Ciencias tcnicas y aplicadas

Artculos de investigacin

 

Prototipo de bloque con base en materiales reciclados para el desarrollo de la construccin sostenible

 

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

 

Prottipo de bloco baseado em materiais reciclados para o desenvolvimento de construes sustentveis

Alex Jhuber Alvarado-Gutirrez 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-Bentez 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 Ingeniera Civil de la Facultad de Ingeniera Industria y Construccin en la Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil, Guayaquil, Ecuador.

    II.            Egresado de la Carrera de Ingeniera Civil de la Facultad de Ingeniera Industria y Construccin en la Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil, Guayaquil, Ecuador.

III.            Ingeniero Civil, Magister en Sistemas Integrados de Gestin, Docente Investigador, Catedrtico en la Universidad Laica Vicente Rocafuerte en Guayaquil, Guayaquil, Ecuador.

 

 

 

Resumen

Esta investigacin se enfoca en la fabricacin de un prototipo de bloque utilizando materiales reciclados, tales como el tereftalato de polietileno (PET), papel y almidn de yuca como un adherente natural, adems de los materiales tradicionales que se emplean en el proceso de fabricacin del bloque. Esto con el fin de incentivar una construccin innovadora y amigable con el medio ambiente, puesto que cada ao se generan millones de toneladas de plstico. La presente investigacin tiene un enfoque cuantitativo o positivista, segn este paradigma, se declara una metodologa de investigacin 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 disposicin de los desechos no reciclados. Los resultados del ensayo a la compresin realizados a los boques demostraron que la resistencia vara 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 Categora tipo C, con lo que segn la norma tcnica ecuatoriana NTE INEN 3066 pueden ser usados para mampostera no estructural tales como alivian amientos de losas. Con el uso del plstico y del papel mejoran la actividad del reciclaje, logrando reducir la contaminacin al medio ambiente.

Palabras claves: Prototipo; Bloque; Almidn; Contaminacion; Construccin.

 

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 fabricao de um prottipo de bloco utilizando materiais reciclados, como o polietileno tereftalato (PET), papel e amido de mandioca como aderente natural, alm dos materiais tradicionais utilizados na fabricao do bloco. Isso com o objetivo de incentivar a construo inovadora e ecologicamente correta, uma vez que milhes de toneladas de plstico so 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 laboratrio que refletem se o prottipo de bloco atende ou excede as especificaes estabelecidas pela regulamentao. Com isso, pretende-se demonstrar que os materiais implantados podem ser utilizados no bloco, contribuindo para a reduo do impacto ambiental gerado pela m destinao de resduos no reciclados. Os resultados do ensaio de compresso realizado nos blocos mostraram que a resistncia varia de acordo com a quantidade de PET utilizada, onde a melhor resistncia foi obtida na amostra 3. Dentre as concluses destaca-se que: todos os blocos confeccionados neste projeto superam a resistncia de 1,4 Mpa, enquadram-se na Categoria Tipo C, com a qual, segundo a norma tcnica equatoriana NTE INEN 3066, podem ser utilizados em alvenarias no estruturais como relevo de lajes. Com o uso de plstico e papel, melhoram a atividade de reciclagem, reduzindo a poluio ao meio ambiente.

Palavras-chave: Prottipo; Quadra; Amido; Contaminao; Prdio.

 

Introduction

La visin de la investigacin est dirigida a reducir aquellos agentes contaminantes que alteran y destruyen los ecosistemas, tales como el plstico y el papel. La produccin de plstico aumenta considerablemente cada ao, por ende, la contaminacin que produce este material es devastadora; siendo uno de los mayores problemas el deficiente manejo que se da al material, aumentando el ndice de contaminacin en el aire, agua y suelo y distorsionando los diferentes ecosistemas existentes a nivel mundial. Varios pases han optado por plantear estrategias que logren mitigar el impacto ambiental negativo generado por estos residuos plsticos (Manchola, Bernal y Castro, 2018). Segn lo estableci en un informe el 15 de mayo del 2020, la Organizacinpara la cooperacin y el Desarrollo Econmico (OCDE), 27 pases lograron generar 675 millones de toneladas de residuos solo en el sector urbanstico, donde solo se recicl el 36%, lo cual indica que estamos muy lejos de logar un ecosistema libre de contaminacin. 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 produccin, la contaminacin que se genera por la fabricacin del papel, tiene como resultado un gran impacto ambiental en nuestro medio, tales como el consumo de elevadas cantidades de agua y energa, la emisin de gas CO2, equivalente por cada kilo de papel producido, adicional, los procesos qumicos a los que son sometidos los materiales, afecta la salud de la poblacin e incide negativamente al cambio climtico.

Dada las circunstancias de las variaciones climatolgicas, se ha generado una preocupacin en los ciudadanos y empresas, que reconocen que la industria papelera es cada vez mayor, as como su contaminacin, que inicia desde la obtencin de la materia prima proveniente de los rboles hasta su disposicin final. Desde otro punto de vista, el almidn de yuca; considerado como un elemento natural; es posible obtenerlo de las races del mismo. Posee bajos niveles de protenas y grasas y se lo puede emplear en su estado nativo u original, o tambin se lo puede someter por diversos tratamientos para mejorar sus propiedades fsicas y qumicas. (Pizarro, Snchez, Ceballos, Morante y Dufour, 2016). El almidn, muy aparte de fines alimenticios, es posible emplearlo en mbitos industriales, como aditivo del cemento para as lograr un mejor fraguado del hormign, es posible emplearlo en la fabricacin del papel, en los enlucidos a base de yeso y en la restauracin de edificaciones antiguas como aditivo de la cal.

Este estudio, se plantea en la fabricacin de un prototipo de bloque con base en los materiales previamente mencionados; que pueda ser empleado como una alternativa ecolgica en una construccin tradicional. Actualmente en el Ecuador, se estn implementando nuevas metodologas de construcciones sostenibles que contribuyan con el entorno ecolgico, un claro ejemplo es Quito, donde se encuentra la empresa tritubot, constituida en el ao 2013, la cual se ha planteado como objetivo principal recaudar al menos 2.000.000 de botellas plsticas (PET), para implementarlas en la fabricacin de bloques ecolgicos, a los cuales le llaman ecobloqs. (tritubot, 2021).

Lo anteriormente planteado responde al hecho de que existe una lucha para reducir la contaminacin que producen estos agentes contaminantes en el pas. No obstante, nuestra propuesta incluye, adems del PET, el papel para as presentar un nuevo proyecto de innovacin. El proyecto de investigacin se plantea una metodologa con enfoque cuantitativo, segn el estudio, desarrollando una investigacin experimental, basados en los ensayos de laboratorio que reflejarn 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 compresin y absorcin del bloque, dando lugar a establecer una dosificacin ptima de los materiales que garantice la funcionalidad del bloque en la construccin.

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

 

Materiales y mtodos

En este trabajo se plantea una metodologa con enfoque cuantitativo, que consiste en la bsqueda 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 investigacin. 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 investigacin. (Hernandez; Fernandez y Baptista, 2016).

Segn este marco metodolgico, el estudio se desarrolla en el contexto de una investigacin experimental elaborando un prototipo de bloque en base de almidn, polietileno tereftalato (PET), papel reciclado con la finalidad de lograr reducir el porcentaje que es generado por la contaminacin del plstico 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 compresin y absorcin del bloque, dando lugar a establecer una dosificacin ptima de los materiales que garantice la funcionalidad de este bloque en el futuro de la construccin.

 

Tcnicas e instrumentos

Tcnicas:

Las tcnicas que se han utilizado para la elaboracin del proyecto de investigacin fueron los ensayos de resistencia a la compresin y absorcin del bloque propuesto en base de almidn, polietileno tereftalato (PET), papel reciclado y material tradicional para el desarrollo de la construccin sostenible.

         Ensayo de resistencia a la compresin ASTM C39

         Ensayo de absorcin INEN 642

Instrumentos:

Los instrumentos empleados para la elaboracin del proyecto de investigacin fueron:

         Prensa Hidrulica (Versa Tester 30-M)

         Formatos de laboratorio realizados por Autores del Proyecto.

         Fichas de resultados.

         Equipos empleados en el laboratorio RUFILIN

 

Poblacin

Basados en el libro metodologa de la investigacin los autores, (Ferrndez, Ferrndez, Andreu, & Garca, 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 ms grande (poblacin). Dentro de la investigacin propuesta.Segn la encuesta de edificaciones de la INEC, menciona que hasta aos anteriores al 2018, los principales resultados de la ENED, se publicaron para la variable permisos de construccin. Por lo tanto, se consider como poblacin al grupo de profesionales y empresas dedicadas a la construccin, enfocado en los permisos de construccin del 2017 en la provincia del Guayas. En el siguiente grafico estadstico, se muestra un nmero promedio de los permisos de construccin generados en el pas, donde varan segn la provincia. Se consider la cantidad de 8.979 permisos de construccion.

 

 

 


Grfico 1: Distribucin de permisos de construccin por provincias

Fuente: instituto nacional de estadsticas y censos. Encuestas de edificaciones 2017

 

Muestra

De acuerdo con el libro: Metodologa de la investigacin de los autores Hernndez, Fernndez y Baptista, (2014) se menciona que el campo de muestra corresponde a la poblacin establecida para el estudio, en otros trminos, se refiere a un sistema de piezas que se integran dentro de un grupo establecido a lo que se llama poblacin. Para definir la muestra se toma en consideracin el valor de 8.979 permisos de construccin que corresponde a la provincia del Guayas.


Figura 1: Clculo de la muestra

Fuente: Elaborado por los autores

 

Anlisis y discusin de resultados

En nuestro proyecto de titulacin se realizaron 5 dosificaciones diferentes del prototipo de bloque, donde se busca optimizar recursos, tales como los materiales tradicionales y aumentar o igualar la produccin del bloque tradicional sin reducir los parmetros que establece la normativa para la fabricacin del mismo.

 

Tabla 1: Dosificaciones utilizadas para la elaboracin del bloque

Muestra

Almidn hervido (lts)

Plstico pet (kg)

Arena (kg)

Piedra pmez, chasqui (kg)

Cemento (kg)

Papel remojado (kg)

Bloques totales

1

5

2.25

20

27

13.1

5

11

2

5

3

20

16

13.1

4

7

3

7

5

16.5

16

7.5

1.5

11

4

5.5

2.5

11.5

7.5

7

2.75

7

5

5

2.25

16.7

13

10.5

1.5

7

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 absorcin de cada muestra.

 

BLOQUE No.

FECHA

EDAD DIAS

CARGA MAXIMA Kg.

RESISTENCIA KG/CM2

RESISTENCIA MPA

TOMA

ROTURA

1

5/2/2021

19/2/2021

14

2128

8.51

0.83

5/2/2021

26/2/2021

21

4000

16.00

1.57

5/2/2021

5/3/2021

28

4400

17.60

1.73

2

5/2/2021

19/2/2021

14

2908

11.63

1.14

5/2/2021

26/2/2021

21

4550

18.20

1.78

5/2/2021

5/3/2021

28

4950

19.80

1.94

3

5/2/2021

19/2/2021

14

3158

12.63

1.24

5/2/2021

26/2/2021

21

3090

12.36

1.21

5/2/2021

5/3/2021

28

5022

20.09

1.97

4

5/2/2021

19/2/2021

14

2358

9.43

0.92

5/2/2021

26/2/2021

21

4125

16.50

1.62

5/2/2021

5/3/2021

28

4412

17.65

1.73

5

5/2/2021

19/2/2021

14

2788

11.15

1.09

5/2/2021

26/2/2021

21

4490

17.96

1.76

5/2/2021

5/3/2021

28

4505

18.02

1.77

Tabla 2: Descripcin de los resultados de la prueba de compresin

Fuente: datos obtenidos de la prueba de compresin. Elaborado por los autores

 

Para el desarrollo del ensayo de resistencia a la compresin, se tomaron en cuenta las 5 muestras previamente elaboradas. De acuerdo a su dosificacin respectiva, se evalu la resistencia mxima que soportara cada bloque, para ello eso establecieron fechas de rotura a los 14, 21 y 28 das. La (Norma NTE INEN 3066, 2016) establece la resistencia mnima a la compresin que deben cumplir los bloques de acuerdo a su tipo y funcin, donde la resistencia mnima para el bloque proyectado (Tipo c) es de 1.4 Mpa. Por lo tanto, segn los resultados del ensayo de resistencia a la compresin, se obtuvo que las 5 muestras obtuvieron una resistencia mayor, donde la muestra 3 favorece los resultados con una resistencia superior a las dems, con un valor de 1.97 Mpa.

Cmo se recicla el plstico? Las 6 etapas del viaje de una botella  reciclada - EKOMODO

Imagen 1: PET triturado.

Fuente Google

Imagen 2: Muestra 3.


Editado por los autores


Imagne 3: Papel triturado

 

CEMENTO HOLCIM | HORMICORP

Imgenes 4 y 5: Engrudo de almidn de yuca y Cemento Portland Holcim

Fuente: Google, 2021

 

Venta de Arena fina en Lima

Imgenes 6 y 7: Arena, rido fino y piedra pmez, chasqui

Fuente: Google, 2021


Imagen 8: Proceso de mezclado de los materiales

 


Imagen 9: Mquina que moldea y compacta el bloque

 


Imagen 10: Tablero con los bloques moldeados y compactados

 

 

Tabla 3: descripcin de los resultados del ensayo de absorcin.

Ensayo de absorcin

Bloque no.

Masa de muestra saturada (M) gr

Masa de muestra secada al horno (M) gr

M-Mᵈ

Porcentaje de absorcin %

1

6350

5400

950

18

2

6300

5400

900

17

3

6200

5350

850

16

4

6150

5250

900

17

5

6100

5150

950

18

Fuente: Datos obtenidos del ensayo de absorcin. Elaborado por los autores

 

Se puede apreciar que el plstico tiene un rol muy importante en el bloque, el cual influye en los resultados de absorcin, a medida que aumenta la cantidad de plstico, el porcentaje de absorcin disminuye haciendo el bloque ms ligero, como es el caso del bloque 3 que es el que tiene ms plstico y cuyo porcentaje de absorcin fue 16, esto sucede ya que el volumen del plstico dentro del bloque pesa poco por ende la absorcin es mnima.

 

Discusin

Los resultados del ensayo a la compresin realizados a los boques demostraron que la resistencia vara 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 investigacin superan la resistencia de 1.4 Mpa, entran en la Categora tipo C, con lo que segn la norma tcnica ecuatoriana NTE INEN 3066 pueden ser usados para mampostera no estructural tales como alivian amientos de losas.

El material plstico PET tiene un alto tiempo de degradacin entre 200 a 300 aos, lo cual garantiza que la construccin sea de larga vida.Con el uso del plstico y del papel mejoran la actividad del reciclaje, logrando reducir la contaminacin al medio ambiente, conservando la salud y vida de los animales.

 

Conclusiones

    Los resultados del ensayo a la compresin realizados a los boques demostraron que la resistencia vara 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 investigacin superan la resistencia de 1.4 Mpa, entran en la Categora tipo C, con lo que segn la norma tcnica ecuatoriana NTE INEN 3066 pueden ser usados para mampostera no estructural tales como alivianamientos de losas.

    El material plstico PET tiene un alto tiempo de degradacin entre 200 a 300 aos, lo cual garantiza que la construccin sea de larga vida.

    Con el uso del plstico y del papel mejoran la actividad del reciclaje, logrando reducir la contaminacin al medio ambiente, conservando la salud y vida de los animales.

Referencias

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18.    Manchola, Bernal y Castro. (2018). Investigacin Formativa en Ingeniera segunda edicin. En P. E. Serna, Investigacin Formativa en Ingeniera segunda edicin (pg. 85). Medellin: IAI (Editorial Instituto Antioqueo de Investigacin).

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2020 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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