Caracterización mecánica del tapial y su aplicación a estructuras existentes mediante el uso de ensayos no destructivos

Abstract

El tapial es un material sumamente desconocido pese a estar presente en un gran número de edificios, tanto de carácter patrimonial como simplemente residencial. La causa de este desconocimiento radica en el olvido en el que cayó su uso debido principalmente a la llegada de otros materiales con unas capacidades mecánicas muy superiores y al progresivo encarecimiento de la mano de obra. Aún así, la aparición de una conciencia social en los últimos años más preocupada por la conservación del patrimonio y del medio ambiente ha hecho que los investigadores vuelvan su mirada sobre este material que, pese a estar presente en la historia de la humanidad desde hace miles de años es casi un desconocido a los ojos de la mecánica de estructuras. En este trabajo de tesis se ha llevado a cabo una caracterización completa de un tapial patrimonial, ejecutado siguiendo los métodos tradicionales y con los mismos materiales empleados históricamente. Los trabajos realizados hasta la fecha muestran una gran diversidad de resultados sobre los parámetros analizados, debido a las diferencias incluidas en la fabricación de las probetas o a los métodos utilizados. Únicamente el valor de la densidad y del coeficiente de Poisson presentan valores comparables y cercanos entre los autores consultados. El primero de los factores, la densidad, ha quedado señalado como uno de los datos que más afecta al resto de parámetros mecánicos, siendo por tanto uno de los que mejor caracteriza el material. Para la obtención de datos sobre estructuras existentes de valor patrimonial se deben utilizar ensayos no destructivos (END) de caracterización, que permitan conocer su capacidad mecánica sin alterar su materialidad. Los END utilizados en este trabajo de tesis han sido la Velocidad de Pulso Ultrasónico (UPV) y el ensayo de Frecuencia-Resonancia (FFRF). A partir del primero se ha llegado a formular una expresión que relaciona los datos obtenidos a partir de él con la carga máxima de compresión, mientras que el segundo de los END utilizados se ha mostrado útil para probetas de tapial, si bien se requiere un ajuste en cuanto a la cuantificación de la masa de las probetas. El método FFRF se ha mostrado eficaz para detectar fallos internos en las probetas, no solo a partir de los valores resultantes sino principalmente por la forma que presentan los autoespectros calculados. Se ha observado también el efecto del tamaño de las probetas, su relación longitud-sección, en los datos aportados por el ensayo FFRF, localizando los modos de vibración más sensibles. En la caracterización de fractura se han encontrado datos interesantes relacionados con las dosificaciones empleadas, en las que las probeta con un mayor contenido en cal muestran valores de energía de fractura mayores. Al mismo tiempo esas probetas muestran también valores superiores de longitud característica y por tanto una zona de proceso de fractura de un mayor tamaño en relación a las probetas de menor cantidad de cal. Los datos numéricos obtenidos de longitud característica engloban el comportamiento del tapial dentro del mismo comportamiento del hormigón en masa, coincidiendo además este comportamiento a nivel cualitativo al observar las curvas de ablandamiento. Por lo tanto se ha podido considerar al tapial como un material cuasi-frágil, que responde al modelo de grieta discreta de Hillerborg. Continuando con los ensayos sobre las probetas se han obtenido valores de carga máxima a compresión, módulos de elasticidad y coeficiente de Poisson, mediante los métodos destructivos habituales, poniendo en relación los datos obtenidos con los aportados por las técnicas END. Se ha constatado el ablandamiento que se produce sobre las probetas y el comportamiento no-lineal que se observa durante la aplicación de la carga, lo que complica la obtención del módulo de elasticidad. Finalmente, se ha llevado a cabo de forma paralela un estudio que evidencia el largo periodo de tiempo que los materiales estabilizados con cal deben atravesar hasta completar su completa carbonatación. Además se ha puesto de manifiesto un proceso de autobloqueo de la carbonatación, más acusado en función de la cantidad de cal presene en la mezcla, y que ha sido claramente identificado al medir los frentes de carbonatación en las probetas de distintas dosificaciones.