Introducción
El cemento es el principal componente al fabricar concreto y/o mortero, esto hace que su producción y la elaboración aumente, mientras mayor sea su demanda también mayor será la contaminación que se realizará en su proceso de fabricación, la producción de cemento aumento un 2% con respecto al año 2019, con alrededor de 1,264.000 toneladas vendidas para el mes de octubre según el reporte de la asociación de productores de cemento (Meneses y Ramírez, 2021), en la investigación se buscó reducir el uso del cemento reemplazándolo con ceniza de eucalipto para poder mejorar el mortero y reducir la contaminación ambiental que se produce al elaborarlo, por otro lado, Paricaguán y Muñoz (2019), la fabricación del mortero con materiales de la naturaleza hace que se reduzca la cantidad de materiales primas extraídos para así conservar los recursos no renovables.
Los distintos porcentajes de sustitución mejoran las propiedades como la resistencia del mortero, buena compactación, durabilidad, además se reduce el uso de combustible fósil y la formación de las materias primas (Goncalves, Soares y Paula, 2021), de esa manera para el proyecto de investigación se reemplazó el cemento en distintos porcentajes por la ceniza de eucalipto dado que hay mejoras en sus propiedades.
Asimismo, Ferreira et al (2020) emplearon fue de tipo experimental donde aplicó ceniza de madera de eucalipto de 1.46% y obtuvo que la ceniza de eucalipto tiene mayores resultados en todas las propiedades evaluadas, pero principalmente en la durabilidad y densidad, por otra parte Ogunwemino, Olaide, y Familusi, (2019) evaluó el uso de cenizas de almendras de eucalipto como sustitución del cemento en las propiedades mecánicas y físicas del mortero empleando aplicó ceniza de almendra de eucalipto en porcentajes desde 10% hasta 50%, tuvo mejores resultados con la adición de 10% (267.98 kg/cm2) de ceniza en la resistencia a la compresión, se puede tener en cuenta que al usar porcentajes menores los resultados son mejores a la muestra patrón.
De acuerdo con Silva, Lara, Silva, Provis y Bezerra (2022) mencionan que los niveles de resistencia mecánica de los morteros producidos con las cenizas de eucalipto son compatibles o superiores a los morteros producidos para evaluar la resistencia a la compresión del cemento Portland comercial. La ceniza de eucalipto no necesita activación alcalina, la cual hace que tenga mejores niveles de resistencia a la compresión, pero tiene mayor absorción de agua; en la investigación se buscó reducir el uso del cemento reemplazándolo con ceniza de eucalipto para poder mejorar el mortero y reducir la contaminación ambiental que se produce al elaborarlo, por otro lado, Batista y Martins (2021) analizaron las propiedades de la ceniza de eucalipto para evaluar su impacto en la producción de morteros con niveles bajos de consumo de cemento, donde se usó muestras con reemplazo de 10, 20 y 30% como sustitución de masa de cemento, como resultados la ceniza de eucalipto el límite de uso es un 10% de la sustitución del cemento, a partir del cual se produce una clara mejora en las propiedades físicas - mecánicas del mortero estas mejoras pueden variar de acuerdo a los porcentajes empleados en cada investigación.
Finalmente, se utilizaron ceniza de madera de eucalipto en un rango del 0 al 6% en reemplazo del cemento con relación al peso del suelo, donde obtuvieron que al añadir un 5% de cemento y un 1% de ceniza de gomero azul mostraron que la resistencia a la compresión es superior a la muestra patrón (Dabou, Kanali y Abiero, 2021), por consiguiente se planteó como problema general: ¿Cuál es la incidencia de la ceniza de eucalipto en las propiedades mecánicas del mortero de asentamiento de ladrillos artesanales? y como los objetivos específicos: “Verificar la incidencia de la adición de ceniza de eucalipto en la resistencia a la compresión del mortero”, “Evaluar el efecto de la adición de ceniza de eucalipto en la resistencia a la flexión del mortero”, “Comprobar la ocurrencia de la adición de la ceniza de eucalipto en la compresión en muretes con morteros” y “Demostrar la consecuencia de la adición de la ceniza de eucalipto en la compresión en prismas con morteros”, asimismo, la ejecución del estudio contempla como justificación práctica en dar a conocer un mortero con mejores propiedades agregando un aditivo orgánico y así brindar una mejor resistencia para construcciones futuras que beneficien a la seguridad de la población. finalmente se planteó como objetivo general: “Determinar la incidencia de la ceniza de eucalipto en las propiedades mecánicas del mortero de asentamiento de ladrillos artesanales” y como los objetivos específicos: “Verificar la incidencia de la adición de ceniza de eucalipto en la resistencia a la compresión del mortero”, “Evaluar el efecto de la adición de ceniza de eucalipto en la resistencia a la flexión del mortero”, “Comprobar la ocurrencia de la adición de la ceniza de eucalipto en la compresión en muretes con morteros” y “Demostrar la consecuencia de la adición de la ceniza de eucalipto en la compresión en prismas con morteros”.
Metodología
La investigación es de tipo aplicada ya que se exploró conocimientos utilizando de manera directa el problema conectado con la teoría y realidad, por otra parte, el diseño es de tipo cuasiexperimental que se utiliza una variable independiente para poder determinar su efecto en variables independientes (Hernández, Fernández y Baptista, 2014). La población del presente estudio estuvo constituida por muestras de las cuales 36 son cubos, 36 son rectangulares, 4 muretes y 4 prismas de mortero con la adición de ceniza de eucalipto con porcentajes de 1%, 3% y 5%, empleando toda la población debido a que la muestra es censal.
Asimismo, se empleó el programa estadístico SPSS donde se evaluó la prueba de normalidad, dentro de la normalidad se empleó la prueba de Shapiro Wilk donde se evalúa a muestras menores de n < 50 para obtener si los resultados son paramétricos o no paramétricos, consiguientemente se empleó el método de Anova para realizar la contrastación de las hipótesis planteadas para rechazar o aceptar las hipótesis alternativa o nula.
Diseño de experimentos
Se realizó 4 ensayos: resistencia a la compresión, resistencia a la flexión, resistencia a compresión diagonal en muretes y resistencia a compresión axial en prismas al mortero patrón y con adición de ceniza.
Materiales
Ceniza de eucalipto: Se consiguió las hojas de eucalipto en el departamento de Pasco- Provincia de Pasco - Distrito de Chaupimarca - Localidad de Pallanchacra, requeridos en la investigación que se llevó a cabo los ensayos necesarios (véase figura 1).
Resistencia a la compresión: Máximo esfuerzo que resiste un material bajo una carga de hundimiento., para efectuar este ensayo se cubren las dos caras horizontales de los ladrillos con mortero. (Soto y Sánchez, 2017).
Resistencia a la flexión: Una probeta de forma rectangular es flexionada utilizando una forma de tres o cuatro puntos de aplicación de la carga. (Arias y Becerra, 2017).
Resistencia a la compresión diagonal en muretes: Prueba en la que consiste emplear presión en una de las diagonales de un muro de dimensiones cuadrangulares, se produce esfuerzos de compresión a lo largo de la diagonal en la cual se aplica un peso. (Sánchez, 2016).
Resistencia a la compresión axial en prismas: Compuestos por dos o más hiladas de unidades completas asentadas una encima de la otra con el uso del mortero. (Vásquez, 2018).
Cada ensayo fue realizado en laboratorios acreditados por el Instituto Nacional de Calidad (INACAL) en la ciudad de lima, siguiendo las Normas Técnicas Peruanas (NTP), asimismo se realizó los respectivos porcentajes de ceniza de eucalipto para cada ensayo.(tabla 1)
Resultados
Propiedades físicas
Se tiene las propiedades físicas de la muestra ensayas en el laboratorio.(tabla 2)
Ensayo de Resistencia a la Compresión
De acuerdo a la norma NTP 334.051 se realizó el ensayo obteniendo así los siguientes resultados.
Se visualizó en la tabla 3 la mayor resistencia a los 28 días se alcanza en la muestra con 1% (238.33 kg/cm2) de adición de ceniza de eucalipto con relación a la muestra patrón (225.67 kg/cm2).
Se obtuvo que la muestra con 1% de adición de ceniza de eucalipto tiene una resistencia mayor a la muestra patrón superándolo en un 5.61% en resistencia (ver figura 2).
Ensayo de Resistencia a la Flexión
De acuerdo a la norma NTP 334.120 se realizó el ensayo obteniendo así los siguientes resultados:
Porcentaje de adición | Pmáx (kN) | Pmáx (kg) | Resistencia a la compresión V'm (kg/cm2) |
---|---|---|---|
55.00 | 5605.00 | 6.73 | |
0% | 57.00 | 5814.00 | 6.93 |
0% | 61.00 | 6222.00 | 7.56 |
1% | 60.00 | 6115.00 | 7.43 |
1% | 65.00 | 6630.00 | 7.93 |
1% | 71.00 | 7242.00 | 8.66 |
El módulo de rotura de la muestra con 1% (73.65 kg/cm2) y 3% (67.49 kg/cm2) de adición superan a la muestra patrón (64.14 kg/cm2) a la edad de 28 días, sin embargo, la muestra con 1% es mayor (ver tabla 4).
Hay 2 especímenes superiores al patrón a los 28 días, sin embargo, la muestra con 1% es mayor a las demás, además de que supera en un 14.82% a la muestra patrón (ver figura 3).
Ensayo de Resistencia a la Compresión Diagonal en muretes
De acuerdo a la norma NTP 399.621 se realizó el ensayo obteniendo así los siguientes resultados:
Vigas | Longitud entre apoyos (cm) | Pu (Kgf) | R (Kg/cm2) |
Natural | 16.00 | 186 | 64.14 |
1% Ceniza | 16.10 | 219 | 73.65 |
3% Ceniza | 16.20 | 199 | 67.49 |
5% Ceniza | 16.10 | 187 | 62.89 |
Promedio | 67.04 | ||
σ | 4.81 | ||
Promedio - σ | 62.23 |
La resistencia a la compresión en muretes en las 3 muestras con aditivos fue mayores a las muestras patrones realizadas a los 28 días, siendo la más resistente de 8.66 kg/cm2 (ver tabla 5).
Todos los especímenes son superiores al patrón a los 28 días, teniendo así un promedio de resistencia en la muestra patrón de 7.07 kg/cm2 y en la adición del 1% de 8.01 kg/cm2, teniendo una superioridad de 13.30% (ver figura 4).
Ensayo de Resistencia a la Compresión Axial en prismas
De acuerdo a la norma NTP 339.605 se realizó el ensayo obteniendo así los siguientes resultados.
Porcentaje de adición | Pmáx (kN) | Pmáx (kg) | Rest. a la compresión a los 28 días f'm (kg/cm2) |
---|---|---|---|
0% | 98.00 | 9988.00 | 42.46 |
0% | 62.00 | 9377.00 | 40.63 |
0% | 96.00 | 9784.00 | 40.91 |
1% | 138.00 | 14065.00 | 59.78 |
1% | 125.00 | 12740.00 | 53.38 |
1% | 130.00 | 13250.00 | 55.95 |
La resistencia a la compresión en prismas con 1% de adición tiene una resistencia máxima de 55.95 kg/cm2 superando a la muestra patrón con una resistencia máxima de 42.46 kg/cm2 a los 28 días (ver tabla 6).
Los especímenes con adición son superiores al patrón a los 28 días, teniendo así un promedio de resistencia en la muestra patrón de 41.33 kg/cm2 y en la adición del 1% de 56.37 kg/cm2, teniendo una superioridad de 36.39% (ver figura 5).
Interpretación de Resultados mediante SPSS
Para realizar la interpretación se utilizó el programa SPSS, donde se empleó la prueba de normalidad, Shapiro - Wilks para determinar si la distribución si es normal o no y se realizó el método de ANOVA donde se evaluó si se acepta o rechaza la hipótesis nula (H0) o la hipótesis alterna (H1).
Ensayo de Resistencia a la Compresión
Se realizó la prueba de normalidad de datos en los ensayos con adiciones de 1%, 3%, 5% y la muestra patrón para determinar si es mayor a α = 0.05 (tabla 7)
Adición ceniza de Eucalipto | Shapiro-Wilk | ||||
---|---|---|---|---|---|
Estadístico | gl | Sig. | |||
Resistencia a la compresión | Muestra patrón | ,832 | 3 | ,194 | |
Adición al 1% | ,993 | 3 | ,843 | ||
Adición al 3% | 1,000 | 3 | 1,000 | ||
Adición al 5% | ,923 | 3 | ,463 |
Para la investigación en la hipótesis 01 se tuvo una normalidad de p-valor = 0.194 siendo mayor a α = 0.05, esto indica que la distribución es normal, por lo tanto, se puede realizar el ANOVA.
En el método ANOVA, se determinó si se acepta la hipótesis alterna (H1): La ceniza de eucalipto incide significativamente en la resistencia a la compresión del mortero o la hipótesis nula (H0): La ceniza de eucalipto no incide significativamente en la resistencia a la compresión del mortero. (tabla 8)
Resistencia a la compresión | |||||
---|---|---|---|---|---|
Suma de cuadrados | gl | Media cuadrática | F | Sig. | |
Entre grupos | 596,917 | 3 | 198,972 | 17,686 | ,001 |
Dentro de grupos | 90,000 | 8 | 11,250 | ||
Total | 686,917 | 11 |
La significancia es de 0,001 < 0,05. Si la probabilidad conseguida P-valor < α = 0.05, entonces se rechaza la hipótesis nula (H0), por ello se acepta la hipótesis alterna (H1), finalmente se señala que la ceniza de eucalipto si incide significativamente en la resistencia a la compresión.
Ensayo de Resistencia a la Flexión
Se realizó la prueba de normalidad de datos en los ensayos con adiciones de 1%, 3%, 5% y la muestra patrón para determinar si es mayor a α = 0.05. (tabla 9)
Adición ceniza de Eucalipto | Shapiro-Wilk | ||||
---|---|---|---|---|---|
Estadístico | gl | Sig. | |||
Resistencia a la flexión | Muestra patrón | 1,000 | 3 | ,993 | |
Adición al 1% | ,950 | 3 | ,570 | ||
Adición al 3% | ,941 | 3 | ,533 | ||
Adición al 5% | ,993 | 3 | ,845 |
Para la investigación en la hipótesis 02 se tuvo una normalidad de p-valor = 0.533 siendo mayor a α = 0.05, esto indica que la distribución es normal, por lo tanto, se puede realizar el ANOVA.
En el método ANOVA, se determinó si se acepta la hipótesis alterna (H1): La ceniza de eucalipto t incide significativamente en la resistencia a la flexión del mortero o la hipótesis nula (H0): La ceniza de eucalipto no incide significativamente en la resistencia a la flexión del mortero. (tabla 10)
Resistencia a la flexión | |||||
---|---|---|---|---|---|
Suma de cuadrados | gl | Media cuadrática | F | Sig. | |
Entre grupos | 228,005 | 3 | 76,002 | 1,014 | ,436 |
Dentro de grupos | 599,715 | 8 | 74,964 | ||
Total | 827,720 | 11 |
La significancia es de 0,436 > 0,05. Si la probabilidad conseguida P-valor > α = 0.05, entonces se acepta la hipótesis nula (H0), por ello se rechaza la hipótesis alterna (H1), finalmente se dice que la ceniza de eucalipto no incide significativamente en la resistencia a la flexión.
Ensayo de Resistencia a la Compresión Diagonal en Muretes
Se realizó la prueba de normalidad de datos en los ensayos con la adición de 1% y la muestra patrón para determinar si es mayor a α = 0.05. (tabla 11)
Adición ceniza de Eucalipto | Shapiro-Wilk | ||||
---|---|---|---|---|---|
Estadístico | gl | Sig. | |||
Resistencia a la compresión en muretes | Muestra patrón | ,918 | 3 | ,445 | |
Adición al 1% | ,988 | 3 | ,795 |
Para la investigación en la hipótesis 03 se tuvo una normalidad de p-valor = 0.445 siendo mayor a α = 0.05, esto indica que la distribución es normal, por lo tanto, se puede realizar el ANOVA.
En el método ANOVA, se determinó si se acepta la hipótesis alterna (H1): La ceniza de eucalipto incide significativamente a la resistencia a la compresión en muretes con mortero o la hipótesis nula (H0): La ceniza de eucalipto no incide significativamente a la resistencia a la compresión en muretes con mortero. (tabla 12)
Resistencia a la compresión en muretes | |||||
---|---|---|---|---|---|
Suma de cuadrados | gl | Media cuadrática | F | Sig. | |
Entre grupos | 1,307 | 1 | 1,307 | 4,583 | ,099 |
Dentro de grupos | 1,141 | 4 | ,285 | ||
Total | 2,447 | 5 |
La significancia es de 0,099 > 0,05. Si la probabilidad conseguida P-valor > α = 0.05, entonces se acepta la hipótesis nula (H0), por ello se rechaza la hipótesis alterna, finalmente se señala que la ceniza de eucalipto no incide significativamente a la resistencia a la compresión en muretes con mortero.
Ensayo de Resistencia a la Compresión Axial en Prismas
Se realizó la prueba de normalidad de datos en los ensayos con la adición de 1% y la muestra patrón para determinar si es mayor a α = 0.05. (tabla 13)
Adición ceniza de Eucalipto | Shapiro-Wilk | ||||
---|---|---|---|---|---|
Estadístico | gl | Sig. | |||
Resistencia a la compresión en prismas | Muestra patrón | ,862 | 3 | ,272 | |
Adición al 1% | ,987 | 3 | ,784 |
Para la investigación en la hipótesis 04 se tuvo una normalidad de p-valor = 0.272 siendo mayor a α = 0.05, esto indica que la distribución es normal, por lo tanto, se puede realizar el ANOVA.
En el método ANOVA, se determinó si se acepta la hipótesis alterna (H1): La ceniza de eucalipto incide significativamente a la resistencia a la compresión en prismas con mortero o la hipótesis nula (H0): La ceniza de eucalipto no incide significativamente a la resistencia a la compresión en prismas con mortero. (tabla 14)
Resistencia a la compresión en prismas | |||||
---|---|---|---|---|---|
Suma de cuadrados | gl | Media cuadrática | F | Sig. | |
Entre grupos | 339,152 | 1 | 339,152 | 59,794 | ,002 |
Dentro de grupos | 22,688 | 4 | 5,672 | ||
Total | 361,840 | 5 |
La significancia es de 0,002 < 0,05. Si la probabilidad conseguida P-valor < α = 0.05, entonces se rechaza la hipótesis nula (H0), por ello se acepta la hipótesis alterna, entonces se dice que la ceniza de eucalipto sí incide significativamente a la resistencia a la compresión en prismas con mortero.
Discusión
El presente trabajo tuvo como objetivo general determinar la incidencia de la ceniza de eucalipto en las propiedades mecánicas del mortero de asentamiento de ladrillos artesanales; según los resultados obtenidos en los ensayos respectivos, presentan relación con Ferreira et al (2020) en su artículo científico titulado “Desechos agrícolas de materiales lignocelulósicos en compuestos de cemento”, con el 1.46% de ceniza de eucalipto obtuvieron resultados referentes a las propiedades mecánicas, por lo que la resistencia a la compresión fue de 95.14 kg/cm2 siendo mayor a las demás adiciones, por otro lado en la presente investigación se tiene un resultado de 238.33 kg/cm2 mayor al resto en ambas investigaciones se realizó la prueba de Tukey con una significancia de 0.000 y 0.001 respectivamente siendo menor al 0.05, estadísticamente ambos resultados presentan una mejora significativa en la resistencia a la compresión.
Batista y Martins (2021) en su artículo científico titulado obtuvieron resultados en relación a la resistencia a la flexión del mortero, por lo que la muestra patrón fue de 13.26 kg/cm2 y con sus adiciones (10%, 20% y 30%) consiguieron valores de manera decreciente donde la mejor resistencia a los 28 días fue de 14.28 kg/cm2 de la adición de 10% demostrando que con una adición del 10% se tiene mejores resultados, en la presente investigación con adiciones (1%, 3% y 5%) se observó que la resistencia a la flexión a 28 días es de forma decreciente obteniendo mejor resultado con el 1% siendo de 73.65 kg/cm2 siendo superior a la patrón con una resistencia de 64.14 kg/cm2, asimismo se tuvo coincidencia ya que a menor porcentaje mayor es la resistencia que se alcanza.
Asimismo, Goncalves, Soares y Paula (2021) en su artículo científico consiguieron resultados relacionado a la resistencia a la compresión diagonal con mortero con adiciones del 15% y 30% de ceniza, donde se obtuvo resultados a los 14 días de 8.87 kg/cm2 (15%) y 5.91 kg/cm2 (30%) y a los 28 días de 11.83 kg/cm2 (15%) y 4.89 kg/cm2 (30%) superando así solo el 15% a la muestra patrón en ambas edades demostrando que con un menor porcentaje aumenta la resistencia, además que con el 30% a los 28 días la resistencia disminuye respecto a los 14 días, estas variaciones también se encontraron en la presente investigación donde a los 28 días con 1% de adición se obtuvo 8.01 kg/cm2 y en la muestra patrón de 7.07 kg/cm2 teniendo así que a mayor porcentaje la resistencia disminuye, finalmente Dabou, Kanali y Abiero (2021) en su artículo lograron resultados en la resistencia a la compresión axial con mortero usando adiciones de 1% al 6% se observó que todos los resultados superan a la muestra patrón, sin embargo, el espécimen que tiene mayor resistencia es con adición del 1% (33.34 kg/cm2) notando disminución al aumentar el porcentaje de adición, asimismo en la presente investigación se tiene resultados de manera decreciente al aumentar el porcentaje y obteniendo mejor resistencia con el 1% (56.37 kg/cm2) de adición de ceniza, corroborando así la similitud en ambas investigaciones.
Conclusiones
Respecto al objetivo general, La adición de la ceniza de eucalipto en porcentajes de 1%, 3% y 5% en las propiedades mecánicas del mortero de asentamiento de ladrillos artesanales incide significativamente y de manera positiva para obtener mejores resistencias, siendo el más significativo la adición de 1%, al incrementar progresivamente la resistencia a la compresión y flexión. Respecto a la resistencia a la compresión con los porcentajes de 3% y 5% se obtiene resultados positivos, pero no son estadísticamente significativos como lo es el del 1% que si tiene una significancia estadística de 0.001 menor al 0.05, el cual muestra una resistencia a la compresión de 238.33 kg/cm2 superando a la muestra patrón 225.67 kg/cm2 siendo mejor en un 5.61%. Respecto la resistencia a la flexión con las adiciones de 1% (73.65 kg/cm2) y 3% (67.49 kg/cm2) tuvieron un efecto positivo respecto a la muestra patrón (64.14 kg/cm2), sin embargo, con la adición del 5% la resistencia es menor al patrón, por lo tanto, al aumentar los porcentajes también disminuye la resistencia, finalmente mediante el estadístico se tuvo una significancia de 0.436 el cual determinó que los resultados dados no tienen efecto relativamente positivo. Respecto la adición del 1% se obtuvo una resistencia en muretes de 8.01 kg/cm2 superando a la muestra patrón 7.07 kg/cm2 en un 13.30% a los 28 días, sin embargo, a pesar de tener una resistencia mejor estadísticamente no es tan significativa, ya que es mayor al p-valor de 0.05 para poder ser reemplazo parcialmente del cemento, finalmente en relación a la resistencia a la compresión en prismas se tiene resultados con el 1% de adición de 56.37 kg/cm2 respecto a la muestra patrón 41.33 kg/cm2 teniendo notablemente una mejoraría del 36.39% a los 28 días, además de tener una relevancia mayor a la muestra sin adición, donde estadísticamente nos muestra una significancia de 0.002 siendo menor al p-valor, induciendo así que con la adición si incide significativamente.
Contribuciones de los autores
En concordancia con la taxonomía establecida internacionalmente para la asignación de créditos a autores de artículos científicos (https://casrai.org/credit/). Los autores declaran sus contribuciones en la siguiente matriz:
Conflicto de Interés
Los autores declaran haber cumplido con todos los requisitos éticos y legales pertinentes, tanto durante el estudio como en la preparación de este documento; que no hay conflictos de interés de ningún tipo, Asimismo, estamos de acuerdo con la versión editada final de esta publicación.