa en estado seco y 0,7 MPa en estado húmedo 1.
Absorción de agua
Las muestras estabilizadas conservan su masa durante la inmersión en agua, mientras que las muestras no tratadas con estabilizantes se deterioran durante la inmersión 20. La absorción de agua varía de acuerdo al estabilizador usado, en el caso del cemento para un contenido 6% la absorción de agua es al 15% 1 el uso de bacterias impide la entrada de agua a los poros de la muestra debido a que estos se llenan con calcita. 27 Procedimiento de fabricación del ladrillo de tierra comprimida
• Reconocimiento y fabricación.
Se elabora un estudio de las características químicas y físicas con ensayos de laboratorio o en situ. dependiendo de la muestra se hará un tamizado y molturado de la tierra 10 Es importante considerar la trabajabilidad en la producción, una trabajabilidad baja puede romperse la unidad de albañilería fácilmente al momento de sacar del equipo de prensado. 28
• Incorporado
Se combinan los elementos secos cuidadosamente, posterior se agrega gradualmente la proporción de agua para un conveniente apisonado 24.
• Comprimir
Trabajo primordial en la fase de producción de los ladrillos de tierra comprimida, por medio de la compactación de presión externa, logrando como resultado la reducción del suelo y del volumen de los poros. 12. La mezcla debe estar completamente húmeda para unirse al momento de compactar con el objetivo de lograr una compactación completa 29.
• Secado
Debe ejecutarse de manera vigilada. Existen dos etapas: etapa de curado (adición de estabilizantes) y etapa de secado. A fin de evitar un secado rápido (mantener al abrigo del viento y el sol) debido a que origina fisuras de retracción, afectando la resistencia final de los bloques 24.
• Almacenamiento
Transcurridas 24 horas ya puede usarse las unidades de albañilerías para su colocación, se recomienda embalar en plástico para conservar sus propiedades de humedad adecuado (el caso de haber sido estabilizado).
Si las unidades no fueron estabilizadas, pueden ser idóneos para su colocación en obra a los 20 días 24.
Discusión
La tierra comprimida estabilizada con la adición de cal redujo la capacidad de absorción 20, mostro una buena respuesta de resistencia a la compresión debido a la capacidad de la cal para descomponer el tetraedro de sílice y crear materiales hidratados más estables 15. El cemento portland es el estabilizador más usado, considerando el porcentaje de cemento de 4-10% del peso seco del suelo, si se utilizara más de 10% ya no se consideraría económico para producir ladrillos 24. Se debe tener en cuenta el índice de plasticidad del suelo, 17 si su índice es menor a 15 es adecuado usar cemento como estabilizador, si el índice es superior a 15 o tiene un contenido de arcilla, se sugiere utilizar cal como estabilizador 7. En cuanto al uso de las bacterias el resultado de resistencia a la compresión a los 28 días fue de 6.36 N/mm 2 con la bacteria llamada calcita bacteriana 16. Considerando la estabilización con aglutinante de geopolimeros del 20% se obtuvo una resistencia de 8,9 MPa y con el 10% se obtuvo 4 MPa 26.
Conclusión
La tierra estabilizada es un componente que brinda una alternativa de construcción, mediante los ladrillos de tierra comprimida estabilizada que son materiales de construcción sostenibles, porque no se queman, no es necesario tener electricidad para la combustión y reduce la contaminación ambiental. Asimismo, la tierra que incluye un alto porcentaje de grava necesita más cemento que la tierra arenosa. También, para obtener una resistencia temprana de durabilidad y ductilidad, el cemento puede considerarse como un agente aglutinante más apropiado en comparación con el estabilizador de cal. Pero el cemento es costoso si se utiliza más del 10%. En referencia al uso de bacterias como estabilizador generan un crecimiento en la resistencia a la compresión y reduce la permeabilidad de agua, si se adiciona un 5% de calcita bacteriana, crea un mejor resultado con una resistencia de compresión de 15,25% y una reducción de absorción de agua de con 15.66% a los 28 días de prueba. Con la estabilización con aglutinante de geopolimeros del 15% se garantiza una buena cohesión de partículas, promueve una vida más saludable, presentan buenas propiedades de durabilidad y conductividad térmica. En conclusión, el empleo de estabilizador para la fabricación de ladrillos sin cocer, mejoraron su resistencia a la flexión y la compresión. Estas nuevas unidades de albañilería tienen la propiedad de absorber la humedad atmosférica.
Fuente de Financiamiento
Este trabajo fue autofinanciado por los autores
Conflicto de Interés
Los autores del artículo declaran que no existe ningún potencial conflicto de interés relacionado con el mismo.
Interior de la piscina cubierta, fuente: (vier arquitectos S.L.).Figura 2. Entrada de acceso piscina cubierta, fuente:( vier arquitectos S.L.).
ReferencesR YRoux12122002M IZamer2016Stabilised compressed earth bricks made with coastal solonchakHaiyan ZYuLiZhengJiujunYangLeileiYang7740941820150950-0618Elsevier BVB AVinayhttp://dx.doi.org/10.1016/j.jobe.2017.02.0072017R GBradleyhttps://orcid.org/0000-0003-4988-7143192018Replacement of Cement by Lime and Other Materials in Compressed Stabilized Earth BlocksN KAhire62019Marine plastic pollution and affordable housing challenge: Shredded waste plastic stabilized soil for producing compressed earth bricksIsaac IAkinwumiAyebaemi HDomo-SpiffAdeniyiSalami11e00241e0024120192214-5095Elsevier BVMechanical and Thermal Behaviors of Cement Stabilized Compressed Earth BricksRChen4740720900720902020IOP PublishingAdvancing the Structural Use of Earth-based Bricks: Addressing Key Challenges in the East African ContextEstherObonyoDerrickTateVincentSikaMangTia211356135712010MDPI AGS AAbd-Alkarem13132020Mechanical Properties and Durability of Lime and Natural Pozzolana Stabilized Steam-Cured Compressed Earth Block BricksOuarda GIzemmourenAbdelhamidGuettalaSalimGuettala3351321133320150960-3182Springer Science and Business Media LLCAMuntohar2011SantoDomingoRepublicaDomingohttp://www.redalyc.org/articulo.ao?id=87012672003MGatani13132000Optimizing the Physical, Mechanical and Hygrothermal Performance of Compressed Earth BricksEObonyo345966042011MDPI AGS MSorehttps://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.01.0512018BKhadkahttps://doi.org/10.1007/s42107-019-00202-5182019JToiracC. Y. SOCIEDAD2008J ZSittonhttps://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.10.0058F AVenny62010FGalindez12122009Lime stabilization for compressed stabilized earth blocks with reduced clay and siltS NMalkanthiNBalthazaarA A D A JPerera12e00326e0032620202214-5095Elsevier BVI MSaeed13132020I JAmeem13132020Study on Compressed Stabilised Earth Blocks Using ALGIPLAST AdmixturesA MNagaraja2018Strength and Durability Characteristics of Cement-Sand Stabilized Earth BlocksMohammad SharifulIslamTausif-E-ElahiAzmayeen RafatShahriarKamrunNaharTahsin RezaHossain325040200870402008720200899-1561American Society of Civil Engineers (ASCE)J BTemitopehttps://doi.org/10.1016/j.istruc.2019.12.024Characterization of dry-stack interlocking compressed earth blocksThomas RSturmLuís FRamosPaulo BLourenço4893059307420151359-5997Springer Science and Business Media LLCA Review on Interlocking Compressed Earth Blocks (ICEB) with Addition of BacteriaJ MIrwanM MZamerNOthman4701017010172016EDP SciencesThe effect of using different percentages of soil and fine aggregate on stabilized earth bricksZAbed7370120460120462020IOP PublishingMechanical behaviour of hypercompacted earth for building constructionA GWalter15152017Recommendations for the Selection, Stabilization, and Compaction of Soil for Rammed Earth Wall ConstructionSBurroughs5110111420101552-6100College PublishingJKinuthiahttp://dx.doi.org/10.1016/B978-1-78242-305-8.00018-8292015Combined effect of mineralogy and granular texture on the technico-economic optimum of the adobe and compressed earth blocksA BAmmariKBouassriaMCherrajHBouabidSCharif D’ouazzane724024820172214-5095Elsevier BVResistencia a la flexión y tendencia a la falla de las carteras de tierra apisonada estabilizada con cemento reforzado con bambú y bonoteD GTripura12122019