Dr. Inocente Bojorquez Báez Análisis de los...

Dr. Inocente Dr. Inocente BojorquezBojorquez BBááezez

Universidad de Quintana RooUniversidad de Quintana Roo

AnAnáálisis de los comportamientos flisis de los comportamientos fíísicos y sicos y de durabilidad de muros construidos de durabilidad de muros construidos

con fibras lecon fibras leññosas de la regiosas de la regióónn

CONAFOVICONAFOVI--20022002--C01C01--79357935

FONDO DE DESARROLLO CIENTÍFICO Y TECNOLÓGICO PARA EL FOMENTO DE LA PRODUCCIÓN Y FINANCIAMIENTO DE VIVIENDA

Y EL CRECIMIENTO DEL SECTOR HABITACIONAL

Clave del proyecto: CONAFOVI-2002-C01-7935

Convocatoria: SEDESOL/CONAFOVI-CONACYT 2002/01

ANÁLISIS DE LOS COMPORTAMIENTOS FÍSICOS Y DE DURABILIDAD DE MUROS CONSTRUIDOS CON FIBRAS LEÑOSAS DE LA REGIÓN

Inocente Bojórquez, Ma. Milagrosa Pérez, José A. Domínguez

CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL

Materia prima:

Cemento PórtlandFibra de Caoba (Swietania macrophylla)Silicato de Sodio (Na2SiO4)Agua

Relación a/f : 0.5

DISEÑO DE MEZCLAS

DISEÑO DE EXPERIMENTO

Para este estudio se tomó un modelo de 2°orden en donde los factores se planearon en tres niveles: superior (+1), medio (0) e inferior (-1)

2222

2111211222110 xbxbxxbxbxbbY +++++=

∧

DISEÑO DE MEZCLAS

DISEÑO DE EXPERIMENTO

Para el estudio más completo de uno de los factores se utilizó un modelo multitabla en un hexágono.

a/ca/c

0.5 1.0 1.5 2. 0 2.50.5 1.0 1.5 2. 0 2.5

7, 8, 9,107, 8, 9,100.750.75

0.50.5

11

22 33

44

5566

1.01.0

f/cf/c

PROPIEDADES MECÁNICAS

Resistencia a la compresión: 33 MpaResistencia a la flexión: 4.15 MPa

PROPIEDADES FÍSICAS

NORMA ASTM C 1185-99

Densidad: 1,150 (kg/m3)Absorción: 25.5 %Porosidad: 18.5 %

PROPIEDADES TERMOFÍSICAS

)(2)(

21

21

TTALLQkΔ+Δ

+=

ASTM C 177 97


CONDUCTIVIDAD TÉRMICA (k)

0.0000.0500.1000.1500.2000.2500.3000.3500.4000.450

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

COMPUESTOS

k (W

/m°C

)


CONDUCTIVIDAD-DENSIDAD

0.0000.1000.2000.3000.4000.500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

COMPUESTOS

k (W

/m°C

)

0

0.5

1

1.5

2

DENS

IDAD

(g

/cm

3)

CONDUCTIVIDAD DENSIDAD


CONDUCTIVIDAD TÉRMICA (W/m°C)

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

2

PINO

MORTERO C

EM-ARENA

MORTERO C

-P 1:

3

MORTERO C

-C-P

1:1:3

MORTERO C

-P 1:

5

MORTERO C

-C-P

1:1:5

MORTERO 1:

4:2UNIB

LOCK

CONCRETO D

ENSO

CONCRETO F

LUID

IFICANTE

.CALC

RETO

FIBR

AS LE

ÑOSAS


ASTM C 351 92

AguaAislante térmico

Termometro de bulbo

Barra magnética

Agitador magnetico

Probeta

Esquema de funcionamiento del calorímetro para la medición del Calor específico (Cp)


CALOR ESPECÍFICO (KJ/kg°C)

0.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

PINO

MORTERO C

EM-ARENA

MORTERO C

-P 1:

3

MORTERO C

-C-P

1:1:3

MORTERO C

-P 1:

5

MORTERO C

-C-P

1:1:5

MORTERO 1:

4:2 C

UBAUNIBLO

CK

CONCRETO D

ENSO

CONCRETO F

LUID

IFICANTE.

CALCRETO

FIBRAS LE

ÑOSAS


DIFUSIVIDAD m2/s

00.00000010.00000020.00000030.00000040.00000050.00000060.00000070.00000080.0000009

0.000001PI

NO

MO

RTE

RO

C-A

MO

RTE

RO

C-P

I:3

MO

RTE

RO

C-

C-P

1:1

:3

MO

RTE

RO

C-P

I:5

MO

RTE

RO

C-

C-P

1:1

:5

MO

RTE

RO

1:4:

2

UN

IBLO

CK

CO

NC

RET

OD

ENSO

CO

NC

RET

OFL

UD

IFIC

ANTE

CAL

CR

ETO

FIBR

ASLE

ÑO

SAS


EFUSIVIDAD J/m2 √Ks

0.00E+00

5.00E+02

1.00E+03

1.50E+03

2.00E+03

2.50E+03

PINO

MORTERO C

-A

MORTERO C-P

I:3

MORTERO C-C

-P 1:

1:3

MORTERO C-P

I:5

MORTERO C

-C-P

1:1:5

MORTERO 1:4:2

UNIBLO

CK

CONCRETO D

ENSO

CONCRETO FLU

DIFIC

ANTECALC

RETO

FIBR

AS LE

ÑOSAS

ESTUDIOS DE DURABILIDAD

LA METODOLOGÍA DESARROLLADA CONSIDERÓ TRES CRITERIOS

INCOMPATIBILIDAD QUÍMICAProducto de la descomposición del elemento orgánico

INCOMPATIBILIDAD FÍSICAentre matriz y refuerzo

ENVECIMIENTO NATURAL



MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO (MEB)MCA. PHILIPS, MOD. XL 20 (1995) (En la fibra, en la zona detransición y en la matriz)

ANALIZADOR DE RAYOS “X” (EDS) MCA. OXFORD,MODELO LINK PENTAFET (para la composición química)



MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO (MEB)MCA. PHILIPS, MOD. XL 20 (1995)

ANALIZADOR DE RAYOS “X” (EDS) MCA. OXFORD,MODELO LINK PENTAFET


Análisis químico puntual de Rayos “X” por energía dispersa(EDS) en una muestra de 36 meses de edad

Espectro de rayos X (EDS) en la fibra.Espectro de rayos X (EDS) en la fibra.


Análisis químico puntual de Rayos “X” por energía dispersa(EDS) en una muestra de 36 meses de edad

ELEMENTOS FIBRA ZONA DE TRANSICIÓN

MATRIZ

C 41,72 12,36 13,11

O 47,15 50,24 51,23

Na 0,40 0,45 0,43

Si 1,04 4,09 6,95

S

K 0,13 0,25 0,37

Ca 8,74 25,79 25,08

Al 0,28 0,72 0,84

Mg 0,35 0,35

Fe 0,75 0,91


INCOMPATIBILIDAD FÍSICA

Coeficiente de Ablandamiento y

Ciclos de Humedecimiento y Secado



Coeficiente de Ablandamiento

Rc =Rc w

Rc d

0.15.0 ≥≤ CRCOEFICIENTE DE ABLANDAMIENTO

0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

COMPUESTOS

(%)



Ciclos de Humedecimiento y SecadoASTM D 559-96Recomendaciones de la Inter American Housingand Planning Center (CINVA)

12 ciclos de 48 horas cada una, mismos que consisten de tres pasos:




1.- Un primer período de 5 horas en donde las muestras permanecen sumergidas en agua a temperatura ambiente (21°C ± 2)

2.- Un segundo período de 42 horas en donde las muestras se someten a un secado en horno a una temperatura de 70°C (±2)

3.- Un período de una hora aplicando el proceso de cepillado en las caras de la muestra, consistente en 20 pasadas con un cepillo de cerdas de acero aplicando una presión de aproximadamente 13.3 N y seis más para cada uno de los lados.




100⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

f

fi

WWW

M

Donde:M = Pérdida de masa (%)Wi = Peso inicial (g)Wf = Pesos final (g)




100⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

f

fi

WWW

M

MUESTRA W inicial

(g)

W final(g)

Pérdida de masa (%)

1 757 711 6,472 810 779 3,983 785 743 5,65


ENVEJECIMIENTO NATURAL

Con el propósito de corroborar la acción del Na2SiO4

se realizaron los ensayos de Rc a dos grupos de probetas de tres diferentes edades: Uno de los grupos estaba impregnado con el agente.

RESISTENCIA A LA COMPRESION (CON SILICATO DE SODIO)

05

10152025303540

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

COMPUESTOS

Rc

(MP

a)

28 DIAS 45 DIAS 360 DIAS



Con el propósito de corroborar la acción del Na2SiO4

se realizaron los ensayos de Rc a dos grupos de probetas de tres diferentes edades: Uno de los grupos estaba impregnado con el agente.

RESISTENCIA A LA COMPRESION (MUESTRAS TESTIGO)

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

COMPUESTOS

Rc (M

Pa)

28 DIAS 45 DIAS 360 DIAS



Se dejaron muestras expuestas al intemperismo.

RESULTADOS


Los valores de Conductividad térmica (k) son función de la longitud de equilibrio de enlace de las fibras (a0) y ésta depende a su vez, del diámetro y de la fracción volumétrica de las mismas.

La expresión que define esta distancia es:

k

fVda ⎟

⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛=0

k = Cociente que resulta de la relación Vf/Σ(Vm + Vw)


CONDUCTIVIDAD TERMICA-DISTANCIA ENTRE FIBRAS

0,0000,1000,2000,3000,4000,500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

COMPUESTOS

k (W

/m°C

)

0

0,5

1

1,5

a0 (m

m)

k (W/m°C) a0 (mm)


Temp. Prom - Cond. Térmica(vértice 1)

010203040506070

1 2 3

Corridas

Tem

pera

tura

pr

omed

io (°

C)

0.360

0.370

0.380

0.390

0.400

0.410

Cond

uctiv

idad

Té

rmic

a (W

/m°C

)

Temp. Prom. Cond. Térm. (k)


Temp. Prom. - Cond. Térmica (vértice 3)

0

50

100

150

200

1 2 3

Corridas

Tem

pera

tura

pr

omed

io (°

C)

0.155

0.160

0.165

0.170

0.175

0.180

Cond

uctiv

idad

té

rmic

a (W

/m°C

)

Temperatura promedio Conductividad térmica


Temp. Prom. - Cond. Térmica (vértice 6)

020406080

100120140160

1 2 3

Corridas

Tem

pera

tura

pr

omed

io (°

C)

0.1800.1820.1840.1860.1880.1900.1920.194

Con

duct

ivid

ad

térm

ica

(W/m

°C)

Temperatura promedio Conductividad térmica


Los estudios de MEB permitieron observar el comportamiento de las tres interfases.

Se pudo observar la zona de transición y con ello la acción del Silicato de sodio que al reaccionar con los cristales de Ca(OH)2, forma el Silicato de calcio.

La composición química a través de rayos “X” (EDS)mostró una zona de refuerzo con un porcentaje elevado de Carbono y Oxígeno.

En la región de la matriz una relación Ca/Si de 3.61 indica ausencia de grandes concentraciones de cal libre


Los resultados del Coeficiente de Ablandamiento,arrojan valores dentro del margen especificado.

Lo mismo los de Humedecimiento y Secado.

Los ensayos de Rc a través del tiempo, mostraron queen las probetas testigo, esta propiedad tendió a disminuir

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