Ciencias t�cnicas y aplicadas ��

Art�culos de investigaci�n

Prototipo de bloque con base en materiales reciclados para el desarrollo de la construcci�n sostenible

Block prototype based on recycled materials for the development of sustainable construction

Prot�tipo de bloco baseado em materiais reciclados para o desenvolvimento de constru��es sustent�veis

�

Alex Jhuber Alvarado-Guti�rrez ^I

[email protected]

https://orcid.org/0000-0002-0011-1670

Josu� Alfonso Torres-Toapanta ^II

[email protected]

https://orcid.org/0000-0003-2044-1295

Alexis Wladimir Valle-Ben�tez ^III

[email protected]

https://orcid.org/0000-0002-9274-3738

Correspondencia: [email protected]

*Recibido: 16 de marzo de 2021 *Aceptado: 22 de abril de 2021 * Publicado: 10 de mayo de 2021

       I.            Egresado de la Carrera de Ingenier�a Civil de la Facultad de Ingenier�a Industria y Construcci�n en la Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil, Guayaquil, Ecuador.

    II.            Egresado de la Carrera de Ingenier�a Civil de la Facultad de Ingenier�a Industria y Construcci�n en la Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil, Guayaquil, Ecuador.

�III.            Ingeniero Civil, Magister en Sistemas Integrados de Gesti�n, Docente Investigador, Catedr�tico en la Universidad Laica Vicente Rocafuerte en Guayaquil, Guayaquil, Ecuador.

Resumen

Esta investigaci�n se enfoca en la fabricaci�n de un prototipo de bloque utilizando materiales reciclados, tales como el tereftalato de polietileno (PET), papel y almid�n de yuca como un adherente natural, adem�s de los materiales tradicionales que se emplean en el proceso de fabricaci�n del bloque. Esto con el fin de incentivar una construcci�n innovadora y amigable con el medio ambiente, puesto que cada a�o se generan millones de toneladas de pl�stico. La presente investigaci�n tiene un enfoque cuantitativo o positivista, seg�n este paradigma, se declara una metodolog�a de investigaci�n experimental, basada en los ensayos de laboratorio que reflejan si el prototipo de bloque cumple o supera las especificaciones que establece la normativa. De all�, que se pretenda demostrar que los materiales implementados pueden ser utilizados en el bloque, contribuyendo a reducir el impacto ambiental generado por mala disposici�n de los desechos no reciclados.� Los resultados del ensayo a la compresi�n realizados a los boques demostraron que la resistencia var�a de acuerdo a la cantidad de PET usado, donde la mejor resistencia se obtuvo en la muestra 3. Entre las conclusiones destaca que: todos los bloques elaborados en este proyecto superan la resistencia de 1.4 Mpa, entran en la Categor�a tipo C, con lo que seg�n la norma t�cnica ecuatoriana NTE INEN 3066 pueden ser usados para mamposter�a no estructural tales como alivian amientos de losas. Con el uso del pl�stico y del papel mejoran la actividad del reciclaje, logrando reducir la contaminaci�n al medio ambiente.

Palabras claves: Prototipo; Bloque; Almid�n; Contaminacion; Construcci�n.

Abstract

This research focuses on the manufacture of a block prototype using recycled materials, such as polyethylene terephthalate (PET), paper and cassava starch as a natural adherent, in addition to the traditional materials used in the manufacturing process of the block. This in order to encourage innovative and environmentally friendly construction, since millions of tons of plastic are generated each year. This research has a quantitative or positivist approach, according to this paradigm, an experimental research methodology is declared, based on laboratory tests that reflect whether the block prototype meets or exceeds the specifications established by the regulations. Hence, it is intended to demonstrate that the implemented materials can be used in the block, helping to reduce the environmental impact generated by poor disposal of non-recycled waste. The results of the compression test carried out on the blocks showed that the resistance varies according to the amount of PET used, where the best resistance was obtained in sample 3. Among the conclusions it stands out that: all the blocks made in this project exceed the resistance of 1.4 Mpa, they fall into the Type C Category, with which according to the Ecuadorian technical standard NTE INEN 3066 they can be used for non-structural masonry such as relief of slabs. With the use of plastic and paper, they improve recycling activity, reducing pollution to the environment.

Keywords: Prototype; Block; Starch; Contamination; Building.

Resumo

Esta pesquisa tem como foco a fabrica��o de um prot�tipo de bloco utilizando materiais reciclados, como o polietileno tereftalato (PET), papel e amido de mandioca como aderente natural, al�m dos materiais tradicionais utilizados na fabrica��o do bloco. Isso com o objetivo de incentivar a constru��o inovadora e ecologicamente correta, uma vez que milh�es de toneladas de pl�stico s�o geradas a cada ano. Esta pesquisa tem uma abordagem quantitativa ou positivista, de acordo com este paradigma, uma metodologia de pesquisa experimental � declarada, baseada em testes de laborat�rio que refletem se o prot�tipo de bloco atende ou excede as especifica��es estabelecidas pela regulamenta��o. Com isso, pretende-se demonstrar que os materiais implantados podem ser utilizados no bloco, contribuindo para a redu��o do impacto ambiental gerado pela m� destina��o de res�duos n�o reciclados. Os resultados do ensaio de compress�o realizado nos blocos mostraram que a resist�ncia varia de acordo com a quantidade de PET utilizada, onde a melhor resist�ncia foi obtida na amostra 3. Dentre as conclus�es destaca-se que: todos os blocos confeccionados neste projeto superam a resist�ncia de 1,4 Mpa, enquadram-se na Categoria Tipo C, com a qual, segundo a norma t�cnica equatoriana NTE INEN 3066, podem ser utilizados em alvenarias n�o estruturais como relevo de lajes. Com o uso de pl�stico e papel, melhoram a atividade de reciclagem, reduzindo a polui��o ao meio ambiente.

Palavras-chave: Prot�tipo; Quadra; Amido; Contamina��o; Pr�dio.

Introduction

La visi�n de la investigaci�n est� dirigida a reducir aquellos agentes contaminantes que alteran y destruyen los ecosistemas, tales como el pl�stico y el papel. La producci�n de pl�stico aumenta considerablemente cada a�o, por ende, la contaminaci�n que produce este material es devastadora; siendo uno de los mayores problemas el deficiente manejo que se da al material, aumentando el �ndice de contaminaci�n en el aire, agua y suelo y distorsionando los diferentes ecosistemas existentes a nivel mundial. Varios pa�ses han optado por plantear estrategias que logren mitigar el impacto ambiental negativo generado por estos residuos pl�sticos (Manchola, Bernal y Castro, 2018). Seg�n lo estableci� en un informe el 15 de mayo del 2020, la Organizaci�npara la cooperaci�n y el Desarrollo Econ�mico (OCDE), 27 pa�ses lograron generar 675 millones de toneladas de residuos solo en el sector urban�stico, donde solo se recicl� el 36%, lo cual indica que estamos muy lejos de logar un ecosistema libre de contaminaci�n. Por otro lado, el papel es un elemento que se lo encuentra a nivel mundial, siendo utilizado para una gran variedad de aplicaciones.

Debido a su gran producci�n, la contaminaci�n que se genera por la fabricaci�n del papel, tiene como resultado un gran impacto ambiental en nuestro medio, tales como el consumo de elevadas cantidades de agua y energ�a, la emisi�n de gas CO2, equivalente por cada kilo de papel producido, adicional, los procesos qu�micos a los que son sometidos los materiales, afecta la salud de la poblaci�n e incide negativamente al cambio clim�tico.

Dada las circunstancias de las variaciones climatol�gicas, se ha generado una preocupaci�n en los ciudadanos y empresas, que reconocen que la industria papelera es cada vez mayor, as� como su contaminaci�n, que inicia desde la obtenci�n de la materia prima proveniente de los �rboles hasta su disposici�n final. Desde otro punto de vista, el almid�n de yuca; considerado como un elemento natural; es posible obtenerlo de las ra�ces del mismo. Posee bajos niveles de prote�nas y grasas y se lo puede emplear en su estado nativo u original, o tambi�n se lo puede someter por diversos tratamientos para mejorar sus propiedades f�sicas y qu�micas. (Pizarro, S�nchez, Ceballos, Morante y Dufour, 2016). El almid�n, muy aparte de fines alimenticios, es posible emplearlo en �mbitos industriales, como aditivo del cemento para as� lograr un mejor fraguado del hormig�n, es posible emplearlo en la fabricaci�n del papel, en los enlucidos a base de yeso y en la restauraci�n de edificaciones antiguas como aditivo de la cal.

Este estudio, se plantea en la fabricaci�n de un prototipo de bloque con base en los materiales previamente mencionados; que pueda ser empleado como una alternativa ecol�gica en una construcci�n tradicional. Actualmente en el Ecuador, se est�n implementando nuevas metodolog�as de construcciones sostenibles que contribuyan con el entorno ecol�gico, un claro ejemplo es Quito, donde se encuentra la empresa tritubot, constituida en el a�o 2013, la cual se ha planteado como objetivo principal recaudar al menos 2.000.000 de botellas pl�sticas (PET), para implementarlas en la fabricaci�n de bloques ecol�gicos, a los cuales le llaman ecobloqs. (tritubot, 2021).

Lo anteriormente planteado responde al hecho de que existe una lucha para reducir la contaminaci�n que producen estos agentes contaminantes en el pa�s. No obstante, nuestra propuesta incluye, adem�s del PET, el papel para as� presentar un nuevo proyecto de innovaci�n. El proyecto de investigaci�n se plantea una metodolog�a con enfoque cuantitativo, seg�n el estudio, desarrollando una investigaci�n experimental, basados en los ensayos de laboratorio que reflejar�n si el prototipo de bloque cumple o supera las especificaciones que establece la normativa donde se analizaron los resultados obtenidos de los ensayos de resistencia la compresi�n y absorci�n del bloque, dando lugar a establecer una dosificaci�n �ptima de los materiales que garantice la funcionalidad del bloque en la construcci�n.

La necesidad de cuidar el medio ambiente es clara, es la tendencia por la cual, los materiales deben estar ligados a un enfoque ecol�gico y sustentable de construcci�n, para lo cual nuestra prioridad se basa en la elaboraci�n de un prototipo de bloque implementando los materiales reciclables mencionados.

Materiales y m�todos

En este trabajo se plantea una metodolog�a con enfoque cuantitativo, que consiste en la b�squeda de datos en el marco de un conjunto de sucesos consecutivos ordenados, en los cuales no es posible omitir los pasos, sin embargo, se puede reestablecer cierto paso o fase dentro de la investigaci�n. Este proceso nace a partir de una idea que se plantea, donde una vez procesados los datos, tributan a lo establecido en los objetivos e interrogantes para el desarrollo de la investigaci�n. (Hernandez; Fernandez y Baptista, 2016).

Seg�n este marco metodol�gico, el estudio se desarrolla en el contexto de una investigaci�n experimental elaborando un prototipo de bloque en base de almid�n, polietileno tereftalato (PET), papel reciclado con la finalidad de lograr reducir el porcentaje que es generado por la contaminaci�n del pl�stico y el papel, implementado dichos materiales como elementos primordiales que conformen el bloque proyectado.

Todo ello estuvo respaldado y basado en los ensayos de laboratorio, de donde se deriva si el prototipo de bloque cumple o supera las especificaciones que establece la normativa donde se con los resultados obtenidos de los ensayos de resistencia la compresi�n y absorci�n del bloque, dando lugar a establecer una dosificaci�n �ptima de los materiales que garantice la funcionalidad de este bloque en el futuro de la construcci�n.

T�cnicas e instrumentos

T�cnicas:

Las t�cnicas que se han utilizado para la elaboraci�n del proyecto de investigaci�n fueron los ensayos de resistencia a la compresi�n y absorci�n del bloque propuesto en base de almid�n, polietileno tereftalato (PET), papel reciclado y material tradicional para el desarrollo de la construcci�n sostenible.

�         Ensayo de resistencia a la compresi�n ASTM C39

�         Ensayo de absorci�n INEN 642

Instrumentos:

Los instrumentos empleados para la elaboraci�n del proyecto de investigaci�n fueron:

�         Prensa Hidr�ulica (Versa Tester 30-M)

�         Formatos de laboratorio realizados por Autores del Proyecto.

�         Fichas de resultados.

�         Equipos empleados en el laboratorio RUFILIN

Poblaci�n

Basados en el libro metodolog�a de la investigaci�n los autores, (Ferr�ndez, Ferr�ndez, Andreu, & Garc�a, 2019) establecen que para el enfoque cuantitativo se busca generalizar los datos que se obtienen en un entorno o grupo (muestra) a un sector o comunidad m�s grande (poblaci�n). Dentro de la investigaci�n propuesta.Seg�n la encuesta de edificaciones de la INEC, menciona que hasta a�os anteriores al 2018, los principales resultados de la ENED, se publicaron para la variable �permisos de construcci�n�. Por lo tanto, se consider� como poblaci�n al grupo de profesionales y empresas dedicadas a la construcci�n, enfocado en los permisos de construcci�n del 2017 en la provincia del Guayas. En el siguiente grafico estad�stico, se muestra un n�mero promedio de los permisos de construcci�n generados en el pa�s, donde var�an seg�n la provincia. Se consider� la cantidad de 8.979� permisos de construccion.

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Fuente: instituto nacional de estad�sticas y censos. Encuestas de edificaciones 2017

Muestra

De acuerdo con� el libro: �Metodolog�a de la investigaci�n� de los autores Hern�ndez, Fern�ndez y Baptista, (2014) se menciona que el campo de muestra corresponde a la poblaci�n establecida para el estudio, en otros t�rminos, se refiere a un sistema de piezas que se integran dentro de un grupo establecido a lo que se llama poblaci�n. Para definir la muestra se toma en consideraci�n el valor de 8.979 permisos de construcci�n que corresponde a la provincia del Guayas.

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Fuente: Elaborado por los autores

An�lisis y discusi�n de resultados

En nuestro proyecto de titulaci�n se realizaron 5 dosificaciones diferentes del prototipo de bloque, donde se busca optimizar recursos, tales como los materiales tradicionales y aumentar o igualar la producci�n del bloque tradicional sin reducir los par�metros que establece la normativa para la fabricaci�n del mismo.

Tabla 1: Dosificaciones utilizadas para la elaboraci�n del bloque

Fuente: Registro de datos observados.

Elaborado por: Los autores

Luego de establecer las dosificaciones, se procedi� a realizar los ensayos en el laboratorio para determinar la resistencia y el porcentaje de absorci�n de cada muestra.

Tabla 2: Descripci�n de los resultados de la prueba de compresi�n

Fuente: datos obtenidos de la prueba de compresi�n. Elaborado por los autores

Para el desarrollo del ensayo de resistencia a la compresi�n, se tomaron en cuenta las 5 muestras previamente elaboradas. De acuerdo a su dosificaci�n respectiva, se evalu� la resistencia m�xima que soportar�a cada bloque, para ello eso establecieron fechas de rotura a los 14, 21 y 28 d�as. La (Norma NTE INEN 3066, 2016) establece la resistencia m�nima a la compresi�n que deben cumplir los bloques de acuerdo a su tipo y funci�n, donde la resistencia m�nima para el bloque proyectado (Tipo c) es de 1.4 Mpa. Por lo tanto, seg�n los resultados del ensayo de resistencia a la compresi�n, se obtuvo que las 5 muestras obtuvieron una resistencia mayor, donde la muestra 3 favorece los resultados con una resistencia superior a las dem�s, con un valor de 1.97 Mpa.

Imagen 1: PET triturado. Fuente Google	Imagen 2: Muestra 3. Editado por los autores
Imagne 3: Papel triturado
Im�genes 4 y 5: Engrudo de almid�n de yuca y Cemento Portland Holcim Fuente: Google, 2021
Im�genes 6 y 7: Arena, �rido fino y piedra p�mez, chasqui Fuente: Google, 2021
Imagen 8: Proceso de mezclado de los materiales	Imagen 9: M�quina que moldea y compacta el bloque
Imagen 10: Tablero con los bloques moldeados y compactados

Tabla 3: descripci�n de los resultados del ensayo de absorci�n.

Fuente: Datos obtenidos del ensayo de absorci�n. Elaborado por los autores

Se puede apreciar que el pl�stico tiene un rol muy importante en el bloque, el cual influye en los resultados de absorci�n, a medida que aumenta la cantidad de pl�stico, el porcentaje de absorci�n disminuye haciendo el bloque m�s ligero, como es el caso del bloque 3 que es el que tiene m�s pl�stico y cuyo porcentaje de absorci�n fue 16, esto sucede ya que el volumen del pl�stico dentro del bloque pesa poco por ende la absorci�n es m�nima.

Discusi�n

Los resultados del ensayo a la compresi�n realizados a los boques demostraron que la resistencia var�a de acuerdo a la cantidad de PET usado, donde la mejor resistencia se obtuvo en la muestra 3. Todos los bloques elaborados en este proyecto de investigaci�n superan la resistencia de 1.4 Mpa, entran en la Categor�a tipo C, con lo que seg�n la norma t�cnica ecuatoriana NTE INEN 3066 pueden ser usados para mamposter�a no estructural tales como alivian amientos de losas.

El material pl�stico PET tiene un alto tiempo de degradaci�n entre 200 a 300 a�os, lo cual garantiza que la construcci�n sea de larga vida.Con el uso del pl�stico y del papel mejoran la actividad del reciclaje, logrando reducir la contaminaci�n al medio ambiente, conservando la salud y vida de los animales.

Conclusiones

�    Los resultados del ensayo a la compresi�n realizados a los boques demostraron que la resistencia var�a de acuerdo a la cantidad de PET usado. La mejor resistencia se obtuvo en la muestra 3.

�    Todos los bloques elaborados en este proyecto de investigaci�n superan la resistencia de 1.4 Mpa, entran en la Categor�a tipo C, con lo que seg�n la norma t�cnica ecuatoriana NTE INEN 3066 pueden ser usados para mamposter�a no estructural tales como alivianamientos de losas.

�    El material pl�stico PET tiene un alto tiempo de degradaci�n entre 200 a 300 a�os, lo cual garantiza que la construcci�n sea de larga vida.

�    Con el uso del pl�stico y del papel mejoran la actividad del reciclaje, logrando reducir la contaminaci�n al medio ambiente, conservando la salud y vida de los animales.

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Referencias

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�2020 por los autores.� Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).|