La arquitectura construida en tierra, Tradición e Innovación

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La arquitectura construida en tierra,

Tradición e Innovación

Congresos de Arquitectura de Tierra en Cuenca de Campos 2004/2009.

Coord.: José Luis Sáinz Guerra, Félix Jové Sandoval

Editor: Cátedra Juan de Villanueva, Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Valladolid

ISBN: 978-84-693-4554-2 D.L.: VA-648/2010 Impreso en España Valladolid

Septiembre de 2010 Publicación online.

Para citar este artículo:

VARGAS-NEUMANN, Julio. et. al. “Uso de grouts de barro líquido para repasar fisuras estructurales en muros históricos de adobe”. En: Arquitectura construida en tierra, Tradición e Innovación. Congresos de Arquitectura de Tierra en Cuenca de Campos 2004/2009. [online]. Valladolid: Cátedra Juan de Villanueva.

Universidad de Valladolid. 2010. P. 281-288. Disponible en internet:

http://www5.uva.es/grupotierra/publicaciones/digital/libro2010/2010_9788469345542_p281- 288_vargasneumann.pdf

URL de la publicación: http://www5.uva.es/grupotierra/publicaciones.html

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USO DE GROUTS DE BARRO LÍQUIDO PARA REPARAR FISURAS ESTRUCTURALES EN MUROS HISTÓRICOS DE ADOBE

Julio Vargas-Neumann, Marcial Blondet, Francisco Ginocchio,

Profesores Principales

Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). Departamento de Ingeniería,Lima.

Perú

Kathya Morales y Carlos Iwaki Asistentes de investigación

Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). Departamento de Ingeniería,Lima.

Perú

V Congreso de Tierra en Cuenca de Campos, Valladolid, 2008

Antecedentes

Es crucial estar alerta a la presencia de fisuras en los muros de las construcciones de adobe, pues son los elementos estructurales más importantes. Las fisuras estructurales pueden disminuir significativamente la rigidez y resistencia de los muros y por tanto aumentar el riesgo de colapso durante la ocurrencia de nuevos terremotos, con las consiguientes pérdidas de vidas y daños materiales graves en el patrimonio cultural.

Los métodos tradicionales de reparación de construcciones de tierra están basados en criterios de aumento de la resistencia, que

reconstruir porciones de los muros agrietados, con el consiguiente deterioro del valor patri- monial. Más recientemente se han desarrollado métodos de reparación basados en criterios de estabilidad, mediante el uso de refuer- zo resistentes a tracción, para controlar los desplazamientos post agrietamiento de los muros, alteración que no son bien recibidas por la comunidad internacional de conserva- ción. Ambos criterios son complementarios y en los casos de monumentos históricos, deben tener en cuenta las recomendaciones de las Cartas Internacionales de Conservación universalmente aceptadas.

En este documento, se presenta un método

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ARQUITECTURACONSTRUIDA ENTIERRA

mediante inyecciones líquidas (grouts) de barro solo y explica sus fundamentos y res- paldo experimental, creando un nuevo criterio de recuperación de resistencia y de interven- ción para la conservación monumental, que va de la mano con los criterios más conserva- dores de las cartas internacionales de conser- vación.

Programa de ensayos y métodos experi- mentales utilizados

El método desarrollado es uno de los resultados de un programa de ensayos más amplio, donde se utilizó dos tipos de ensayos de labo- ratorio, el de tracción indirecta y el de compre- sión diagonal, que se explicarán más adelan- te.

Se realizaron 150 ensayos de tracción indirecta de emparedados de adobe fabricados uniendo dos bloques de adobe con una capa de mortero de barro tamizado para eliminar partículas mayores a 2 mm. Se ensayaron tres emparedados similares, fabricados con morteros de cada una de 10 mezclas de barro con y sin aditivos, de 5 espesores nominales (2 a 10 mm). Se estudiaron morteros de suelo solo; suelo estabilizado con cemento en pro- porciones de 5%, 7% y 10%; suelo estabilizado con cal (5%, 7% y 10%); y suelo estabilizado con yeso (5%, 10% y 20%).

Finalmente, se realizaron un total de 50 ensayos de compresión diagonal. Quince de ellos fueron reparados mediante inyección de grouts de suelo solo y suelo estabilizado con cemento, cal y yeso, en las mismas proporcio- nes que las usadas en los morteros de los emparedados previamente ensayados a trac- ción indirecta. Estos muretes reparados, fueron ensayados nuevamente para comprobar la recuperación de resistencia original o el grado de eficacia de la reparación.

Consideraciones Iniciales

La mampostería de adobe consiste en una serie de bloques unidos por mortero. La resistencia de la mampostería se debe entonces en gran medida a la adherencia y resistencia del mortero. Existen muchas alternativas para mejorar la calidad de los morteros con el fin de lograr mamposterías de mayor resistencia. Las juntas son generalmente las zonas críticas del muro, pues la microfisuración del mortero debida a la contracción de secado reduce la adherencia entre mortero y bloques.

Es posible que un fenómeno similar ocurra con los grouts inyectados en las fisuras de los muros. La calidad de construcción también tiene una gran influencia en la resistencia de los muros de adobe.

(-) COMPRESIÓN

TRACCIÓN (+)

σ_t σ_t P

P h

Figura 1. Dispositivo desarrollado para este pro-

yecto Figura 2. Distribución de esfuerzos normales hori-

zontales. La zona directamente debajo de la carga está sometida a tracción. El emparedado se abre normalmente por una de las dos interfases entre mortero y adobe

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Ensayo de Tracción Indirecta

El ensayo de tracción indirecta consiste en la compresión vertical de un emparedado de dos bloques de adobe unidos por mortero, formando una junta vertical y centrada (Figura 1). La carga aplicada ocasiona esfuerzos bastante uniformes de tracción en la interfase mortero-bloque (Figura 2). La resistencia a la tracción de un emparedado es

expresada por:

donde P es la carga de rotura, A es el área de la interfase de mortero (A = l h, donde h es la altura y l la longitud del emparedado) y

es un factor adimensional para estimar el esfuerzo de tracción en la interfase.

Este ensayo es muy simple y económico. Por ello, se utilizó para probar un gran número de mezclas de mortero. Se ha demostrado que aunque este ensayo tiene bastante disper- sión, hay una correlación significativa con ensayos más sofisticados, como el de com- presión diagonal.

A través del ensayo de tracción indirecta se estudió la influencia de utilizar menores espesores de mortero (hasta donde fue posible),

que los utilizados corrientemente en la mam- postería de adobe. Tanto los bloques como los morteros se prepararon con suelo del cam- pus de la PUCP, que es un material con alto porcentaje de finos de mediana a baja plasti- cidad, pero suficientemente arcillosos como para desarrollar propiedades de cohesión . Para el estudio de morteros se varió el contenido de agua y el tamaño máximo de partícu- las del suelo natural.

2.3 Ensayo de Compresión Diagonal

En este ensayo, se somete una probeta cua- drada de mampostería a una carga de com- presión en dos esquinas opuestas (Figura 3).

El comportamiento de los especimenes es representativo de la resistencia a tracción de la mampostería y del comportamiento sísmico de la mampostería de adobe, tal como se comprobó en investigaciones anteriores. Sin embargo, este ensayo es más elaborado y costoso que el de tracción indirecta, por lo que se ha utilizado solamente para probar los grouts más eficientes. La distribución de esfuerzos es semejante a la que ocurre en las probetas de tracción indirecta y, por tanto, el tipo de falla que se espera es una grieta entre los puntos de aplicación de la carga, genera- da por los esfuerzos de tracción dominantes.

Se fabricaron muretes de adobe con mortero de barro. Estos fueron ensayados hasta la falla para generar fisuras gruesas, de 3 mm o más (Figura 4). Luego cada murete fue trans- portado desde la prensa de ensayos hasta las zonas de reparación, utilizando un dispositivo metálico diseñado para garantizar el buen estado de la probeta agrietada.

Figrura 3. Murete ensayado

Figura 4. Dispositivo de transporte

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En el área de reparación, se colocaron los muretes en posición "natural" (hiladas hori- zontales) para proceder al inyectado del grout, con la acción de la gravedad como en los muros reales (Figuras 5 y 6). Luego de un tiempo de secado de alrededor de 3 a 4 semanas (según el clima), se procedió a tras- ladar nuevamente las probetas para re-ensa- yarlas a compresión diagonal. La carga de rotura de las muestras reparadas se comparó con la de las muestras originales para evaluar el grado de restitución de la resistencia a trac- ción de la mampostería conseguida mediante la reparación con grout. Es importante notar que mientras en los ensayos de tracción indirecta los morteros eran de diferentes mezclas, en este caso, los morteros fueron siem- pre de barro normal y los grouts de diferentes mezclas en estudio.

Proceso de Inyección

El proceso de reparación por inyección de grouts de barro se hizo en las siguientes eta- pas:

1. Sellar las caras de la fisura con yeso.

Además se colocan, atravesando el sello de yeso, tubos plásticos de 3 mm de diámetro para formar las boquillas por donde se inyec- tará el grout. Una vez endurecido el yeso, se retiran los tubos para dejar las boquillas libres.

2. Inyectar agua en las boquillas. Este proce- dimiento se realiza con el fin prevenir que el

material fino existente en la superficie interior de las fisuras trabaje como aislante al grout inyectado. También se busca proporcionar mejor lubricación para la inyección del grout.

Se consigue además aumentar la humedad en las paredes de la fisura, disminuir la velo- cidad de secado y reducir la formación de microfisuras en el material de relleno.

3. Inyectar inmediatamente el grout de abajo hacia arriba, a través de las boquillas. Se inyecta por una boquilla hasta que el material haya repletado el nivel de la siguiente boquilla superior y empiece a salir. Se debe continuar sucesivamente hasta concluir con todas las boquillas.

4. Retirar el sello de yeso y retocar la superficie exterior de la fisura inyectada hasta con- seguir un acabado aceptable.

El equipo utilizado es un inyector cilíndrico desechado, cuyo original se expende en las ferreterías para colocar masilla para vidrios o silicona. En el proceso de selección de equipos de inyección se descartaron equipos de presión más sofisticados, surtidores de agua a presión y otros. Sin embargo en la actuali- dad, se vienen investigando sellos más eficientes como los de cintas de papel parafina- do y los de silicona. También se están ensa- yando sistemas de inyección con mayores capacidades de presión para lograr que los grouts ingresen a grietas muy finas y muros más gruesos.

Figura 5. Inyección de murete Figura 6. Murete reparado

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Resultados experimentales

Morteros y Grouts de Barro sin Estabilizantes Los resultados de ensayos de tracción indirecta en emparedados revelaron que a menor espesor de mortero, se obtenían mayores resistencias de tracción, como se muestra en la Figura 7 y que estos valores eran de un mismo orden de magnitud que la reportada para la mampostería de adobe en proyectos de investigación anteriores. En la práctica, era difícil fabricar emparedados con morteros con espesores menores a 2 mm, porque no lograban adherir los bloques y realizar el ensayo.

Para comprobar la influencia del espesor del mortero en la resistencia de la mampostería de adobe, se decidió hacer un experimento de observación de los patrones de las fisuras y se construyó una serie de de emparedados construidos con espesores de mortero decre- cientes. Se abrieron las muestran a las 48 horas y se midió el número y grosor de las fisuras obtenidas en cada rango de espesor.

Se encontró que el número de fisuras era semejante en los morteros de todos los espesores, pero en los morteros de menor espesor, las fisuras eran más finas. Se comprue- ba entonces que la mayor resistencia en los

morteros de menores espesores se debe al menor grosor de las microfisuras. Luego se construyeron también y ensayaron a compre- sión diagonal 8 muretes de mampostería de adobe con morteros de 5 mm de espesor.

Estos muretes requirieron mayor presión de asentado que los muretes tradicionales, con morteros de 015 mm de espesor y fueron, en promedio, 150% más resistentes que los muretes tradicionales.

Estos resultados indican que se podría conse- guir mamposterías de adobe más resistentes si se reduce el espesor del mortero y que, en los muros reparados mediante inyección, se podría esperar que los grouts de menor espe- sor también tengan fisuras más finas y por tanto mayor resistencia.

Para producir morteros y grouts más finos y diluidos, se tamizó el suelo con la malla # 10 (2 mm), dejando todavía en el suelo partículas de arena gruesa, que ayudan a reducir las microfisuras de secado, como se demostró en investigaciones pasadas (PUCP-USAID,1983.

Se utilizó de 30 a 40 % de agua en las mezclas. La Figura 8 muestra resultados de ensayos de tracción indirecta en emparedados.

Los morteros de suelo tamizado, con alta humedad o contenido de agua, que tienden a ser una barbotina (mezcla de arcilla y agua),

0 50 100 150

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Espesor de morter o (mm)

Esfuerzo de tracción horizontal (kPa)

Figura 7. Resultados de ensayos de tracción indirecta. Esfuerzo de tracción horizontal en la interfase mortero-adobe en emparedados con mortero de suelo + 25 % de agua. Los morteros de menor espe- sor tienden a mejorar las resistencias a tracción en la interfase. La curva corresponde a un ajuste lineal por el método de mínimos cuadrados

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permiten lograr espesores de mortero del orden de 2 a 5 mm y obtener resistencias mayores respecto a la de emparedados con morteros de suelo natural con contenidos de agua normales a la práctica de asentado de bloques de adobe en mamposterías de adobe.

Se fabricaron y ensayaron a compresión diagonal cinco muretes de mampostería de adobe de 150 mm de espesor con morteros de 15 mm. Los muretes fueron posteriormen- te reparados con grouts de tierra natural, tamizada por la malla # 10, con cerca de 40%

de agua. La Tabla 1 muestra los resultados obtenidos. En la mayoría de los muretes se incrementa la resistencia original. En los dos casos en los que no se consiguió recuperar la resistencia, se había observado previamente errores en la reparación, ocasionados por el aprendizaje y desarrollo del método de inyec- ción. Estos resultados indican que es posible reparar exitosamente grietas de adobe de 3 a 5 mm de espesor en muros de adobe, mediante la inyección cuidadosa de grouts de barro sin estabilizadores.

Tabla 1. Restitución de la resistencia en muretes reparados con grouts de suelo tami- zado.

MURETE Carga de rotura (kN)

inicial reparado Restitución de resistencia

MDNR-1 7,40 8,43 114 %

MDNR-2 6,20 4,44 72 %

MDNR-3 8,93 9,63 108 %

MDNR-4 8,44 3,65 43 %

MDNR-5 6,83 9,17 134 %

En general, los ensayos de compresión diagonal producen una o dos fisuras importantes, sin fisuras visibles cercanas. Solamente se repararon las fisuras visibles. En los casos de reparación eficaz, la fisuración de los muretes reparados siguió una trayectoria dife- rente a la original. Cuando la reparación no fue bien hecha, con problemas de continui- dad, tal como fue reportado durante el proceso de inyección, la fisura del murete reparado se produjo siguiendo la trayectoria de la misma fisura original, deficientemente repara- da.

Morteros y Grouts de Barro Estabilizado Para estudiar el efecto de la adición de cemento, cal y yeso a los morteros y grouts, se realizaron varias series de ensayos de

0 50 100 150

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Espe so r d e mo rte ro (m m)

Esfuerzo máximo de tracción horizontal (kPa)

suelo natural con 25% de agua suelo tamizado con 30% de agua

Figura 8. Esfuerzo máximo de tracción horizontal en la interfase de emparedados con morteros de suelo natural + 25% de agua y con morteros de suelo tamizado + 30% de agua. Los morteros de suelo tamizado son, en promedio, más resistentes

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tracción indirecta de emparedados cuyo mortero fue preparado con distintos porcentajes de estabilizadores que variaban entre 5% a 20% en peso, respecto al peso de la tierra. La resistencia de estos emparedados se compa- ró con la obtenida en emparedados con mortero de barro natural tamizado y alrededor de 35% de agua.

Los resultados con el estabilizador de yeso en porcentajes de 5%, 10% y 20% fueron, en general, mejores que los obtenidos con cal y cemento. Sin embargo, únicamente el yeso en porcentajes de alrededor al 20%, mejoró la resistencia de obtenida con morteros de suelo natural tamizado. Este resultado se podría atribuir a que el yeso en contacto con el agua de la mezcla, aumenta de volumen, por lo que se disminuye el encogimiento de secado del mortero de tierra, y por consiguiente se reduce la microfisuración y se eleva la resistencia. El aumento de volumen de los morteros estabilizado con yeso se ha comprobado midiendo la contracción volumé- trica de pastas con 20% de yeso. Sin embargo, es posible que la mayor dificultad en el proceso de reparación mediante grouts con yeso, pudiera afectar la calidad de la repara- ción, especialmente en grietas finas o muros más gruesos.

Conclusiones y recomendaciones

- La propuesta de reparar fisuras estructurales en construcciones históricas de adobe parece ser una alternativa viable, basada en criterios de resistencia, para regresar el estado de la obra a su condición inicial sin fisuras.

- La reparación mediante inyección de grouts de barro de suelo sin estabilizadores fue efec- tiva para recuperar la resistencia de los muros de adobe fisurados. La buena calidad del proceso de inyección es crucial para lograr una reparación eficaz.

- La estabilización de los morteros de barro mediante la adición de cemento y cal no produjo buenos resultados. El yeso fue el mejor de los estabilizadores estudiados. Sin embargo, es cuestionable su uso, toda vez que el yeso incrementa la dificultad de la reparación, y que con grouts de suelo natural tamizado se ha logrado restituir y superar la resistencia original.

- A menor espesor del mortero mayor resistencia de la mampostería. Se infiere que a menor espesor de fisuras y grouts se obtendrá una reparación más eficaz.

- Es necesario seguir investigando la repara- ción de fisuras más finas para abarcar los casos que se presentan en la reparación de viviendas y la reparación de muros más gruesos para abarcar el caso de los monumentos históricos de adobe. Se debe continuar estu- diando nuevos tipos de grouts y técnicas de inyección más eficientes. Se deberá poner énfasis en la penetrabilidad y el control de micro fisuras con aditivos naturales y aditivos procesados, a través del estudio de sus carac- terísticas mecánicas y fisicoquímicas.

Bibliografía

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Los Angeles, 2003.

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