INTRODUCCIÓN.

México tiene gran potencial de mármol como roca dimensionable. La producción del mármol reportada en 2014 fue de 3.5 millones de toneladas [2]. El proceso de producción del mármol cuenta con etapas de corte, pulido y acabado se producen del orden de 170 kg de residuo seco (polvo) por metro cúbico tratado, y este residuo es de alto grado de contaminación, tanto en el medio ambiente como en la salud [3]. Los depósitos de polvo de mármol en la mayoría de los casos no son los apropiados dado que no están regulados. El residuo, al secarse, se va dispersando con el viento, y el resto solo es un cúmulo de deshechos que afecta directamente a la imagen urbana de la región [4]. Con la producción registrada en 2014 y considerando que el peso volumétrico del mármol es de 2.55 ton/m³, se tuvo una producción de 1.37 millones de m³, por lo tanto, se tuvo un desperdicio de 233,240 ton. que generan los problemas mencionados con anterioridad, además, el polvo de mármol se absorbe por el suelo, pudiendo alcanzar los mantos acuíferos y contaminar el agua que es extraída para el consumo humano. Dado la característica pétrea de origen del polvo de mármol es un material que se puede aplicar en la industria de la construcción.

De acuerdo con trabajo realizado por Nevárez & Rangel (2014) [5] elaboraron muestras con diversos bancos de polvo de mármol en la Comarca Lagunera, realizó diferentes dosificaciones variando el polvo de mármol, arena de río, agua y cemento gris, las muestras fueron ensayadas a compresión directa a 7, 14 y 28 días de curado en agua.

Salgado (2016) [1] elaboró ladrillos de 80x230x50 mm, y de acuerdo con sus resultados se encontró que los que presentan un mejor comportamiento son las dosificaciones de polvo de mármol (15.00 kg), cemento (1.91 kg), arena triturada (3.00 kg), cal (0.3375 kg) y agua (6.00 l) Y por lo tanto se toman esas como referencia.

En este estudio se propuso eliminar el uso de la cal en la dosificación debido a que su presencia influye en la resistencia a la compresión reduciendo significativamente la resistencia a la compresión del concreto cuando se adiciona 10 y 15% [6].

El objetivo principal de este estudio es desarrollar piezas de mampostería con dimensiones similares a la pieza de adobón (120 x 240 x 50 mm), las piezas tienen como agregado principal desecho de mármol en polvo. Se analizó la composición química del polvo de mármol de la región, se propusieron diferentes dosificaciones para fabricar ladrillos de polvo de mármol, se realizaron ensayes a compresión en las piezas realizadas con diferentes dosificaciones y se analizó el comportamiento a compresión del ladrillo de PM al 85%, con un 15% de cemento, sin cal, con diferentes tipos arena, por último, se determinó la composición química de los ladrillos en las diferentes dosificaciones. Las piezas de mampostería se sometieron a pruebas de resistencia a la compresión y rayos X.

MÉTODOS Y MATERIALES.

En el estudio realizado por Chávez, Mendiola, Narayanasamy, Cocar & López (2015) [7], elaboraron un ladrillo con cemento portland compuesto tipo I, agua potable, arena de río y polvo de mármol producto del corte y desbaste del mármol. Los elementos que tenían mayor cantidad de cemento mostraron mejores resultados a la compresión, como se observa en la Tabla 1

Otro estudio experimental realizado para elaborar ladrillos con residuos de mármol (polvo) de Marmolera Parra, realizado por Nevárez, C & Rangel, (2014) [5], se muestran en la Tabla 2 donde se presentan las dosificaciones que aprobaron el ensaye de resistencia a la compresión. Así mismo, en la Tabla 3 se muestra el resultado de la dosificación de ladrillos a 7,14 y 28 días de vida con un 15% de cemento.

Tabla 3 Resultado de resistencia a la compresión en ladrillos a 7, 14 o 28 días de curado con un 15% cemento. (Nevarez & Rangel, 2014)

Cabe mencionar que las piezas fabricadas fueron curadas de manera tradicional saturados en agua. Además de que durante el proceso de llenado de los moldes se les aplicó una precarga de 9.81 N/mm² durante un minuto, pero Nevarez & Rangel (2014) [5] no explican el proceso de precarga.

La tabla 4 muestra los resultados de resistencia a la compresión con 12% cemento.

Para obtener la resistencia a compresión de las muestras se utilizó una precarga de 9.81 N/mm² durante un minuto a la mezcla una vez lleno el molde, posteriormente se desmolda el ladrillo y se deja secar durante 24 horas a temperatura ambiente. Nevarez & Rangel (2014) [5] no explican el proceso de precarga.

En la tesis Propuesta de Sistema Constructivos de Muros de Mampostería para Viviendas a Base de Ladrillo Fabricado con Residuos de Mármol en la Comarca Lagunera de Salgado (2014) [1] concluye que la dosificación que aprobó los ensayes de resistencia a compresión en ladrillos de 80x230x50 mm fue la que contenía 15% cemento como se muestra en la tabla 5.

La tabla 6 muestra los resultados de los ensayes a compresión de los ladrillos a 7, 14 o 28 días de vida con la dosificación de 15% cemento y sustitución por 15% de Cal. Arena triturada. Sin curado. [1]

Tabla 6 Resultado de dosificación de ladrillos a 7, 14 o 28 días ,15% cemento y sustitución por 15% de Cal. Arena triturada. Sin curado. (Salgado, 2016)

Los ladrillos no se sometieron a curado, ni durante el proceso de llenado del molde se aplicó una precarga.

Marco legal.

Las normas que se aplican en este trabajo son las normas mexicanas NMX ligadas a la elaboración de ladrillos estructurales y no estructurales:

NMX-C-404-ONNCCE-2012: “Bloques, tabiques o ladrillos y tabicones para uso estructural”

Según esta norma, por sus medidas 120 x 240 x 50 mm el ladrillo estudiado se le debe llamar tabique pues su longitud es menor a 400 mm. También se indica que por ser pieza sólida debe tener una resistencia a la compresión de 6.86 N/mm² (70 kg/cm²) individualmente y de 10.78 N/mm² (110 kg/cm²) en promedio por lote. [8]

NMX-C-441-ONNCE-2013. “Piezas para uso NO estructural”. Los valores aceptados en ensayos a compresión son de 3.14 N/mm² (32 kg/cm²) individual y 3.92 N/mm² (40 kg/cm²) en promedio por lote. [8]

Para este estudio también se omite el uso de la cal dado que en estudios realizados esta reduce considerablemente la resistencia a la compresión de los ladrillos. [6].

La máquina de ensayo a compresión debe tener una capacidad suficiente y mantener una velocidad de aplicación de la carga especificada sin producir impactos y pérdidas de carga. Como el área de aplicación de la carga no es suficiente para cubrir el área que se va a cargar, se colocan placas de acero de ½ pulgada de espesor (13 mm) entre los ladrillos y el área de aplicación de la carga de a máquina de ensayo. Los ladrillos que se ensayan no se cabecearon con mortero de azufre si no que se utilizan placas de neopreno de ½ pulgada de espesor (13 mm) entre las placas de acero y el ladrillo ensayado.

Fig.1 LM en prensa hidráulica para ensaye a compresión. Elaboración propia del autor.

Se registran las medidas de las piezas (ancho, largo, alto), se someterán a un proceso de secado de 7, 14 y 28 días. La prensa hidráulica aplicará una carga uniforme de la cual se obtendrá la resistencia a la compresión. Las piezas de LM no deberán contener fisuras ni fallas antes del ensaye y con sus perfiles paralelos.

Para calcular el esfuerzo a la compresión se divide la carga bruta entre el área de la cara de la pieza sometida a presión en el ensayo.

Dónde:

Fp = Es el esfuerzo resistente a la compresión (N/mm²)

P = Carga máxima (N)

A = Área bruta transversal de la pieza (mm²)

Se realizaron pruebas con el uso de un equipo rayos X se desglosó la composición química de cada de los materiales que se emplearán en las dosificaciones para elaborar los LM, con los resultados de los componentes químicos, se puede observar la presencia de dióxido de silicio (SiO2) y de Alúmina (Al2O3); los cuales son los componentes más importantes en la constitución de los materiales confiriéndoles resistencia.

En la Tabla 7 se presentan los componentes químicos del polvo de mármol, mientras que en la Tabla 8 se muestran los componentes químicos del cemento Portland tipo I. Así mismo, en las tablas 9, 10 y 11 se presentan los componentes químicos de las arenas utilizadas en los ensayos.

Tabla 7 Componentes químicos del POLVO DE MÁRMOL. Elaboración propia del autor

Para calcular el esfuerzo a la compresión se divide la carga bruta entre el área de la cara de la pieza sometida a presión en el ensayo.

RESULTADOS

Se realizan mezclas con arena de río por su alto contenido de dióxido de silicio (SiO2) y de Alúmina (Al2O3), se realiza una segunda muestra con arena triturada, y se propone le uso de arena sílica al 100% en la dosificación, así como la sustitución parcial con arena de río al 66% y 33%.

Ladrillo Polvo de Mármol y Arena de Río (LM AR)

La Tabla 12 muestra la dosificación de LM con Arena de Río.

Las tablas 13, 14 y 15 observan los resultados resistencia a compresión de las muestras AR Arena de Río a 18, 28 días de edad, y sumergidas en agua a 25 hora a 28 días de edad.

Tabla 14 Resultados resistencia compresión AR Arena de río a 28 días edad y curado 25 horas. Elaboración propia del autor.

Como las muestras a los 28 días contienen humedad se decide someter una pieza a secado en horno durante 24 horas a 30°C (temperatura ambiente)

La siguiente tabla muestra los resultados de la prueba a compresión de LM AR con secado a 30°C durante 24 hrs.

Tabla 16 Resultados de la prueba a compresión de LM AR con secado a 30°C durante 24 hrs. Elaboración propia del autor.

En la tabla 17 se muestra la composición química de LM AR.

Tabla 17 Composición química de LM AR. Elaboración propia del autor.

Ladrillo de Polvo de Mármol y Arena Triturada (LM AT)

La siguiente mezcla se realiza tomando como base la dosificación de LM con Arena de Río, pero se sustituye al 100% la arena de río por arena triturada.

En las tablas 18 y 19 se indican los resultados de las pruebas a compresión de las muestras LM AT con una edad de 15 y 28 días de su elaboración respectivamente.

Tabla 18 Resultados de las pruebas a compresión de muestras LM AT con 15 días de elaboración. Elaboración propia del autor.

Tabla 19 Resultados a compresión de las muestras AT sometidas a carga máxima. Elaboración propia del autor.

La tabla 20 muestra los resultados de las muestras LM AT previamente sometidos a secado en horno a 30°C pARn lapso de 24 hrs. Elaboración propia del autor.

Tabla 20 Resultados de las muestras LM AT previamente sometidos a secado en horno a 30°C por lapso de 24 hrs. Elaboración propia del autor.

La siguiente tabla presenta los componentes químicos de LM AT.

Tabla 21 Componentes químicos de LM AT. Elaboración propia del autor.

Ladrillo de Polvo de Mármol y Arena Sílica (LM S)

La siguiente mezcla se realiza tomando como base la dosificación de LM con Arena de Río, pero se sustituye al 100% la arena de río por arena sílica.

Las tablas 22 y 23 muestran los resultados de ensayes a compresión a las muestras LM S con 8y 28 días de vida respectivamente.

Tabla 22 Resultados de ensayes a compresión (5 minutos) a las muestras LM S con 8 días de vida. Elaboración propia del autor.

Tabla 23 Resultados ensayes compresión carga máxima de muestras LM S con 28 días de vida. Elaboración propia del autor.

La siguiente tabla muestras los componentes químicos de LM S.

Tabla 24 Componentes químicos de LM S. Elaboración propia del autor.

Ladrillo de Polvo de Mármol y Arena Sílica al 66% y Arena de Río al 33% (LM SR)

La siguiente mezcla se realiza tomando como base la dosificación de LM con Arena de Río, pero se sustituye el 66% de la arena de río por arena sílica.

Las tablas 25, 26 y 27 muestran los resultados de los ensayes a compresión a LM SR con 8, 14 y 28 días de vida respectivamente.

La siguiente tabla muestra los componentes químicos del LM SR.

Ladrillo de Polvo de Mármol y Arena de Río al 66% y Arena Sílica al 33% (LM RS)

La siguiente mezcla se realiza tomando como base la dosificación de LM con Arena de Río, pero se sustituye el 33% la arena de río por arena sílica.

Las tablas 29,30 y 31 muestran los resultados de los ensayes a compresión a los LM RS a 7, 14 y 28 días de vida respectivamente.

La tabla 32 muestra los componentes químicos de la mezcla para fabricación de LM RS.

Ladrillo

DISCUSIÓN.

De los resultados obtenidos por los ensayes de resistencia a la compresión, se determina que todas las piezas que presentaron humedad, tuvieron un comportamientos que podremos separar en dos partes; la primera, en la que las caras exteriores de las piezas de LM en cualquiera de las opciones de dosificación no presentaban humedad y por lo tanto al aplicar carga se fracturaban en promedio a los 2 minutos de aplicación de carga, obteniéndose resultado de cargas muy bajos, esto debido a que el espesor de las partes secas oscilaba a partir de los 2mm a los 7 días de vida de las piezas. La segunda es que una vez que se fracturaban las caras secas de los LM, la parte interior del LM conserva humedad y se comprime, lo que genera que la resistencia a la compresión aumente considerablemente, llegándose a reportar hasta los 7.57 N/mm², además, se comprimieron cambiando de espesor de 50 mm perdiéndose hasta el 40% de la altura del LM. Las muestras LM SR y LM RS, presentaron ausencia de humedad a los 28 días de vida. El comportamiento de las piezas de LM que presentaron ausencia de humedad, al momento del ensaye de resistencia a compresión, se fracturaron y no presentaron deformación alguna en su espesor. Por lo tanto, solo se tomarán en cuenta para esta investigación los resultados de las muestras que presentaron ausencia de humedad.

Con los resultados de los componentes químicos de los LM AR, LM AT, LM S, LM SR y LM RS se puede observar la presencia de dióxido de silicio (SiO2) y de Alúmina (Al2O3); los cuales son los componentes más importantes en la constitución de los materiales confiriéndoles resistencia.

e realiza un análisis de áreas tributarias (8.80 m²) para determinar la carga recibida por cada LM y saber si los datos que se obtuvieron en los ensayes de resistencia a la compresión son factibles su uso, que se deberán multiplicar por la carga viva determinada por el reglamento de construcción para azoteas, para este caso es de 100 kg/m².

(8.80 m²) (100 kg/cm²) = 880.00 kg

La carga obtenida se divide entre la longitud del muro que recibe el área tributaria.

(880.00 kg) / (8.80 m) = 100.00 kg/m

La carga que recibe el muro se multiplica por la longitud de cada ladrillo para conocer la carga viva aplicada al LM.

(100 kg/m) (0.24 m) = 24.00 kg

Se procede a calcular el peso de la losa, que para este caso la consideramos sólida de concreto armado con un espesor de 10 cm, por lo tanto, se tiene un volumen de losa de 0.88 m³, y se considera 2,400 kg/m³ el peso volumétrico del concreto armado.

(2,400.00 kg/m³) (0.88 m³) = 2,112.00 kg.

Se divide el peso de la losa entre la longitud del muro que recibe el área tributaria.

(2,112.00 kg) / (8.80 m) = 240.00 k/m

La carga que recibe el muro se multiplica por la longitud de cada ladrillo para conocer la carga muerta aplicada al LM.

(240.00 kg/m) (0.24 m) = 57.60 kg

Se tiene como resultado que cada ladrillo del muro crítico recibe 57.60 kg de carga muerta.

Se suman las cargas vivas y las cargas muertas para obtener la carga total.

(24.00 kg) + (57.60 kg) = 81.60 kg.

La sección del LM es de 12 x 24 cm, por lo tanto, el área de contacto del LM es de 288.00 cm².

Se obtiene el esfuerzo soportado por el LM dividiendo la carga total por pieza entre el área de la pieza.

(81.60 kg) / (288.00 cm²) = 0.2833 kg/cm²= 0.028 N/mm²

Con este análisis de carga y con los resultados obtenidos en los ensayes de resistencia a compresión de los LM en cualquiera de sus opciones de dosificación se determina que son factibles como sistema constructivo para muros en viviendas de un nivel.

CONCLUSIONES.

Resistencia a la compresión.

La dosificación RS (Polvo de mármol, cemento, arena de río sustituida al 33 % con arena sílica y sin cal) obtuvo la mayor resistencia promedio de 0.93 N/mm², no cumpliendo con la norma NMX-C-404-ONNCCE-2012 para trabajar como ladrillo estructural que solicita una resistencia a la compresión de 6.86 N/mm² como mínimo. El LM RS cumple con la norma NMX-C-404-ONNCCE-2012 como ladrillo no estructural.

Por otro lado, el análisis cargas por áreas tributarias resultó favorable para que el LM en cualquiera de sus dosificaciones presentadas en este trabajo de investigación. Dado que el esfuerzo que requiere cada ladrillo para soportar la carga del área crítica del prototipo de vivienda propuesto es de 0.028 N/mm², lo que se concluye que según ésta trabajo de investigación y experimentación los LM sin curado y sin cal con sustitución parcial de la arena de río con un 33% de arena sílica, son factibles para la construcción de muros en viviendas de un solo nivel.

Rayos X.

Con los resultados de los componentes químicos de los LM AR, LM AT, LM S, LM SR y LM RS se puede observar la presencia de dióxido de silicio (SiO2) y de Alúmina (Al2O3); los cuales son los componentes más importantes en la constitución de los materiales confiriéndoles resistencia, siendo el LM RS el que presenta los porcentajes de masa-masa (% m/m) más altos de SiO2 y de Al2O3.

Siendo también el LM RS el que obtuvo la mayor resistencia a la compresión promedio de 0.93 N/mm². Se Confirma que el aumento de dióxido de sílice y alúmina en la mezcla aumenta la resistencia del LM.

Conclusión general.

Se confirma que es viable fabricar ladrillo con polvo de mármol en una pieza de mampostería y se empleada en la construcción de muros de carga en una vivienda de un nivel, ya que el esfuerzo que requiere el LM en soportar la carga de una losa sólida en un área crítica del prototipo de vivienda propuesto es de 0.028 N/mm².

Después de analizar las dosificaciones ensayadas se determina que la de mejor resultado es la del LM RS, sin curado y sin presencia de cal; con la dosificación mostrada en la tabla 35.

Tabla 35 Dosificación para fabricar ladrillo de polvo de mármol sustituyendo parcialmente la Arena de Río con un 33% con Arena Sílica (LM RS)

REFERENCIAS

L. S. Salgado, Tesis Propuesta de Sistema Constructivo de Muros de Mampostería para Vivienas a Base de Ladrillo Fabricado con Residuo de Mármol en la Comarca Lagunera, Torreón, Coah.: Universidad Autónoma de Coahuila., 2016.

Coordinación Generla de Minería, Perfil de Mércado del Mármol, Ciudad de México: Dirección General de Desarrollo Minero, 2014.

H. Shaul, «Propieties of reen concrete containning quarry rock dust and marble sluge powder as fine aggregate,» Journal of Engineering and Applied Sciences, pp. Vol. 4, No. 4, 2009.

A. Santos, N. Villegas y J. Betancourt, «Residuo de mármol como insumo en la construcción civil- diagnóstico de la Comarca Lagunera.,» Revista de Construcción. Vol. 11 Santiago, 2012.

C. Nevarez y L. Rangel, Estudio experimental realizado para elaborar ladrillos con residuos de mármol (polvo), Gómez Palacio, Dgo.: Universidad Juárez de Estado de Durango UJED, 2014.

J. F. P. Messco, Tesis “EFECTO DE LA ADICIÓN DE CAL EN LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE UN CONCRETO”, Puno, Perú: Universidad Nacional del Altiplano, 2016.

J. R. B. Chávez, L. G. L. Mendiola, R. Narayanasamy, F. J. O. Cocar y A. S. López, «Revisión sobre el uso de residuos de mármol para elaborar materiales para la construcción.,» Revista de Arquitectura e Ingeniería, Vol. 9, núm 3 Empresas de Proyectos de Arquitectura e Ingeniería de Matanzas Matanzas, Cuba, pp. 1-12, 2015.

O. N. d. N. y. C. ONNCCE, ONCCEE, Ciudad de México: ONNCCE SC, 2012.