La tierra es considerada como uno de los materiales más antiguos usados en la construcción y continúa utilizándose en países desarrollados y en proceso de desarrollo. Diversas investigaciones se enfocan en proponer metodologías que permitan incrementar la resistencia de la tierra ante fenómenos sísmicos con la finalidad de brindar sistemas constructivos eficientes, económicos y sostenibles. Un ejemplo de ello es la mampostería de bloques de tierra comprimida (BTC) los cuales actualmente han ganado gran notoriedad en países europeos y de América Latina al presentar una resistencia mecánica óptima, alta durabilidad y buenas prestaciones acústicas y térmicas. Adicionalmente, se estudian métodos para la estabilización del suelo con el objetivo de mejorar las propiedades mecánicas de las unidades de BTC, y para el reforzamiento sísmico del sistema de albañilería. En este trabajo se desarrolló una propuesta de lineamientos para la fabricación, diseño y construcción de viviendas usando BTCs ensamblables y estabilizados con cemento y cal, además de presentar una propuesta de reforzamiento sísmico para regiones de alta sismicidad. El trabajo inicia con una revisión bibliográfica sobre el uso de BTCs en la construcción para luego realizar el estudio de las propiedades físicas, químicas y mineralógicas del suelo original para su correcto mejoramiento utilizando material granular. Posteriormente se realizó la caracterización física y mecánica de las unidades y de los sistemas de albañilería de BTCs, respectivamente. Se realizaron ensayos de corte cíclico en el plano y análisis numéricos no lineales para evaluar la efectividad del reforzamiento sísmico planteado. De acuerdo a la evaluación de las dosificaciones óptimas y caracterización mecánica de unidades, la dosificación con un aporte del 7.5 % de cal y 2.5 % de cemento, respecto al peso de secos, resultó ser gran opción que sustituye a la dosificación con un aporte del 10 % de cemento, respecto al peso de secos, para la fabricación de unidades. Los bloques fabricados con la dosificación que incluyen cal y cemento presentaron una resistencia a compresión que superó el valor mínimo de 1.5MPa de acuerdo a la norma española UNE-41410 (2008), y de 1.0 MPa según la norma peruana de adobe Norma E.080 (2006). Asimismo, los ensayos realizados a los sistemas estructurales de pilas de BTC con bloques estabilizados con cal y cemento permitieron evaluar el comportamiento de los sistemas de encastre ante esfuerzos de compresión y de corte dando resultados eficaces presentando un coeficiente de determinación igual a R2 = 0.98. Asimismo, durante el ensayo de compresión no se observó pérdida de material en las caras libres de los prismas ante los esfuerzos generados, y las unidades recuperadas aún presentaban el sistema de encastre. Los resultados obtenidos del ensayo de corte cíclico ejecutados en muros de BTC con y sin refuerzo de geomallas mostraron que el patrón de grietas generado se dispersó a lo largo de las caras de los muros en las derivas más bajas, afectando sólo a bloques individuales. En los muros reforzados se concretaron daños en las esquinas de los muros creando macrobloques, mientras que en los muros sin refuerzo el patrón de fisuras muestra una concentración de daños en las esquinas y en la parte central del muro dando origen a una típica falla por corte, la cual era la esperada y no se generaron indicios de fallas por volteo. Como parte de los trabajos a futuro, se pretende elaborar un manual didáctico con pautas específicas para construir viviendas óptimas y seguras en zonas de gran sismicidad. Teniendo en cuenta que en el Perú la construcción con tierra es una técnica que aún se practica de manera artesanal, este trabajo sentará las bases para la implementación de un nuevo sistema de construcción que ofrezca viviendas seguras y ecoamigables que mejoren la calidad de vida de los usuarios.

Submitted by Márcio Maia (marciokjmaia@gmail.com) on 2016-08-08T11:50:47Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4720590 bytes, checksum: c0e901cb90be3c102d0bd3f7a4bce0bd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-08T11:50:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4720590 bytes, checksum: c0e901cb90be3c102d0bd3f7a4bce0bd (MD5) Previous issue date: 2016-02-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The development of new materials and technologies have been shown to be very important when the goal is to make solar energy will be more economically attractive. One way to promote this attractiveness is increasing the efficiency of solar collectors, which can be done by use of so-called selective surfaces, or deposited coatings on absorbing plate solar radiation, which allow a maximum of absorbance in the solar spectrum while maintaining a minimum emittance in the infrared. Absorbers for producing films, it is necessary to use materials technology, energy and environmental efficiency, such as inorganic polymers (geopolymers). In the Earth's tropical regions, such as the state of Paraiba, there are materials with potential use for the synthesis of inorganic polymers that have not been evaluated, the Sugar Cane Bagasse Ash (SCBA) is one of them. So that this study sought to assess the SCBA's potential use as raw material for production of solar absorbing films. Through the use of two deposition techniques in three types of substrates, it was concluded that the SCBA has intrinsic selectivity, having potential use for the production of solar absorbing films. So that the best result set (film + substrate) exhibited peak and average absorption of respectively 88% and 65%. This surface was obtained from the SCBA.5.250 diluted in 10 g of H2O deposited by painting techniques on the glass substrate. / O desenvolvimento de novos materiais e tecnologias tem se mostrado de extrema importância quando o objetivo é fazer com que a energia solar venha a ser mais atrativa economicamente. Um dos modos de promover essa atratividade é aumentando a eficiência dos coletores solares, o que pode ser feito por meio da utilização das chamadas superfícies seletivas, ou seja, revestimentos depositados sobre placas absorvedoras de radiação solar, que permitem um máximo de absortância no espectro solar enquanto mantêm um mínimo de emitância no infravermelho. Para a produção de filmes absorvedores, faz-se necessário a utilização de materiais com eficiência tecnológica, energética e ambiental, tais como os polímeros inorgânicos (geopolímeros). Nas regiões tropicais da Terra, como é o caso do Estado da Paraíba, há materiais com potencial de utilização para a síntese de polímeros inorgânicos que ainda não foram avaliados, a Cinza do Bagaço da Cana-de-açúcar (CBC) é um deles. De forma que o presente trabalho procurou avaliar o potencial de uso da CBC como matéria-prima para produção de filmes absorvedores solares. Através da utilização de duas técnicas de deposição em três tipos de substratos, concluiu-se que a CBC apresenta seletividade intrínseca, tendo potencial de uso para produção de filmes absorvedores solares. De maneira que o melhor resultado do conjunto (filme+substrato) exibiu pico e média de absorção de, respectivamente, 88% e 65%. Essa superfície foi obtida a partir da CBC.5.250 diluída em 10 g de H2O depositada pela técnica de Pintura sobre o substrato de vidro.

El interés y la necesidad de los países en desarrollo en el uso de la tierra como material de construcción ha fomentado el estudio continuo de sistemas de construcción más resistentes, económicos y sostenibles. Una de las tecnologías más conocidas es la construcción industrial con Bloques de Tierra Comprimida (BTC) que beneficia esencialmente a las regiones con bajo desarrollo económico. Los BTC son unidades de albañilería con geometría y propiedades físicas y mecánicas homogéneas. Los BTC son fabricados en base a tierra con determinadas características granulométricas, la cual es compactada dentro del molde de una máquina con forma definida. La evolución en la fabricación de BTC permite que el proceso sea más rápido, sencillo y automatizado. Uno de los avances más útiles en las máquinas de fabricación de BTC es la incorporación de un sistema hidráulico para compactar el suelo, lo cual evita la compactación manual que solía ser el proceso convencional. En la actualidad, existen máquinas que producen BTC de diversas formas y tamaños para su uso en mampostería. En la presente investigación, la forma del BTC consiste en un prisma rectangular con un sistema de interconexión de 10 mm que se encuentra en las superficies superior e inferior del bloque. El sistema de interconexión permite el enganche de los BTC y provee resistencia al corte a la mampostería. Además, posee dos agujeros de 90 mm cada uno que atraviesan el cuerpo del BTC, los cuales reducen la masa sísmica y permiten la colocación de refuerzo vertical. La tierra utilizada para la fabricación de BTC es sometida a un proceso de estabilización. La estabilización química de suelos para la fabricación de BTC ha sido foco de atención de diversos investigadores que buscan mejorar sus propiedades mecánicas de forma económica y ecosostenible. Uno de los métodos más conocidos es la estabilización química con cemento. Sin embargo, el cemento produce un impacto ambiental negativo durante su ciclo de vida. La presente investigación incluyó el uso de un geopolímero de puzolana, con lo cual se estudia un material de construcción que no solo genere menos cantidad de CO2 en su producción, sino que también posea propiedades mecánicas adecuadas para la construcción de viviendas económicas. El objetivo del estudio es comparar las propiedades mecánicas de las unidades y prismas de BTC estabilizados con cemento y geopolímero de puzolana teniendo como línea base de comparación al BTC convencional fabricado sin agente estabilizante. El estudio comienza con el estado del arte de la construcción con tierra y de BTC. Posteriormente, se presenta el protocolo de los ensayos ejecutados durante de la campaña experimental. A continuación, se desarrolla la campaña experimental dividido en tres partes: i) proceso de producción y caracterización mecánica de BTC, ii) proceso de producción y caracterización mecánica de BTC estabilizada y iii) caracterización mecánica del sistema de mampostería de BTC de junta seca. Finalmente, el análisis comparativo del estudio se lleva a cabo en base a los resultados obtenidos de la caracterización mecánica de las unidades y prismas de BTC, BTC estabilizada con cemento y BTC estabilizada con geopolímero de puzolana. El suelo base analizado proveniente del distrito de Ventanilla, Callao, fue mejorado con arena gruesa con la finalidad de que la curva granulométrica del suelo mejorado se encuentre dentro del huso granulométrico indicado en la norma UNE 41410 (2008). El proceso de estabilización química del suelo permitió conocer que el contenido óptimo de cemento es de 8% y de geopolímero de puzolana de 15%. El porcentaje óptimo de agente estabilizante óptimo cumple con la resistencia a la compresión mínima requerida por la norma UNE 41410 (2008) que es de 1.3 MPa para ambos casos. Los resultados de la caracterización mecánica de BTC y BTC estabilizada se realizó en términos de la compresión y flexión. Se obtuvieron resistencias a la compresión a los 28 días de edad de 1.3 MPa (CV 6.2%), 3.6 MPa (CV 17.9%) y 2.4 MPa (CV <1%) para BTC, BTC estabilizada con 8% de cemento y BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana respectivamente. La resistencia a la compresión en estado saturado del BTC estabilizada con 8% de cemento bajó en 52% respecto a su resistencia a los 28 días de edad y en un 66% en el caso del BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana. Además, se obtuvo el módulo de elasticidad (E) de cada tipo de BTC: 88.2 MPa (CV 2%), 249.9 MPa (CV 3%) y 208.5 MPa (CV 3%) para el BTC, BTC estabilizada con 8% de cemento y BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana respectivamente. Finalmente, se obtuvo la resistencia a la flexión, que resultó 0.1 MPa (CV <1%), 0.7 MPa (CV 24.8%) y 0.2 MPa (CV 23.2%) correspondiente a los BTC, BTC estabilizada con 8% y BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana respectivamente. La caracterización de la mampostería de BTC de junta seca mediante el ensayo de compresión uniaxial dio como resultado resistencias a la compresión de 0.40 MPa (CV <1%), 1.44 MPa (CV 4%) y 0.75 MPa (CV 9%) para prismas de BTC, BTC estabilizada con 8% de cemento y BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana respectivamente. Se obtuvieron, además, el módulo de elasticidad (E), el módulo de Poisson (υ) y el módulo de corte (G) en cada caso. / Tesis

Los bloques de construcción ligeros son producidos mayormente con concreto ligero a base de cemento Portland (OPC), el cual es un material de construcción con baja densidad, baja conductividad térmica, alto aislamiento acústico y resistencia al fuego. A pesar de que los bloques de construcción ligeros son ampliamente aceptados en el sector de la construcción, algunas investigaciones recientes proponen reducir el uso de OPC debido a su alto impacto ambiental y al consumo de una gran cantidad de recursos naturales en su proceso de producción. Esta investigación presenta el desarrollo de un bloque de construcción ligero utilizando un mortero de geopolímero a base de puzolana y fibras naturales como alternativa de bajo impacto ambiental a los bloques de construcción tradicionales. Con esta finalidad, se presenta una revisión de literatura sobre los avances en el campo de geopolímeros y geopolímeros ligeros, el uso de fibras naturales en los geopolímeros y el uso de geopolímeros en bloques de construcción. La revisión de literatura permitió determinar los parámetros importantes para la formulación de geopolímeros como el tamaño y forma de las partículas de la materia prima, así como la relación molar de SiO2/Al2O3; la relación molar SiO2/Na2O, el contenido de Na2O y la relación agua-sólido de la solución alcalina activadora y las condiciones de curado. También se definió el contenido de agente espumante (H2O2) y de agregado fino como los parámetros de control para la fabricación de los geopolímeros ligeros. Por otro lado, se encontró que las fibras naturales mejoran las características mecánicas de las matrices de los geopolímeros. Finalmente, se registraron algunas investigaciones sobre el uso de geopolímeros como material para la fabricación de bloques de construcción. El plan experimental consistió en la caracterización química y física de la puzolana molida, la optimización de las condiciones de producción de la matriz geopolimérica, del contenido de agente espumante (H2O2) y de agregado fino para la producción de morteros de geopolímero ligero y del proceso de producción del bloque de construcción; así como la caracterización física y mecánica de las unidades fabricadas. La caracterización química mediante ensayos de fluorescencia de rayos X (XRF) y difracción de rayos X (XRD) permitieron confirmar que la puzolana es un mineral con iv alto contenido de SiO2 (53.55%) y Al2O3 (10.81%) y con una composición mineralógica con alto contenido de fase amorfa (65-75%), respectivamente. La caracterización física mediante análisis granulométrico determinó que el tamaño medio de partícula es de 11.19 μm. Los ensayos de caracterización demostraron que la puzolana es una buena materia prima para la fabricación de geopolímeros debido a su buena composición química, su alto contenido de fase amorfa y su bajo tamaño de partículas. La optimización de las condiciones de producción de la matriz geopolimérica se realizó mediante el estudio de cinco parámetros influyentes en las propiedades mecánicas del geopolímero (relación molar SiO2/Na2O, contenido de Na2O, la relación agua/sólido, la temperatura de curado y el tiempo de curado en horno). Esta optimización permitió obtener una matriz geopolimérica con una resistencia a compresión de 26 MPa. Para el desarrollo del mortero ligero se estudiaron distintos componentes de H2O2 (0.5%, 1%, 2% y 3%) y distintas relaciones en peso de puzolana : agregado fino (1:0, 3:1, 2:1 y 1:1) obteniéndose una mezcla con una resistencia a compresión de 5.9 MPa y una densidad de 1.13 g/cm3 . Finalmente, para la optimización del proceso de producción del bloque de construcción ligero se realizó el diseño de geometría de la unidad y la evaluación de diferentes procesos de desmolde y curado que permitieron que la unidad alcance la resistencia mecánica y densidad encontrada previamente. En esta última fase se detectaron problemas de fisuración en las paredes de la unidad de albañilería, los cuales se resolvieron mediante la adición de fibras de yute. El bloque de construcción alcanzó una resistencia a compresión de 5.3 MPa a los 7 días de fabricación con una densidad de 1.27 g/cm3 . Los resultados de esta investigación indican que es posible desarrollar un bloque de construcción ligero utilizando un mortero de geopolímero a base de puzolana. Debido a las características de este bloque de construcción, es posible utilizarlo en la construcción de muros de albañilería portantes y no portantes. / Tesis

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:43:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luiz Cezar Lima Junior.pdf: 4959123 bytes, checksum: 8ba169401ed3c8565f7d14d0d74e19c1 (MD5) Previous issue date: 2016-08-29 / Geopolymers, or ‘inorganic polymers’, considered an alternative cementing system to the convention Portland cement, are formed due to the dissolution, under a high alkali solution, of natural raw materials containing aluminosilicate species. The product of this reaction is the obtainment of a synthetic aluminosilicate product, manufactured under low temperature or even at room temperature. A wide range of materials can be used as precursors as well as alkali activators. The present work focuses on the obtainment of inorganic polymers with innovative precursors, based on different residues of several industrial sectors, such as glass manufacturing, ceramic claddings, and also with local minerals found in abundance on the region of the Campos Gerais. The development of an alternative cementing system will be directly applied on materials to be used as external cladding of steel/wood-based modular structures for residential/commercial buildings, replacing similar materials made from ordinary Portland cement, aiming and industrial application for this product. The obtained product presented similar/superior physical-mechanical properties when compared to its opponent products, with an average flexural strength of 11,73 MPa and a water absorption of 13,50%, being the first value intermediate and the second the best in comparison with commercial products. The use of temperature during curing cycle for increasing the properties of the geopolymeric cement was successfully tested, resulting on more dense and stable structures. Samples showed an increase in flexural strength from 1,83 MPa to 10,15MPa comparing curing cycles at room temperature and at 65ºC, which indicates that temperature works as a setting accelerator for the tested recipe of geopolymers. / Geopolímeros, ou ‘polímeros inorgânicos’, considerados um sistema cimentante alternativo ao cimento Portland convencional, são materiais formados a partir da dissolução de matérias-primas naturais à base de aluminossilicatos em uma solução alcalina. O resultado desta reação é a formação de um aluminossilicato sintético, produzido a baixas temperaturas ou mesmo sob temperatura ambiente. Diferentes matérias-primas naturais e sintéticas podem ser utilizadas como precursores e fonte de álcalis. O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de polímeros inorgânicos a partir de precursores inovadores, utilizando-se de resíduos de diversos setores da indústria, tais como da fabricação de vidro, da indústria de revestimentos cerâmicos, e também de insumos locais disponíveis em abundância na região dos Campos Gerais. O sistema cimentante obtido foi utilizado para a obtenção de placas de revestimento em construções em estrutura modular de aço ou madeira, substituindo produtos similares produzidos a partir de cimento Portland convencional, e visando uma aplicação industrial deste. O produto obtido apresentou propriedades físico-mecânicas semelhantes e até superiores às dos produtos concorrentes, com uma resistência à flexão média de 11,73 MPa e uma absorção de umidade média de 13,50%, sendo o primeiro valor intermediário e o segundo o melhor dentre os produtos comerciais. O uso de temperatura para aumento das propriedades físico-mecânicas do cimento geopolimérico foi testado com sucesso, resultando em estruturas mais compactas e estáveis. Houve um aumento de resistência mecânica de 1,83 MPa para 10,15 MPa comparando-se ciclos de cura sob temperatura ambiente e a 65ºC, indicando que a temperatura funciona como um acelerador de cura dos geopolímeros testados.

La finalidad de este trabajo de investigación es producir cemento geopolímero para la elaboración de shotcrete o concreto lanzado a partir de la activación alcalina de relaves mineros, el cual pueda mejorar sus propiedades físicas y mecánicas, principalmente la resistencia a la compresión. Para llevar a cabo este proceso se utilizarán activadores alcalinos como el silicato de sodio (Na₂SiO₃) e hidróxido de sodio (NaOH). Por otro lado, para la validación de esta investigación se realizará el ensayo normalizado para la determinación de la resistencia a la compresión de concreto en muestras cilíndricas, con el objetivo de analizar las propiedades mecánicas alcanzadas por el shotcrete producido a base de cemento geopolímero de 12 y 15M de concentración de NaOH. Los principales resultados indican que es posible obtener concreto ecoeficiente con una resistencia a la compresión de hasta 19 MPa a los 28 días de curado. Asimismo, es una alternativa sostenible, porque utiliza los relaves y presenta una reducción de un 73% en emisiones de CO2 en comparación con la producción del cemento Portland. En síntesis, este trabajo se centra en desarrollar cemento geopolímero sostenible, el cual se utilizará como material para la elaboración de shotcrete. / The purpose of this research work is to produce geopolymer cement for the manufacture of shotcrete or shotcrete from the alkaline activation of mining tailings, which can improve its physical and mechanical properties, mainly its resistance to compression. To carry out this process, alkaline activators such as sodium silicate (Na₂SiO₃) and sodium hydroxide (NaOH) will be used. On the other hand, for the validation of this research, the standardized test will be carried out to determine the compressive strength of concrete in cylindrical samples, with the aim of analyzing the mechanical properties achieved by the shotcrete produced from 12 and 15M NaOH concentration. The main results indicate that it is possible to obtain eco-efficient concrete with a compressive strength of up to 19 MPa after 28 days of curing. It is also a sustainable alternative, because it uses tailings and presents a 73% reduction in CO2 emissions compared to the production of Portland cement. In summary, this work focuses on developing sustainable geopolymer cement, which will be used as a material to produce shotcrete. / Trabajo de investigación