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 TERMOFÍSICAS
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
)
PROPIEDADES TERMOFÍSICAS
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
PROPIEDADES TERMOFÍSICAS
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
PROPIEDADES TERMOFÍSICAS
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)
PROPIEDADES TERMOFÍSICAS
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
PROPIEDADES TERMOFÍSICAS
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
PROPIEDADES TERMOFÍSICAS
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
ESTUDIOS DE DURABILIDAD
INCOMPATIBILIDAD QUÍMICAProducto de la descomposición del elemento orgánico
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)
ESTUDIOS DE DURABILIDAD
INCOMPATIBILIDAD QUÍMICAProducto de la descomposición del elemento orgánico
MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO (MEB)MCA. PHILIPS, MOD. XL 20 (1995)
ANALIZADOR DE RAYOS “X” (EDS) MCA. OXFORD,MODELO LINK PENTAFET
ESTUDIOS DE DURABILIDAD
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.
ESTUDIOS DE DURABILIDAD
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
ESTUDIOS DE DURABILIDAD
INCOMPATIBILIDAD FÍSICA
Coeficiente de Ablandamiento y
Ciclos de Humedecimiento y Secado
ESTUDIOS DE DURABILIDAD
INCOMPATIBILIDAD FÍSICA
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
(%)
ESTUDIOS DE DURABILIDAD
INCOMPATIBILIDAD FÍSICA
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:
ESTUDIOS DE DURABILIDAD
INCOMPATIBILIDAD FÍSICA
Ciclos de Humedecimiento y SecadoASTM D 559-96Recomendaciones de la Inter American Housingand Planning Center (CINVA)
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.
ESTUDIOS DE DURABILIDAD
INCOMPATIBILIDAD FÍSICA
Ciclos de Humedecimiento y SecadoASTM D 559-96Recomendaciones de la Inter American Housingand Planning Center (CINVA)
100⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −=
f
fi
WWW
M
Donde:M = Pérdida de masa (%)Wi = Peso inicial (g)Wf = Pesos final (g)
ESTUDIOS DE DURABILIDAD
INCOMPATIBILIDAD FÍSICA
Ciclos de Humedecimiento y SecadoASTM D 559-96Recomendaciones de la Inter American Housingand Planning Center (CINVA)
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
ESTUDIOS DE DURABILIDAD
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
ESTUDIOS DE DURABILIDAD
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 (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
PROPIEDADES TERMOFÍSICAS
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)
PROPIEDADES TERMOFÍSICAS
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)
PROPIEDADES TERMOFÍSICAS
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)
PROPIEDADES TERMOFÍSICAS
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
PROPIEDADES TERMOFÍSICAS
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
ESTUDIOS DE DURABILIDAD
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