INTRODUCCIÓN

El costo de la construcción es siempre un aspecto que desanima a quienes tienen la necesidad de llevar a cabo un proceso de edificación, y esta situación en mucho se debe al valor que tienen los materiales ocupados dentro de la obra, principalmente los que se elaboran de manera industrializada, que, a pesar de esto hecho, no tienen un impacto positivo en el precio del inmueble. Aunado a lo anterior hay que tener en cuenta que, estos materiales tampoco poseen por lo general características de sustentabilidad, lo que provoca que una vez que cumplen con su finalidad, su reintegro al medio ambiente es sumamente difícil y más bien provocan daños por sus efectos contaminantes.

La consideración dentro de los sistemas constructivos de materiales alternativos, que sean de un costo de adquisición moderado, que tengan cualidades de una reabsorción más sencilla y rápida dentro del medio ambiente, que resulten de una fácil obtención dado que sean de la localidad, que tengan una amplia relación hacia la memoria constructiva de la comunidad, y que además, puedan desempeñar un adecuado trabajo estructural, para dar seguridad a la edificación deben de ser aspectos a tener en cuenta para inclinarse por opciones que nos brinden todas esas cualidades, y que le ofrezcan a los posible usuarios un inmueble seguro pero más económico.

Por tal motivo, se busca con este trabajo demostrar la factibilidad de ocupar otras opciones para la fabricación de dalas y castillos de refuerzo, los cuales se entienden como los elementos repartidores de las cargas en los muros, para reducir las excentricidades provocadas por las cargas verticales generadas por las losas [1]. Prosiguiendo la investigación de [2] el cual demostró que dalas y castillos podían ser reforzados con carrizo y mimbre, en una mezcla de concreto con polvo de mármol, y que lograban un esfuerzo tanto a la compresión como a la adecuado para su trabajo estructural, aunque inferior a lo ofrecido por el acero de refuerzo. De dicho trabajo quedó pendiente el análisis de éstos materiales, pero modificando sus características de adherencia, en vías de incrementar su capacidad de carga

PROBLEMÁTICA

La construcción y en específico la vivienda es un derecho para todo ser humano, y no solo su posesión, sino que también esta resulte digna para ser ocupada y procure bienestar a sus ocupantes, pero la realidad en el mundo es que existen muchísimas personas que no pueden acceder ni al más elemental de los espacios, y al cual puedan catalogar como un “hogar digno”. La edificación en general debido al costo de los materiales, equipos y la mano de obra especializada que se requiere para llevarla a cabo, hace muy difícil su adquisición por cualquier persona, teniendo que conformarse con soluciones que distan mucho de ofrecer a los usuarios un espacio donde se fomente adecuadamente la familiaridad. Este problema se agrava debido la situación de pobreza extrema en la que se encuentran muchas familias, simplemente en el estado de Coahuila en México, el número de habitantes en esa situación casi llegó a los 700,000, lo que representa un 22.50 % del total estatal [3].

Los elementos constructivos de concreto reforzado son fundamentales para lograr la estabilidad en una edificación, pero también el costo del cemento, la varilla, el alambrón, el armex, en la actualidad es excesivo para la mayoría de la gente. Ante esta situación pocas personas pueden acceder a una vivienda sólida, máxime si no tienen la posibilidad de obtener un crédito hipotecario, por lo que se deben de conformar con utilizar materiales endebles y de poca durabilidad, que no ofrecen seguridad ni protección confiable ante los elementos. En muchos países las personas construyen sus viviendas con materiales que más bien son desperdicios de otros procesos, y que por lo tanto son susceptibles de sufrir fácilmente siniestralidades que puedan acabar parcial o totalmente con ellas, e incluso con la vida de sus ocupantes.

Otro problema que se aborda también es este trabajo, es el hecho de la contaminación ambiental por el polvo de mármol que se vierte sin control en el entorno, en lo que es la Comarca Lagunera, en los estados de Durango y Coahuila, México. Al parecer de [4] el sector de la construcción por si solo es un foco importante de contaminación y de deterioro del ambiente, desde la extracción de las materias primas, pasando por la etapa de edificación y culminando con el excesivo nivel de desperdicios que genera y que provoca un grave deterioro ecológico. En el caso particular de la industria del mármol, un 30 % del producto extraído se convierte en polvo de este material, y que hasta la fecha no tiene una finalidad clara para su reutilización, por lo que acaba contaminando el ambiente, no solo en los tiraderos, sino en toda la mancha urbana (5].

Lograr en los materiales alternativos cualidades adecuadas de resistencia y adherencia, permitirá el que estos puedan convertirse en una opción viable para la construcción. La adherencia entre el refuerzo y el concreto es factor para que el comportamiento ante los sismos de ambos materiales sea conveniente [6]. Además, la capacidad de adherencia que muestre el concreto reforzado es fundamental para que la respuesta estructural sea la más conveniente en la intención de transmitir los esfuerzos de tracción entre los materiales [7]. Considerando también que se busca reforzar el concreto con la caña común, mejor conocida en la región como carrizo (Arundo Donax l.), esto debido a que es una planta que crece cerca de fuentes de agua, con un crecimiento muy acelerado y que por tal motivo se le cataloga como una especie invasora o como una plaga [8], podría ser utilizada con esta finalidad para el autoconstrucción, lo que ayudaría incluso a su regulación.

MARCO TEÓRICO

Un aspecto fundamental por investigar era el encontrar la mejor manera de incrementar la capacidad de adherencia del carrizo a su contacto con el concreto, ya que precisamente esta debilidad fue observada en la tesis de Rubio Sánchez. En tal sentido, se analizaron varias formas en que esto se pudiera lograr, pero enfocadas en incrementar la corrugación de este material, ya que se explica que por medio de las protuberancias se logra una mayor interacción mecánica entre el refuerzo y el concreto [7]. Por otro lado, se establece que la capacidad de adherencia del refuerzo, con una textura tendiente a lo áspero, se incrementa con la edad de fraguado del concreto [9]. Del estudio llevado a cabo por [10] se desprendió que la capacidad de adherencia está relacionada con el diámetro del refuerzo, ya que entre mayor sea este, sus resultados con respecto a la tensión de la adherencia se incrementan debido a que soportan más carga con igual desplazamiento, anulando el efecto de la superficie de contacto.

Por el lado del carrizo el trabajo de [11] establece el uso de este material como refuerzo en paneles de yeso, dado que ha sido utilizado desde tiempos inmemoriales dentro de la construcción, y como conclusión determinaron que, al incrementarse la rugosidad de la caña común, su respuesta estructural se ve beneficiada. Se destaca por otro lado que el carrizo por su baja huella de carbono es un material que como refuerzo presenta una alta resistencia a la flexión mecánica, y por su rápida construcción puede ser utilizado en los países con mayor necesidad de vivienda popular [12]. Otro estudio establece que con un aglomerado de caña se pueden construir tableros que ofrecen mejores propiedades mecánicas, con una menor absorción de agua y mayor aislamiento térmico [13].

En la intención de utilizar la vara de mimbre en sustitución de los estribos de acero para refuerzo, el estudio de [14] establece que se puede utilizar este recurso con esta finalidad, ya que se cataloga como un “acero natural”. Por otro lado, se establece que las varas del mimbre cuyo nombre científico es Salix Viminalis, desde tiempos ancestrales ha sido utilizada con diversos fines dentro de la construcción, por lo que tiene una importante referencia cultural en México y en varios países de América, pero que este valor se ha ido perdiendo, a pesar de que puede ser fácilmente trabajado y comercializado [15].

La utilización de polvo de mármol como sustituto de un porcentaje de cemento en mezclas de concreto, es una alternativa que ha desarrollado diversos estudios. Se ha visto que integrar el residuo del corte del mármol en lugar del agregado fino, hasta en un 10 %, permite lograr ahorros e impactos positivos ambientales, aumentando además su resistencia a la comprensión y la tracción [16]. En el estudio de [17] se estableció que el polvo de mármol como reemplazo de la arena en un concreto hidráulico favorece sus propiedades de durabilidad, menor porosidad, menor efecto de absorción de agua, de resistencia a la abrasión y a la acción de los sulfatos y carbonatos. A este respecto se ratifica en otro trabajo que la sustitución de arena por el residuo del corte de los bloques de mármol genera un importante ahorro en el consumo de agua, al momento de elaborar la mezcla por la aceleración de la hidratación [4].

MATERIALES Y MÉTODOS

La investigación requirió inicialmente de la cosecha de los materiales naturales que habrían de ser utilizados, estos que en cuanto al carrizo y el mimbre se ocurrió a las riveras del río Nazas, y en la comunidad de Monterreycillo se pudieron obtener ambos. Para la utilización del carrizo se tuvo que considerar que fuera de dos años, que es cuando posee ramas en los nudos y tienen un diámetro promedio de dos centímetros [8]. En cuanto a su transporte se habilitó en segmentos de 1.80 metros. Para el mimbre, al ser más un árbol se pudieron cortar ramas de extensión que permitiera posteriormente el segmentarlo a los requerido para el armando de las pruebas.

El polvo de mármol fue recolectado en una empresa dedicada a la comercialización de este material ubicada en el municipio de Lerdo, Durango, ya que, desde estudios anteriores, se había establecido que el agua utilizada para el corte de la piedra en este negocio contiene menos químicos, y por lo tanto resulta menos contaminado [2]. El material necesario fue donado y transportado hasta el laboratorio de la Escuela de Arquitectura, de la Universidad Autónoma de Coahuila, donde se efectuarían las pruebas necesarias al concreto fabricado con cemento gris, arena, grava rodada de ¾” y este polvo.

Para la realización de los especímenes se utilizarían moldes metálicos para el vaciado de vigas de concreto hidráulico con polvo de mármol de una resistencia de 150 kg/cm2, reforzadas con tiras de carrizo y estribos de rama de mimbre, lo moldes tendrán medidas internas de 15 x 20 x 60 centímetros. Previo al ensaye de las vigas los materiales se probaron de manera individual para comprobar sus capacidades de trabajo, en cuanto a la respuesta a la compresión, tensión, adherencia, y por último se llevaría a cabo un estudio para conocer la conveniencia económica y de rendimiento de trabajo de las tres variables consideradas en el estudio; La V1 que tendría 6 refuerzos de carrizo a los cuáles se les practicaría huecos en su superficie para incrementar su adherencia al concreto; La V2 en la cual los carrizos se cortarían en tiras y se retorcerían con la misma finalidad; Y por último la V3 en la cual los carrizos serían rodeados con alambre recocido para el incremento de la adherencia. Todas las variables se compararían con la V4, la cual se consideraría como estándar, al ser reforzada con armex 15-20-4.

Para la confiabilidad de los resultados, las pruebas que se deberían de realizar estarían ajustadas a lo marcado por las normas respectivas, ya que de otra manera no se estaría tomando en cuenta los parámetros que darían la validez que requiere un trabajo de investigación. En cuanto al cabeceo de los cilindros de prueba del concreto se ocupó la norma NMX-C-109-ONNCCE-2013; La resistencia a la compresión de los cilindros se verificó con referencia a la norma NMX-C-083-ONNCCE-2014; El ensaye a la flexión de las vigas habrá de responder a la norma NMX-C-159-ONNCCE-2016; Para las capacidades de adherencia del carrizo se tomaría como guía la norma NMX-C-407-ONNCCE-2001, y posteriormente como referencia la norma ASTM-C900-06 permitiría determinar la fuerza necesaria que deba de aplicarse para extraer el elemento de refuerzo y con eso definir la capacidad de adherencia del carrizo.

RESULTADOS

El primero de los ensayos en ser considerando fue el que buscaba determinar la resistencia del concreto a la compresión de los cilindros de prueba conforme a las normas ya citadas NMX-C-109-ONNCCE-2013 y NMX-C-083-ONNCCE-2014, los datos se tomaron del trabajo de [2] recordando que la resistencia de diseño era de un f’c = 150 kg/cm2 se establecieron dos mezclas de trabajo, una de cemento gris con agregado grueso de ¾” de uso estándar, y otra en la que se sustituyó un 10 % del volumen de arena gruesa por polvo residuo del corte de la piedra de mármol. Se probaron seis cilindros de cada concreto en edades de fraguado de 7, 14 y 28 días. A continuación, en la tabla 1 se muestra el resultado final promediado de las muestras en la edad máxima de la prueba.

Posteriormente y contando nuevamente con el apoyo del trabajo de [2] se establecieron las cualidades del límite elástico, del módulo de resiliencia y el Young para los materiales que se utilizaron como refuerzo del concreto. Las pruebas se efectuaron aisladamente en cada material, que por un lado se revisaría la varilla y el alambrón del armex 15-20-4, y por el otro el carrizo como refuerzo principal, y el mimbre actuando como estribo. Los resultados que se dieron a la resistencia a la compresión según la norma ASTM-E9-09 permitirían establecer su capacidad a la flexión, y estos se muestran en la tabla 2 a continuación.

De estos resultados y tomando como referencia el trabajo de [2] se concluye que el límite elástico del carrizo y del mimbre no cumplen, ya que el parámetro básico de comparación es el del acero al carbón que se establece en por lo menos 600 Mpa. En cuanto a la resiliencia, en el carrizo y el mimbre resulta baja lo que expresa poca capacidad de deformación y vuelta a su forma original después de la acción de una carga. En cuanto al módulo de Young todos los materiales presentan baja resistencia a la deformación elástica, ya que la referencia del acero al carbón se establece por encima de los 200,000 Mpa.

Dado que tanto el carrizo como el mimbre demostraron de manera aislada poca capacidad para efectuar el trabajo de refuerzo del concreto, se establecieron valores teóricos (los cuales se tomarían nuevamente del trabajo de [2]) que permitieran definir si estos materiales ya funcionando dentro de una viga de ensaye podían demostrar un resultado que ofreciera seguridad a la estructura que se pudiera fabricar con estos materiales naturales. Para lo anterior se considera el diseño de una dala o castillo de sección de 15 x 20 cm, armados con cuatro varillas de 5/16” y estribos de alambrón de ¼”, con un concreto de 150 kg/cm2. En la tabla 3 se muestran los valores que se utilizaron para comparar los resultados que se obtuvieran de las vigas reforzadas con carrizo y mimbre.

El objetivo principal del estudio era determinar cuál de las tres variables sugeridas de trabajo sobre el carrizo podía ofrecer la mejor respuesta, en cuanto a su adherencia al concreto, obviamente después de comprobar que su capacidad de carga fuera la adecuada para que ofreciera un trabajo estructural que fuera seguro y estable. Se estableció la necesidad de mejorar la capacidad de adherencia del carrizo, ya que este material en su estado natural es bastante liso y en consecuencia ofrece muy poco agarre al concreto. En las tres opciones se utilizó el concreto con polvo de mármol, todas fueron armadas con seis carrizos y estribos de mimbre a cada quince centímetros, para la viga de 15 x 20 x 60 cm, pero los carrizos de la V1 se les practicarían huecos sobre su superficie, la V2 se cortarían en tiras y se torcerían, y la V3 estarían rodeadas en toda su longitud con alambre recocido, tal y como se muestra en la imagen 1.

De cada variable para determinar su resistencia y carga total se probaron 15 vigas (a los 7, 14 y 28 días de fraguado) con la intención de determinar la capacidad de carga de cada opción, las vigas tuvieron un curado por inmersión en agua para asegurar que en todo momento tuvieran sin interrupción su proceso de fraguado, y llegada su edad de prueba fueron ensayadas en la prensa, aplicando las cargas a los tercios del claro. Al término de la prueba se obtiene para cada viga su resistencia máxima expresada en kg/cm2 al instante de la falla total, y con ese dato se puede definir su carga global expresada en toneladas. De los cinco especímenes de cada edad se procede a determinar el promedio que obtiene con respecto a la resistencia y la capacidad de carga, ya que estos valores serían los que deben de ser comparados con el valor teórico obtenido, pero también con respecto a la carga que obtiene la viga estándar, que viene a ser la V4, la cual se reforzó con armex 15-20-4 dentro de un concreto común. Los promedios de esta última viga se tomaron del trabajo de [2] puesto que ese estudio constituyó una etapa previa del desarrollo de la presente investigación. En conjunto los resultados promedio de cada una de las cuatro variables y su comparación con el resultado teórico se presentan a continuación dentro de la tabla 4.

Como se puede observar de los resultados obtenidos, con el ensaye de las vigas de las tres variables que ocuparon como refuerzo principal el carrizo lograron cargas máximas por encima del valor teórico de referencia, tanto el carrizo modificado con huecos en su superficie, el que se trabajó en tiras que fueron retorcidas, y por último el que se rodeó en toda su longitud con alambre recocido, con lo que se puede deducir que este material en conjunto con el mimbre ofrecen un adecuado trabajo estructural, aunque ciertamente no alcanzan la capacidad de carga que tiene el refuerzo con armex, ya que el acero es un material con amplias cualidades en ese sentido, pero si se pueden ofrecer una capacidad de trabajo que arroje estabilidad a la construcción.

En cuanto a la adherencia que ofrece cada variable se ocupó para la prueba un método un tanto artesanal, ante la falta de un equipo de laboratorio específico. Tomando como guía la norma ASTM-C-900-06 se procedió en general a vaciar cilindros con una pasta de cemento arena en proporción 1:15, en el cual se insertó una pieza de cada variable, la cual se sujetó a una carga que se iba incrementando, hasta lograr separar la barra del mortero. Se llevó a cabo la prueba ensayando 5 especímenes de cada variable, en este caso se agregó una V5 en el cual el carrizo se probó sin modificaciones. El proceso de carga de los cilindros fue como se muestra en la imagen 2, y sus resultados en cuanto a su adherencia se muestran ya promediados dentro de la tabla 5.

Todos los cilindros preparados para la prueba de la adherencia tuvieron una edad de fraguado de seis días, y como se puede observar claramente, la variable que mejores resultados obtuvo fue la del número tres, seguida de la dos, de la uno, después por la cuatro y por último la cinco. Se entiende, que, al rodear al carrizo sin modificarlo, en toda su longitud con alambre recocido se logra tener la mayor capacidad de adherencia entre el refuerzo y el concreto, algo que visualmente incluso se pudo constatar, ya que de las vigas ensayadas al demolerlas se apreció que la manejada con alambre presentaba mejor adherencia del carrizo, un poco menos con la manejada en tiras, y por último la preparada con huecos a lo largo de su longitud.

Por otro lado, la investigación también buscaba definir cual de las cuatro variables (de la V1 a la V4) podía presentar el mejor desempeño económico y en cuanto al rendimiento del personal. Con esa finalidad se elaboraron las tarjetas de precios unitarios de cada opción, donde se incluyeron todos las cantidades y costos de los materiales y mano de obra que se requieren para elaborar un metro lineal de cada tipo de cadena. El análisis económico realizado consideró una fabricación artesanal, ya que se pretende que esta solución pueda ser utilizada principalmente en la autoconstrucción de vivienda social, el resultado de este trabajo condensa sus resultados en la tabla 6.

De todos los análisis, pruebas y estudios llevados a cabo en esta investigación, se pretendió definir cuál de todas las cuatro variables resultaba la más rentable, una vez que se constatara que su trabajo estructural era adecuado para brindar seguridad a la estructura. Puesto que se pretende el que el uso de las dalas o castillos puedan ser armados con un refuerzo principal de carrizos y ocupando estribos hechos con mimbre, dentro de un concreto en el cual se sustituye un porcentaje del agregado fino por polvo de mármol, esto con la finalidad de que el costo de estos elementos pueda ser menor sin demérito de su funcionamiento, y que en tal sentido pueda ser una opción viable para la edificación por autoconstrucción de la vivienda de las personas de escasos recursos, para que logren tener una casa-habitación que resulte económica pero sin comprometer la seguridad y estabilidad del inmueble. Para determinar la conveniencia de una de las variables sobre todas las demás se elaboró un análisis que se presenta dentro de la tabla 7, donde se pondera cada uno de los beneficios de las distintas opciones, y se pudo llegar a la que cumple de mejor manera con todos los criterios que se manejaron en la investigación.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De los resultados obtenidos se desprende el hecho de que la opción más rentable resulto ser la variable 3 en la cual el carrizo se trabajaba con alambre recocido en toda su longitud, ya que obtuvo según la ponderación propuesta un total de 18 puntos; La variable 2 donde el carrizo se preparó en tiras y se torció quedó en segundo lugar al alcanzar una puntuación de 13; Después se ubicó la variable 4 que era la estándar armada con armex que logró 12 puntos y por último quedó la variable 1 donde se le practicaron orificios al carrizo, y que solo alcanzó una puntuación de 9. El trabajar la caña común con alambre permite mayor adherencia y soporta mayor carga a la flexión, donde también la variable presenta el precio más bajo, por lo que se constituye en una opción que puede ser considerada para la fabricación de dalas o castillos, sobre todo mediante el autoconstrucción.

Cierto es que el carrizo y el mimbre presentaron de forma aislada bajas capacidades para funcionar como el acero, en los trabajos de flexión dentro de las estructuras como dalas o castillos, pero también se advirtió que su trabajo aunque más limitado que el del refuerzo convencional con acero, puede ofrecer resistencias superiores al valor teórico calculado, por lo que teniendo en cuenta que ambas son especies que son abundantes en la región, e incluso el carrizo en términos generales se le clasifica como una planta invasora, se puede considerar que son una opción constructiva que lacera menos el ambiente y puede constituirse en una opción más económica que lo que es el refuerzo del concreto hecho con varillas y alambrón, o bien armex.

Con la posibilidad del carrizo trabajado según la variable tres de esta investigación se puede pensar que esa gran problemática que tiene cualquier proceso constructivo, referido al costo que puede implicar los sistemas más comúnmente utilizados, se establece una alternativa que resulta más accesible, que no requiere conocimientos adicionales a los que ya tiene la gente que la pudiera aprovechar, puesto que su fabricación es sencilla y similar a la estándar. Y por otro lado la utilización en la construcción de esta planta está ligada a la cultura habitacional de las personas de la región, por lo que puede existir una mayor identificación con este sistema. Se vio que la caña común tiene una variedad importante de usos dentro de la construcción como pueden ser paredes o cubiertas, por lo que su ocupación no resulta una novedad y si puede implicar ahorros importantes para quienes lo utilicen [18].

Como recomendaciones que son convenientes de tener en cuenta, para poder ampliar los resultados logrados por esta investigación se establece el realizar ensayes a vigas con armado de 8 carrizos buscar incrementar la carga máxima obtenida en este estudio; Buscar la manera de mecanizar el habilitado del carrizo para optimizar el rendimiento de este, ya que su adecuación manual resulta tardada; Buscar la manera de mecanizar el habilitado del mimbre como estribo para optimizar el rendimiento de este, que al igual que la caña resulta tardada también; Estudiar la posibilidad de que el polvo de mármol substituya un porcentaje de cemento y no de arena, para lograr un mayor impacto económico.

REFERENCIAS

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