Yeso Mas Fibra de Botellas Pet

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES INSTITUTO DE ENSAYO DE MATERIALES

MORTERO DE YESO REFORZADO CON FIBRA RECICLADADE BOTELLAS PET PARA SU APLICACIN COMO JUNTA

EN MAMPOSTERA DE LADRILLO

Sofa Alcn CallaFranolit Salcedo QuispeVernica Gallardo Tapia

Jorge Echaz Cortez

RESUMEN.-En el presente estudio, se optimizaron mezclas de morteros de yeso, arena y fibra reciclada debotellas PET para junta de mampostera de ladrillo, desde el punto de vista de la resistencia acompresin, manteniendo una trabajabilidad constante. Se ensayaron dos tipos de yesos:COBOCE y HUANCAPAMPA. Adems de la optimizacin indicada, se determin tambin laresistencia a compresin en prismas de ladrillo y mortero optimizado, se evalu la adherenciadel mortero optimizado a ladrillos de 6 huecos, la variacin del tiempo de trabajabilidadadicionando brax y se realiz una comparacin de costos entre el mortero optimizado y unmortero tradicional de cemento.

1. INTRODUCCIN

Entre las lneas de investigacindesarrolladas en el Instituto de Ensayo deMateriales, se encuentra una dedicada amorteros de manera general. Se hanrealizado ya varias investigaciones enmorteros de junta y en morteros derevestimiento.

El presente estudio pretende continuar estalnea de investigacin, utilizando yeso comomaterial alternativo al cemento en laelaboracin de morteros de junta paratabiquera interior. Investigaciones previasrealizadas en el I.E.M. han mostrado laconveniencia de utilizar fibras recicladas debotellas PET como refuerzo en pastas deyeso. Otras justificaciones para la presenteinvestigacin son las siguientes:

Bajo valor comercial del yeso conrelacin al cemento.Gran difusin del uso del yeso en laconstruccin.Necesidad de aprovechamiento deldesecho (fibras) del reciclaje industrialde botellas PET.De manera general, los morterostradicionales de cemento tienenresistencias mayores a las requeridas

para tabiquera, lo que justifica labsqueda de alternativas mseconmicas.

2. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Optimizar morteros de yeso reforzados confibra reciclada de botellas PET para suaplicacin en juntas de tabiquera.

OBJETIVOS ESPECFICOS

Determinar las proporciones ptimas dearena y fibra reciclada de botellas PETen morteros de yeso, con relacin a laresistencia a compresin.Determinar la resistencia a compresinen 3 prismas de ladrillo y morterooptimizado.Evaluar la adherencia del morterooptimizado a ladrillos cermicos de 6huecos.Evaluar la variacin del tiempo detrabajabilidad utilizando adicin de braxen el mortero optimizado.Realizar un anlisis de costos para elmortero de yeso optimizado y compararcon un mortero tradicional de cemento.

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3. ALCANCE Y LIMITACIONES

Se trabajar con 2 tipos yesos:HUANCAPAMPA y COBOCE.

La arena ser procedente de Mallasilla.

La fibra reciclada ser otorgada porindustrias Lara Bisch.

La optimizacin se efectuar paraaplicacin en morteros de junta paratabiques divisorios no portantes conresistencia de referencia de 5 MPa.

Los ensayos de resistencia acompresin axial para la optimizacinse realizarn en probetas cbicas de 2"de lado de acuerdo a la Norma NB 122008 (Yesos y Escayolas EnsayosFsico Mecnicos), con modificacionesen el proceso de secado.

Con las dosificaciones ptimas seelaborarn prismas de ladrillo de 6huecos y mortero optimizado en loscuales se realizarn ensayos acompresin.

Las proporciones arena - yeso aestudiar se establecieron en base a unestudio anterior realizado por el Ing.Hugo Pabn (1) en su tesis de pregradoy en base a pruebas realizadas en loslaboratorios del Instituto.

Las proporciones fibra - yeso a estudiarse establecieron en base a un estudioanterior realizado por los IngenierosAlejandro Duran y Corina Condori(2)como tesis de pregrado y en base apruebas realizadas en los laboratoriosdel Instituto.

Los ladrillos para la elaboracin deprismas y para los ensayos deadherencia fueron procedentes de lafbrica EL DORADO.

Todos los ensayos se realizaran enlaboratorios del I.E.M. con equiposdisponibles en el mismo.

Para la retardacin de fraguado seutilizar brax procedente dellaboratorio GEMICAL, en proporcionesestablecidas en base a un estudioanterior realizado por la Ing. AndreaLpez (3) como tesis de pregrado.

Para la comparacin de costos seutiliz como referencia un morteroconvencional de cemento estudiado enuna investigacin anterior realizada porel Ing. Peter Zambrana (4) como tesis depregrado.

4. MARCO TERICO

Unidades de albailera.-Las unidades de albailera sonelementos prismticos de pesos quepermiten ser manejados por lostrabajadores, generalmente se trata deunidades de cermica (ladrillos),bloques de concreto, adobes, etc.Unidas con algn tipo de aglomeranteconforman muros y paredes.

Tabiquera.-Se denomina tabique al conjunto, sinfuncin estructural, empleadoprioritariamente para separaciones fijasde interiores en las edificaciones, y suconstruccin se puede llevar a cabocon distintos materiales: ladrillos,placas de yeso, placas de hormign,paneles prefabricados de catn-yeso,etc. El tabique debe quedar arriostrado,es decir, fijado al menos por dos de suslados opuestos verticales (en pilares,muros u otros tabiques) y horizontales(en forjados o vigas).

Mortero de junta.-Se denomina mortero de junta a lamezcla compuesta de aglomerantes,ridos, agua y eventualmente aditivos,que se utiliza para adherir unidades de

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albailera para la conformacin demuros y paredes.

PET.-El PET (Tereftalato de Polietileno) esun polister termoplstico lineal conuna estructura molecular que le permitecristalizar, lo que regula suspropiedades y aplicaciones. El PETposee una resistencia qumica ypropiedades de barrera excelentes,siendo ampliamente utilizado para lafabricacin de botellas o garrafas paraagua, jugos, refrescos, aceites, etc.

Fibra reciclada de botellas PET.-Los envases de PET son 100%reciclables. Este reciclaje genera variossubproductos que sirven como materiaprima para la fabricacin de envases,alfombras, tejidos, etc. La fibra utilizadapara el presente estudio, es el materialde desecho de este reciclaje.

5. METODOLOGA

5.1 CARACTERIZACIN DE LOSMATERIALES Y ENSAYOS PREVIOS

Yeso.- Se realizaron los siguientesensayos de caracterizacin en los dostipos de yesos utilizados:o Contenido de agua libre y agua

combinada.o ndice de purezao Contenidos de sulfato de calcio en

todas sus formaso Peso especficoo Finura de molidoo Tiempo de fraguadoLos ensayos qumicos se realizaron en

base a las normas nacionales NB 122006 y 122007 y los ensayos fsicos

se efectuaron en base a la normanacional NB 122008.

Arena Mallasilla.- Para la arena utilizadaen el presente estudio se realizaron lossiguientes ensayos de caracterizacin enbase normas ASTM:

o Pesos especficos y unitarioso Humedad, absorcin, y contenido de

vacioso Contenido de material que pasa el

tamiz N 200o Granulometra

Fibras recicladas de botellas PET.-o Granulometra en base a la norma

ASTM C 136o Densidad con ayuda de un

picnmetro.

5.2 DISEO DEL EXPERIMENTO YENSAYOS PRINCIPALES.El diseo metodolgico de la presenteinvestigacin consisti en un Anlisis deVarianza (ANOVA) de tipo factorial paraanalizar el efecto de diferentes proporcionesde arena y diferentes porcentajes de fibrasobre la resistencia a compresin. Seefectuaron 3 repeticiones de cadacombinacin de proporciones. El siguientecuadro muestra el diseo propuesto paracada uno de los yesos estudiados.

Tabla 1 Diseo del experimento

Los ensayos de compresin se realizarontomando como referencia la norma ASTM C1 09, haciendo las modificacionespertinentes como se describe acontinuacin:

El mortero fue mezclado con la amasadorade la norma ASTM C 305, la cantidad deagua fue la necesaria para obtener unafluidez de 100 5 en la mesa de flujo. Una

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vez preparado, fue colocado en los moldescbicos en dos capas, apisonando cadacapa con ocho golpes uniformementedistribuidos. Los moldes permanecieron atemperatura ambiente durante 24 horas,luego de las cuales se procedi aldesmoldado, dejando las probetas atemperatura ambiente durante 6 das.Pasado este tiempo, se colocaron lasprobetas en un horno de secado a unatemperatura de 43 2 C (ver Foto 1). Lasprobetas permanecieron en el horno desecado hasta peso constante (alrededor de7 das) y luego fueron ensayadas acompresin en la Versatester del Institutode Ensayo de Materiales (Ver Foto 2).

Foto 1

Foto 2

5.3 ENSAYOS COMPLEMENTARIOS Y DEAPLICACINCon las dosificaciones ptimas se realizaronlos siguientes ensayos complementarios:

5.3.1 Resistencia a compresin enprismas de ladrilloPara este ensayo se utiliz como referenciala norma ASTM E 447. Los prismas fueronpreparados uniendo tres piezas enteras deladrillo y luego refrentados con mortero deazufre y arena silcea (Ver Foto 3). Elespesor del mortero fue deaproximadamente 15 mm. Se ensayaron 3prismas con la dosificacin ptima. Lascondiciones de secado al ambiente y al hornoantes del ensayo, fueron las mismas que lasindicadas para las probetas para compresinde morteros.

Foto 3

En la Foto 4 se muestra una probetaensayada con las fisuras marcadas.

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Foto 4Foto 5


5.3.2 Adherencia por traccin a ladrillosde 6 huecosEl procedimiento para este ensayo es elindicado en la Norma Belga NBN 813-05.Se ensay la dosificacin ptima con unafluidez de 96.2 en la mesa de flujo. Elespesor del mortero fue de 15 mm. Una vezcolocada la mezcla sobre la cara ms anchadel ladrillo, se procedi a perforarlo con untubo de P.V.0 de 2 pulgadas de dimetropara determinar la adherencia de lasprobetas as obtenidas. El curado se realizde la misma manera que para los ensayosde resistencia a compresin en probetascbicas, es decir: se secaron al medioambiente durante 6 das y luego al horno a43 C hasta peso constante. Una vezobtenido el peso constante, se procedi apegar las pastillas metlicas del equipo deadherencia (Bond Tester) y luego sedetermin la resistencia a la adherencia portraccin directa como se muestra en lasFotos 5 y 6. Se ensayaron 6 probetas: 2 encada uno de tres ladrillos con absorcinsimilar.

Foto 6

5.3.3 Tiempo de fraguado con y sin laadicin de braxCon el objeto de estimar tiempos demanipulacin reales en la construccin demuros de tabiquera interior, se determin eltiempo de fraguado del mortero optimizadocon y sin la adicin de brax comoretardador. Se utiliz una proporcin debrax de 1.5% con relacin al peso del yesoen base a la investigacin mencionada en elalcance del presente estudio. Estosensayos se realizaron en base a la normaespaola UNE 102-031-82 por su sencillez yfacilidad de ejecucin. Una vez preparado elmortero, se procedi a elaborar tres

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pastillas con un espesor deaproximadamente 5 mm encima de tresplacas de vidrio. Las pastillas aselaboradas fueron sometidas a cortes decuchillo determinando el tiempo inicial defraguado como el momento en que elmortero deja de unirse en la hendiduraocasionada por el cuchillo. El tiempo final sedetermin como el momento en que unapresin de 5 kg ejercida por un dedo nodeja huella visible en la superficie de lapastilla. (Ver Foto 7).

Foto 7

6. ANLISIS DE RESULTADOS

6.1 CARACTERIZACIN DE LOSMATERIALES

Yeso.- En las tablas 2 y 3, se muestranlos resultados de los ensayos qumicos yfsicos de los yesos utilizados en lapresente investigacin:

Tabla 2 Ensayos qumicos de los yesos enestudio

Parmetro Huancapampa COBOCE NB-1011

Agua libre 0,2% 0,6%Agua Combinada 2,7% 5,7% YF< 6 %ndice pureza 90,3% 93,3% YF> 80 %Determinacin del contenidode iones sulfato (SO4") 61,9% 61,9%

Determinacin del contenidoen sulfato de calcio presentecomo anhidrita soluble (A II I )

1,2% 0,1/o

Determinacin del contenidoen semihidrato (CaSO4 '/2H20)

53,7% 87,5%YF> 66 %

YG>50

Tabla 3 Ensayos fsicos de los yesos enestudio

Parmetro Huancapampa COBOCE NormaBoliviana YF

Peso especifico 2.444 2.300

Finura demolido 1.33% 4% 3 min

Tiempo finalde fraguado 11.64 9.54 < 10 min

Arena.- Los resultados de los ensayosde caracterizacin de la arena Mallasillase muestran en las tablas 4 y 5 y en elgrfico 1:

Tabla 4 Propiedades de la arena Mallasilla

Propiedad

Absorcin (%)

Valor

4.98Humedad Natural (%) 0.64

Peso Especifico 2.41Peso Unitario Suelto (gr/cm 3 )) 1.46

Huecos (%) 42.81Peso Unitario Compacto (gr/cm3) 1.66

Huecos (%) 35.17% que Pasa el Tamiz N 200 10.35

Granulometra AceptableModulo de Finura 3.56

Tabla 5 Granulometra de la arena MallasillaPeso %AberturaTamiz retenido Que[mm]

[g]pasa

Especificaciones---

MIN MAX

N4 4.750 9.4 98.8 95 100

N8 2.360 69.6 89.8 80 I 100

N16 1.190 125.9 73.4 50 85

N30 0.595 169.4 51.5 25 60

N50-

0.297 218.8 23.1 10 30

N100 0.149 126.3 6.7 2 10

Charola 50.2 0.2 ---

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1 0Dimetro de las aberturas del Tamiz [mml 10.0

0 4-0 1


Grfico 1 Granulometra de la arenaMallasilla

Fibras recicladas de botella PET.- Elpromedio de los resultados de losensayos de granulometra para las fibrasrecicladas de botellas PET se muestra enla tabla 6 y el grfico 2:

Tabla 6 Granulometra de la fibra reciclada debotella PET

Mdulo de finura: 3.69

La densidad promedio de las fibrasrecicladas de botellas PET es de 1.29gr/cm3

6.2 ENSAYOS PRINCIPALESA continuacin se muestran los resultados de lasresistencias obtenidas para las diferentesdosificaciones con cada uno de los yesosestudiados:

Tabla 7: Resistencia a compresin Morterocon yeso HUANCAPAMPA

Grfico 3: Resistencia a compresin Morterocon yeso

HUANCAPAMPAResistencia vs proporcin de fibra

Como se puede ver en el grfico mostrado,la inclusin de fibra no aporta resistencia almortero elaborado con yeso Huancapampa.Por otra parte, se evidenci que existamucha dispersin en los resultados de lasdiferentes repeticiones.

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Tabla 8: Resistencia a compresin Morterocon yeso COBOCE

Grfico 4: Resistencia a compresin Morterocon yeso COBOCE

Resistencia vs proporcin de fibra

De acuerdo al anlisis estadstico con laprueba de Duncan, se verifica que en elcaso del mortero de yeso COBOCE, la fibraincrementa la resistencia cuando seincorpora en una proporcin de 0.15 paralas tres proporciones de arena estudiadas.En vista de que la dosificacin con yesoCOBOCE, relacin arena/cemento igual a 3y 0.15 de fibra reciclada es la que msresistencia alcanz, ser considerada comola dosificacin ptima. Esta resistencia (8.19MPa) es similar a la de un mortero decemento convencional (4) con proporciones1:5.4 (7.91 MPa).

6.3 ENSAYOS COMPLEMENTARIOS

Debido a que el mortero de yesoHuancapampa no mostr incremento en laresistencia con la inclusin de fibra, y dadoque los resultados en las diferentesrepeticiones fueron muy dispersos, se tomla decisin de trabajar solamente con elmortero de yeso COBOCE para los ensayoscomplementarios.A continuacin y para fines informativos sepresentan los resultados de los ensayoscomplementarios indicados en el punto 5.3.

6.3.1 Resistencia a compresin enprismas de ladrillo

En la tabla 9 se presentan los resultadosobtenidos para la resistencia a compresinde los prismas.

Tabla 9: Resistencia a compresin de losprismas de ladrillo

N deProbeta

Dimensioneslargo(L)

medias [mmi1 ancho 1

alto (h)(a)

Tensinde[ rotur

Tensinpromedio

[MPa]

1

2

3 230,5

Estos resultados pueden ser comparadoscon los resultados de una investigacinanterior (4) , en la que se obtuvo unaresistencia a compresin de 2.59 MPa enprismas elaborados con ladrillos huecos ymortero de cemento con relacincemento/arena igual a 5.4 en peso.

6.3.2 Adherencia por traccin a ladrillosde 6 huecosLa norma chilena NCh 2471 especifica unatensin de adherencia por traccin directaen mortero de cemento mayor o igual que0.2 MPa, el resultado obtenido enlaboratorio para la tensin de adherencia

230,7

231,0

95,8

96,5

96,5 490,5

489,8

491,3

2,24

2,38

2,30 2,31

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del mortero de yeso y fibra al ladrillo es 0.53MPa, por tanto este tipo de mortero ofreceuna adherencia que cumple con holgura laespecificacin de dicha norma.

6.3.3 Tiempo de fraguado sin y con laadicin de brax.En la tabla 10 se muestra el resultadoobtenido para el tiempo de fraguado sin ycon la adicin de brax.

Tabla 10: Tiempos de fraguado sin y con laadicin de brax

Sin borax Con borax

Tiempo inicial 3 min. 5 min. 30 seg.

Tiempo final 11 min. 40 seg. 29 min. 50 seg.

De acuerdo a los resultados de la tablaanterior, el tiempo en que el morteromantiene la trabajabilidad se ve modificadofavorablemente con la adicin de brax.

7. ANLISIS DE COSTOSComo estaba establecido en los objetivosdel presente estudio, se realiz unacomparacin entre el costo del morterooptimizado con adicin de brax (1 de yesoCOBOCE: 0.15 de fibra: 3 de arena: 0.015de brax) y un mortero de cementoconvencional mencionado en el alcance delpresente estudio (1 de cemento: 5.4 dearena), ambas dosificaciones estnindicadas en peso. En esta comparacin, setom en cuenta la resistencia a compresiny el costo tanto del mortero solo como delmuro de mampostera.

Tabla 11: Comparacin de costos entre elmortero optimizado y un mortero

convencional de cemento

Costo(Bs)

Resistenciaa

Compresin(MPa)

8.19MorteroOptimizado

de yeso

Mortero (m 3 ) 338.7

Muro (m 2 ) 64.4 2.31

MorteroConvencionalde cemento

Mortero (m 3 ) 364.0 7.91

Muro (m 2 ) 83.0 2.59

8.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

8.1 CONCLUSIONESComo era de esperar, un aumento delcontenido de arena ocasiona unadisminucin de la resistencia acompresin del mortero.La adicin de fibra reciclada de botellasPET al mortero de yeso Huancapampa,no contribuye a un aumento de laResistencia a Compresin, encomparacin con un mortero de yesoconvencional.La adicin de fibra reciclada de botellasPET al mortero de yeso COBOCE, scontribuye al aumento de Resistencia aCompresin, en los siguientes casosidentificados en base a un anlisisestadstico:

10% y 15% de fibra con relacin yeso/arena = 3

5% de fibra con relacin yeso/arena = 415% y 20% de fibra con relacin yeso/arena = 5

Se adopt como dosificacin ptimapara el yeso COBOCE la mezcla conproporciones 1 :0.1 5:3 (yeso, fibra,arena) y una relacin de agua/yeso de0.95, ya que sta es significativamentediferente a las dems en relacin a laresistencia a compresin.

Los resultados obtenidos permitencaracterizar los yesos estudiados de lasiguiente manera:

Yeso Huancapampa: Yeso Grueso onegro de construccin (YG), presentaun comportamiento inestable tanto enestado fresco como en estadoendurecido.Yeso COBOCE: Yeso Fino o blancode construccin (YF), presenta uncomportamiento uniforme en cuanto altiempo de fraguado, resistencia acompresin y plasticidad.

El mortero de yeso y fibra optimizadoalcanza una resistencia de 8.19 MPa,similar a la resistencia de un morteroconvencional de cemento conproporciones 1:5.4 misma que llega a7.91 MPa.

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Los resultados de los ensayos deresistencia a compresin en prismas demortero optimizado y ladrillos de 6huecos, muestran que se tiene unaresistencia promedio de 2.31 MPa, lo quees comparable a la resistencia de primaselaborados con mortero de cementoconvencional obtenida en unainvestigacin anterior (2.59 MPa).Los ensayos de adherencia efectuadosen el mortero optimizado dieron unaresistencia de 0.53 MPa, valor que estbastante por encima del indicado en lanorma chilena de referencia (NCH 2471):0.2 MPa para morteros de junta.En cuanto al tiempo de fraguado, se notaun importante incremento, tanto deltiempo inicial como del tiempo final con laadicin de brax en una proporcin de1.5 % en relacin al peso del cemento.Finalmente, haciendo una comparacinentre el mortero optimizado y el morteroconvencional de cemento en cuanto acosto se refiere, se puede apreciar que elmortero optimizado es un 22.45 % mseconmico que el convencional entrminos de metro cuadrado de muroconstruido.

8.2 RECOMENDACIONESSe recomienda el uso del mortero deyeso optimizado como junta demampostera de ladrillo en tabiqueras decerramiento en interiores, ya que ladiferencia de costos con referencia almortero convencional de cemento esnotable, garantizando adems lafuncionalidad de estos elementos. El usode este mortero permite reciclar unmaterial de desecho que de otra maneracontribuira a la contaminacin ambiental.

Si bien se han obtenido resultadossatisfactorios en lo referente a laretardacin del fraguado con la utilizacinde brax, se recomienda continuar lainvestigacin utilizando otrosretardadores.

Para la elaboracin del morterooptimizado en obra, se recomienda el

uso de la siguiente tabla de proporcionesen volumen:

Materiales para la dosificacin ptima(balde de albailera)

Yeso COBOCE : 1 /5 parteFibra : 1 /10 parte

Arena fina : 1/2 parteAgua : 1 /5 parteBrax : 2 Cucharas

Se recomienda tambin aplicar elsiguiente procedimiento para elmezclado:

Mezclar hasta homogeneizar yeso,fibra y brax en seco.Echar agua en el recipienteadecuado para preparar el mortero,una parte de la cantidad necesaria.Aadir al recipiente los componentessecos previamente mezclados (yeso,fibra y brax).Mezclar con un badilejo esteconjunto de materiales a unavelocidad lenta de 2 rev/seg.aproximadamente.Seguidamente adicionar la arenadurante el proceso de mezcla.Finalmente mezclar a una velocidadmedia de 4 rev/seg.aproximadamente, y echar el aguarestante durante este proceso.Es necesario limpiar y humedecerlas unidades de albailera y lasherramientas.

BIBLIOGRAFA

Proyectos de Grado(1) " Mortero de yeso para su aplicacincomo junta en mampostera de ladrillo",Ing. Hugo Pabn Chura, 2008.(2) "Estudio de la influencia de la fibrareciclada de botellas PET en la pasta deyeso para elaboracin de paneles deuso interior", Ing. Corina CondoriGuarachi e Ing. Jaime Alejandro DuranGrjeda, 2009.(3) "Estudio de la retardacin defraguado del yeso para revestimientos

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interiores en muros de ladrillo, conadiciones de brax y cal apagada", Ing.Andrea Lpez Valle, 2007.(4) "Comportamiento estructural demampostera de ladrillo", Ing. PeterZambrana, 2009.(5) "Estudio de las caractersticasfsico-mecnicas y qumicas del yeso",Ing. Marcelo Gonzales Bueno, 1993.(6) "Estudio de muros portantes enalbailera de ladrillo", Ing. Angel RomnCastaedo, 1995.(7) "Dosificacin de morteros decemento, cal y arena para revestimientode muros de ladrillo", Ing. Alex Calle,2008.

NormasASTM C 472, Mtodos de ensayofsico del yeso, yeso de enlucido yhormign de yeso.ASTM C 109, Mtodo de ensayopara la resistencia a compresin demortero de cemento hidrulico.UNE 102-031-82 Norma espaola,yesos y escayolas de construccin,mtodos de ensayo fsico-mecnicos.NB-122004 Yesos y escayolas.Especificaciones, requisitos yclasificacin.NB-122008 Yesos y escayolas.Ensayos fsico-mecnicos.

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