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INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE 
MONTERREY 
CAMPUS MONTERREY 
 
DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA 
PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA 
 
 
EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO TÉRMICO Y ESTRUCTURAL 
EN VIVIENDA TÍPICA DE INTERÉS SOCIAL 
 
TESIS 
 
PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER 
EL GRADO ACADÉMICO DE: 
 
 
MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERÍA Y 
ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN 
ESPECIALIDAD EN INGENIERÍA ESTRUCTURAL 
 
 
ING. JAVIER ANTONIO ESPINAL ARGUDÍN 
 
 
MONTERREY, N. L. DICIEMBRE 2007 
INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY 
Campus Monterrey 
 
División de Ingeniería y Arquitectura 
Programa de Graduados en Ingeniería 
 
Los miembros del Comité recomendamos que el presente proyecto de tesis presentado 
por el Ing. Javier Antonio Espinal Argudín sea aceptado como requisito parcial para 
obtener el grado académico de: 
 
Maestro en Ciencias en Ingeniería y Administración de la Construcción 
Especialidad en Ingeniería Estructural. 
 
Comité de tesis: 
 
 
_____________________________ 
Francisco Yeomans Reyna, Ph. D 
Asesor 
 
 
_____________________________ _____________________________ 
Delma V. Almada Navarro, M.C. 
Sinodal 
Carlos Nungaray Pérez, M.C. 
Sinodal 
 
Aprobado: 
 
______________________________ 
Francisco Ángel Bello, Ph.D. 
Director del Programa de Graduados en Ingeniería 
 
 
Monterrey, N. L., Diciembre de 2007 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A 
 Antonio Espinal Guillén 
 María del Carmen Adela Argudín de Espinal 
María Fernanda Espinal Argudín 
Mi padre, mi madre, mi hermana 
Con un cariño especial para 
Ana Ligia Haro Maza 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 2.1 Climas según el sistema de clasificación de Köppen modificado por Enriqueta García 
(Instituto de Geografía, UNAM, 1988)………………………………………………………….……………. 
 
10 
Figura 2.2 Pie de ladrillos cocidos (Wikipedia, 2007)……………………………………………………… 20 
Figura 2.3 Bloque de dos celdas (Wikipedia, 2007)………………………………………….................... 20 
Figura 2.4 Muro de piedras (Wikipedia, 2007)……………………………………………………………… 21 
Figura 2.5 Placa de Concreto………………………………………………………………………………… 21 
Figura 2.6 Concreto celular curado en autoclave (Hebel, 2007)…………………………...…………….. 22 
Figura 2.7 Concreto celular con inducción de espuma preformada…………………………..………… 22 
Figura 2.8 Mortero (Wikipedia, 2007)…………………………………………………………..…………… 22 
Figura 2.9 Estuco………………………………………………………………………………………………. 23 
Figura 2.10 Poliuretano espreado (Wikipedia, 2007)…………………………………...…………………. 24 
Figura 2.11 Poliestireno expandido (Frigolit, 2007)…………………………………………...…………… 24 
Figura 2.12 Cartón mineralizado (Zahori, 2007)……………………………………………………………. 25 
Figura 2.13 Requisitos mínimos para mampostería confinada. ……….……………………………..….. 26 
Figura 2.14 Requisitos mínimos para mampostería confinada…….………...................................…... 27 
Figura 2.15 Requisitos mínimos para mampostería confinada ………………………………………….. 27 
Figura 2.16 Requisitos para mampostería reforzada interiormente.……………………………..………. 28 
Figura 2.17 Requisitos para mampostería reforzada interiormente ……………………………………... 28 
Figura 2.18 Termógrafo (Wikipedia, 2007)……………………………………………………….…………. 29 
Figura 2.19 Sonda termopar en un amperímetro……………………………………………...…………… 30 
Figura 2.20 Data logger (Microdaq, 2007)…………………………………………………..……………… 30 
Figura 2.21 Termómetro infrarrojo (Pce-ibérica, 2007) Figura 2.22 Sensores de temperatura por 
fibra óptica (Abq-instrumentos, 2007)………………………………………………………………….……. 
 
31 
Figura 2.22 Sensores de temperatura por fibra óptica (Abq-instrumentos, 2007)………………..……. 31 
Figura 2.23 Micrómetro (Wikipedia, 2007)……………………………………………………..…………… 31 
Figura 2.24 Transductor de desplazamiento (Wikipedia, 2007)…………………………...……………... 32 
Figura 3.1 Kooltrak data logger………………………………………………………………………………. 36 
Figura 3.2 Sistema de medición de temperatura (Kooltrak, 2007)……………………………………….. 37 
Figura 3.3 Cable de comunicación…………………………………………………...……………………… 37 
Figura 3.4 Transductor……….……………………………………………………………..………………… 37 
Figura 3.5 Tarjeta de comunicación…………………………………………………………………………. 38 
Figura 3.6 Sistema de adquisición de datos……………………………………………………………….. 38 
Figura 3.7 Estado de Nuevo León……………………………………………………………….…..………. 39 
Figura 3.8 Región climatológica del Estado de Nuevo León (UNAM, 1988) …………………...………. 40 
Figura. 3.9 Vista isométrico de la vivienda prototipo -1……………………………………………………. 40 
Figura 3.10 Fachada de la vivienda prototipo -1……………………………………….…..………………. 40 
Figura 3.11 Planta Arquitectónica de la vivienda prototipo-1…………………………...………………… 41 
Figura 3.12 Sistema vigueta-bovedilla……………………………………………………...……………….. 42 
Figura 3.13 Bloque de concreto …………………………….…………………………………..…………... 42 
Figura 3.14 Bloque de concreto tipo dala…………………………….…………………...………………… 43 
Figura 3.15 Dimensiones del bloque de concreto………………………………………………………….. 43 
Figura 3.16 Muro con abertura y muro lateral…………………………….………………………………… 43 
 
Figura 3.17 Ubicación de los sensores al interior de la vivienda…………………………………………. 45 
Figura 3.18 Ubicación de los sensores al interior de la vivienda…………………………………………. 45 
Figura 3.19 Sensor aislado…………………………….…………………………………………………….. 46 
Figura 3.20 Municipio de Mexicali (Google Earth,2007) …………………………………………………. 47 
Figura 3.21 Localización de Prototipo 2 (Google Earth,2007)…………………………………………… 47 
Figura 3.22 Región climatológica (UNAM, 1988) ………………………………………….………………. 48 
Figura 3.23 Prototipo-2…………………………….………………………………………………………….. 48 
Figura 3.24 Planta Arquitectónica de la vivienda prototipo-2…………….…………..…………………… 49 
Figura. 3.25 Vista isométrico de la vivienda prototipo-2…..………………………...…….………………. 50 
Figura 3.26 Fachada de la vivienda prototipo-2…………………………………...……………………….. 50 
Figura 3.27 Losa aligerada………………………….………….…………………..………………………… 50 
Figura 3.28 Bloque de concreto…………………………….……………………...………………………… 51 
Figura 3.29 Bloque dala de concreto de dos celdas………………………………………….……………. 51 
Figura 3.30 Dimensiones del bloque de concreto………………………………………….………………. 51 
Figura 3.31 Ubicación en interior de los sensores………………………...……………….………………. 52 
Figura 3.32 Ubicación en exterior de los sensores…………………………...…………….……………… 52 
Figura 4.1 Simulación de la puesta de sol del 31 de agosto…………………...…………………….…… 56 
Figura 4.2 Simulación del cenit del 13 de agosto ……………………………...………………………….. 56 
Figura 5.1 Geometría elaborada mediante elementos sólidos a través del programa de elemento 
finito SAP2000. …………………………….………………………………………………….………………. 
 
61 
Figura 5.2 Esfuerzos en prototipo-1………….………………….…………..………………………………. 62 
Figura 5.3 Desplazamientos máximos en el nodo……….…………………...……………………………. 63 
Figura 5.4 Transductor de desplazamientos sobre la pared interior del muro 5…………………..…... 64 
Figura 5.5 Temperaturas al interior de la vivienda, por espacio arquitectónica registrada el 19 de 
octubre del 2007. ……………………………………………………………………….…………………….. 
 
64 
Figura 5.6 Temperaturas al exterior de la vivienda, por espacio registrada el 19 de octubre del 
2007………………………………………………………………………………………………………….….. 
 
65 
Figura 5.7 Grafica de desplazamientos registrados al interior del muro………………………………… 65 
Figura 5.8 Historial térmico de la vivienda. ……………………………………………………………..….. 67 
Figura 5.9 Modelo en tercera dimensión elaborado en AutoCAD…………………..…………….……… 68 
Figura 5.10 Geometría de la vivienda en el programa ANSYS…………………………………………… 69 
Figura 5.11 Grupos de elementos establecidos en la geometría………………………………………… 69 
Figura 5.12 Referencia de muros……………………………………………………………………………. 71 
Figura 5.13 Gráfica de los esfuerzos principales máximos durante el historial térmico……………….. 72 
Figura 5.14 Esfuerzos máximos ocurridos por temperaturas mínimas del mes de febrero. 
Orientación Suroeste (Simulación 1). ………………………………………………...…………………….. 
 
74 
Figura 5.15 Esfuerzos máximos ocurridos por temperaturasmínimas del mes de febrero. 
Orientación Noreste (Simulación 1). ………………………………………………..…………………….... 
 
74 
Figura 5.16 Esfuerzos máximos ocurridos por temperaturas máximas del mes de febrero. 
Orientación Suroeste (Simulación 1). …………………………………………………..…………………... 
 
75 
Figura 5.17 Esfuerzos máximos ocurridos por temperaturas máximas del mes de febrero. 
Orientación Noreste (Simulación 1). ……………………………………………………….……………….. 
 
75 
Figura 5.18 Modelo en tercera dimensión elaborado en AutoCAD…………….………………………… 79 
Figura 5.19 Gráfica del comportamiento de temperaturas extremas….………………………………… 81 
 
Figura 5.20 Máximos esfuerzos del mes de julio. ………………………………………………….……… 82 
 
 
LISTA DE TABLAS 
 
Tabla 2.1 Clasificación de la mampostería de acuerdo a los materiales de fabricación (ONNCCE, 
Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C, 2006). . 
 
18 
Tabla 2.2 Propiedades térmicas de los materiales más comúnmente empleados en la construcción 
de vivienda típica de interés social…………………………………………………………………………… 
 
25 
Tabla 3.1 Localización de los sensores……………………………………………………………………... 44 
Tabla 3.2 Ubicación de los sensores en interior………………………………………………………...…. 53 
Tabla 3.3 Ubicación de los sensores en exterior…………………………………………………...………. 53 
Tabla 4.1 Temperaturas mínimas en el mes de Julio……………………………….………..……………. 54 
Tabla 4.2 Temperaturas máximas en el mes de Julio…….………………………………………………... 55 
Tabla 4.3 Temperaturas mínimas en el mes de Agosto…………………………………...………………. 55 
Tabla 4.4 Temperaturas máximas en el mes de Agosto…………………………………………………… 55 
Tabla 4.5 Temperaturas mínimas extremas del mes de agosto ……………………………...…………. 57 
Tabla 4.6 Temperaturas máximas extremas del mes de agosto……………………………….………… 57 
Tabla 4.7 Comparativa de registros de la temperatura ambiente promedio en el interior y exterior de 
la vivienda. ……………………………………………………………………………………………………… 
 
58 
Tabla 4.8 Temperatura mínimas del mes de enero………………………………………………………… 59 
Tabla 4.9 Temperatura máximas del mes de enero………………………………………………………... 59 
Tabla 4.10 Temperatura mínimas del mes de julio…………………………………………………………. 60 
Tabla 4.11 Temperatura máximas del mes de julio………………………………………….……………... 60 
Tabla 4.12 Temperaturas mínimas y máximas extremas del mes de enero……………………………. 60 
Tabla 4.13 Temperaturas mínimas y máximas extremas del mes de julio……………………………… 60 
Tabla 5.1 Temperaturas máximas y mínimas del 19 de octubre………………………………………….. 66 
Tabla 5.2 Temperaturas máximas y mínimas escaladas de febrero……………………...……………… 67 
Tabla 5.3 Propiedades mecánicas de los materiales……………………………………………………… 70 
Tabla 5.4 Propiedades térmicas de los materiales………………………………………………………… 70 
Tabla 5.5 Esfuerzos principales máximos en el muro 5……………………………….…………………… 72 
Tabla 5.6 Desplazamiento máximos en el muro 5………………………………………………………….. 73 
Tabla 5.7 Esfuerzos principales máximos y desplazamientos de acuerdo al historial térmico………... 73 
Tabla 5.8 Esfuerzos máximos y desplazamientos reduciendo el módulo de elasticidad a la mitad….. 76 
Tabla 5.9 Esfuerzos máximos y desplazamientos incrementando el espesor al doble………………… 76 
Tabla 5.10 Esfuerzos máximos y desplazamientos incrementando para el caso combinado…………. 77 
Tabla 5.11 Temperaturas máximas y mínimas registradas desde el año de 1971 al 2000……………. 77 
Tabla 5.12 Temperaturas escaladas a los valores registrados desde 1971 al 2000…………………… 77 
Tabla 5.13 Esfuerzos máximos y desplazamientos del historial de 30 años......................................... 78 
Tabla 5.14 Esfuerzos máximos y desplazamientos del historial de 30 años con medio módulo……… 78 
Tabla 5.15 Resumen de esfuerzos máximos vs espesor y módulo de elasticidad……………………... 78 
Tabla 5.16 Propiedades mecánicas de los materiales…………………………………………………….. 80 
Tabla 5.17 Propiedades térmica de los materiales…………………………………………………………. 80 
Tabla 5.18 Esfuerzos principales máximos……………………………………………………….………… 82 
Tabla 5.19 Esfuerzos principales máximos de los casos presentados…………………………….……. 83 
Figura 5.20 Máximos esfuerzos del mes de julio. ………………………………………………….……… 82 
 
LISTA DE TABLAS 
 
Tabla 2.1 Clasificación de la mampostería de acuerdo a los materiales de fabricación (ONNCCE, 
Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C, 2006). . 
 
18 
Tabla 2.2 Propiedades térmicas de los materiales más comúnmente empleados en la construcción 
de vivienda típica de interés social…………………………………………………………………………… 
 
25 
Tabla 3.1 Localización de los sensores……………………………………………………………………... 44 
Tabla 3.2 Ubicación de los sensores en interior………………………………………………………...…. 53 
Tabla 3.3 Ubicación de los sensores en exterior…………………………………………………...………. 53 
Tabla 4.1 Temperaturas mínimas en el mes de Julio……………………………….………..……………. 54 
Tabla 4.2 Temperaturas máximas en el mes de Julio…….………………………………………………... 55 
Tabla 4.3 Temperaturas mínimas en el mes de Agosto…………………………………...………………. 55 
Tabla 4.4 Temperaturas máximas en el mes de Agosto…………………………………………………… 55 
Tabla 4.5 Temperaturas mínimas extremas del mes de agosto ……………………………...…………. 57 
Tabla 4.6 Temperaturas máximas extremas del mes de agosto……………………………….………… 57 
Tabla 4.7 Comparativa de registros de la temperatura ambiente promedio en el interior y exterior de 
la vivienda. ……………………………………………………………………………………………………… 
 
58 
Tabla 4.8 Temperatura mínimas del mes de enero………………………………………………………… 59 
Tabla 4.9 Temperatura máximas del mes de enero………………………………………………………... 59 
Tabla 4.10 Temperatura mínimas del mes de julio…………………………………………………………. 60 
Tabla 4.11 Temperatura máximas del mes de julio………………………………………….……………... 60 
Tabla 4.12 Temperaturas mínimas y máximas extremas del mes de enero……………………………. 60 
Tabla 4.13 Temperaturas mínimas y máximas extremas del mes de julio……………………………… 60 
Tabla 5.1 Temperaturas máximas y mínimas del 19 de octubre………………………………………….. 66 
Tabla 5.2 Temperaturas máximas y mínimas escaladas de febrero……………………...……………… 67 
Tabla 5.3 Propiedades mecánicas de los materiales……………………………………………………… 70 
Tabla 5.4 Propiedades térmicas de los materiales………………………………………………………… 70 
Tabla 5.5 Esfuerzos principales máximos en el muro 5……………………………….…………………… 72 
Tabla 5.6 Desplazamiento máximos en el muro 5………………………………………………………….. 73 
Tabla 5.7 Esfuerzos principales máximos y desplazamientos de acuerdo al historial térmico………... 73 
Tabla 5.8 Esfuerzos máximos y desplazamientos reduciendo el módulo de elasticidad a la mitad….. 76 
Tabla 5.9 Esfuerzos máximos y desplazamientos incrementando el espesor al doble………………… 76 
Tabla 5.10 Esfuerzos máximos y desplazamientos incrementando para el caso combinado…………. 77 
Tabla 5.11 Temperaturas máximas y mínimas registradas desde el año de 1971 al 2000……………. 77 
Tabla 5.12 Temperaturas escaladas a los valores registrados desde 1971 al 2000…………………… 77 
Tabla 5.13 Esfuerzos máximos y desplazamientos del historial de 30 años......................................... 78 
Tabla 5.14 Esfuerzos máximos y desplazamientos del historial de 30 años con medio módulo……… 78 
Tabla 5.15 Resumen de esfuerzos máximos vs espesor y módulo de elasticidad……………………... 78 
Tabla 5.16 Propiedades mecánicas de los materiales…………………………………………………….. 80 
Tabla 5.17 Propiedades térmica de los materiales…………………………………………………………. 80 
Tabla 5.18 Esfuerzos principales máximos……………………………………………………….………… 82 
Tabla 5.19 Esfuerzos principales máximos de los casos presentados…………………………….……. 83 
 
- 1 - 
TABLA DE CONTENIDO 
 
CAPÍTULO 1 
1.0 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... - 4 - 
1.1 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN............................................................................................... - 5 - 
1.2 OBJETIVO GENERAL...........................................................................................................- 6 - 
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.................................................................................................. - 6 - 
 
CAPÍTULO 2 
 
2.0 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... - 7 - 
2.1 ESTUDIOS RELACIONADOS CON EL TEMA DE INVESTIGACIÓN ....................... - 7 - 
2.1.1 DESEMPEÑO TÉRMICO DE UNA VIVIENDA DE INTERÉS SOCIAL EN LA CIUDAD DE 
HERMOSILLO, SONORA. ....................................................................................................... - 7 - 
2.1.2 COMPORTAMIENTO TÉRMICO DEL CONCRETO CELULAR........................................ - 8 - 
2.2 CONCEPTOS Y DEFINICIONES......................................................................................... - 9 - 
2.2.1 DEFINICIONES SOBRE CLIMA............................................................................................. - 9 - 
2.2.2 DEFINICIONES DE TERMINOS TÉRMICOS Y ESTRUCTURALES .............................. - 10 - 
2.3 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN............................................................................... - 18 - 
2.3.1 MAMPOSTERÍA ..................................................................................................................... - 18 - 
2.3.2 CONCRETO ............................................................................................................................. - 21 - 
2.3.3 MATERIALES DE REVESTIMIENTO ................................................................................. - 22 - 
2.3.4 ESPUMAS ................................................................................................................................ - 24 - 
2.3.5 IMPERMEABILIZANTE ........................................................................................................ - 24 - 
2.3.6 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.............................................................................. - 25 - 
2.4 SISTEMAS ESTRUCTURALES DE MAMPOSTERÍA................................................... - 26 - 
2.4.1 MAMPOSTERÍA CONFINADA ............................................................................................ - 26 - 
2.4.2 MAMPOSTERÍA REFORZADA INTERIORMENTE .......................................................... - 27 - 
2.5 INSTRUMENTACIÓN.......................................................................................................... - 29 - 
2.5.1 INSTRUMENTO DE MEDICIÓN PARA TEMPERATURA ............................................... - 29 - 
2.5.2 INSTRUMENTO DE MEDICIÓN PARA DESPLAZAMIENTOS ...................................... - 31 - 
2.6 ANÁLISIS POR ELEMENTO FINITO .............................................................................. - 33 - 
2.6.1 SOFTWARE DE SIMULACIÓN ............................................................................................ - 33 - 
 
CAPÍTULO 3 
 
3.0 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. - 36 - 
3.1 SELECCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN............................................ - 36 - 
- 2 - 
3.1.1 MEDICIÓN DE TEMPERATURA ......................................................................................... - 36 - 
3.1.2 MEDICIÓN DE DESPLAZAMIENTOS ................................................................................ - 37 - 
3.2 VIVIENDA PROTOTIPO-1.................................................................................................. - 39 - 
3.2.1 ANTECEDENTES ................................................................................................................... - 39 - 
3.2.2 UBICACIÓN GEOGRÁFICA Y LOCALIZACIÓN DE LA VIVIENDA ............................ - 39 - 
3.2.3 DATOS DEL SITIO ................................................................................................................. - 39 - 
3.2.4 ASPECTOS GENERALES DE LA VIVIENDA .................................................................... - 40 - 
3.2.5 ASPECTOS PARTICULARES DE LA VIVIENDA.............................................................. - 44 - 
3.2.6 UBICACIÓN DE SENSORES................................................................................................. - 44 - 
3.2.7 PROGRAMACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS .................................................................. - 46 - 
3.3 VIVIENDA PROTOTIPO-2.................................................................................................. - 47 - 
3.3.1 ANTECEDENTES ................................................................................................................... - 47 - 
3.3.2 UBICACIÓN GEOGRÁFICA Y LOCALIZACIÓN DE LA VIVIENDA ............................ - 47 - 
3.3.3 DATOS DEL SITIO ................................................................................................................. - 47 - 
3.3.4 ASPECTOS GENERALES DE LA VIVIENDA .................................................................... - 48 - 
3.3.5 ASPECTOS PARTICULARES DE LA VIVIENDA.............................................................. - 52 - 
3.3.6 UBICACIÓN DE SENSORES................................................................................................. - 52 - 
 
 
CAPÍTULO 4 
 
4.0 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. - 54 - 
4.1 PROTOTIPO-1 ....................................................................................................................... - 54 - 
4.1.1 RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DE TEMPERATURA EN EL MES DE JULIO ........ - 54 - 
4.1.2 RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DE TEMPERATURA EN EL MES DE AGOSTO ... - 55 - 
4.1.3 SIMULACIÓN DEL ASOLEAMIENTO................................................................................ - 56 - 
4.1.4 SELECCIÓN DE CARGAS TÉRMICAS ............................................................................... - 56 - 
4.2 PROTOTIPO-2 ....................................................................................................................... - 58 - 
4.2.1 RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DE TEMPERATURA ................................................. - 58 - 
4.2.2 RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DE TEMPERATURA EN EL MES DE ENERO ...... - 59 - 
4.2.3 RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DE TEMPERATURA EN EL MES DE JULIO ........ - 59 - 
 
CAPÍTULO 5 
 
5.0 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. - 61 - 
5.1 PROTOTIPO-1 ....................................................................................................................... - 61 - 
5.1.1 SIMULACIÓN MEDIANTE EL PROGRAMA SAP2000..................................................... - 61 - 
5.1.2 MEDICIÓN EXPERIMENTAL DE LOS DESPLAZAMIENTOS ....................................... - 63 - 
- 3 - 
5.1.3 HISTORIAL TÉRMICO DE LA VIVIENDA ........................................................................ - 66 - 
5.1.4 SIMULACIÓN MEDIANTE EL PROGRAMA ANSYS 11.0............................................... - 68 - 
5.2 PROTOTIPO-2 ....................................................................................................................... - 79 - 
5.2.1 DESCRIPCIÓN DEL MODELO ............................................................................................. - 79 - 
5.2.2 DESCRIPCIÓN DE LA SIMULACIÓN ................................................................................. - 79 - 
5.2.3 PROPIEDAD DE LOS MATERIALES .................................................................................. - 80 - 
5.2.4 CONDICIONES DE FRONTERA .......................................................................................... - 81 - 
 
CAPÍTULO 6 
 
6.0 CONCLUSIONES .................................................................................................................. - 84 - 
6.1 RECOMENDACIONES ........................................................................................................- 85 - 
 
 
- 4 - 
CAPÍTULO 1. MARCO DE REFERENCIA 
 
1.0 INTRODUCCIÓN 
 
El clima del planeta depende de muchos factores, sin embargo la cantidad de energía 
procedente del Sol, es sin duda la que más afecta al clima, aunque también interviene otro 
factor como la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera, siendo éste el 
que determina la proporción de energía solar que se absorbe o se devuelve reflejada al 
espacio (Greenfacts, 2007). 
 
La concentración atmosférica de gases de efecto invernadero aumento notablemente desde 
que el crecimiento desmedido de la industria ha demandado fuentes de energía no renovables. 
Las emisiones de gases contaminantes tales como: el dióxido de carbono (CO2) van en 
aumento para países en vías de desarrollo principalmente, en la última década, causando un 
cambio climático en la superficie terrestre. 
 
El cambio climático mundial es hoy una realidad, desde que las temperaturas de la superficie 
de la Tierra comenzaron a registrarse en el año de 1850, los años más cálidos se han 
presentado durante el período de los años 1995 al 2006 (Greenfacts,2007). 
 
El incremento en la temperatura media mundial de la superficie por efecto de los gases 
contaminantes ha sido de 0.6ºC durante el Siglo XX. (Greenfacts, 2007). De acuerdo con la 
Organización de las Naciones Unidas (ONU), la temperatura mundial habrá aumentado entre 1 
y 3.5°C para el año 2100. 
 
En México, la vulnerabilidad de la población sobre climas extremosos es grande, del 50 al 60% 
del territorio esta abarcado por clima desértico. Dado que una vasta parte de nuestro territorio 
es semiárido, (poca precipitación durante el año), los cambios climáticos en la temporada de 
lluvias, resulta en amenaza de sequías y de altas temperaturas. De acuerdo con estudios 
presentados en la Primera Comunicación de México ante la Convención Marco de las 
Naciones Unidas sobre el Cambio Climático en 1997, los posibles efectos para México 
consideran un incremento de 2°C en temperatura y una disminución de 10% en la precipitación 
anual (INE,1997). 
 
Ante tal situación, las afectaciones serán en los sectores más humildes, quienes tendrán que 
proteger su vivienda con recubrimientos, ante los cambios de temperatura, para que resistan 
las condiciones en cada una de las regiones climatológicas a las cuales estarán expuestas. En 
el mundo las viviendas se construyen con ladrillo, concreto, bajareque y barro entre otros 
materiales, en algunos casos sin ningún revestimiento al exterior de la misma. 
 
- 5 - 
En México la mayoría de las viviendas típicas de interés social son construidas de 
mampostería y se prevé que lo seguirá siendo porque utiliza la mano de obra intensamente, la 
cual es comparativamente barata en México. De acuerdo a la región en donde se construya 
varía el material que se utiliza, el ladrillo es comúnmente utilizado en el sur así como el block 
de concreto al norte del país. 
 
En México se estima un parque habitacional del orden de 22.5 millones de viviendas para una 
población aproximada de 105 millones, de los cuales alrededor del 60 % viven en vivienda de 
uno a dos cuartos dormitorios (INEGI, 2000). Con base en lo anterior la importancia de conocer 
el comportamiento térmico y estructural dirigido hacia la vivienda típica de interés social. Esta 
investigación se plantea bajo el esquema de un estudio experimental y un estudio analítico. 
 
A través del estudio experimental se analizó el comportamiento de la vivienda partiendo de un 
monitoreo y registro de temperatura, mediante unos instrumentos de medición electrónicos 
llamados data loggers, los cuales se colocaron estratégicamente en los espacios 
arquitectónicos de la vivienda. Los valores máximos y mínimos registrados se utilizaron como 
carga térmica en el estudio analítico para calibrar un modelo con los elementos constructivos 
de la vivienda elaborada mediante elementos tipo sólido y simulado en el programa de 
elemento finito ANSYS 11.0 
 
1.1 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN 
 
El Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM), Campus Monterrey a 
través de la División de Ingeniería y Arquitectura (DIA) ofrece dentro de su programa de 
posgrado la Maestría en Ciencias en Ingeniería y Administración de la Construcción (MAC). 
 
La DIA con el compromiso de ofrecer una formación académica sólida en las ciencias, trabaja 
en una vinculación industrial en proyectos de investigación y consultoría mediante líneas de 
investigación que impacten en el desarrollo económico y sustentable de nuestro país. Para 
llevar a cabo estos proyectos ha creado Centros y Cátedras de Investigación (División de 
Ingeniería y Arquitectura [DIA] Posgrados, 2005). 
 
El Centro de Diseño y Construcción (CDC) ha nacido de la búsqueda por incrementar la 
competitividad internacional de la industria de la construcción en México, apoyando la 
transferencia de tecnología en el análisis, diseño y construcción de proyectos de ingeniería 
civil y arquitectura, desarrollando proyectos de investigación y con el objetivo de mejorar las 
condiciones de vivienda social emerge la “Cátedra de Desarrollado e Innovación de Procesos y 
Tecnologías de Vivienda” (Cátedra de Vivienda), 
 
Por su parte la Cátedra de Vivienda permite que el equipo de investigación, formado por un 
- 6 - 
cuerpo de catedráticos y alumnos de la maestría MAC, contribuyan al mejoramiento e 
innovación de procesos y tecnologías para la producción de vivienda social, así como para la 
propuesta de esquemas financieros y metodologías sociales, de tal forma que los sectores de 
bajo ingreso de la sociedad puedan tener acceso a una vivienda construida bajo criterios que 
aseguren su confort térmico amortizando los altos costos para su logro, en donde se ubica 
esta investigación (División de Ingeniería y Arquitectura [DIA] Cátedra de Investigación, 2005). 
 
1.2 OBJETIVO GENERAL 
 
Evaluar el comportamiento térmico y estructural en la vivienda típica de interés social 
elaborada bajo dos sistemas diferentes de construcción: mampostería confinada con losa 
vigueta-bovedilla y mampostería reforzada interiormente con losa aligerada, considerando las 
condiciones más extremas de temperatura en las regiones climáticas en el estado de Nuevo 
León y del municipio de Mexicali, Baja California. 
 
* Por razones de confidencialidad no se especificó la ubicación exacta de la vivienda que se 
estudio en la región climática del estado de Nuevo León, esta vivienda se describe como 
Prototipo-1. 
 
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
 
Selección y adecuación de los instrumentos de medición para registrar la temperatura 
superficie, ambiente y desplazamientos laterales en diagonal. 
 
Ubicación y localización de los instrumentos de medición en el interior y exterior de la vivienda 
típica de interés social, elaborada bajo dos sistemas diferentes de construcción, en las 
regiones climáticas: del Estado de Nuevo León y del municipio de Mexicali, Baja California. 
 
Monitorear, registrar y evaluar las temperaturas superficie y ambiente en el interior y exterior 
de la vivienda típica de interés social, elaborada bajo dos sistemas diferentes de construcción, 
en las regiones climáticas: del Estado de Nuevo León y del municipio de Mexicali, Baja 
California. 
 
Monitorear, registrar y evaluar los desplazamientos laterales en diagonal en la vivienda típica 
de interés social, en la región climática del Estado de Nuevo León. 
 
Simular en el programa de elemento finito “ANSYS 11.0” el comportamiento térmico y 
estructural de la vivienda típica de interés social, elaborada bajo dos sistemas diferentes de 
construcción, en las regiones climáticas: del Estado de Nuevo León y del municipio de 
Mexicali, Baja California. 
- 7 - 
CAPÍTULO 2. REVISIÓN DE LITERATURA 
 
2.0 INTRODUCCIÓN 
 
Este capítulo involucra lo siguiente: estudios relacionados con el tema de de investigación,conceptos y definiciones básicas, aspectos relacionados con los materiales de construcción 
para viviendas de interés social, los instrumentos que existen para llevar a cabo las 
mediciones de temperatura y desplazamientos, así como software de simulación de elemento 
finito. 
 
2.1 ESTUDIOS RELACIONADOS CON EL TEMA DE INVESTIGACIÓN 
 
De los aspectos de importancia que presentan los siguientes estudios podemos mencionar: la 
metodología de colocación de sensores, procesamiento de datos y rangos de temperatura que 
se podrían esperar entre la superficie interior de un muro y del techo y tipo de pruebas que se 
necesitan para conocer el comportamiento térmico y estructural de los materiales. 
 
 
2.1.1 DESEMPEÑO TÉRMICO DE UNA VIVIENDA DE INTERÉS SOCIAL EN LA CIUDAD 
DE HERMOSILLO, SONORA. 
 
Esta investigación se llevó a cabo en conjunto entre el Departamento de Ingeniería Civil de la 
Universidad de Sonora y la Facultad de Arquitectura de la Universidad Autónoma de Baja 
California (Pérez B. Jesús et al, 2002). 
 
Se evaluó el desempeño térmico del interior de la vivienda, específicamente en techo y muros 
orientados hacia el NO, NE SO y SE de la vivienda de interés social ubicada en la ciudad de 
Hermosillo, Sonora. La vivienda cuenta con un área de construcción de 56.8 m2, en un terreno 
de 119 m2. El procedimiento constructivo es a base de muros de block de concreto de 12 x 20 
x 40 cm reforzados con celdas ahogadas en concreto de una resistencia de f’c = 150 Kg/cm2. 
La cubierta está hecha a base de losa de vigueta de concreto y bovedilla de poliestireno 
expandido y capa de compresión de 4 cm de concreto, con acabado final aplanado. 
 
Se monitoreó la temperatura al interior de la vivienda durante los meses de julio, agosto y 
septiembre del 2002, a través de instrumentos tales como: termopares y una estación 
meteorológica portátil. Para conocer la posición donde se iban a colocar los sensores, se 
utilizo una pistola de emisividad Raytec, modelo Raynger MX, se localizó la configuración 
termográfica sobre los muros interiores de las cuatro orientaciones y de acuerdo al resultado, 
se determinaron los puntos de mayor temperatura en donde se colocaron los termopares en 
superficie, a una altura de 1.20m del piso. 
 
- 8 - 
Los instrumentos fueron programados para recolectar la información cada cinco minutos por un 
período de tres meses. Se obtuvieron alrededor de 126,000 datos de las variables medidas. 
Los datos se clasificaron por cada día de la medición, en promedios horarios y posteriormente 
por mes. 
 
“En un análisis comparativo de los resultados para las variables de los tres periodos se 
observo que las diferencias no son significativas entre los tres periodos, por lo tanto se toma 
como representativo de las condiciones de verano el mes de agosto. Los datos muestran 
temperaturas sobresalientes techo. La temperatura mínima se presento a las 07:00hrs de 27ºC 
y la máxima de 48ºC a las 15:00hrs. El gradiente de temperatura de la losa con respecto al 
muro “SE” fue de 4ºC para el valor mínimo y un gradiente de 15ºC para el valor máximo”. El 
muro que presentó menor temperatura fue el orientado hacia el NE, con una valor de 25ºC 
como mínima y un valor de 35ºC como máxima (Pérez B. Jesús et al, 2002). 
 
“Esta investigación concluyo que las temperaturas mínimas de superficie se localizan en las 
orientaciones NE, SE y techo, lo que demuestra una capacidad de enfriamiento en horas de 
menor calentamiento. Se observa además, que el muro sureste es el que menos se enfría, 
dado que no alcanza a disipar energía como el resto de los elementos, dada la disposición con 
el muro vecino. El piso presenta una de las temperaturas mínimas promedio de las más altas 
del resto de las superficies, debido a su falta de capacidad de disipar calor al exterior por las 
condiciones de encerramiento de la vivienda” (Pérez B. Jesús et al, 2002). 
 
2.1.2 COMPORTAMIENTO TÉRMICO DEL CONCRETO CELULAR 
 
Esta investigación se llevó a cabo para el Grupo de Cementos Mexicanos (CEMEX) en el año 
2000. (Ponce, 2000). 
 
El estudio se basó en evaluar el desempeño térmico de la vivienda de interés social construida 
bajo dos diferentes materiales: con muros de concreto celular de 1,600 kg/m3 de 10 cm de 
espesor y con muros de block de concreto de 12 x 20 x 40 cm, ambas con cubierta de vigueta-
bovedilla de 17 cm de espesor. La vivienda típica de interés social que se tomó como 
referencia está ubicada en la ciudad de Mexicali, Baja California, con un área de 58 m2 de 
construcción y construida bajo el sistema tradicional de mampostería de block de concreto. 
 
Se monitoreó la temperatura de la vivienda durante los meses de mayo a octubre del 2000. En 
la primer parte del estudio se determinaron las propiedades mecánicas y térmicas del concreto 
celular. Los resultados de las propiedades térmicas fueron los siguientes: coeficiente de 
dilatación de 4.52x10-6 cm/cm/ºC y conductividad térmica de 0.57 W/mºC. 
 
En la segunda etapa del estudio se analizaron los prototipos a través de una simulación 
analítica, donde se observó que en ninguno de los casos se alcanzaron en el interior 
- 9 - 
temperaturas que estén en el rango de confort; esto era de esperarse debido a las condiciones 
adversas del clima que prevalecen en esa región. 
 
Con esta investigación se concluyo que el block de concreto presentó temperaturas más altas 
que el concreto celular, entre las 06:00 y las 09:00 hrs con una temperatura ambiente exterior 
de 29ºC, el block registró una temperatura al interior de 33ºC mientras que el concreto celular 
registró 32ºC. El período de mayor calentamiento en el día, entre las 15:00 y 19:00 hrs con una 
temperatura ambiente exterior de 45.7ºC, el block registró un rango de temperaturas al interior 
de 36ºC a 37ºC y el concreto celular registró un rango de 35ºC a 36ºC. Se observa que el 
decremento de temperatura al interior de la vivienda se da más en el concreto celular que en el 
block de concreto. 
 
2.2 CONCEPTOS Y DEFINICIONES 
 
En los siguientes incisos se enlistan conceptos y definiciones básicas sobre los temas de 
relevancia tratados en esta tesis. 
 
2.2.1 DEFINICIONES SOBRE CLIMA 
 
En la integración del hombre con su medio, el clima constituye un factor ambiental 
determinante, el cual influye de modo significativo en su forma de vida. La relevancia del 
estudio del clima en esta investigación, se observa muy claramente sobre la influencia de 
estos factores sobre la vivienda. 
 
• CLIMA 
 
La palabra clima es de origen griego y significa etimológicamente “pendiente o inclinación”; con 
ella se alude a la inclinación de los rayos solares al incidir sobre la superficie del planeta. El 
clima se define como la combinación particular de elementos (por ejemplo: radiación, 
temperatura del aire y del suelo, precipitación, humedad del suelo, viento, etc.) que dan 
individualidad a una región geográfica. (Lacomba, et al, 1991). 
 
• ZONAS CLIMÁTICAS 
 
El clima de un lugar puede ser representado mediante los valores que adoptan las diferentes 
variables climatológicas a lo largo de determinados períodos de tiempo (Terrón 2005). Dentro 
de una de las clasificaciones, la más difundida es el sistema de clasificación climática de 
Wladimir Köppen, (Lacomba, et, al 1991). 
 
Como referencia para las zonas climáticas dentro de la República Mexicana existe una 
modificación a la clasificación de Köppen por Enriqueta García (Instituto de Geografía, UNAM, 
- 10 - 
1988). En este criterio se puede denotar la relación entre la humedad y la temperatura (Figura 
2.1), la modificación al sistema denota las regiones climáticas indicadas con una primera letra, 
mientras que la segunda denota el régimen de precipitaciones, la tercera el régimen de 
temperaturas y la cuarta algunas características especiales del clima (Lacomba, et, al 1991). 
 
 
 
Figura 2.1 Climas según el sistemade clasificación de Köppen modificado por Enriqueta 
García (Instituto de Geografía, UNAM, 1988) 
 
2.2.2 DEFINICIONES DE TERMINOS TÉRMICOS Y ESTRUCTURALES 
 
La respuesta estructural depende del tipo de construcción y de su destino, en esta tesis se 
plantea el comportamiento térmico y estructural de la vivienda la cual está bajo condiciones de 
carga externa de temperatura y se desea conocer su respuesta ante tales efectos. 
 
• CALOR 
 
Se define al calor como una forma de energía. La energía es la capacidad que tiene la materia 
de producir trabajo en forma de movimiento, luz, calor, etcétera. El calor no es temperatura. 
Es medida en joules. Un joule (J) es la cantidad de trabajo hecho, cuando la fuerza de un 
newton (N) actúa a través de un metro de distancia. Un watt (W) es el poder expandido, 
cuando el trabajo de un joule es hecho en un segundo de tiempo. El flujo de calor se mide en 
joule por segundo o bien en watt. (Lobo Hubert, et al, 2003). 
 
 
 
- 11 - 
• TRANSFERENCIA DE CALOR 
 
La transferencia de calor se define como a la energía térmica transferida que fluye a través de 
un medio continuo cuando hay una diferencia de temperaturas. Existen tres maneras de 
transferencia de calor en un cuerpo, que son las siguientes: conducción, convección y 
radiación. 
 
• CONDUCCIÓN 
 
La conducción se define como el proceso de propagación de energía en un medio sólido, 
líquido o gaseoso, mediante comunicación molecular directa o entre cuerpos a distintas 
temperaturas. Las unidades en las cuales se presenta este fenómeno para el sistema 
internacional son: CmW º/ 
 
Entonces si consideramos un estado de transferencia de calor por conducción en estado 
estable, a través de una pared de espesor Lx =Δ , un área A, y una diferencia de 
temperatura a través de la pared 12 TTT −=Δ , podemos decir que la transferencia del calor 
por conducción, se reduce en la siguiente ecuación diferencial, conocida como la ley de 
Fourier, donde K se considera una propiedad constante del material a una cierto rango de 
temperaturas: 
 
L
TTkATTkA
dx
dTkAQ
x
conducción
2121 −=
Δ
−
=−=& …..(2-1) 
 
El signo negativo asegura que la transferencia de calor en la dirección positivo x, sea una 
cantidad positiva. Para la transferencia de calor tri-dimensional se dice que si n es la normal a 
la superficie isotérmica en el punto p, se puede conocer la transferencia de calor por 
conducción en cualquier punto, expresando la ley de Fourier como: 
 
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
−+⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
∂
∂
−+⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
−=
∂
∂
−=
z
TkA
y
TkA
x
TkA
n
TkAQ zyxn& …..(2-2) 
 
Por otro lado si el flujo de calor transferido Q& se divide por unidad de área A entonces se 
conoce el flujo de calor q& en 2/ mW : 
 
A
Qq
&
& = …..(2-3) 
 
- 12 - 
Ahora sin consideramos en un caso unidireccional las temperaturas como condiciones de 
frontera en las superficies sobre la dirección del flujo de calor conocidas constantes y el flujo 
de calor también constante, podemos conocer la temperatura a una cierta distancia x de L, 
mediante la siguiente ecuación: 
 
1
12
)( TxL
TTT x +
−
= …..(2-4) 
• CONVECCIÓN 
 
La convección se define como la transportación de la energía que se lleva a cabo como 
consecuencia del movimiento de un fluido (líquido o gas) y está íntimamente relacionado con 
su movimiento, en otras palabras es la disipación de calor al medio cualquiera que sea este. 
 
En fenómeno de transferencia de calor por convección usualmente se clasifica como 
convección forzada y convección libre o natural. En el primer caso el fluido se hacer pasar 
sobre el sistema mediante la acción de algún agente externo, como un ventilador, una bomba 
o agentes meteorológicos, un ejemplo sería un intercambiador de calor. Para el segundo caso 
el movimiento del fluido resulta como consecuencia de los gradientes en densidad que este 
experimenta, al estar en contacto con una superficie a mayor temperatura y en presencia de 
un campo gravitacional (o centrífugo). 
 
Por consiguiente, es más conveniente calcular el flujo de calor disipado por el sistema en 
términos de la diferencia total de temperaturas entre la superficie de éste y el fluido, es decir 
mediante la ley de Newton de enfriamiento (Manríquez, 1977): 
 
( )∞−= TThQ sconvecciòn& …..(2-5) 
 
Donde h es el coeficiente de transferencia de calor o coeficiente de película, sT es la 
temperatura del material y ∞T es la temperatura del medio en el que se rodea el material. Las 
unidades en la cuales se presenta este fenómeno para el sistema internacional 
son: CmW º/ 2 . 
 
• RADIACIÓN 
 
La radiación consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas que 
se mueven a través de un medio o el vacío. Un radiador perfecto o cuerpo negro es aquel que 
emite energía radiante de su superficie a una razón proporcional a su temperatura absoluta sT 
elevada a la cuarta potencia es decir la ley de Stefan-Boltzmann: 
- 13 - 
 
( )44 alrededorssradiaciòn TTAQ −= σε& …..(2-6) 
 
Donde alrededorT es la temperatura que existe alrededor de la superficie en cuestión ε es la 
emisividad de la superficie y sus valores están desde 0 a 1, siendo uno lo más cercano a un 
cuerpo negro, y la constante de Boltzmann viene dada por 8-10 x 5.76=σ W/m2K4. 
Otra propiedad de la radiación es la absortancia la cual es una fracción de la radiación 
incidente que es absorbida por la superficie la cual varía de 0 a 1, siendo uno un cuerpo negro 
y por lo tanto un perfecto absorbedor. Las unidades en las cuales se presenta este fenómeno 
para el sistema internacional son:
42 º/ CmW (Cengel, 2003). 
 
• INERCIA TÉRMICA 
 
Los flujos de calor que se presentan en una estructura varían constantemente, las 
temperaturazas interiores y exteriores tienden a equilibrarse. El flujo de calor ocurrirá mientras 
exista una diferencia de temperatura. Sin embargo, dicho paso de energía no es instantáneo, o 
sea, si se aplica calor a un muro, la conducción de este calor de un lado al otro se conseguirá 
en cierto tiempo, lo cual dependerá de las características termo físicas del material. 
 
Además, se debe considerar que, en la realidad, la aplicación de calor no es constante, sino 
que existen variaciones en la intensidad de la radiación solar a lo largo del día y, 
evidentemente, también diferencias de temperatura entre el exterior y el interior. Por ello, 
generalmente se dice que los muros de una casa son calentados durante el día y que por la 
noche desprenden el calor acumulado. Se dice que un material tiene más o menos inercia 
térmica cuanto mayores o menores son su retardo (desfasamiento que existe en la 
temperatura exterior e interior en el mismo instante de tiempo) y amortiguación (desfasamiento 
entre la temperatura exterior máxima y la temperatura interior máxima). 
 
• TEMPERATURA 
 
La temperatura se define como la magnitud que sirve para indicar el grado de actividad 
molecular en un cuerpo, en otras palabras la medida del calor en una escala de grados. 
 
• TEMPERATURA AMBIENTE 
 
Es la temperatura del aire registrada al instante de una lectura, la unidad de temperatura 
ambiente está dada en ºC (SIMABC, 2007). 
 
 
- 14 - 
• TEMPERATURA SUPERFICIE 
 
Es la temperatura del material registrada sobre una de sus caras al instante de la lectura, la 
unidad de temperatura superficie está dada en ºC. 
 
• TEMPERATURA MÁXIMA 
 
Es la mayor temperatura registrada en un día y generalmente se observa horas después del 
paso del sol sobre el cenit del lugar de observación (Lacomba, et al, 1991). 
 
• TEMPERATURA MÍNIMA 
 
Es la menor temperatura registrada en un día y generalmente se observa un poco antes de la 
salida del sol (Lacomba, et al, 1991). 
 
• GRADIENTE DE TEMPERATURA 
 
Se define al gradiente de temperatura TΔ como la variación de temperatura por unidad de 
longitud. 
 
• CONDUCTIVIDAD TÉRMICA 
 
La conductividadtérmica k se define como la cantidad de calor Q que atraviesa un cuerpo en 
condiciones unitarias de superficie A , espesor L , tiempo y diferencia de temperatura TΔ . 
Las unidades de la conductividad térmica están dadas en W/mºC y se define mediante la 
siguiente ecuación: 
 
( ) )( 21 TTA
LQ
TA
LQk
−
=
Δ
= …..(2-7) 
 
• DILATACIÓN TÉRMICA 
 
La dilatación térmica α es el cambio de longitud o volumen LΔ que sufre un cuerpo físico 
debido al cambio de temperatura TΔ que se provoca en él por cualquier medio. Las unidades 
de la dilatación térmica están dadas en 1/ºC y se define mediante la siguiente ecuación: 
 
( )
( )
( )ifi
if
i TTL
LL
TL
L
−
−
=
Δ
Δ
=α …..(2-8) 
 
 
- 15 - 
• CALOR ESPECÍFICO 
 
El calor específico se define como la energía requerida para incrementar un grado de 
temperatura una unidad de masa. Las unidades del calor específico están dadas en J/kg°C 
(Cengel, 2003). 
 
• COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL 
 
El comportamiento de una estructura se refleja en los esfuerzos, deformaciones unitarias, 
desplazamientos, deflexiones y demás respuestas que presenta ésta ante las diversas 
combinaciones de carga a las que puede estar sujeta. 
 
Una estructura sufre cambios en sus dimensiones debido a acciones como las variaciones de 
la temperatura. Estos cambios volumétricos producen movimientos relativos entre diversos 
puntos de la estructura por los que se inducen fuerzas internas si la estructura no tiene libertad 
para moverse. 
 
Las solicitaciones que pueden introducirse por este efecto son mucho mayores de lo que suele 
pensarse, pero tienen una peculiaridad que hace que estas acciones difiera radicalmente de 
las cargas impuestas: su efecto se disipa parcial o totalmente si la estructura tiene 
movimientos o reacomodos con el tiempo. 
 
Los efectos de temperatura son generales en todas las estructuras aunque unos materiales 
son más sensibles a ellas que otras (Meli Piralla 2005). 
 
 
• ESFUERZOS POR TEMPERATURA 
 
Los materiales se dilatan al elevarse su temperatura y se contraen cuando ésta reduce. La 
magnitud de las deformaciones εΔ es proporcional a la variación de temperatura TΔ y el 
factor de proporcionalidad se conoce como el coeficiente de dilatación térmica α , el cual se 
expresa como: 
TΔ
Δ
=
εα …..(2-9) 
Como en los demás casos de acciones por cambios volumétricos, los cambios de temperatura 
no inducen solicitaciones en la estructura si esta puede deformarse libremente, si no es así, 
entonces produce esfuerzos en los elementos. Donde un incremento de temperatura en un 
elemento sufrirá un alargamiento unitario igual a LΔ (Meli Piralla 2005): 
 
- 16 - 
Incremento de longitud εLL =Δ …..(2-10) 
Deformación unitaria TΔ= αε …..(2-11) 
Estado de esfuerzos en una barra εσ E= …..(2-12) 
 
Entonces el esfuerzo constante provocado por el incremento de temperatura viene dado por: 
 
TE Δ= ασ …..(2-13) 
 
• MÓDULO DE ELASTICIDAD 
 
El módulo de elasticidad o módulo de Young es una propiedad que caracteriza el 
comportamiento de un material elástico, siendo la pendiente de la línea esfuerzo-deformación. 
Para un material elástico lineal e isótropo, el módulo de Young tiene el mismo valor para la 
tensión que para la compresión, siendo una constante independiente del esfuerzo siempre que 
no exceda del límite elástico. 
 
El módulo de elasticidad del concreto [E] de acuerdo al inciso 8.5 del American Concrete 
Institute (ACI-02), se obtiene mediante la expresión 2/:´ cmKgcf : 
 
cfEc ´100,15= …..(2-14) 
 
El modulo de elasticidad de los moteros [E] se puede obtener mediante la expresión (Casali, 
Ricardo, 2007) E esta dado en GPa y cσ esta dado en MPa 
 
( ) 3/18*10 += cE σ …..(2-15) 
 
 
• MÓDULO DE RUPTURA 
 
El módulo de ruptura es también conocido como el valor último de resistencia a la tensión de 
un material, el modulo de ruptura rf del concreto de acuerdo al inciso 9.5.2.3 del ACI-02, se 
puede calcular mediante la expresión cf ´ esta dado en 2/ cmKg 
 
cff r ´2= …..(2-16) 
 
Para otros materiales se puede obtener conociendo la resistencia máxima P en un ensaye de 
una viga de dimensiones b y h simplemente apoyada en una longitud l entre apoyos, de 
donde: 
- 17 - 
 
El momento máximo 4max
PLM = …..(2-17)
 
Inercia 12
3bhI = …..(2-18)
 
El módulo elástico 62/
2bh
h
IS == …..(2-19)
 
Esfuerzo máximo de tensión o módulo de ruptura S
M
I
hM
I
Mc
===
)2/(
maxσ …..(2-20) 
 
 
 
- 18 - 
2.3 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 
 
Los materiales de construcción constituyen un área muy importante en la obra civil, de tal 
manera que las construcciones deben ser antecedidas por una selección correcta de 
materiales, para evitar experimentar con los mismos directamente en el sitio de la obra. 
(Gómez Domínguez, 2000). 
 
2.3.1 MAMPOSTERÍA 
 
Dentro de la mampostería existen diferentes piezas que son utilizadas para la construcción de 
la vivienda, estas piezas o unidades de albañilería son denominadas como: ladrillo, bloque y 
tabicón, aunque la piedra natural no requiere de ningún proceso realizado por la mano del 
hombre para su elaboración, también es utilizada para la fabricación de vivienda. 
 
Las piezas o unidades de albañilería se pueden clasificar de acuerdo a los materiales que se 
han empleado para su fabricación, como se muestra en la Tabla 2.1: 
 
Tabla 2.1 Clasificación de la mampostería de acuerdo a los materiales de fabricación 
(ONNCCE, Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y 
Edificación, S.C, 2006). 
 
Tipo de pieza Materiales 
Ladrillo Barro recocido 
Barro extruido 
Otros 
Bloque Grava-cemento 
Arena-cemento 
Barro extruido 
Barro recocido 
Silito calcáreo 
Otros 
Tabicón Grava-cemento 
Arena-cemento 
Otros 
 
 
La tipología de las unidades de albañilería se realiza casi universalmente basándose en el 
área neta, medida en proporción a la superficie bruta de la cara de asiento, y en las 
características de los alvéolos. 
 
- 19 - 
La tipología no tiene que ver ni con el tamaño de las unidades ni con la materia prima con que 
se elaboran. Es decir, para el mismo tipo puede haber ladrillos o bloques. A continuación se 
mencionan los diferentes tipos de unidades de albañilería: sólidas o macizas, huecas, 
perforadas y tubulares. (Gallegos y Casabone, 2005) 
 
Unidades de mampostería sólidas macizas. Son aquellas en que las perforaciones o alvéolos, 
necesariamente perpendiculares a la cara de asiento, no deben alcanzar más del 30% del área 
de la sección bruta (Gallegos y Casabone, 2005). Por lo tanto una pieza es maciza si cumple 
con la siguiente expresión, donde el área neta se define como el área total de la pieza menos 
el área de los alvéolos o perforaciones y el área bruta se define como el área total de la pieza, 
conocida también como área gruesa. 
 
70.0≥=
brutaArea
netaAreamacizaPieza …..(3-1) 
 
Unidades de mampostería huecas. En las unidades huecas el área alveolar excede el 30% del 
área bruta y los alvéolos tienen dimensiones tales que pueden llenarse con concreto ligero. 
Cuando los alvéolos de estas unidades, en su aplicación, se llenan con concreto de alto 
revenimiento, la albañilería pasa a ser tratada como sólida. 
 
Unidades de mampostería perforadas. Las unidades perforadas tienen, como las unidades 
huecas, más del 30% del área bruta ocupada por alvéolos, se diferencian de ellas por el hecho 
de que los tamaños de los alvéolos son reducidos (menores de 4 x 5 cm), y 
consecuentemente, no pueden llenarse con concreto. 
 
Unidades de mampostería tubulares. En estas unidades los alvéolos no son como en las 
unidades sólidas, huecas o perforadas, perpendiculares a la cara de asiento de la unidad, sino 
paralelas a esta. El tamaño de los alvéolos y la proporción del área de estos, en relación con el 
área bruta de la cara lateral de la unidad, varían apreciablemente en la producción industrial. 
 
• LADRILLOEl ladrillo (Figura 2.2) también conocido como tabique es un componente para uso estructural, 
de forma prismática fabricado por arcillas comprimidas o extruídas, mediante un proceso de 
cocción o fabricado de otros materiales con procesos diferentes. 
 
- 20 - 
 
 
Figura 2.2 Pie de ladrillos cocidos (Wikipedia, 2007) 
 
El sistema constructivo más común empleando tierra, difundido y utilizado en el mundo entero 
desde hace miles de años, es el adobe, una mezcla de barro y paja en diversas proporciones. 
Normalmente está compuesto de un 20% de arcilla y un 80% de arena mezclados con agua, 
que al adquirir una forma fluida permite colocarse en moldes de madera. 
 
• BLOQUE 
 
El bloque (Figura 2.3) es un componente para uso estructural, de forma prismática, que se 
obtiene por el moldeo del concreto o de otros materiales, puede ser macizo o hueco. Dentro de 
los bloques existen: lisos, rústicos, estriados, esquineros rústicos, bloques multiperforados, 
bloques de dos celdas, entre otros. 
 
 
Figura 2.3 Bloque de dos celdas (Wikipedia, 2007) 
 
• TABICÓN 
 
El tabicón es un componente macizo para uso estructural de forma prismática fabricado de 
concreto u otros materiales. 
 
• PIEDRA NATURAL 
 
Las piedras naturales (Figura 2.4), se utilizan tanto para la construcción, como para la 
decoración de la vivienda. Por la gran variedad de rocas en la construcción, el color, la 
facilidad para labrar las piedras, la durabilidad y textura, estas se pueden emplear en la 
fabricación de muros, en cimentaciones y adornos en pretiles, entre otros 
 
- 21 - 
 
 
Figura 2.4 Muro de piedras (Wikipedia, 2007) 
 
Los muros de piedra se pueden clasificar según su forma en la que la piedra se encuentra 
labrada. Así tendremos mampostería, en la cual las piedras ajustan perfectamente una con 
otra, y aquella en la que únicamente se trabajo una de las caras de la piedra, la exterior, y que 
los huecos comprendidos entre ellos son llenados con mortero. Las piedras utilizadas 
comúnmente en la construcción de muros son: de bola, piedra laja, sillares, piedra normal o 
piedra para chapeo. 
 
2.3.2 CONCRETO 
 
El hormigón o concreto (Figura 2.5) es el resultado de uno o más conglomerados entre los 
cuales se usa cemento con grava, gravilla o arena, agua y eventualmente aditivos. El cemento 
se hidrata en contacto con el agua, iniciándose complejas reacciones químicas que derivan en 
el fraguado y endurecimiento de la mezcla, obteniéndose al final del proceso un material con 
consistencia pétrea. Los aditivos se utilizan para modificar las características básicas, 
existiendo una gran variedad de ellos: colorantes, aceleradores y retardadores de fraguado, 
fluidificantes, impermeabilizantes entre otros. 
 
 
 
Figura 2.5 Placa de Concreto 
 
Dentro de los concretos, existen los concretos ligero que se definen como un concreto cuya 
densidad superficialmente seca no fuese mayora a 1800 kg/m3. Dentro de esta clasificación 
existen: el concreto celular curado en autoclave y el concreto celular con inducción de espuma 
preformada. Ver figura 2.6 y 2.7. 
 
- 22 - 
 
 
 
Figura 2.6 Concreto celular curado en autoclave (Hebel, 2007) 
 
 
 
 
Figura 2.7 Concreto celular con inducción de espuma preformada 
 
2.3.3 MATERIALES DE REVESTIMIENTO 
 
Dentro de los materiales de revestimiento o acabado se pueden mencionar: el estuco, mortero 
de cal, mortero de cemento portland, mortero de cemento de aluminato de calcio, mortero 
refractario y mortero aligerados entre otros, yesos y pinturas vinílicas o con propiedades 
térmicas. 
 
• MORTERO DE CEMENTO 
 
El mortero también conocido como cemento de albañilería, es un adhesivo, el cual se fabrica 
con una relación de cemento, arena, agua y en algunos casos se le coloca cal. Ver Figura 2.8 
 
 
 
Figura 2.8 Mortero (Wikipedia, 2007) 
 
- 23 - 
• MORTERO DE YESO 
 
El uso de la arena fina (de bajo coeficiente de expansión térmico) permite darle un mejor 
comportamiento al yeso, la combinación de yeso, arena y agua se le llama mortero de yeso. 
Esta mezcla se utiliza para colocarla como base en la superficie. 
 
• YESO 
 
El yeso de construcción es un aglomerante que no desarrolla un grado de resistencia alto, sin 
embargo tiene la cualidad de fraguar y convertirse con el tiempo en una piedra con dureza 
semejante a la de la roca de yeso de cual proviene. Se considera que el yeso aplicado es un 
aislante, aunque también es sensible a la temperatura ambiental. El yeso no se adhiere 
permanente a la madera, adobe o acero liso. La manera más común de emplear el yeso en la 
construcción es como pasta de yeso-agua (Gómez Domínguez, 2000). 
 
• ESTUCO 
 
El estuco (pasta de cementantes, arena y yeso, yeso-cal, o cal, sola o mezclada con otros 
materiales que permiten lucir las paredes sin necesidad de la pintura) es un revestimiento de 
paredes que tiene dos funciones: proteger y decorar Ver Figura 2.9. El estuco, tiene la ventaja 
de estar compuesto de materiales naturales que lo hacen transpirable. También presenta una 
mejor resistencia frente a las inclemencias meteorológicas. 
 
 
 
Figura 2.9 Estuco 
 
• OTROS ACABADOS 
 
En caso de no utilizar materiales y se decida buscar otro acabado como lo puede ser la 
pintura, podemos mencionar algunos como: pinturas vinílicas reforzadas, tirol plástico y 
recubrimientos tipo “Stucco” (a base agua elaborado con resinas acrílicas, cargas minerales y 
aditivos químicos que proporcionan una consistencia suave) entre otros. 
 
 
- 24 - 
2.3.4 ESPUMAS 
 
• POLIURETANO 
 
Dentro de los materiales conocidos como espumas tenemos, el poliuretano, el cual está 
basado en una reacción exotérmica de dos componentes: el isocianato y poliol, los cuales con 
la mezcla de ciertos aditivos al pasarlos a través de una pistola al momento de su aplicación 
producen lo que comúnmente se conoce como poliuretano espreado (Figura 2.10). Los 
sistemas de poliuretano, son aplicados externa o internamente. 
 
 
 
 
 
Figura 2.10 Poliuretano espreado (Wikipedia, 2007) 
 
 
• POLIESTIRENO 
 
El poliestireno (Figura 2.11) es comúnmente conocido como hielo seco, se puede encontrar 
como expandido o bien de burbuja cerrada. Los hojas de poliestireno se utilizan comúnmente 
como aislante dentro del sistema conocido como losa vigueta-bovedilla. 
 
 
 
Figura 2.11 Poliestireno expandido (Frigolit, 2007) 
 
2.3.5 IMPERMEABILIZANTE 
 
Los impermeabilizantes generalmente son el recubrimiento que se utiliza para el sistema de 
losa. Dentro los impermeabilizantes se encuentren los: cartones mineralizados (Figura 2.12), 
acrílicos, pinturas y/o materiales elastómeros entre otros. Los impermeabilizantes brindan 
- 25 - 
características de adherencia, elasticidad, durabilidad y resistencia a la conductividad térmica, 
pueden ser aplicados en caliente o en frío, según sea el caso. 
 
 
 
Figura 2.12 Cartón mineralizado (Zahori, 2007) 
 
 
2.3.6 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES 
 
En Tabla 2.2 se presentan algunas de las propiedades físicas y térmicas de los materiales más 
comúnmente empleados en la construcción de vivienda típica de interés social. Considere que 
estos valores pueden cambiar de acuerdo a cada fabricante. 
 
Tabla 2.2 Propiedades térmicas de los materiales más comúnmente empleados en la 
construcción de vivienda típica de interés social 
 
Material Conductividad 
térmica 
 
Densidad 
 
Coeficiente de 
dilatación térmica 
Calor 
específico 
Símbolo K ρ α Cp 
Unidades W/mºC (Kg/cm3) (1/ºC) (J/kg°C) 
Ladrillo (Tabique rojo recocido) 0.80 1500 ─ 790 
 Bloque de concreto 0.9 – 1.4 2200 8 – 14 x10-6 1005 
Tabique 0.65 – 1.30 1500 – 2200 ─ 790 
Piedra natural 1.30 – 2.0 2000 – 2700 ─ ─ 
Concreto 0.9 – 1.4 2400 8 – 14 x10-6 796 – 1005 
Concreto celular 0.2 – 0.88 800 – 1900 4.52 x10-6 ─ 
Mortero de cemento-arena 0.63 2000 1.0 x 10-5 840 
Yeso 0.46 – 0.7 1280 – 1800 5.0 x10-6 1090 
Estuco0.46 – 0.84 1650 –1857 3.6 - 4.6 x10-6 1090 
Poliuretano 0.020 30 ─ 1600 
Poliestireno expandido 0.037 – 0.026 15 – 30 5 - 7 x10-5 1200 
Cartón mineralizado 2.0 1100 ─ 1510 
 
 
- 26 - 
2.4 SISTEMAS ESTRUCTURALES DE MAMPOSTERÍA 
 
Dentro de los sistemas estructurales que se conocen, podemos mencionar: concreto, acero, 
madera y mampostería, entre otros. La mayoría de las viviendas de interés social que se 
construyen en México son estructuras de uno y dos niveles resueltas con mampostería. 
 
El sistema estructural de mampostería de acuerdo con las Normas Técnicas Complementarias 
Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería (NTCDCEM), pueden ser de cualquiera 
de los siguientes tipos: 
 
1. Mampostería confinada 
2. Mampostería reforzada interiormente 
3. Mampostería no confinada ni reforzada 
4. Mampostería de piedras naturales 
 
La mampostería confinada es aquella que esta reforzada con castillos y dalas. La mampostería 
reforzada interiormente es aquella con muros reforzados con varillas corrugadas de acero o 
alambres horizontales y verticales colocados en las celdas de las piezas o en las juntas. A 
continuación se explica los sistemas estructurales de las viviendas estudiadas en esta tesis. 
 
2.4.1 MAMPOSTERÍA CONFINADA 
 
Este sistema se basa en reforzar la mampostearía con castillos a cada 4 m ó 4.5 m 
(dependiendo el tamaño de la pieza) y dalas a cada 3 m En las siguientes figuras se definen 
los requisitos más importantes de este sistema. Figura 2.13, 2.14 y 2.15. 
 
Figura 2.13 Requisitos mínimos para mampostería confinada. (R. Jean et al, 2000) 
- 27 - 
 
 
 
Figura 2.14 Requisitos mínimos para mampostería confinada (R. Jean et al, 2000) 
 
 
 
Figura 2.15 Requisitos mínimos para mampostería confinada (R. Jean et al, 2000) 
 
 
2.4.2 MAMPOSTERÍA REFORZADA INTERIORMENTE 
 
Este sistema está basado en muros reforzados con varillas corrugadas de acero o alambres 
horizontales a cada 600 mm a 800 mm (dependiendo el tamaño de la mampostería):y 
verticales colocados en las celdas de las piezas o en las juntas, a cada 6 hiladas o 600 mm 
- 28 - 
(dependiendo el espesor de la pieza). En las siguientes figuras se definen los requisitos más 
importantes de este sistema. Ver Figura 2.16 y 2.17 
 
 
Figura 2.16 Requisitos para mampostería reforzada interiormente. (R. Jean et al, 2000) 
 
 
 
Figura 2.17 Requisitos para mampostería reforzada interiormente (R. Jean et al, 2000) 
 
- 29 - 
2.5 INSTRUMENTACIÓN 
 
Las acciones actuantes y las respuestas generadas en la estructura pueden ser medidas 
mediante su instrumentación. Para esta investigación, se planteó un estudio experimental 
donde se analizó el comportamiento de las viviendas partiendo de un monitoreo y un análisis 
de registro de variables climáticas, a partir de la utilización de instrumentos de medición. A 
continuación se presentan algunos instrumentos que existen para llevar a cabo estos registros. 
 
2.5.1 INSTRUMENTO DE MEDICIÓN PARA TEMPERATURA 
 
• TERMÓGRAFO 
 
El termógrafo es un instrumento de fabricación mecánica, registra la temperatura mediante una 
placa bimetálica que por acción de la variación de la temperatura del aire genera dilatación y 
contracción en las placas. Al ser los metales de diferentes coeficientes de dilatación provocan 
un movimiento que se transmite a un brazo con una tinta en su extremo que traza en el papel 
la temperatura. Este instrumento es utilizado para medir las variables climatológicas en el 
interior de los edificios, para registrar la calefacción y aire acondicionado, entre otros usos. Ver 
Figura 2.18 
 
 
 
Figura 2.18 Termógrafo (Wikipedia, 2007) 
 
• TERMOPAR 
 
Un termopar es un transductor que se utiliza para convertir la temperatura en voltaje, de tal 
manera que una sonda termopar utiliza un instrumento adicional conocido como amperímetro 
para el monitoreo de la temperatura. Un termopar es un circuito formado dos metales 
diferentes (o aleaciones de metales) empalmados en una junta. La diferencia de la 
temperatura entre los dos ensambles es detectada, midiendo el cambio en el voltaje a través 
de los metales. Ver Figura 2.19 
 
- 30 - 
 
 
 
Figura 2.19 Sonda termopar en un amperímetro 
 
• DATA LOGGER 
 
Son instrumentos electrónicos, registradores de datos durante un cierto periodo. Típicamente, 
los data logger, son dispositivos diminutos con batería integrada, que se equipan de un 
microprocesador, un dispositivo almacenador de datos y un sensor. La capacidad de 
almacenaje aproximadamente es 2,048 datos sin embargo puede variar de acuerdo a la 
memoria del instrumento. La mayoría de los data logger utilizan un software para 
programarlos, monitorear y bajar la información. Ver Figura 2.20 
 
 
 
Figura 2.20 Data logger (Microdaq, 2007) 
 
• TERMÓMETRO CON INFRARROJO 
 
Los termómetros con infrarrojo se utilizan para realizar mediciones superficiales, sin contacto 
con la misma. Algunas características específicas de este termómetro infrarrojo son el punto 
láser y el amplio rango de temperatura, entre otros. Este instrumento es ideal para tomar la 
temperatura en lugares inaccesibles como por ejemplo en hornos de fundición. La información 
monitoreada puede visualizarse en pantalla. Ver Figura 2.21 
 
 
- 31 - 
 
 
Figura 2.21 Termómetro infrarrojo (Pce-ibérica, 2007) 
 
• SENSORES DE TEMPERATURA POR FIBRA ÓPTICA 
 
Los sensores de temperatura por fibra óptica (Figura 2.22) son utilizados para realizar 
mediciones de precisión y fiabilidad en ambientes con ruido electromagnético. Este sensor se 
utiliza para manejarse en espacios confinados y ambientes de alto riesgo, como por ejemplo: 
control de temperatura en procesos químicos industriales, incremento de la eficiencia de pozos 
de gas y de petróleo, entre otros. 
 
Figura 2.22 Sensores de temperatura por fibra óptica (Abq-instrumentos, 2007) 
 
2.5.2 INSTRUMENTO DE MEDICIÓN PARA DESPLAZAMIENTOS 
 
• MICRÓMETRO 
 
El micrómetro (Figura 2.23) es un instrumento que se utiliza para medir pequeñas deflexiones. 
 
 
 
Figura 2.23 Micrómetro (Wikipedia, 2007) 
 
El micrómetro consta de una carátula y de un vástago, que cuando se desplaza, hace girar una 
aguja a favor de las manecillas del reloj mediante un mecanismo mecánico y en cada vuelta 
representa un milímetro de desplazamiento. 
- 32 - 
• TRANSDUCTOR DE DESPLAZAMIENTO 
 
El transductor de desplazamiento de variación lineal que por sus siglas en ingles se conoce 
como LVDT (Figura 2.24) es un instrumento que generalmente es de forma cilíndrica, mide 
alrededor de los 20 a 30 cm. Los LVDT sirven para medir deflexiones o desplazamientos, 
convirtiendo una señal de entrada mecánica a una señal de salida en impulsos eléctricos los 
cuales son registrados y enviados a un sistema de adquisición de datos. Existen varios tipos 
de transductores: mecánicos y digitales. 
 
 
 
Figura 2.24 Transductor de desplazamiento (Wikipedia, 2007) 
 
 
- 33 - 
2.6 ANÁLISIS POR ELEMENTO FINITO 
 
“En ingeniería estructural se manejan dos sentidos diferentes sobre el concepto de elemento, 
por un lado, tenemos el concepto de elemento estructural, y por el otro, el concepto de 
elemento finito. Un elemento estructural es un componente básico de una estructura, es una 
porción de material con ciertas proporciones geométricas, que se soporta en una forma 
determinada, y sobre el cual se aplica carga de una manera especificada, de esta manera, es 
posible esperar un tipo particular de respuesta del mismo, y proponer por consiguiente un 
modelo matemático que trate de predecir esa respuesta” (Gallegos, 2006). 
 
Los elementos finitos, por otro lado, son modelos matemáticos que aproximan la solución de 
un conjunto de ecuaciones constitutivas como: ecuaciones de movimiento, energía y 
continuidad, entre otras (Gallegos, 2006). 
 
“Es sorprendente la pequeña cantidad de elementos estructurales que se emplean en laconstrucción de las obras y productos de ingeniería. En particular, se pueden mencionar 
resortes, barras, vigas, marcos, placas y cascarones como elementos básicos que cumplen 
con condiciones geométricas, de soporte y carga. En los casos en que estas condiciones no se 
cumplan, ya no se hablan de elementos estructurales, sino de cuerpos sólidos, los cuales se 
pueden dividir en bidimensionales o tridimensionales” (Gallegos, 2006). 
 
Los sólidos tridimensionales se emplean para modelar cualquier tipo de estructura que no 
puede discretizarse en ninguno de los elementos descritos anteriormente, o bien, para analizar 
detalles en las uniones entre elementos o cerca de irregularidades geométricas, de soporte o 
de aplicación. (Gallegos, 2006). 
 
2.6.1 SOFTWARE DE SIMULACIÓN 
 
Los software de análisis y simulación son una herramienta que permiten evaluar los diseños 
para determinar el comportamiento de elementos expuestos a diferentes condiciones de carga. 
A continuación se presentan algunos de los programas de análisis por elemento finito. 
 
• ABAQUS 
 
ABAQUS es un programa de análisis por elemento finito. ABAQUS inicialmente fue creado 
para analizar el comportamiento físico no-lineal, como resultado el programa cuenta con una 
gama extensa de modelos de materiales, particularmente en elastómeros (aquellos que 
muestran un comportamiento elástico). Este programa esta formado en una plataforma de tres 
productos, los cuales proveen de algoritmos para: la solución de un análisis por elemento 
finito, la solución análisis estáticos, dinámicos y de un ambiente grafico para el pre y post 
- 34 - 
procesamiento de la información. Dentro de los campos de aplicación el programa es utilizado 
para la industria automotriz, aeroespacial e industrial. 
 
• ANSYS 
 
ANSYS es un programa de análisis por elemento finito, también conocido como ANSYS 
Mechanical & ANSYS Multiphysics. El ANSYS se utiliza para analizar una amplia gama de 
diseños térmicos, estructurales, electromagnéticos y acústicos, entre otros. ANSYS es un 
programa que cuenta con las herramientas del pre y post procesador unificados con una 
interfase gráfica mediante la cual se puede elaborar la geometría. ANSYS es una herramienta 
que cuenta con algoritmos (solver) que se utilizan para la solución e incremento de capacidad 
durante el cálculo de la matriz de rigidez en análisis tipo lineal y no lineal. En el caso de 
análisis no lineal, utiliza un algoritmo para resolver la matriz de rigidez no constante, 
actualizándola en cada incremento de carga. El ANSYS se utiliza para diseñar y desarrollar 
las soluciones de la simulación de la ingeniería usadas para predecir cómo los diseños se 
comportarán en la fabricación y ambientes del mundo real. 
 
• COSMOS 
 
COSMOS es un programa de análisis por elemento finito. COSMOS se integra estrechamente 
con los sistemas de CAD y con sistemas de modelado de solidworks. El programa COSMOS 
cuenta con un modelador grafico, pre y post procesador de elementos finitos para el mallado y 
visualización de resultados en piezas y ensamblajes. Este programa cuenta con módulos para 
resolver análisis de tipo: estructurales estáticos y dinámicos, lineales y no lineales, fatiga, 
optimización, transferencia de calor (lineal y no lineal), mecánica de fluidos y 
electromagnetismo. Dentro de los campos de aplicación el programa ha sido utilizado para 
simular modelos estructurales en ingeniería civil tales como: puentes, presas y túnel del metro 
 
• NASTRAN 
 
NASTRAN es un programa de análisis por elemento finito, este programa fue desarrollado por 
la National Aeronautics and Space Administration (NASA) alrededor de los años 60, por eso su 
nombre NAsa STRuctural ANalysis. En sus inicios NASTRAN solo permitía la comunicación 
mediante códigos. El código de NASTRAN estaba escrito primeramente en FORTRAN y 
contenía alrededor de un millón de líneas de código. NASTRAN estaba diseñado por 
diferentes módulos, dentro de los cuales uno de ellos esta formado por subrutinas de 
FORTRAN que realizan tareas especificas tales como: ensamble de matrices, aplicación de 
restricciones o condiciones frontera, solución de matrices, comunicación entre la base de 
datos, entre otros. Actualmente NASTRAN, esta formado por varias fuentes de códigos de 
diferentes programas, es un software compatible con una variedad de sistemas operativos. 
- 35 - 
NASTRAN trabaja con un pre y post procesador por separado, de nombre PATRAN. 
 
• SAP 
 
SAP es un programa de análisis por elemento finito. EL SAP es un producto de la Compañía 
Computers and Structures Inc, fundada en los años 70. SAP ofrece una interfase para la 
elaboración de los modelos, estos modelos son creados a través de un número de 
subdivisiones que representan a la geometría completa, asegurándose la conectividad entre 
cada una de estas subdivisiones; por otro lado SAP maneja los resultados del análisis para la 
geometría completa y no para cada subdivisión. El SAP permite realizar análisis de: 
deformación, tensión, compresión, pandeo, de temperatura, entre otros. SAP maneja varias 
aplicaciones, entre las cuales están: puentes, estructuras de acero y concreto, estructuras 
costa fuera. 
 
 
- 36 - 
CAPÍTULO 3. DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO 
 
3.0 INTRODUCCIÓN 
 
En este capítulo, se explicarán los procesos que se llevaron para realizar el experimento en la 
vivienda típica de interés social, elaborada bajo dos sistemas diferentes de construcción, en 
las regiones climáticas: del Estado de Nuevo León y del municipio de Mexicali, Baja California. 
 
3.1 SELECCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 
 
El criterio de selección de los instrumentos de medición se basó en las ventajas que podrían 
distinguirlos de otros similares que existen en el mercado, como lo podrían ser: el tamaño, la 
capacidad de almacenaje de datos, la facilidad de colocación en campo e interpretación de 
datos monitoreados. Con base en lo anterior se describen los instrumentos seleccionados para 
llevar a cabo el estudio estructural, térmico y energético. 
 
3.1.1 MEDICIÓN DE TEMPERATURA 
 
El instrumento seleccionado para registrar las mediciones de temperatura fue el data logger 
manufacturado por la compañía alemana Kooltrak, conocido comercialmente como: Standard 
Temperature Logger Unmounted. Ver Figura 3.1 
 
Los datos técnicos del instrumento se enlistan a continuación: 
 
• Dimensiones del equipo: 17 x 6 mm 
• Precisión de monitoreo: ±1°C 
• Rango de temperatura: -20°C a +85°C 
• Intervalo de programación: 1 a 255 minutos. 
 
 
 
Figura 3.1 Kooltrak data logger 
 
Los sensores cuentan con dos caras, uno de ellas es una superficie plana y la otra es una 
superficie troquelada con el logo de la compañía manufacturera. El data logger se encuentra 
ubicado en el interior de una cubierta de acero inoxidable que lo protege del exterior e 
interactúa con el medio ambiente o superficie para registrar la temperatura. Los data logger 
registran datos y los transfiere a una base de datos por la cara troquelada. (Cornelia, 2005). 
- 37 - 
Los sensores data logger, son instrumentos electrónicos, registradores de datos durante un 
cierto periodo de tiempo, sin embargo requieren de algunos accesorios para poder 
programarse y obtener los datos registrados. A continuación se enlista los accesorios de los 
cuales se forma un sistema completo de medición de temperatura: software de instalación, 
conector serial y un cable de comunicación. Ver Figura 3.2 y 3.3. 
 
 
 
Figura 3.2 Sistema de medición de temperatura (Kooltrak, 2007) 
 
 
 
Figura 3.3 Cable de comunicación 
 
3.1.2 MEDICIÓN DE DESPLAZAMIENTOS 
 
Los instrumentos con los que se cuentan en el laboratorio son transductores mecánicos 
(Figura 3.4), que requieren de algunos accesorios para convertir un desplazamiento en 
impulsos eléctricos y puedan registrarse estos movimientos. A continuación se enlistan