Tesis - Universidad de Colima

UNIVERSIDAD DE COLIMA
Facultad de Arquitectura y Diseño
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FÍSICO MECÁNICA DE UN
MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO
RESIDUAL
Tesis que para obtener el grado de
Maestro en Arquitectura
Presenta:
I.B.Q. Víctor Jaime Anaya Sepúlveda
Director de Tesis:
Dr. Miguel Fernando Elizondo Mata
Asesores:
Dr. Luis Gabriel Gómez Azpeitia
Dr. Armando Alcántara Lomelí
M.I. Carlos Enrique Silva Echartea
Coquimatlán, Colima; Diciembre de 2007
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
1
AGRADECIMIENTOS
PRIMERAMENTE A DIOS, por darme una vida, una familia y las herramientas
necesarias para mi desempeño profesional
A MIS PADRES Y HERMANOS, quienes fueron y han seguido siendo la base
fundamental para el logro de mis metas
A TERE, MI ESPOSA, por su apoyo incondicional como profesionista, mujer y amiga
A ADIEL, MI HIJO, por recordarme con gran fuerza de la existencia de Dios y
enseñarme, incluso antes de su llegada, que es posible seguir adelante a pesar de
las experiencias que tengamos que vivir
AL DR. MIGUEL F. ELIZONDO MATA por su paciencia y dedicación en la dirección
de mi tesis
A MIS MAESTROS, ASESORES Y DIRECTIVOS, por compartir sus conocimientos y
lograr guiar de manera eficiente esta etapa formación académica
AL CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA (CONACYT), por la beca
recibida para el desarrollo del proyecto de investigación
A MIS COMPAÑEROS, por su amistad y apoyo
A LA EMPRESA HOLCIM APASCO Y CONCRETOS APASCO, especialmente al
Ing. Enrique Ortega, Katia Carmona y Francisco García por el apoyo brindado.
Finalmente, a todas las personas que de alguna forma u otra contribuyeron para el
desarrollo del presente proyecto.
2
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
INDICE
Pg.
Índice de tablas ----------------------------------------------------------------------------------Índice de figuras --------------------------------------------------------------------------------Índice de gráficos -------------------------------------------------------------------------------Resumen ------------------------------------------------------------------------------------------Abstract --------------------------------------------------------------------------------------------
Introducción ---------------------------------------------------------------------------------------
Capitulo I. Antecedentes -----------------------------------------------------------------Capitulo II. Marco teórico ----------------------------------------------------------------Capitulo III. Diseño y desarrollo del experimento -------------------------------Capitulo IV. Resultados y discusiones ----------------------------------------------
Conclusiones ------------------------------------------------------------------------------------Bibliografía ----------------------------------------------------------------------------------------Anexos ----------------------------------------------------------------------------------------------
IV
V
VI
VII
VIII
9
13
29
45
77
109
113
115
3
INDICE DE TABLAS
Tabla 3. 2 Elaboración de pulpa
Tabla 3. 3 Selección de cantidad de látex
Pg.
42
46
59
59
Tabla 3. 4 Proporciones de aglutinante y material inerte
60
Tabla 3. 5 Suministro de aditivos en mezclas
62
Tabla 3. 6 Datos de calibración de anillo
74
Tabla 4. 1 Valores de pesos
83
Tabla 4. 2 Evaluación física de los materiales
84
Tabla 4. 3 Modulo de elasticidad Formulación 1
Tabla 4. 4 Modulo de elasticidad Formulación 2
Tabla 4. 5 Modulo de elasticidad Formulación 3
Tabla 4. 6 Modulo de elasticidad Formulación 4
Tabla 4. 7 Modulo de elasticidad Formulación 5
88
90
92
94
97
Tabla 4. 8 Modulo de elasticidad Formulación 6
99
Tabla 4. 9 Modulo de elasticidad Formulación 7
101
Tabla 4. 10 Datos comparativos entre las diferentes formulaciones
103
Tabla 4. 11 Absorción acústica
105
Tabla 4. 12 Usos recomendados según propiedades
108
Tabla 2. 1 Tipos de Cemento
Tabla 3. 1 Número de corridas y proporción de componentes
4
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
INDICE DE FIGURAS
Fig. 2. 1 Estructura Celular de las microfibrilas
Fig. 2. 2 Organización esquemática de las moléculas de la celulosa a) de forma
continua b) de forma micelar
Fig. 2. 3 Estructura molecular del caucho
Fig. 3. 1 Distribución de puntos de muestreo de diseño factorial 32
Pg.
32
33
36
46
Fig. 3. 2 Caja para la determinación de nivel de Absorción acústica
50
Fig. 3. 3 Calibrador, fuente emisora de sonido
51
Fig. 3. 4 Sonómetro, Receptor de onda sonora
52
Fig. 3. 5 Proceso de elaboración de pulpa
55
Fig. 3. 6 Separación de fibras de látex con criba
57
Fig. 3. 7 Materiales a usar en las mezclas
58
Fig. 3. 8 Curado de las mezclas en solución saturada de cal
63
Fig. 3. 9 Curado de las mezclas en bolsa de plástico
64
Fig. 3. 10 Fraguado en condiciones ambientales
65
Fig. 3. 11 Medición de los especimenes
66
Fig. 3. 12 Pesado de los especimenes
67
Fig. 3. 13 Secado de los especimenes
68
Fig. 3. 14 Saturación de agua de cada uno de los especimenes
69
Fig. 3. 15 Moldes empleados para la elaboración de especimenes
70
Fig. 3. 16 Prensa empleada en los ensayos para compresión
71
Fig. 3. 17 Instrumento empleado para la calibración del anillo
72
Fig. 3. 18 Prensa provista con anillo calibrado
73
Fig. 4. 1 Valores de pesos
84
5
INDICE DE GRAFICOS
Grafico 3. 1 Línea de tendencia para la calibración del anillo
Pg.
74
Grafico 4. 1 Relación de los componentes en la mezcla de “agregados”
79
Grafico 4. 2 Suministros de excedentes de agua
80
Grafico 4. 3 Pérdida de humedad a diferentes días de curado
82
Grafico 4. 4 Peso Volumétrico
85
Grafico 4. 5 Humedad
86
Grafico 4. 6 Absorción
86
Grafico 4. 7 Relación Esfuerzo vs deformación F1
89
Grafico 4. 8 Relación modulo de elasticidad vs deformación F1
Grafico 4. 9 Relación Esfuerzo vs deformación F2
Grafico 4. 10 Relación modulo de elasticidad vs deformación F2
Grafico 4. 11 Relación Esfuerzo vs deformación F3
Grafico 4. 12 Relación modulo de elasticidad vs deformación F3
Grafico 4. 13 Relación Esfuerzo vs deformación F4
89
91
91
93
93
95
Grafico 4. 14 Relación modulo de elasticidad vs deformación F4
96
Grafico 4. 15 Relación Esfuerzo vs deformación F5
98
Grafico 4. 16 Relación modulo de elasticidad vs deformación F5
98
Grafico 4. 17 Relación Esfuerzo vs deformación F6
100
Grafico 4. 18 Relación modulo de elasticidad vs deformación F6
100
Grafico 4. 19 Relación Esfuerzo vs deformación F7
102
Grafico 4. 20 Relación modulo de elasticidad vs deformación F7
103
Grafico 4. 21 Resistencia a la compresión
104
Grafico 4. 22 Modulo de elasticidad
104
Grafico 4. 23 Absorción acústica
106
6
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
RESUMEN
La investigación se desarrollo en tres etapas, una la recopilación de la
información bibliográfica; dos, el diseño y elaboración de las mezclas y tres, la
evaluación del material resultante.
Se determinó la cantidad de muestras a analizar mediante un diseño factorial
k
3 considerando dos factores: contenidos de pulpa y contenido de caucho, en tres
niveles cada uno: alto, medio y bajo, obteniendo como resultado un total de 7
formulaciones. La elaboración y caracterización de las muestras se hace en función
de la normatividad aplicable. Las evaluaciones del material son: contenido de
humedad, porcentaje de absorción, peso volumétrico, resistencia a la compresión y
grado de absorción acústica.
Se pode en manifiesto una serie de recomendaciones en su aplicación que
depende de las características del material resultante en función de la evaluación
realizada. Así mismo se estable las limitantes que presenta el material resultante en
su aplicación en la construcción.
7
ABSTRACT
The research itself development in three phases, first, the collection of the
bibliographical information; second, the design and elaboration of the mixtures and
third, the evaluation of the resultant material.
The quantity of samples was determined to analyze by means of a design
factorial 3k considering two factors: contents of pulp and content of rubber, in three
levels each one: high, medium and low, obtaining as a result a total of 7 formulations.
The elaboration and characterization of the samples is done in function of the
applicable regulatory nature. The evaluations of the material are: content of humidity,
percentage of absorption, volumetric weight, resistance to the compression and
acoustics absorption degree.
It is able in manifesto a series of recommendations in its application that
depends on the characteristics of the resultant material in function of the evaluation
carried out. Thus same itself stable the constraints that present the resultant material
in its application in the construction.
8
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
INTRODUCCION
El desarrollo de materiales alternativos empleados en la industria de la
construcción es un acontecimiento que se ha incrementado en los últimos años, en
donde el aprovechamiento de diferentes residuos generados en las ciudades o bien
en los campos agrícolas, es el eje central de la mayoría de las investigaciones. Esta
situación obedece principalmente a dos causas, una como estrategia para la
disminución de los altos volúmenes de residuos generados y otra al cumplimiento de
las exigencias climáticas locales en donde es factible el empleo del material
desarrollado.
Sin embargo en muchos casos, los materiales usados en las edificaciones
ubicadas en climas tropicales sub húmedos corresponden en la mayoría de los casos
a exigencias de mercado, que no llegan a ser la respuesta exacta para las
condiciones climática del lugar, generando por tanto ganancias de calor hacia el
interior de los inmuebles, que deben ser disipadas con medios electromecánicos a
través de fuertes consumos de energía como es el caso de los sistemas de
acondicionamiento de aire.
Por otro lado, materiales de construcción propios de la región han sido
relegados a segundo término, dándoles categoría de rural y dejándolos
exclusivamente para ser utilizados en la llamada "casa campesina", sin dar
oportunidad a posibilidades de usos nuevos que generen opciones tecnológicas más
acordes con las exigencias de desarrollo.1
Mientras se realiza este tipo de actividad; consumiendo a la vez los recursos
no renovables, en las ciudades se generan grandes cantidades de materiales que
1
www.ciadicyp.com/iberoamericancongressonpulpandpaper/research_2000.html
9
pueden ser aprovechados fácilmente y que sin embargo son considerados como
“basura”, tal es el caso del papel y cartón que deja de ser residuo cuando lo
podemos emplear como materia prima en la elaboración de un producto.
Simplemente en la ciudad de Colima se generan en promedio mensual mas de
500 toneladas de papel y cartón, lo que equivale al 19% en volumen del total del
material residual generado, del cual solo el 30 % es enviado a otras ciudades para
aprovecharlo como reciclaje en la elaboración de papel de menor calidad u otros
materiales2. Situación similar sucede con la generación de llanta como desecho
urbano, que aunque no es considerado como residuo peligroso, es un problema
grave en términos de disposición final, pues los grandes volúmenes encontrados en
los rellenos sanitarios reflejan la importancia que tienen estos materiales. Así mismo
en el proceso de revitalizado de llantas existe también la generación considerable de
este material triturado, pues simplemente en la ciudad de colima la generación de
llanta triturada asciende a los 6 m3 semanales, dato que también llama la atención
pues aunque en el mejor de los casos es incinerado a muy alta temperatura, no deja
de ser un problema económico-ambiental para los generadores del mismo.
En este sentido, se tiene el antecedente en la elaboración de materiales
rígidos tales como paneles, bloques, plafones y elementos de relleno, en donde el
componente principal es la celulosa, ya sea a partir de papel y cartón residual o bien
de fibras procedentes de algunos residuos agrícolas. Los procesos de elaboración
sugeridos varías según las características de sus componentes así como el
comportamiento que presentan éstos al ser mezclados con ciertos agrados inertes y
con el agente aglutinante empleado. Sin embargo en la mayoría de los casos se
presenta el problema de deterioro del material por la actividad de organismos
xilófagos.
2
H. Ayuntamiento de Colima. Dirección de Ecología. Archivo
10
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
La característica principal de los materiales estudiados, obedecen en su
mayoría al contenido de tres componentes principales, uno es el uso de una pulpa
que contienen el material celulósico; otro el agente aglutínate, generalmente
materiales puzolánicos, cal, arcilla o caliza y finalmente agregados inertes que no
afectan precisamente en términos de reactividad al material resultante pero le
proporcionan ciertas características físico – mecánicas.
Por lo anterior, y como elemento de justificación a la investigación, es
pertinente determinar las condiciones óptimas de combinación de papel y cartón así
como caucho vulcanizado residual, para que en mezcla con Mortero a base de
Cemento Pórtland Compuesto CPC, y alumbre como agente inhibidor de crecimiento
de organismos xilófagos sea factible la elaboración de un material empleado en la
industria de la construcción.
Derivado de lo anterior se plantea la siguiente cuestión. ¿Cuales son las
características que determinan la afinidad del papel y cartón residual y los materiales
complementarios en la elaboración de mezclas? Así como ¿Cuáles son las
condiciones de manejo para evitar los problemas de deterioro de los materiales
construidos? y ¿Qué eficiencia puede tener el producto en su aplicación en la
industria de la construcción?
Con lo anterior se establece que la investigación se desarrolla en tres etapas,
en la primera, recopilación de la información que permite contestar a la primera
pregunta en términos cualitativos, en segundo término el desarrollo experimental con
productos sólidos y finalmente la evaluación del material resultante en función de
viabilidad de empleo en la construcción y su eficiencia.
Las formulaciones prácticamente dependen tanto del contenido de pulpa
elaborada a base de papel y cartón, así como la cantidad de caucho vulcanizado
presente en la mezcla, mientras que el suministro de agua, alumbre y el agente
11
aglutinante son variables que se mantienen fijas pues sus proporciones son
empleadas en función de las especificaciones del fabricante.
Las determinaciones correspondientes del material resultante son, Absorción
de agua, peso volumétrico de las muestras, contenido de humedad,
modulo de
elasticidad, resistencia a la compresión y grado de absorción acústica, las cuales en
su caso dan la pauta para proponer la aplicación de los materiales resultantes.
Así pues, derivado del planteamiento anterior, y de manera hipotética
podemos decir que las características de la celulosa y del Mortero base Cemento
Pórtland Compuesto CPC en mezclas con caucho vulcanizado residual, presentan
una factibilidad en la elaboración de materiales que podrían formar elementos rígidos
empleados en la industria de la Construcción.
Por otra parte se puede suponer que es posible inhibir la acción de
organismos xilófagos que deterioran el material mediante el suministro de alumbre en
la mezcla.
Para dar cumplimiento con lo anterior, el presente trabajo se estructura en tres
capítulos como cuerpo de la investigación y un apartado final de conclusiones, en el
capitulo I, se aborda el marco conceptual teórico que fundamenta las actividades
desarrolladas en el transcurso de la investigación, el capitulo II refiere al diseño y
desarrollo del trabajo y en el capitulo III se discuten los resultados obtenidos.
12
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
CAPITULO I
ANTECEDENTES
I.1. ANTECEDENTES HISTORICOS
Uno de los acontecimientos trascendentales en la evolución de la humanidad
sin duda fue el descubrimiento de un método para producir fuego, haciendo arder un
material celulósico3. El uso del fuego para protección y obtención de calor
suplementario, logrado por el hombre primitivo, dio origen a la cocina, la panadería,
la cerámica, y en su momento, a la producción de carbón vegetal y de las municiones
navales mediante la combustión parcial y la pirolisis de la madera. Se considera que
la destilación destructiva de la madera tiene una larga historia industrial, que
proviene desde los antiguos chinos y egipcios, quienes utilizaban los productos del
alquitrán para embalsamar. El empleo de materiales celulósicos para producir el
papel apareció mucho tiempo después4.
Las hojas de papiro, hechas prensando el tejido medular de un junco (Cyperus
papirus), se utilizaron para escribir en fecha tan remota como la de 3 000 a.C. en
Egipto. En china se empleaban tiras de bambú o de madera para escribir y dibujar
sobre ellas, hasta que se descubrió el papel, descubrimiento que se atribuye a Ts´ai
Lun en el año 105 a.C.5 El papel original se hacía en China con trapo, fibra de
corteza y bambú. Los trozos de bambú se remojaban por más de 100 días, y
después de hervían en una lechada de cal durante casi ocho días con sus noches,
para liberar las fibras. El arte de hacer papel llegó finalmente a Persia, hacia el año
3
Thomas, JRH. Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1 1°
ED. México, 1990, LIMUSA, p 29.
4
Casey, James P., Pulpa y papel, Química y Tecnología Química V. 1 1° ed. México, 1990,
LIMUSA, p 29.
5
Ch’iao-p’ing, El arte de la química en la antigua China 1° ed. Easton, 1998. s.e, p 52.
13
751 d.C., desde donde pasó a los países del mediterráneo y en donde los moros
llevaron a Europa la industria en el siglo XVII.
La aceptación del papel y la difusión de su industria en Europa (1650), crearon
una escasez crónica del trapo empleado como materia prima. La producción de
pulpa llegó a solucionar tal escasez. El crédito que corresponde a la iniciación de
esta industria es evidentemente compartido por muchos hombres de ciencia e
inventores, pero cabe señalar que la idea original consiste en extraer fibra celulósicas
de los tejidos de la madera, no sólo puede encontrarse en el método chino, sino
también en un tratado presentado a la Real Academia Francesa por el destacado
físico y naturalista René Antoine Ferchault de Réaumur en 1719; quién observaba
que las avispas de América forman un papel muy fino semejante al industrializado en
la actualidad. Extraen las fibras de la madera común en los países en donde viven 6.
De esta manera muestran que puede hacerse papel usando las fibras de planta sin
recurrir a trapos y al lino, lo que incita a probar la posible elaboración de papel de
buena calidad mediante el uso de ciertas maderas.
Transcurrieron otros ciento veinte años antes de que el químico francés
Anselme Payen demostrara que una sustancia fibrosa, a la que llamó celulosa (1839)
podía aislarse mediante el tratamiento de la madera con ácido nítrico. El aislamiento
de dicha sustancia abrió las puertas para la producción de pulpa de madera
mediante métodos comerciales de deslignificación, incluyendo los procesos con sosa
que patentaron Watt y Burgers (1853), el proceso al sulfito inventado por Tilgman
(1866), el proceso “Kraft” desarrollado por Eaton (1870) y Dahl (1879) y varios
métodos para el blanqueo. Numerosos refinamientos y dicho proceso durante el siglo
XX, han conducido al rápido desarrollo y adaptación del papel, no solamente para
6
Casey, James P. Op. cit. p. 30.
14
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
escritura e impresión, sino también para envoltura como el cartón, fabricación de
envases y de varios productos desechables7.
El aislamiento de la celulosa [β-D-(1-4)-glucopiranosa] de los tejidos de las
plantas por procesos de laboratorio industriales, atrajo naturalmente el interés
científico por definir la estructura, la composición, las propiedades y la biogénesis de
este material.
A lo largo de los años, y mediante distintos métodos de investigación,
se ha tratado de encontrar cómo la celulosa se cristaliza y agrupa en las fibrilas, para
dar a éstas su carácter fibroso y otras propiedades físicas; así como para determinar
lo que son las fibrilas y microfibrilas y si éstas son producidas y están organizadas
por fuerzas físicas inanimadas, o bajo la influencia biológica de la célula viva.
Así pues, el aislamiento y la investigación química de la celulosa condujeron a
la producción de derivados, entre ellos la nitrocelulosa, el acetato de celulosa, el
rayón, y el celofán, precursores de la moderna industria de los plásticos y polímeros.
La nitrocelulosa es el más antiguo entre los derivados conocidos de la celulosa. Los
esfuerzos de algunos investigadores para producir marfil sintético para bolas de
billar, condujo el desarrollo del primer plástico sintético conocido como celuloide 8. En
1870 este material se producía mediante una mezcla de celulosa parcialmente
nitrada (llamada piroxilina) y alcanfor; la piroxilina se utilizó también en la producción
de lacas, películas y adhesivos6. También se ha producido una celulosa altamente
nitrada, utilizada como explosivo y combustible sólido. Por razón de la elevada
inflamabilidad de la nitrocelulosa, se desarrolló el acetato de celulosa como sustituto
más seguro, y se utilizó en primer lugar para recubrir las telas de las alas de los
7
D. Hunter. “Elaboración de papel en siglo dieciocho” 1° ed. México, 1995, p 64.
8
Casey, James P., Op. cit. p 30.
15
aviones durante la primera guerra mundial; y después, para producir películas
fotográficas y cinematográficas9.
El acetato de celulosa fue uno de los primeros materiales que se utilizaron
para manufacturar objetos de plástico mediante el proceso de moldeado por
inyección. En 1892, Charles
Frederick Cross y E. J. Bevan, descubrieron el xantano de celulosa. Este
presenta la forma de una solución viscosa de la que puede regenerarse la celulosa
como una fibra continua (rayón) o como película (celofán).
Los avances industriales citados implican el aislamiento, la modificación y la
aplicación de la celulosa bajo la forma de un polímero fibroso o estructural. El hecho
de que un material celulósico pueda ser hidrolizado hasta sus azúcares componentes
y ser utilizado como fuente de alimento, alcohol y productos químicos industriales, ha
creado otro tipo de oportunidades industriales. Para efectos de la elaboración de
materiales
empleados
para
la
construcción
esta
propiedad
podría
ser
contraproducente por la segura proliferación de microorganismos que se pudieran
desarrollar en este tipo de medios, sin embargo la característica fibrosa de los mismo
y su eficiente adhesividad entre sus componentes, proporcionan ventajas
significativas, por lo que vale la pena buscar las condiciones optimas de mezclas y
manejo en la elaboración de materiales rígidos que a la vez impidan el crecimiento
de microorganismos destructores del mismo. Esta posibilidad se ha explorado
repetidas veces, pero puesta en práctica únicamente por la economía controlada de
la Unión Soviética y por Japón, durante las dos guerras mundiales10.
9
C. F. Cross Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1 1° ed.
México, 1990, LIMUSA, p 31.
10
Casey, James P., Op. cit., p. 31.
16
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
La historia del caucho es antigua. Los mayas y los indígenas mesoamericanos extrajeron el látex orgánico de los árboles de hevea brasilensis de los
bosques americanos, transformaban esa viscosa sustancia en pelotas, y jugaban con
ellas el juego de pelota, con connotaciones sagradas: los perdedores eran a veces,
ejecutados ritualmente. Esas pelotas no podían durar mucho más que los jugadores
perdedores. El caucho natural no curado se vuelve muy oloroso y en pocos días
comienza a pudrirse. El proceso de putrefacción tiene, en parte, relación con la
ruptura de las proteínas, como sucede con las proteínas de la leche, pero también a
la ruptura de las largas moléculas de caucho a medida que se oxidan en el aire o en
tierra. Esto debido a la gran cantidad de moléculas de hidrocarburos que lo
conforman y que son empleados como fuente de carbono para muchos
microorganismos11.
La primera referencia al caucho en Europa aparece en 1770, cuando Edward
Nairne vendía cubos de caucho natural de su hogar. Los cubos, con la intención de
ser gomas de borrar, se vendían al altísimo precio de 18 chelines por balde.
Desde los primeros siglos de mediados del siglo 19, el caucho era un material
novedoso, pero no encontró gran aplicación en el mundo industrial. Era usado en
principio como goma de borrar, como dispositivos médicos para conectar tubos y
para la inhalación de gases medicinales. Cuando los químicos descubrieron que el
caucho era soluble en el éter12, se hallaron nuevas aplicaciones en el mundo del
zapato y en impermeables.
A pesar de todo, la mayoría de estas aplicaciones eran en pequeños
volúmenes y el material no duraba mucho. La razón de la falta de aplicaciones
11
J. Fessenden Ralph, S. Fessenden Joan, Química Orgánica, 2da ed. México, 1983, GRUPO
EDITORIAL IBEROAMERICANA, p 439.
12
T. Morrison Robert, et. al., Química Orgánica.
IBEROAMERICANA, p 447.
2da ed. México, 1983,
A. W.
17
importantes era el hecho de que el material no era durable, era pegajoso, y en
ocasiones se pudría liberando mal olor porque no estaba bien curado.
La mayoría de los libros de texto dicen que Charles Goodyear fue el primero
en usar azufre para vulcanizar el caucho. Dependiendo del lector, la historia de
Goodyear es de pura suerte o de una cuidadosa investigación.
Goodyear clamó que le correspondía el descubrimiento dela vulcanización
basada en azufre en 1839, pero no patentó su invento hasta el 5 de julio de 1843, y
no escribió la historia de su descubrimiento hasta 1853 en su libro autobiográfico,
Gum-Elastica. Mientras tanto, Thomas Hancock (1786-1865), un científico e
ingeniero, patentó el proceso en el Reino Unido el 21 de noviembre de 1843, ocho
semanas antes que Goodyear ejerciera su propia patente en el Reino Unido.
La Goodyear Tire And Rubber Company adoptó el nombre de Goodyear por
sus actividades en la industria del caucho, pero no tenía ninguna otra relación con
Charles Goodyear y su familia.
Aquí está el relato de Goodyear sobre su invención, tomada de Gum-Elastica.
Aunque el libro es una autobiografía, Goodyear eligió escribirlo en tercera persona,
así que 'el inventor' y 'el' se refieren en el texto al autor en realidad. El describe el
escenario de la fábrica de caucho donde su hermano trabajó.
El inventor hizo muchos experimentos para verificar los efectos del calor en el
mismo compuesto que se había descompuesto en las bolsas de correo y otros
artículos. Él se sorprendió al encontrar que el espécimen, siendo descuidadamente
puesto en contacto con una estufa caliente, se achicharraba como el cuero.
Goodyear continúa describiendo como el intentó llamar la atención de su
hermano y otros trabajadores en la planta, familiarizados con el comportamiento del
caucho disuelto, pero ellos descartaron su observación, creyendo que era otro de sus
18
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
muchos extraños experimentos. Goodyear afirma que intentó decirles que el caucho
se derretía cuando se calentaba excesivamente, pero ellos lo siguieron ignorando 13.
Goodyear infirió directamente que si el proceso de achicharramiento podía ser
detenido en el punto correcto, podría hacer que el caucho se librara de sus
adhesivos nativos, lo que implicaría una mejora sustancial sobre la goma nativa. Se
convenció más de la validez de su intuición al descubrir que el caucho de la India no
podía derretirse en azufre hirviendo ya que siempre se achicharraba. El hizo otra
prueba calentando un tejido similar antes de probar con un fuego abierto. El mismo
efecto de achicharramiento de la goma continuó; pero había muchos indicios
satisfactorios de éxito en producir el resultado deseado, cuando sobre el borde de la
porción achicharrada aparecía una línea que no estaba achicharrada, pero
perfectamente curada.
Goodyear entonces se pone a describir como se mudó a Woburn,
Massachusetts, y llevó una serie de experimentos sistemáticos para descubrir las
condiciones correctas para la cura del caucho.
Cuando se cercioraba de que había encontrado el objeto de su búsqueda y
mucho más, y que la nueva sustancia era resistente al frío y al solvente de la goma
nativa, el se sintió ampliamente recompensado por el pasado y bastante indiferente a
las pruebas del futuro14. Hoy en día el producto similar es industrializado y en su
mayoría son de origen sintético15.
Para el caso del cemento, la situación también data de muchos años atrás,
hacia el año 700 antes J.C. los etruscos utilizaban mezclas de puzolana y cal para
hacer un mortero con deficiente desempeño estructural, y fue hasta el año 100 antes
13
http://es.wikipedia.org/wiki/Vulcanización.
http://es.wikipedia.org/wiki/Vulcanización.
15
T. Morrison Robert, et. al., Química Orgánica. 2da ed. México, 1983, A. W.
IBEROAMERICANA, p 446.
14
19
J.C. donde los romanos utilizaban mezclas de puzolana y cal para hacer hormigón de
resistencias a compresión de 5 Mpa. Hasta el año 1750 sólo se utilizaban los
morteros de cal y materiales puzolánicos (tierra de diatomeas, harina de ladrillos
etc.). Hacia 1750-1800 se investigan mezclas calcinadas de arcilla y caliza.
Smeaton compara en el año 1756 el aspecto y dureza con la piedra de
Portland al sur de Inglaterra. 40 años más tarde, Parker fábrica cemento natural
aplicándose entonces el vocablo "cemento" (anteriormente se interpretaba como
"caement" a toda sustancia capaz de mejorar las propiedades de otras).
Vicat explica en 1818 de manera científica el comportamiento de estos
"conglomerantes". Y en 1824, Aspdin patenta el cemento Pórtland dándole este
nombre por motivos comerciales, en razón de su color y dureza que le recuerdan a
las piedras de Pórtland. Se define entonces como un material con propiedades
adhesivas y cohesivas, las cuales le dan la capacidad de aglutinar fragmentos
minerales para formar un material compacto16.
Hasta la aparición del mortero hidráulico que auto endurecía, el mortero era
preparado en un mortarium (sartén para mortero) por percusión y rotura, tal como se
hace en la industria química y farmacéutica. Entre los años 1825-1872 aparecen las
primeras fábricas de cemento en Inglaterra, Francia y Alemania y en el año 1890
aparecen las primeras fábricas de cemento en España17.
Hoy en día el cemento es la cola o "conglomerante" más barato que se
conoce. Mezclado adecuadamente con los áridos y el agua forma el hormigón, una
roca amorfa artificial capaz de tomar las más variadas formas con unas prestaciones
16
17
Guía practica para la elaboración de concretos. Holcim Apasco. 2001
http://www.fym.es/Pages/produc/cemento/historia.asp. 2006-06
20
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
mecánicas a compresión muy importantes. Las resistencias a tracción pueden
mejorarse con la utilización de armaduras (hormigón armado)18.
18
Taylor H. F. W., La Química de los Cementos, V 1, Bilbao 1978.
21
I.2. ANTECEDENTES DE INVESTIGACIÓN
La creciente demanda de, productos químicos, sistemas constructivos
alternativos, combustibles, así como las
limitaciones en el abastecimiento de
petróleo, ha dado gran relevancia al problema de la conservación y uso eficiente de
materiales celulósicos. La investigación acerca del empleo de los materiales
celulósicos en una amplia variedad de productos es cada vez mayor. Los esfuerzos
se orientan a la creación de métodos pirolíticos y enzimáticos, por ejemplo si se
suministran agregados químicos podemos tener productos con cierta rigidez según
sean las características deseadas.
En términos prácticos del presente proyecto de investigación, esta situación es
investigada por Altaf H. Basta específicamente para el uso de Lignocelulosa en la
elaboración de elementos interiores de los edificios, tales como ciertas estructuras,
muebles e incluso algunas cubiertas ligeras similares a los ya conocidos paneles
divisorios, lo cuales se emplean sin aplicar algún esfuerzo o trabajo de soporte
estructural, los resultados que obtuvieron fueron significativos
para lo que se
esperaba auque muy limitativos para ciertas condiciones de manejo19.
En esa investigación se emplea el yeso como agente aglutinante con la
finalidad de proporcionar rigidez y en mayor o menor medida cierta resistencia a la
compresión. Se hace uso de papel y bagazo de tallo de maíz como fuente de
lignocelulosa y se analizan de manera independiente. Para la evaluación de los
elementos construidos, se hicieron determinaciones de la densidad, cambio de
dimensiones bajo la influencia del agua, factor de absorción y resistencia a la
compresión20.
19
Alaf H. Basta, S. Adb Assam, Houssni El-Saied en International Journal of Polymeric
Materials Taylor and Francis Inc. No. 53, Cairo, Egyp, , 2004, pp. 709-723
20
Ibidem, p. 713
22
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
En este sentido el detecta que los materiales propuestos ya habían sido
analizados en investigaciones anteriores sin embargo uno de los problemas a los que
se enfrentaba era lamentablemente el deterioro de los mismos por la influencia de la
humedad, por lo que se propone el uso de un polímetro acrílico como aditivo que
permite
aumentar considerablemente
la resistencia
al agua
del elemento
21
construido .
De esta manera pudieron concluir que el uso de polímetro acrílico como
aditivo en la elaboración de materiales rígidos a base de papel y bagazo de caña de
maíz proporciona una ventaja significativa al ser empleado como agente retenedor al
deterioro por la influencia del agua. El uso del papel como elemento base del
compuesto proporciona ventajas de resistencia a la compresión con respecto al
bagazo, sin embargo éste último aunque absorbe mayor cantidad de agua, posee
ciertas características favorables como retenedor de hondas acústicas, lo que
permite al autor sugerir el empleo de este como muros acústicos22.
La preocupación por el empleo de la celulosa para la elaboración de
elementos utilizados en la industria de la construcción no solo es en respuesta a las
exigencias de mercado, sino también al empleo de alternativas que eliminen o
minimicen los problemas ambientales que se dan a pasos agigantados en los últimos
años, Houssini EI-Saied y su grupo de colaboradores23, proponen en una de sus
investigaciones el uso de bacterias para la biosíntesis de la celulosa, y por ende
construcción de materiales a base de tecnologías limpias y ambientalmente
amigables.
21
Ibidem, p. 716
Ibidem, p. 721
23
Houssini EI-Saied, Altaf H. Basta, Riad H. Gobran, Apud Polymer-Plastic-Technology and
Enginering Vol. 43, No. 3, 2004 pp.797-820
22
23
Con esa investigación plantean tener aportaciones directas a la industria del
papel, el tratamiento de los residuos generados, aplicación significativa en la
medicina y una perspectiva en pro de los procesos de producción económica.
Emplean tres opciones como fuente de sustrato, Celobiosa, que es un producto
extraíble de la madera y a la vez subproducto en la industria del papel; Glucosa
metilada con radicales libres para fácil reacción de polimerización y citrato como
agente emilsificante. Las pruebas se hicieron de manera independiente y usaron
Agrobacterium, Sarcina y Acetobacter xilinum, como microorganismos iniciadores de
la biosíntesis de la celulosa.24
En todos los casos existe la formación de geles como etapa primaria del
proceso de biosíntesis, posteriormente se conforma una masa granulada de los
materiales empleados hasta obtener fibras conformadas por la polimerización de los
carbohidratos presentes en los sustratos empleados, es uso de enzimas Cellulosa
sintetasa25 es esencial para la aceleración del proceso, determinando de esta
manera también, el las características del elemento que se desea obtener.
Por otra parte se ha demostrado que los productos aglomerados constituyen el
segundo mayor consumidor del bagazo industrializado del mundo con el 13% y en
1993 alrededor de 47 plantas de tableros de bagazo se encontraban en operación.
En la actualidad la capacidad instalada es de unos 900, 000 m3/año correspondiendo
la mayor capacidad instalada a América Latina con 419,2 00 m3/año seguida de Asia
con 280 000 m3/año. Las tecnologías en operación incluyen la producción de
tableros finos y gruesos, de fibra y de partículas, recubiertos con melaminas o
enchapados, con excelentes acabados, que incorporan los más recientes desarrollos
y en general son competitivos en relación con los tableros de madera.
24
25
Ibidem, p. 799
Ibidem, p. 802
24
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Como resultados de la investigación, se corrobora que el empleo de
microorganismos
para
la
síntesis
biológica
de
la
celulosa,
contribuye
significativamente al buen desempeño en materia ambiental de la industria del papel,
son alterar los costos de producción final en comparación con procedimientos
convencionales existentes en la actualidad. El producto que presenta mejor
rendimiento de síntesis, es un sustrato a base de celobiosa y mediante la actividad
del Acetobacter xilinum. La aplicación de los elementos desarrollados en la
investigación no solo radica en el producto final, sino que es posible emplear los
productos intermedios de la reacción para elaboraciones de materiales no rígidos
pero de gran importancia para la industria de la construcción como agentes
selladores.26
En este mismo contexto, el aprovechamiento de los residuos generados
mediante su aplicación en la elaboración de materiales complementarios empleados
en la industria de la construcción es tema de interés para Altaf. H. Basta y su grupo
de colaboradores, aseguran que el trabajar con esta situación, contribuyen
considerablemente en el buen desempeño en materia ambiental de la industria del
papel. En investigación realizada, propone una reducción de los componentes
tóxicos presentes en aguas residuales provenientes de plantas de elaboración de
papel para ser aprovechada como sustrato de lignocelulosa y por ende su empleo en
la elaboración de paneles constructivos. De manera particular, hace uso de sales
inorgánicas de amonio y adhesivos a base de formaldehídos que generan una
aceleración de adhesión. El comportamiento de la celulosa bajo este tipo de aditivos,
es favorable en términos de calidad del producto final, ya que proporciona resistencia
al agua y a la inflamabilidad. Y de cierta manera puede concluir que en factible el
uso de lignocelulosa y adhesivos libres de formaldehídos para la elaboración de
26
Ibidem, p. 818
25
elementos rígidos que cubren las características deseadas del compuesto
resultante.27
Ahora bien, el factor determinante de este tipo de materiales para la calidad
deseada en términos de trabajo estructural, no solamente es la formulación de la
mezcla y la selección de los elementos que la constituyen, sino también la forma
geométrica de cómo esta construido el material resultante. Al respecto, Wen Long
Dain, en una reciente publicación28 establece que es posible obtener materiales con
excelente comportamiento en trabajo estructural elaborados a base de polvos o
materiales particulados. En este caso plantea el diseño de mezclas a base de
residuos maderables y el suministro de polivinilo- alcohol como aditivo para dar mejor
calidad en términos de resistencia. La mezcla es sometida a unas presas de rodillos
tridimensionales y es compactada hasta dar la estructura conocida como “sándwich”,
Los resultados de la investigación son buenos para los fines y objetivos planteados,
el material presenta mejor resistencia en comparación con productos similares
existentes en el mercado, se hace uso de volúmenes grandes de materia prima, son
elementos de alta densidad, y sobre todo presentan una gran resistencia al
agrietamiento.29
Esfuerzos también en este campo, se han llevado a cabo en la Universidad de
Alberta30 y otros organismos públicos y privados en Canadá quienes han realizado
algunos trabajos de investigación sobre el aprovechamiento de fibras naturales,
producto de las cosechas de trigo, cebada y lino, en la fabricación de paneles para
usarse como muros divisorios y como falsos plafones, obteniéndose con ello
resultados positivos desde el punto de vista térmico, aunque con algunos problemas
todavía por resolver como es el caso de la humedad. Historia de ello es el caso del
27
Alaf H. Basta, S. Adb Assam, Houssni El-Saied en International Journal of Polymeric
Materials Taylor and Francis Inc. No. 39, Cairo, Egyp, 2005, pp. 821-845.
28
Wen-Long Dain, Journal of Materials Science, V 39, s.e. Taiwan, 2004 pp. 2465-2472
29
Ibidem,p. 2468
30
www.ciadicyp.com/iberoamericancongressonpulpandpaper/research_2000.html
26
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
"stramit", un panel muy ligero hecho de paja de trigo que fuera muy utilizado durante
la década de los 60's; actualmente en el Reino Unido a este tipo de panel se le
recubre con una película de vinil.
Sin embargo el uso eficiente es
limitado en espacios libre de humedad,
generalmente en interior como componentes de algunos clóset o simplemente como
entrepaños.31
En este caso, los paneles “Stramit” aunque son muy diferentes a los
materiales convencionales de la misma categoría, resulta fácilmente adaptable a los
usuarios por su forma ligera y su dimensión poco espaciosa, teniendo el cuidado
excesivo de no someterlo a condiciones húmedas, ya que generalmente esto
producirán grandes hinchazones en tiempos relativamente cortos en el material32.
Navarro A. José F., evalúa en términos mecánicos un material propuesto a
base de plástico de alta densidad y fibra de estopa de coco, para efectos de su
investigación empleo botes de leche (HDPE) y fibra de estopa de coca generada en
la región de Colima, el material resultante es recomendado para su empleo en la
industria de la construcción principalmente en el desarrollo de vivienda de imteres
social, pues la pertinencia de ello radica en los bajos costos de elaboración y por las
características particulares del material, aunque se ve limitada su aplicación como
soporte estructural33.
Una aportación en este mismo sentido, es lo que investiga Novoa Carrillo
(2005), en este caso se empleó fibra de coco y cemento como agente aglutinante
para la elaboración de tableros aglomerados, cuyo material resultante se sometió a la
31
Rosell, R.; La Industria del Papel y sus perspectivas, Seminario Internacional de Papel
Periódico a partir del bagazo, 1990.
32
www.cardboarschool.co.uk/contend/litreview.pdf
33
Navarro, A. José F. Elaboración y Evaluación de Tableros Aglomerados a base de plástico
de alta densidad y fibra de estopa de coco. Tesis de maestría. Universidad de Colima, 2005.
27
evaluación físico – mecánica correspondiente en donde determinó el comportamiento
a la flexión, comportamiento a la compresión y deformación del mismo material a
diferentes condiciones de esfuerzo34.
34
Novoa, C. Martha A., Elaboración y Evaluación de Tableros Aglomerados a base de fibra de
coco y cemento. Tesis de maestría. Universidad de Colima, 2005.
28
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Capitulo II
MARCO TEORICO
El comportamiento de los elementos que constituyen los materiales rígidos
empelados en la industria de la construcción, especialmente los paneles de bajo
costo35, dependen de diferentes factores, uno de ellos podría ser la simple proporción
en sus mezclas al momento de su elaboración o bien el suministro de aditivos que
modifiquen sus características químicas y físicas a tal grado que el compuesto
resultante sea considerado de diferente calidad en comparación con otro elaborado a
partir de los mismos elementos base.
En este capitulo se abordará los elementos que determinan el fundamento
conceptual y teórico de cada uno de los materiales involucrados en el desarrollo de la
investigación, así mismo se pondrá en manifiesto los principios que determinan la
evaluación de los materiales propuestos.
De esta manera consideramos el papel como elemento central de análisis
cuyo componente químico de mayor importancia y esencial es la celulosa y sus
derivados celulósicos. Este calificativo es asumido no solamente por el volumen que
pudieran aportar a ciertos materiales, sino mas bien a la capacidad de formar largas
fibras gracias a sus cadenas de polisacáridos que proporcionan estabilidad buen
desempeño en combinación con los agentes aglutinantes empleados en la
elaboración de materiales rígidos.
35
Considerado de esta manera por el empleo de materiales reciclados y por los procesos de
fabricación en donde no implica mayor uso de tecnología costosa o diferente a la disponible en
el mercado de forma convencional.
29
La celulosa es un polisacárido formado por unidades de anhidro-dglucopiranosa enlazadas entre las posiciones 1 y 4 de las unidades adyacentes de
azúcar mediante un enlace β36, como se indica a continuación37:
El grado de la polimerización de la celulosa (GP), varía de 4 000 a 5 000
unidades, tanto para maderas suaves como para duras, definiendo así el peso
promedio molecular de la misma, mediante la aplicación de la osmometría,
mediciones de la dispersión de luz, el ultra centrifugado, la penetración del gel y las
determinaciones viscosimétricas. 38
La celulosa es el componente estructural de mayor interés en las paredes
celulares de la planta. Existe en las paredes celulares en forma de fibras largas y
filamentosas denominadas microfibrilas. “Las microfibrilas de la celulosa, en las
células de la madera madura, están embebidas en una matriz compuesta
principalmente de hemicelulosa y lignina”. Esta se encuentra en varias capas de
paredes de células, rodeadas por una sustancia intercelular amorfa.39
Entre las células existe una región, denominada lamela intermedia, que
contiene principalmente lignina y sustancias pécticas. La pared primaria (P), cuyo
grosor es únicamente de 0.01 a 0.2 micras, contiene una red organizada en forma
suelta y aleatoria de microfibrilas de celulosa embebidas en una matriza que durante
muchos años se pensó consistía en pectinas amorfas y hemicelulosas carentes de
36
Mc. Ginnis, Gary D., Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V.
1, México, 1990, p 34.
37
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Estructura_celulosa.png
38
S. H. Churms, Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1,
México, 1990, p 34.
39
Casey, James Op. Cit. p. 35.
30
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
orientación celular40, sin embargo estudios posteriores han demostrado que las
hemicelulosas están parcialmente orientadas41.
La distribución de la lignina, la celulosa, le hemicelulosa y la pectina en la
lamela intermedia y la pared de la célula en las fibras de la madera, han resultado ser
totalmente heterogénea.
En la pared celular, las cadenas de celulosa se unen para formar filamentos
largos y delgados denominados microfibrilas. Las microfibrilas, en combinación con
los restantes materiales de la matriz, suministran rigidez y la resistencia mecánica
necesaria para la planta. La microfibrilas de la pared celular actúan en la misma
forma que las varillas de refuerzo lo hacen en el concreto preesfrozado.
Análogamente, son estructuras plásticas reforzadas de filamentos retorcidos,
semejantes a las que aplican a la construcción de recipientes para presión.42
En el papel ye el cartón, las microfibrilas están embebidas en una matriz de
polisacáridos y lignina amorfa. Los materiales no celulósicos se pueden eliminar
mediante distintos tratamientos químico, y se pueden observar las microfibrilas
usando el microscopio electrónico. En la figura 2.143 se muestra una fotografía
electrónica de las microfibrilas.
Los estudios basados en métodos físicos y químicos han indicado que las
microfibrilas no son totalmente cristalinas, sino que contienen, por el contrario, dos
regiones claramente diferenciadas que se denomina zona cristalina. Otra parte de la
40
Idem.
Harland W. G. Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1,
México, 1990, p 34.
42
Idem
43
www.biologia.edu.ar/ macromoleculas/azucar.htm
41
31
microfibrila consiste en moléculas de celulosa notablemente menos ordenadas, que
se denomina región amorfa o paracristalina.44
Fig. 2. 4 Estructura Celular de las microfibrilas
La microfibrilas están constituidas por regiones cristalinas y amorfas
estadísticamente formadas por la transición de la cadena celulósica que pasa del
arreglo ordenado de las microfibrilas, en las regiones cristalinas, a una orientación
menos ordenada en la zona amorfa (ver fig. 2.2).45
44
45
Casey, James Op. Cit. p. 39.
Ibidem, p. 41
32
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Fig. 2. 5 Organización esquemática de las moléculas de la celulosa
a) de forma continua b) de forma micelar.
La naturaleza de la unión entre las fibras es extremadamente compleja. Parte
de dicha complejidad parece ser que varios tipos de acción que unen entre sí a las
fibras operan simultáneamente. Las explicaciones que se basan en un mecanismo
con exclusión de otros crean en ocasiones conflictos entre quienes prefieran tales
mecanismos. Debido a que intervienen más de una fuente y más de un tipo de unión
en casi cualquier cartón o papel, el punto de vista actual es el de que nunca puede
ofrecerse una descripción sencilla y precisa de la unión46. Este punto de vista ha sido
en gran parte resultado de las observaciones obtenidas en el microscopio electrónico
y el microscopio de exploración, las que mostraron que la estructura de la fibra es
más complicada de lo que se pensaba, y que el comportamiento de partes de la
propia fibra son en consecuencia más diversas, habiéndose logrado adelantos
46
Ibidem, p. 137
33
importantes relacionados con las bases teóricas de las uniones entre fibras e
intrafibras.
Es imposible expresar la resistencia del papel en función de un solo factor. Al
tener en cuenta la resistencia a la tensión de una hoja (guía) de papel, las teorías
mecánicas incluyen siempre el concepto cuantitativo del “área de unión relativa”,
sugerido por Corte a finales de los años 5047. Otro factor es la orientación de las
fibras en la hoja, aunque menos importante que la unión entre las fibras resulta de
extrema importancia la resistencia, la formación de aloja y la uniformidad en la
distribución de las fibras, para la calidad del papel, tema que se trata en el capítulo
siguiente, en la formación de la hoja.48
Los factores que influyen en la unión de las fibras son las propiedades físicas
y químicas de éstas y, a su vez, son consecuencia de las propiedades de las
especies de árbol o de planta, y por los procesos posteriores de producción y
blanqueo de la pulpa.49
Otro factor fundamental, además de la unión entre las fibras, y éste es la
resistencia de la misma, la resistencia a la tensión real de las fibras individuales que
forman la hoja del papel. En las teorías mencionadas, la resistencia de la fibra
aparece en forma oscura, bajo la forma de un módulo elástico. Se ha prestado a
distinguir la contribución correspondiente a la resistencia de la fibra y a la unión. Es
incorrecto hablar de la “resistencia de la fibra” como usualmente lo hace el fabricante
del papel, ya que no se hace referencia a la resistencia de las fibras individuales.
Cuando hay una diferencia entre la resistencia de las hojas que prueban, hechas con
dos pulpas diferentes, y siguiendo el mismo procedimiento de batido, dicha diferencia
puede atribuirse a diferencias en las propiedades físicas o químicas de las fibras y la
47
Corte W. B. Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1,
México, 1990, p 138.
48
Casey, James Op. Cit. p. 139.
49
Idem.
34
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
forma en que éstas han reaccionado para llegar a influir en el grado de unión entre
las fibras50.
La tensión superficial es tan importante en la unión de las fibras, esta densidad
más baja es quizá consecuencia de la reducción de las fuerzas contractantes debida
a una tensión superficial reducida; sin embargo, puede también ser resultado de que
se haya evitado la unión por hidrógeno que es consecuencia de la adsorción del
surfactante, que oculta el agrupamiento polar en la superficie de las fibras 51. La
eliminación del agua interfibras por sublimados a
–6°C, de manera que las fuerzas
de tensión superficial dejen de ser un factor, se traduce en una hoja muy porosa y
voluminosa, con elevada opacidad y poca resistencia, debido a una reducción en la
unión entre las fibras52.
El efecto de la celulosa verdadera en la unión de la fibra es difícil de evaluar,
sobre todo por que es también difícil obtener una indicación confiable del grado de
polimerización (GP) de la celulosa. Las pruebas de viscosidad del cuproamonio y el
cuproetilen-diamina son muy usadas para este fin, pero estas pruebas tienen
limitaciones definidas53, ya que las afectan la cantidad de lignina y de material
hemicelulósico presente en la pulpa, así como por el estado de la celulosa
verdadera.
Ahora bien, si nos referimos a la celulosa como un polisacárido con excelente
capacidad de formar fibras y cuya característica es de gran importancia en la
elaboración de materiales rígidos, el caucho de origen natural o sintético, no está
ajeno de esta situación, y mas aún cuando nos referimos a un material sometido a un
proceso de vulcanizado.
50
Idem.
Sletton O. y Skinner C. F. Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James
P. V. 1, México, 1990, p 143.
52
Appling J. W. Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1,
México, 1990, p 143.
53
Casey, James Op. Cit. p. 173.
51
35
En este sentido definimos al caucho como un hidrocarburo de baja densidad
de gran importancia que se obtiene del látex de ciertos árboles de la zona tropical.
Cuando se calienta el látex o se le añade ácido acético, los hidrocarburos en
suspensión, con pequeñas cantidades de otras sustancias se coagulan y pueden
extraerse del líquido. El producto obtenido es el caucho bruto del comercio, viscoso y
pegajoso, blando en caliente y duro y quebradizo en frío. Al estirarlo, no vuelve a
adquirir después la forma primitiva55.
54
Fig. 2. 6 Estructura molecular del caucho
54
55
Morrizon, Op. cit. p. 446
http://www.textoscientificos.com/caucho/diolefinas.2006
36
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
La formación de los distintos cauchos sintéticos se basa en la polimerización
del butadieno o de homólogos (isopreno) o derivados (cloropreno) que tiene la misma
estructura. 56 Tal es el caso del elemento consiguiente de la llanta de automóvil. En
este caso, el polímetro conocido también como elastómero, es sometido a un
proceso de vulcanizado, que consiste en desarrollar una reacción mediante el
suministro generalmente de acido sulfúrico. El producto resultante posee con
grandes ventajas en términos de resistencia y elasticidad, aunque bien es cierto con
alto poder calorífico.
Hasta el momento se ha abordado los criterios generales que contribuyen a la
explicación de la celulosa y su comportamiento en el papel y cartón como material
primario así como el caucho presente en las llantas de automoviles, sin embargo no
es de menor importancia referir a los aglutinantes como elementos conformacionales
de los materiales rígidos empleados en la industria de la construcción, por lo que se
muestra a continuación las características generales de los mismo y algunos posibles
aditivos empleados en el mismo contexto.
El énfasis que se da al cemento y sus diferentes tipos es sin duda por su
múltiple aplicación como agente aglutinante y por su empleo tan diverso en la
industria de la construcción, no solamente en la actualidad, sino a lo largo del tiempo
y en sus diferentes procesos de evolución en sus componentes.
Para efectos prácticos de la investigación definiremos la palabra cemento
como cualquier clase de adhesivo57. En construcción y en ingeniería civil, indica una
sustancia que puede emplearse para unir arena y roca machacada, u otros tipos de
áridos, y formar una masa sólida. De esta manera, se originan materiales como el
hormigón, los morteros y diferentes clases de productos derivados del fibrocemento.
56
57
Fessenden Op. Cit.p. 439
Taylor H. F. W., La Química de los Cementos, V 1, Bilbao 1978, p. 13.
37
Un cemento puede ser un compuesto químico único, pero las más de las veces es
una mezcla58.
Un tipo primitivo de cemento está representado por la cal apagada, Ca(OH) 2,
que todavía se usa juntamente con arena para fabricar la argamasa. Una pasta
hecha mezclando cal apagada con agua y arena endurece gradualmente como
consecuencia de la eliminación del agua y de la reacción con el anhídrido carbónico
atmosférico para producir CO3Ca. La arena no toma parte en la reacción. El
desarrollo de resistencia mecánica es lento e irregular, y la pasta no endurece si está
sumergida en agua. 59
Más importantes son hoy los cementos hidráulicos, entre los cuales el
cemento Pórtland constituye el ejemplo más familiar. El fraguado y el endurecimiento
no dependen del secado, ni de procesos externos, como la reacción con el dióxido
de carbono de la atmósfera. Ocurren no sólo si la pasta se deja al aire, sino también
cuando se la sumerge en agua60, esta propiedad es de gran importancia en la
combinación con elementos que absorben fácilmente el agua como lo es el papel y
cartón.
Existen ciertos términos que precisan una definición. Pasta es, por ejemplo, la
suspensión espesa que se origina al mezclar un cemento hidráulico con agua y un
árido en proporciones convenientes para que ocurra el fraguado61. Este término se
emplea igualmente para designar al material resultante en todos los estados del
fraguado y endurecimiento, aún después de haberse vuelto bastante rígida.
Fraguado es el espesamiento inicial, que sucede normalmente en pocas horas; el
endurecimiento es un proceso más lento y origina las propiedades mecánicas. Con el
58
Idem.
Ibidem, p. 14
60
Idem
61
Instituto Mexicano del Cemento y el Concreto, Diseño de estructuras conforme al
reglamento. Tomo I, México 1982, p. 6
59
38
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
cemento Pórtland a temperatura ambiente, la resistencia mecánica aumenta en
forma notable, al menos durante dos años. Las reacciones que provocan el fraguado
y el endurecimiento se describen conjuntamente como reacciones de hidratación,
aunque el empleo de dicha expresión sea poco expresivo, puesto que los procesos
son generalmente más complicados que la formación de un hidrato a partir de una
sal anhidra. El término amasado se usa, a veces, para indicar la mezcla inicial del
cemento con agua; curado significa dejar la pasta en reposo mientras se producen el
fraguado y endurecimiento, que pueden verificarse en diversas condiciones: al aire,
bajo el agua o en vapor saturado.62
Casi todos los cementos empleados comúnmente en la construcción deben su
acción sobre todo a la formación de silicatos, aluminatos o sulfoaluminatos de calcio
hidratados, o a compuestos de dos o más de estos tipos. Unos cuantos cementos
deben su acción a la formación de compuestos de otros tipos, tales como sulfato
cálcico hidratado, cloruros básicos de magnesio o silicatos magnésicos hidratados.
Más adelante los consideramos brevemente en esta introducción.63
Las fórmulas en la química del cemento se expresan a menudo como una
suma de óxidos; así, el silicato tricálcico, Ca3SiO5, puede escribirse en la forma 3
CaO ∙ SiO2. Fórmulas químicas de los óxidos más frecuentes, como C para CaO y S
para SiO2. El compuesto Ca3SiO5 se transforma así en C3S. Este sistema se usa, con
frecuencia, juntamente con la notación química ordinaria dentro de una simple
ecuación química. Por ejemplo:
3 CaO + SiO2 = C3S
62
63
Taylor H. F. W, Op. cit. p. 14
Idem.
39
o aun en una misma fórmula química; así, C3A ∙ 3 CaSO4 ∙ 32 H2O indica 6 CaO ∙
Al2O3 ∙ 3 SO3 ∙ 32 H2O. La lista completa de abreviaturas de uso general es la
siguiente:
C = CaO
F = Fe2O3
N = Na2O
P = P2O5
A = Al2O3
M = MgO
K = K2O
f = FeO
S = SiO2
H = H2O
L = Li2O
T = TiO2
A veces se encuentran algunas otras abreviaturas, como S = SO 3 y C = CO2.
Las fórmulas de los óxidos simples se escriben generalmente completas, como en la
ecuación dada arriba. Con todo, a veces se abrevian del mismo modo.64
Dentro del los aglutinantes convencionales, como ya se mencionó
anteriormente, el cemento en uno de los mas importantes, y éste a la vez tiene una
tipificación por su forma de elaboración y las características para su aplicación. Los
cementos Pórtland se fabrican por calentamiento de una mezcla de caliza y arcilla, u
otros materiales de composición global similar, a una temperatura que provoca una
fusión parcial. El producto, llamado clinker, se muele y se mezcla con un porcentaje
pequeño de yeso. El clinker contiene cuatro fases principales: silicato tricálcico (
Ca3S), β-silicato dicálcico (β-C2S), aluminato tricálcico (C3A) y solución sólida de
ferrito cálcico (con composición comprendida aproximadamente entre C 2F y C6A2F, y
que se acerca con frecuencia a C4AF).65
64
65
Ibidem, p. 15
Ibidem, p. 16
40
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Otro tipo de aglutinantes son los llamados cementos blancos, los cuales están
hechos con materiales libres de hierro, como caliza y caolín; contienen C 3S, β-C2S y
C3A. Cementos de escoria, cementos puzolánicos y cementos expansivos; así como
también, cementos de aluminato de estroncio y de aluminato de bario.66
Debido a la diversa gama de cementos disponibles es importante distinguir los
de uso general y los de uso especial. La diferencia está en función de la resistencia
mecánica desarrollada y la durabilidad que presenta cada uno con respecto al tiempo
y los diferentes agentes agresivos.
Desde el punto de vista económico siempre es recomendable optar por un
cemento de uso general, a menos que se determine alguno de uso especial debido a
los requerimientos del cálculo estructural o por un proceso constructivo más
específico en el manejo del concreto.
Según la norma mexicana “el cemento hidráulico es un material inorgánico
finamente pulverizado, comúnmente conocido como cemento, que al agregarle agua,
ya sea solo o mezclado con arena, grava u otros materiales similares, tiene la
propiedad de fraguar y endurecer, incluso bajo el agua, en virtud de reacciones
químicas durante la hidratación y que, una vez endurecido, conservará su resistencia
y estabilidad”67. En la tabla 2.1 se muestra la clasificación según el tipo de cemento.
66
67
Idem.
NMX-C-414-ONNCCE
41
Tabla 2. 2 Tipos de Cemento68
Tipo
CPO
Denominación
Cemento Pórtland
ordinario
Descripción
Es el cemento producido a base de la molienda
del clinker Pórtland y usualmente, sulfato de
calcio.
Es el conglomerante hidráulico que resulta de
CPP
Cemento Pórtland
la molienda conjunta de clinker Pórtland,
puzolánico
materiales puzolánicos y usualmente, sulfato
de calcio.
Cemento Pórtland con
CPEG
escoria granulada de alto
horno
Es el conglomerante hidráulico que resulta de
la molienda conjunta de clinker Pórtland,
escoria de alto horno y usualmente, sulfato de
calcio.
Es el conglomerante hidráulico que resulta de
la molienda conjunta de clinker Pórtland,
CPC
Cemento Pórtland
usualmente, sulfato de calcio y una mezcla de
compuesto
materiales puzolánicos, escoria al alto horno y
caliza. En el caso de caliza, este puede ser el
único componente
CPS
Cemento Pórtland con
humo de silice
Es el conglomerante hidráulico que resulta de
la molienda conjunta de clinker Pórtland, humo
de sílice y usualmente, sulfato de calcio.
Es el conglomerante hidráulico que resulta de
CEG
Cemento con escoria
la molienda conjunta de clinker Pórtland, y
granulada de alto horno
mayoritariamente escoria granulada de alto
horno y sulfato de calcio.
68
Idem.
42
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Los agregados son productos granulares en estado natural, procesados o
artificiales que se mezclan con un cementante o aglutinante hidráulico para fabricar
morteros o concretos. Se clasifican como finos y gruesos, para nuestro interés
consideramos este elemento de gran importancia pues el material resultante va a
depender en gran medida de este componente.
Otro factor importante en la mezcla es el suministro de agua. El agua es el
líquido que está presente de manera importante en la elaboración de concretos y/o
morteros, en el lavado de agregados, curado y riego de concreto; por consiguiente
debe ser un insumo limpio, libre de aceite, ácidos, álcalis, sales y, en general de
cualquier material que pueda ser perjudicial, según el caso para el que se utilice.
Según el uso, el agua debe presentar las características indicadas por el fabricante
de cada cemento.
El mortero es una mezcla de agregado y uno o varios aglutinantes; para
efectos de esta investigación se considerarán los siguientes: el cemento Pórtland
CPC 30 R y mortero HOLCIM APASCO. Al mezclarse con el agua forman un material
plástico con propiedades ligantes y adhesivas que al fraguar adquieren dureza y
características de resistencia determinada, de acuerdo a la proporción especificada.
Algunos aditivos empleados en la elaboración de materiales rígidos para la
industria de la construcción deben cubrir ciertos índices de calidad, en forma
específica se tienen que tener en cuenta los posibles efectos negativos de los iones
excesivos de cloruro en presencia de aluminio y en el concreto presforzado. Los
aditivos que contengan cualquier tipo de cloruro, además del que provenga de las
impurezas de los ingredientes del aditivo, no se deben emplear en concreto
presforzado o en concreto que tiene elementos ahogados de aluminio.69
69
Instituto Mexicano del Cemento y el Concreto, Op. cit., p.
43
Las investigaciones indican que cualquier cantidad de iones de cloruro en
dicho concreto, puede se dañina. Aunque puede ser difícil evitar que unas cantidades
pequeñas de iones de cloruro provengan de otros ingredientes del concreto, el
Reglamento no permite el empleo de un aditivo que contenga cloruro en cantidades
suficientes que produzca una concentración peligrosa en el agua de la mezcla. 70
Otro factor determinante de la calidad lo los paneles empleados para la
industria de la construcción la resistencia a la compresión, cuyo valor promedio del
total de elementos construidos debe exceder el valor especificado de esfuerzo que
se empleó en la etapa de diseño estructural. Esto está fundamentado en los
conceptos de probabilidad, y su propósito es asegurar que logre la resistencia
adecuada en la estructura.71
Finalmente podemos considerar que todos los elementos presentan en mayor
o menor medida un nivel de absorción acústica, que dependerá básicamente de tres
factores: grosor, geometría del material y características particulares de sus
componentes. Para efectos de la presente investigación, se considera como
absorción acústica, cuando una onda sonora choca contra un material, parte de ella
se absorbe, otra se refleja y otra se transmite. La parte no absorbida por el material,
parte reflejada, crea una molestia in-situ, según la cantidad que se refleje. La parte
de energía absorbida se mide con relación a la energía emitida.
70
71
Idem.
Idem
44
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Capitulo III
DISEÑO Y DESARROLLO DEL EXPERIMENTO
En este capitulo se abordará en primer término el diseño del experimento,
involucrando tanto las variables dependientes como las variables independientes,
así mismo se pondrá en evidencia el desarrollo del mismo identificando los
elementos que lo constituyeron en cada una de las etapas y los materiales y métodos
empleaos para tal efecto.
3.1 Diseño del experimento
Para la determinación de la cantidad de muestras a analizar se emplea el
diseño factorial 32, cuyos factores son contenido de pulpa y contenido de látex, en
tres niveles; alto, medio y bajo. Los valores de cada nivel son asignados según lo
determinado en una etapa previa del experimento el cual es la calibración del mismo,
tal como se especifica en el capitulo siguiente. La figura 3.1 muestra la grafica de
distribución de muestras resultante del diseño factorial.
De esta manera se deduce que el total de muestras a analizar corresponde a
un valor de 9 corridas, sin embargo en la diagonal central se observa que los tres
puntos corresponden a una misma muestra lo que da como resultado un total de 7
formulaciones tal como se muestra en la tabla 3.1
45
1:1
3
Pulpa
2
1
1
2
3
Latex
Fig. 3. 19 Distribución de puntos de muestreo de diseño factorial 32
Tab. 3. 7Número de corridas y proporción de componentes
PROPORCION
46
PORCENTAJE
FRACCION
Corridas
Pulpa
Latex
Pulpa
Latex
Pulpa
Latex
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
1
2
2
2
3
3
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
50
33,33
25
66,66
50
40
75
60
50
50
66,66
75
33,33
50
60
25
40
50
0,5
0,33
0,25
0,67
0,5
0,4
0,75
0,6
0,5
0,5
0,67
0,75
0,33
0,5
0,6
0,25
0,4
0,5
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
3.2 Materiales y Métodos
Preparación y fraguado de las mezclas
Las materias primas son sometidas a tratamientos preliminares simples para
la unificación de cualidades en cada uno de los elementos a emplear, tal como
triturado para el caso del papel y cribado para el látex vulcanizado. En este último
caso se hace uso de una criba de 0.4 cm. El triturado del papel se realiza mediante la
técnica de molido en húmedo con aspas convencionales de acero inoxidable.
Para efectos del presente experimento, se toma como referencia las
especificaciones marcadas en la Norma Mexicana NMX-C-58 referente al Método de
prueba para determinar el tiempo de fraguado en cementantes, hidráulicos
considerando además las adaptaciones respetivas por los tipos de materiales
específicos con los que se elaboran los especimenes para las pruebas de análisis.
En este sentido el empleo de moldes son exactamente a los especificados en
la norma cuyas dimensiones son de 5 x 5 x 5 cm, para el fraguado de los
especimenes empleados para la determinación de la resistencia a la compresión de
muestras de cementos.
El golpeteo para la compactación del material empleado en la elaboración de
los especimenes de pruebas fue modificado debido a la consistencia del mismo
material, el cual se incrementó 15 veces por cada capa para el caso de los cubos, 55
para el caso de la viga y 40 para el cilindro.
Se emplea aceite lubricante SAE 20W-40 reutilizado ó quemado para evitar la
adhesión de la mezcla en los moldes utilizados el cuál es distribuido por todas las
paredes ayudando de tal manera a un desmolde uniforme y sin deterioro por fractura
del espécimen fresco.
47
Determinación de peso volumétrico, porcentaje de humedad y porcentaje de
absorción
Para la determinación del peso volumétrico, contenido de humedad y
porcentaje absorción se emplean especimenes cúbicos de dimensiones de 5 X 5 X 5
cm, elaborados conforme lo descrito en el apartado 9.2 referente a la preparación y
fraguado de las mezclas, las cuales son sometidas a la evaluación correspondientes
tomando como referencia la Norma Mexicana NMX-C152.ONNCCE. Los cálculos
correspondientes estarán sujetos a lo siguiente:
Peso volumétrico
ρ= Wd/V, ………………………….………………………………………………… (2)
donde:
ρ= peso específico
Wd = Peso seco de la probeta en gr
V =Volumen del espécimen en cm3
Contenido de Humedad
Hum = 100 [(W – Wd) / Wd], ……………………………………………………….(3)
donde
Hum = Contenido de humedad en %
W = peso inicial de la probeta en gr
48
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Absorción
Abs = 100 [(Ws – Wd) / Wd], ………………………………………………………(4)
donde
Abs = Absorción en %
Ws = Peso saturado del espécimen en gr
El material empleado para estas determinaciones consiste básicamente en
balanza analítica Ohaus mod. OIML de alta precisión y horno eléctrico a 75ºC para el
secado de las muestras.
Determinación de resistencia a la compresión
Por las características del material resultante con los elementos o materias
primas empleados, se considera pertinente la evaluación de la resistencia a la
compresión que presenta el producto final, ya que puede considerarse como un valor
importante para su evaluación. Sin embargo, también se sabe de manera anticipada
que los valores arrojados finalmente, podrían no ser favorables en términos de
eficiencia estructural, por lo que son tomados solamente como referencia al proceso
de evaluación física y mecánica.
En este sentido, se hace referencia a la norma mexicana NMX-C-061ONNCCE-2001 que establece la determinación de la resistencia a la compresión de
cementantes hidráulicos, considerando también las adaptaciones pertinentes por el
tipo de materiales empleados.
En los casos anteriores se hace uso de una prensa para compresión Controls20063 Cernusco de 1300 kN, en donde se ensayan los especimenes elaborados.
49
Evaluación de Absorción acústica
Como parte de la caracterización del material elaborado, se determina la
pertinencia de realizar una evaluación en términos de absorción acústica de cada
una de las mezclas diseñadas. Para lo cual se construye una caja de madera sellada
acústicamente a la cual se le hace pasar una onda se ruido continua cuyo nivel
sonoro es conocido a través de una muestra del material a evaluar (ver fig. 3.2).
Fig. 3. 20 Caja para la determinación de nivel de Absorción acústica
50
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
La caja construida cuyas dimensiones son de 15 X 15 X 30 cm, es forrada con
una alfombra acústica tanto en la parte interior como en la exterior. La muestra
(tableta de 3 cm de diámetro y 0.5 cm de grosor) es colocada en el centro de la caja
para que de esta manera pase a través de ella la onda de sonido especifica.
De esta manera se cuenta con un emisor de sonido calibrador marca Quest
Mod. 2800 (fig. 3.3), el cual envía la onda sonora y es detectada por el sonómetro
marca Quest Mod. 2800 (fig. 3.4). Como punto de referencia se elabora una pastilla
con las mismas dimensiones que el material evaluado pero elaborada con alfombra
acústica comercial y se toma la lectura en las mismas condiciones que el resto de las
probetas, a esta probeta se le denomina patrón. Así mismo, se realiza el mismo
procedimiento pero sin objeto alguno que obstaculice la onda de sonido generada
generando un valor considerado como Blanco. De de esta manera se tiene un rango
que va de 0% de absorción acústica hasta un 100% teórico en donde los valores de
las muestras analizadas se encuentran dentro de este margen.
51
Fig. 3. 21 Calibrador, fuente emisora de sonido
Fig. 3. 22 Sonómetro, Receptor de onda sonora
Elementos a evaluar
Sin barrera acústica
52
Con material acústico
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
3.3 Desarrollo del experimento
Preparación de materias primas
Pulpa
Para la elaboración de la pulpa, se cortó el papel y cartón en trozos de 10 x 10
cm. aproximadamente, se deja reposar en agua para hidrolizar el material y
posteriormente se somete a una reducción de tamaño en la misma solución acuosa.
Para lo anterior se hace uso de licuadora convencional con aspas de corte. El
material a triturar está libre de tintas, ceras y cualquier otro material que pueda ser
contaminante para las mezclas por realizar. La fig. 3.5 muestra el esquema de
preparación de la pulpa.
1
53
2
3
54
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
4
5
55
Fig. 3. 23 Proceso de elaboración de pulpa
Caucho vulcanizado residual
Se obtiene del revitalizado de las llantas, el cual es un material pulverizado
con partículas de diferentes tamaños, sin embargo se hace una selección por
granulometría del material requerido empleando una criba de 0.4 cm. Lo anterior con
la finalidad de considerarse el tamaño de la fibra como una variable fija en el
experimento y no aumentar el número de corridas requeridas para la evaluación. En
la fig. 3.6 se observa la separación del tamaño de las fibras mediante el empleo de la
criba. Todas las partículas que pasan por el dispositivo son empleadas en el proceso
experimental.
56
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
57
Fig. 3. 24 Separación de fibras de látex con criba
Mortero maestro de albañilería
Como agente aglutinante se emplea el mortero base cemento Pórtland CPC
comercial de Holcim Apasco
denominado como mortero maestro de albañilería
siguiendo las especificaciones del fabricante en mezcla con algunos
agregados.
Alumbre
Se realiza una solución al 10 % en peso con agua destílada y su empleo es
en función de la cantidad de aglutinante empleado.
Calibración del experimento
Para tal efecto se diseñó un experimento preliminar consistente en la
manipulación de las proporciones de cada uno de los componentes y la observación
directa en función de afinidad de mezcla y formación de un elemento rígido.
Los componentes empleados para la elaboración de los materiales son el
papel y cartón residual (pulpa) como elementos base del compuesto resultante,
cemento Pórtland tipo II como aglutinante, llanta triturada, Alumbre como
conservador del material que impide el crecimiento de organismos xilófagos y
optimiza el fraguado y agua cómo intermediario de la reacción. La figura 6.7muestra
los materiales a emplear para la elaboración de las mezclas.
58
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Fig. 3. 25 Materiales a usar en las mezclas
Se mantienen fijas las variables de proporción de cemento Pórtland, agua y
alumbre como inhibidor de crecimiento de organismos xilófagos. Lo anterior en
función a la normatividad aplicable para la elaboración de concretos a partir de
morteros y la cinética de la reacción química generada. Las variables a manipular
son las proporciones de papel y cartón y el suministro de llanta triturada.
Para la determinación de las proporciones de papel y cartón en la elaboración
de la pulpa en agua, se hace una prueba de afinidad con el aglutinante cuyas
mezclan se observan en la tabla 3.2. La selección de la mejor proporción es en base
a su grado de fusión física cuya selección es observacional directa.
Tab. 3. 8 Elaboración de pulpa
59
CLAVE
P1
P2
P3
CLAVE
AGUA
P1
P2
P3
PAPEL
AGUA
25
50
CARTON
PAPEL
50
25
50-
MORTERO
CARTON MORTERO
50
50
25
50
50
50
50
Una vez observado el comportamiento de los materiales con diferentes
concentraciones de pulpa y mortero, se realizan diferentes mezclas con látex en
varias proporciones tal como se muestra en la tabla 3.3, manteniendo constante la
anterior proporción.
Tab. 3. 9 Selección de cantidad de látex
CLAVE
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
AGUA (ML)
50
45
40
20
30
PULPA
10
20
25
30
40
50
MORTERO
50
50
50
50
50
50
50
LLANTA
50
40
30
25
20
10
-
Preparación y fraguado de las mezclas
Las mezclas son realizadas según las proporciones resultantes del diseño de
experimento, las cuales son mostradas en la tabla 3.4. Se suministra agua en
aquellas que presenta deficiencia de la misma por el bajo contenido de pulpa
presente en la mezcla.
Según especificaciones del fabricante, la proporción de mortero que se
emplea con agregados inerte corresponde a la relación 1:3, lo que permite mantener
fija esta variable para efectos del experimento.
60
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Tab. 3. 10 Proporciones de aglutinante y material inerte.
FORMULACION
1
2
3
4
5
6
7
PULPA + MATERIAL INERTE (75%)
PULPA (gr)
LATEX (gr) PESO (gr)
371,25
281,25
753,75
562,5
450
843,75
675
753,75
843,75
371,25
562,5
675
281,25
450
1125
1125
1125
1125
1125
1125
1125
PESO
AGLUTINANTE (25%)
MORTERO (gr)
TOTAL (gr)
375
375
375
375
375
375
375
1500
1500
1500
1500
1500
1500
1500
Aunado a lo anterior se suministra los aditivos requeridos para el manejo y
conservación del producto resultante. En este sentido, la tabla 3.5 indica las
cantidades y proporciones necesarias para tal efecto. En relación al suministro de
alumbre se determina la factibilidad de emplear el 1% de la sal de aluminio en
relación al contenido total de aglutinante presente en la mezcla. Sin embargo,
durante el desarrollo de la preparación de las muestras, se detectó la generación de
gases producto de la reacción entre los componentes empleados. Los cuales fueron
identificados mediante evaluación sensorial como acido sulfúrico y amoniaco.
Al evaluar lo anterior se presume que el mecanismo de reacción generado es
el siguiente:
1)
2)
AlNH4(SO4)2`2H2O + XCaO
Δ
AlSO4 + SO3+NH3+CaOH + XO
AlSO4 + SO3+NH3+CaOH + XO + H2O
+ NH3
Δ
AlSO4 + XO + CaOH + H2SO4
61
Al mezclar la sal de alumbre con el cemento, se provoca una reacción química
que da lugar a la generación de diferentes componentes, aportando características
diferentes al material resultante.
Por una parte se observa que la formación de sulfatos, óxidos e hidróxidos de
calcio, favorece el fraguado del material resultante, así mismo, de manera teórica
presenta mejores condiciones de resistencia a la compresión. La sal de aluminio
generada, también es considerada como un componente favorable, pues es un
componente que destruye la membrana celular de una gran mayoría de organismo,
entre ellos los xilófagos, por lo que este componente permite aumentar el tiempo de
vida útil del material en cuestión.
Sin embargo, la presencia de acido sulfúrico y amoniaco, impiden por
cuestiones de seguridad el empleo de esta sal para la elaboración de las probetas,
ya que estamos hablando de sustancias altamente tóxicas y corrosivas, que además
de la repercusión física que tendrían sobre los usuarios del laboratorio, se corre el
riego por la reacción con otros compuestos presentes en el mismo laboratorio.
Tab. 3. 11 Suministro de aditivos en mezclas
62
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
FORMULACION
Sl'n. Alumbre 10%
1
2
3
4
5
6
7
3,75
3,75
7,5375
5,625
4,5
8,4375
6,75
Aditivos (mL)
Agua
Agua en pulpa
285
285
285
285
285
285
285
129,9
98,4
263,8
196,9
157,5
295,3
236,3
Excedente
155,1
186,6
21,2
88,1
127,5
-10,3
48,8
0.1 % de alumbre
75 % en peso de agua en relacion a aglutinante
En la primera etapa del experimento cuya finalidad es la determinación de la
resistencia a la compresión de cementantes mediante la elaboración de cubos con
longitudes de 5 cm de cada lado se someten a condiciones ambientales para el
fraguado correspondiente durante 24 horas. Los ensayos son a 3, 7 y 28 días de
maduración por lo que se someten a curado en solución saturada de cal
inmediatamente después del desmolde. Figura 3.8
En una segunda etapa del mismo experimento, se determina que el curado
será en los mismos tiempos pero aislando el material con bolsa de plástico del
ambiente exterior, de tal manera que no existan pérdidas ni ganancias de humedad u
otros agentes externos.
De manera visual, no se observan diferencias signicativas entre los
especimenes elaborados sin alumbre y aquellos que se les suministró la sal de
manera inicial.
63
Fig. 3. 26 Curado de las mezclas en solución saturada de cal.
64
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Fig. 3. 27 Curado de las mezclas en bolsa de plástico.
Finalmente, se elaboran mezclas con los mismos criterios que las anteriores
pero expuestas a las condiciones ambientales presentes en el lugar de ensayo.
La justificación de los tres procesos anteriormente descritos se debe
principalmente a la gran cantidad de agua presente en cada una de las mezclas por
las características de las materias primas empleadas, lo que impide la evaluación del
material por este método en términos de resistencia a la compresión.
65
Fig. 3. 28 Fraguado en condiciones ambientales.
66
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Determinación de peso volumétrico, porcentaje de humedad y porcentaje de
absorción
Se emplearon especimenes cúbicos según las descripciones realizadas en el
apartado anterior, cuyas dimensiones son de 5 X 5 X 5 cm para las siete
formulaciones propuestas, cada una de las muestras se analizaron por triplicado.
Como punto de partida, se tomaron las medidas de cada espécimen, mediante el
apoyo de un vernier, dato que servirá para determinar el volumen de cada uno de
ellos y la relación de deformación de los mismos al ser sometidos a diferentes
condiciones de humedad (fig. 3.11).
Fig. 3. 29 Medición de los especimenes
67
Cada uno de los especimenes fue pesado en balanza de precisión a
condiciones de humedad ambiental, obteniendo de esta manera el valor W de cada
una de las muestras. Posteriormente se sometió a secado mediante el uso de un
horno eléctrico a 75 º C durante 24 hrs, una vez transcurrido el tiempo se pasaron
nuevamente cada una de las probetas obteniendo así el valor correspondiente de
Wd.
Fig. 3. 30 Pesado de los especimenes
68
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Fig. 3. 31 Secado de los especimenes
Una vez teniendo estos valores, cada una de las probetas fueron sometidas a
un recipiente con agua durante un periodo de 72 hrs, con la finalidad saturarlos de
agua y así conocer el valor de Ws para determinar el porcentaje de absorción, Figura
3.14.
69
Fig. 3. 32 Saturación de agua de cada uno de los especimenes
Determinación de resistencia a la compresión
Con base a las consideraciones realizadas en el diseño del experimento en
donde se determina el numero total de mezclas por preparar de tal manera que sean
representativas para efecto de evaluación del material, se concluye que se tienen
que hacer un total de 7 mezclas las cuales son sometidas a evaluación de resistencia
a la compresión tal como se describe en el capitulo anterior a los 3, 7 y 28 días de
curado. Las probetas a ensayar son realizadas por triplicado teniendo un total de 63
especimenes cúbicos en esta primer etapa.
Siguiendo las especificaciones de la norma mexicana NMX-C-061-ONNCCE2001 que establece la determinación de la resistencia a la compresión de
70
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
cementantes hidráulicos, como se describe en el apartado anterior, se emplean
molde cuyo producto resultante presenta medidas de 5 x 5 x 5 cm de longitud.
Fig. 3. 33 Moldes empleados para la elaboración de especimenes
71
En la elaboración de los especimenes se aumenta el número de golpeteos con
la varilla a 15 golpes adicionales para cada espécimen, esto se debe a la
consistencia del material resultante, ya que con el método original presenta huecos
en los cubos elaborados.
Fig. 3. 34 Prensa empleada en los ensayos para compresión.
72
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Los especimenes elaborados se sometieron al ensayo correspondiente en el
laboratorio de concretos Holcim Apasco, sin embargo los materiales no desarrollaron
resistencia en ninguno de los casos durante los diferentes tiempos de curado, lo que
impidió en este sentido una evaluación del comportamiento mecánico de cada una
de las mezclas diseñadas.
Por lo anterior se emplea un anillo de compresión, que permite aumentar el
rango de la respuesta arrojada por la prensa. En este caso se hace uso del
Laboratorio de Materiales de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de
Colima. Como punto de partida se procede a realizar la calibración del anillo, de tal
manera que se obtenga indirectamente la deformación del material de ensayo
mediante la deformación que sufre el anillo (fig. 3.17).
Fig. 3. 35 Instrumento empleado para la calibración del anillo
73
En la figura 3.18, se observa la prensa modificada provista del dispositivo
empleado. La línea de calibración se describe en el grafico 3.1 cuya ecuación es
determinada mediante regresión lineal por el método de mínimos cuadrados.
La calibración consistió en colocar elementos de peso conocido sobre la barra
inferior del dispositivo, la cual comprime el anillo generando una deformación que se
registra mediante el uso de un micrómetro de aguja. Los valores son registrados en
el grafico 3.1 y es obtenida la tendencia lineal para la identificación de los valores
correlacionados, en este caso se extrapola la línea proyectada para obtener los
valores de deformación a diferentes condiciones de esfuerzo.
Fig. 3. 36 Prensa provista con anillo calibrado
74
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Tab. 3. 12 Datos de calibración de anillo
CALIBRACION
CARGA
(Kg)
0
6.6
22.589
38.554
DEFORMACION
(mm)
5.59
5.66
5.85
6.035
CARGA VS DEFORMACION
CARGA (kg)
y = 86.123x - 481.18
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
6
6.1
DEFORMACION (mm)
Grafico 3. 2 Línea de tendencia para la calibración del anillo
75
Los valores obtenidos directamente de la prensa son deformación del anillo (δ)
en mm, velocidad de compresión (v) en mm/min y tiempo de prueba (t) en seg., la
carga (k) en kg es calculada a partir de la línea de calibración, las dimensiones (área
A y altura h) del cubo de prueba es determinada mediante el uso de vernier o pie de
rey, a partir de estos valores se calcula la deformación (δ) del espécimen mediante la
relación:
δ muestra = (δtotal) – (δanillo) --------------------------------------------------------------------(1)
y
δtotal = (v) X (t) ---------------------------------------------------------------------------------(2)
de esta manera, se calcula la deformación unitaria ε mediante la ecuación:
ε = (δ muestra)/ h
por lo tanto el modulo de elasticidad del material evaluado se determina
mediante la siguiente relación:
E = (ζ1 – ζ0) / (ε1 – ε0) -----------------------------------------------------------------------(3)
Donde:
E = Modulo de Elasticidad
ζ = Esfuerzo (kg/cm2)
ε = Deformación unitaria (%)
76
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Evaluación de la Absorción Acústica
El proceso para la evaluación de la absorción de ondas sonoras en las
diferentes mezclas diseñadas, se realiza con base a las consideraciones
establecidas en el apartado anterior, de tal manera que se tiene una comparación de
las mezclas entre sí y su comportamiento cuya referencia es el blanco y el patrón.
77
Capitulo IV
RESULTADOS Y DISCUSIONES
Preparación de materias primas
La preparación de las materias primas, cuya finalidad es homogeneizar sus
componentes, se realizo según lo especificado en el capitulo anterior, de esta
manera se logró mantener fijas una serie de variables; tales como tamaño de
partículas en los componentes, contenido de humedad en la pulpa, y tipos de
materiales que las componen.
En el caso de la llanta triturada, el tamaño de la partícula empleada no fue un
variable adicional al experimento realizado, pues al seleccionar un tamaño uniforme
mediante el tamizado descrito, se pudo homogenizar este componente teniendo la
misma consistencia en todas las mezclas realizadas.
Para el caso de la pulpa, la reducción de tamaño en húmedo, permitió
mantener fija la variable humedad en todas las mezclas, por lo que simplemente fue
necesario hacer el cálculo correspondiente para el suministro del excedente de agua
requerida. La consistencia final de la pulpa, permitió fácilmente el mezclado con el
resto de los componentes.
Calibración del experimento
Siguiendo el procedimiento descrito en el capitulo anterior, referente a la
calibración de experimento, como punto de partida se decidió determinar la
concentración óptima de los componentes empleados para la elaboración de pulpa,
utilizando solamente papel periódico y cartón ambos de origen residual. En este
sentido y derivado de la preparación de la pulpa con variación en cada uno de estos
dos componentes se observa que no existe diferencia significativa al emplear
diferentes concentraciones de papel y cartón en la mezcla, pues el producto final
78
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
presenta las mismas características para las tres formulaciones que se elaboraron
según lo descrito en el capítulo anterior. De esta manera y con la finalidad de
aprovechar al máximo los productos residuales se decide emplear una proporción de
50:50 de papel y cartón respectivamente para la elaboración de la pulpa.
Con la finalidad de determinar el grado de afinidad entre los componentes
empleados para la elaboración de las mezclas y en específico con el látex
vulcanizado residual por sus características físicas se procedió a realizar mezclas
preliminares a diferentes proporciones de pulpa y llanta triturada manteniendo fijas
las proporciones de agua y el agente aglutinante.
Por lo anterior se observa que en todos los casos propuestos es posible
realizar mezclas con las concentraciones señaladas del látex vulcanizado,
decidiendo así el empleo de este componente en las proporciones que marca el
diseño factorial 32. De esta manera se considera un nivel máximo del 75% de
contenido de látex en relación al contenido de pulpa en la mezcla elaborada
considerada como “agregados” del producto final. En la grafica 4.1 se muestra la
relación para todas las formulaciones.
Obsérvese que la relación de los datos anteriores corresponden a tres niveles
(alto, medio y bajo) de concentración de cada uno de los componentes, esto como
resultado del diseño factorial 32 referido anteriormente.
79
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
FORMULACION
PULPA (gr)
LATEX (gr)
PULPA (gr)
Grafico 4. 24 Relación de los componentes en la mezcla de “agregados”
Elaboración de las mezclas
Tomando en cuenta las consideraciones anteriores y conforme a lo descrito en
el capítulo anterior se procedió a elaborar las 7 mezclas correspondientes. En este
sentido las proporciones empleadas de cada uno de los elementos que constituyen la
mezcla final son en función de especificaciones establecidas por el fabricante del
agente aglutinante en donde se muestra la relación de mortero-agregados (pulpa y
látex) así como la cantidad de agua óptima para el fraguado correspondiente.
Como se mencionaba anteriormente la pulpa elaborada contiene cierto
porcentaje de agua en la mezcla la cual viene a favorecer el fraguado de la misma,
al igual que la solución de lumbre, por lo que es necesario considerar esta condición
al momento de la preparación. En la grafica 4.2 se observa en forma general la
cantidad de agua requerida como excedente para cada una de las formulaciones.
80
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
EXCEDENTE
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
-20
EXCEDENTE
1
2
3
4
5
6
7
Grafico 4. 25 Suministros de excedentes de agua
En la mayoría de los casos es necesario suministrar agua en casi todas las
formulaciones a excepción de la formulación 6 en donde es necesario quitarle cierta
cantidad de agua a la pulpa empleada antes de realizar la mezcla, con la finalidad de
que en todos los casos presenten la misma concentración.
Una vez preparadas las mezclas se realizó el curado de las mismas en los
diferentes moldes elaborados tal como se indica en el capítulo anterior. Sin embargo,
las probetas presentaron gran contenido de agua en los diferentes días de curado (3,
7 y 28 días) esa situación se le atribuye a la alta capacidad que tiene el papel de
absorber la humedad en el medio que se encuentra. Para efectos del experimento
esta situación se torna en cierta forma desfavorable pues no es posible tener
especimenes lo suficientemente rígido como para someterlos a los ensayos
correspondientes. Todas las probetas elaboradas presentan una consistencia muy
blanda capaz de ser deformada con la simple presión manual.
81
De esta manera y con la finalidad de poder contar con especimenes
suficientemente rígidos para realizar las determinaciones correspondientes, se
decidió modificar el procedimiento marcado en la norma de referencia, en este
sentido se envolvió cada uno de los especimenes en bolsa de plástico
completamente cerrados, esto con la finalidad de bajar el contenido de humedad del
medio en el que se encuentra cada probeta. El curado de las mezclas se efectúa
simplemente con el contenido de humedad presente en cada caso. Después de 28
días las muestras siguen presentando gran contenido de humedad manteniendo la
consistencia blanda en cada una de ellas lo que imposibilita nuevamente el ensayo
correspondiente.
Por lo anterior se decide elaborar mezclas en las mismas condiciones que las
anteriores pero sometidas a curados a temperatura y humedad ambiente, situación
que se ve favorecida al termino de 28 días para la formación de un elemento rígido.
Con los resultados anteriores se puede observar el grado de absorción de
agua que tiene la mezcla elaborada por lo que es de llamar la atención para estudiar
su comportamiento a condiciones extremas de humedad una vez curada la mezcla.
Para este caso los resultados se muestran más adelante en donde se determina el
grado de formación de cada una de las mezclas.
En la grafica 4.3 se muestran los cambios de peso por perdidas de humedad
para cada una de las formulaciones elaboradas, esto a las condiciones ambientales
de curado.
82
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
160
140
120
100
3 di as
80
7 di as
60
28 días
40
20
0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
Grafico 4. 26 Pérdida de humedad a diferentes días de curado
Como se puede observar en todos los casos la pérdida de agua a 28 días es
relativamente significativa. La formulación 6 es la que presenta mayor pérdida de
agua, siguiendo la formulación 4 y la formulación 2, mientras que la formulación 1, 5
y 7 son las que menos pérdidas presentan. Este fenómeno se debe prácticamente al
contenido de componentes en cada uno de las formulaciones en general obedece al
comportamiento entre mayor contenido de látex y menor contenido de pulpa menor
pérdida de agua. Esta diferencia de pérdidas de agua entre las formulaciones
diseñadas indica que existe la posibilidad que la reacción entre el mortero, los
agregados y el agua misma se pueda llevar a cabo aún después de los 28 días de
curado.
Con lo anterior también se establece que el proceso de curado es posible
llevarse a cabo simplemente con la humedad contenida en el mismo material, pues la
capacidad que tiene el papel de absorber agua es suficiente para completar la
reacción, así mismo, para el caso de la formulación 6 que es la que contiene mayor
83
cantidad de agua en la mezcla es necesario retirar un porcentaje de ésta, pues de lo
contrario se tiene un excedente lo cual afectaría el grado de reacción entre los
componentes.
Así mismo, el contenido total de agua provoca una ligera variación en las
dimensiones de los cubos finales por lo que es necesario hacer la medición de las
longitudes finales, de tal forma que los parámetros evaluados estén en función de las
condiciones reales más que de las planeadas.
Determinación de peso volumétrico, porcentaje de humedad, y absorción de
agua
Para la determinación de las propiedades físicas de los materiales elaborados,
se siguió el procedimiento señalado en el capitulo anterior, obteniendo los siguientes
resultados.
Tab. 4. 13 valores de pesos
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
W
117.8
128
99.2
99.6
110.2
97.6
112.7
Wd
115.6
126
95.1
97.6
108.1
87.3
116.3
Ws
163.2
178.2
179.5
162.8
178.8
164.1
168.8
V (cm3)
120
130
100
101
112
113
119
Nuevamente se alcanza a observar el contenido considerablemente alto que
se pierde durante el secado de las muestras, lo que nos indica la alta capacidad de
retener líquidos el mismo material.
84
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
180
160
140
120
100
W
Wd
80
Ws
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
7
Fig. 4. 2 Valores de pesos
(W= peso inicial de la muestra, Wd = peso seco y Ws = peso saturado)
Tab. 4. 14 Evaluación física de los materiales
FORMULACION
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
Peso volumétrico
(d)
0.963333333
0.969230769
0.951
0.966336634
0.965178571
0.772566372
0.926890756
Humedad
1.903114187
1.587301587
4.311251314
2.049180328
1.942645698
11.79839633
2.175883953
Abs
41.17647059
41.42857143
88.74868559
66.80327869
65.40240518
87.97250859
53.03717135
Todas las formulaciones se consideran algo ligeras, sin embargo la mezcla 6
presenta bajo peso en relación al volumen que ocupan sus componentes, dato
importante para considerarlo en la posible aplicación del material. El resto de los
especimenes muestran un comportamiento similar en relación a su peso volumétrico.
85
Peso volumét rico (d)
1.2
1
0.8
0.6
Peso volumét rico (d)
0.4
0.2
0
1
2
3
4
5
6
7
Grafico 4. 27 Peso Volumétrico
En la siguiente grafica se muestra el contenido de humedad de cada uno de
los especimenes, notándose considerablemente la formulación 6 cuya capacidad de
retener líquidos es alta. Esta situación se debe al gran contenido de pulpa en la
mezcla.
86
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Humedad
14
12
10
8
Humedad
6
4
2
0
1
2
3
4
5
6
7
Grafico 4. 28 Humedad
Abs
100
80
60
Abs
40
20
0
1
2
3
4
5
6
7
Grafico 4. 29 Absorción
87
La consistencia de las mezclas es variada y se definen en la tabla 3.2.,
observamos aquí que en general los materiales empleados por sus características
físicas, se pueden emplear como aplanados, paneles intermedios a muros divisorios
e incluso plafones por su bajo peso volumétrico.
Como recomendación del Dr. B. Givoni, se plantea la posibilidad de que el
material resultante, sobre todo las formulaciones 3 y 6, pueda ser empleado como
regulador de humedad, pues la capacidad que presenta el papel para absorber el
agua, tal como se observa en los resultados anteriores, durante periodos con clima
húmedos y cederla al ambiente durante las condiciones secas, es una situación
favorable en este sentido; sin embargo, en estos momentos no se tienen los
elementos experimentales para demostrar la efectividad de este fenómeno, por lo
que podría sugerirse en dado caso como otra investigación, considerando la
deformación que sufre el material al ser sometido a diferentes condiciones de
humedad.
Determinación de resistencia a la compresión
Para la determinación de la resistencia a la compresión, se siguió con la
metodología planteada en el capitulo anterior, por lo que de manera indirecta, se
calcula el modulo de elasticidad para lada uno de las formulaciones diseñadas.
Como característica general, la deformación de los especimenes durante el
ensayo de compresión, genera una modificación en el área de soporte, por lo que se
hace una corrección al valor obtenido por medición directa mediante el empleo de la
siguiente ecuación:
Acorr. = Ainicial/(1- ε)
Recordando que ε es la deformación unitaria del material. Las siguientes tablas y
graficas muestran los resultados obtenidos.
88
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Tab. 4. 15 Modulo de elasticidad Formulación 1
t(min) δ anillo (mm)
0.5
0.0562
1
0.0571
1.5
0.0584
2
0.0597
2.5
0.0610
3
0.0622
3.5
0.0637
4
0.0645
4.5
0.0665
5
0.0678
5.5
0.0695
6
0.0708
6.5
0.0724
7
0.0736
7.5
0.0757
8
0.0765
8.5
0.0781
9
0.0795
9.5
0.0811
10
0.0825
10.5
0.0840
11
0.0853
11.5
0.0865
12
0.0877
12.5
0.0885
14.5
0.0927
15
0.0936
15.5
0.0945
16
0.0953
16.5
0.0961
17
0.0968
17.5
0.0976
18
0.0983
18.5
0.0990
19
0.0996
20
0.1010
21
0.1023
21.5
0.1029
22
0.1034
23
0.1042
23.5
0.1045
24.5
0.1051
25
0.1052
Carga (kg)
2.83126
10.58233
21.347705
32.543695
44.1703
54.50506
67.42351
74.31335
91.107335
102.73394
116.944235
128.57084
141.919905
152.68528
170.77111
177.66095
191.44063
203.49785
217.27753
228.904135
241.822585
253.44919
263.78395
273.688095
281.00855
317.18021
324.93128
332.68235
339.57219
346.46203
352.49064
359.38048
365.40909
371.4377
376.60508
388.6623
399.85829
404.595055
409.33182
416.22166
418.80535
423.542115
424.83396
Area (cm2)
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
25.035
A corr
ζ (kg/cm2) δ Total δ muestra
25.1331423
0.113
0.25
0.19
25.260425
0.419
0.5
0.44
25.3888219
0.841
0.75
0.69
25.5185044
1.275
1
0.94
25.6494922
1.722
1.25
1.19
25.7819118
2.114
1.5
1.44
25.9155436
2.602
1.75
1.69
26.0509503
2.853
2
1.94
26.1871447
3.479
2.25
2.18
26.3251052
3.903
2.5
2.43
26.4643579
4.419
2.75
2.68
26.6052627
4.833
3
2.93
26.7475607
5.306
3.25
3.18
26.8915636
5.678
3.5
3.43
27.0366255
6.316
3.75
3.67
27.184034
6.535
4
3.92
27.3325777
7.004
4.25
4.17
27.4828753
7.405
4.5
4.42
27.634712
7.862
4.75
4.67
27.7883912
8.237
5
4.92
27.9436948
8.654
5.25
5.17
28.1008395
9.019
5.5
5.41
28.2598581
9.334
5.75
5.66
28.4207191
9.630
6
5.91
28.5836192
9.831
6.25
6.16
29.2537807
10.842
7.25
7.16
29.4263646
11.042
7.5
7.41
29.600997
11.239
7.75
7.66
29.7777859
11.404
8
7.90
29.9566992
11.565
8.25
8.15
30.1378484
11.696
8.5
8.40
30.3211279
11.852
8.75
8.65
30.5067251
11.978
9
8.90
30.6946083
12.101
9.25
9.15
30.8848969
12.194
9.5
9.40
31.2724837
12.428
10
9.90
31.6700028
12.626
10.5
10.40
31.8726581
12.694
10.75
10.65
32.0779237
12.761
11
10.90
32.4967451
12.808
11.5
11.40
32.71037
12.803
11.75
11.65
33.1462023
12.778
12.25
12.14
33.3686149
12.732
12.5
12.39
ho (mm)
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
49.63
ε(%)
E(kg/cm2).
0.39049
28.85
0.892404
61.02
1.393613
84.18
1.894721
86.70
2.395728
89.18
2.897038
78.20
3.397743
97.38
3.899859
49.98
4.399657
125.34
4.900665
84.51
5.401068
103.20
5.902075
82.55
6.40268
94.56
6.903889
74.20
7.403385
127.82
7.905501
43.66
8.406004
93.63
8.906911
79.94
9.407415
91.50
9.908422
74.83
10.40913
83.19
10.91013
72.92
11.41144
62.83
11.91286
58.96
12.41487
40.08
14.42132
50.40
14.92323
39.81
15.42515
39.19
15.92726
32.79
16.42938
32.24
16.93169
25.98
17.43381
31.17
17.93613
24.99
18.43844
24.50
18.94096
18.46
19.9456
23.33
20.95043
19.66
21.45305
13.60
21.95567
13.22
22.96152
4.73
23.46464
-0.93
24.47099
-2.53
24.97441
-9.23
En el grafico 4.7, Se observa que en la formulación 1 a mayor esfuerzo, el
material presenta mayor deformación, obedeciendo a un comportamiento de
crecimiento logarítmico, en donde alcanza un nivel máximo de esfuerzo de hasta
12.73 kg/cm2.
Para el caso del modulo de elasticidad (Grafico 4.8), la línea de
tendencia es en forma decreciente, iniciando con un valor de 29 kg/cm 2, alcanzando
un valor máximo de arriba de los 100 kg cm 2 muy alto hasta llegar a la tendencia de
cero.
89
Esfuerzo ζ (Kg/cm2)
F1
14.000
12.000
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
0.000
0
5
10
15
20
25
30
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 30 Relación Esfuerzo vs deformación F1
Modulo de
elasticidad(Kg/cm2)
Título del gráfico
150.00
100.00
50.00
0.00
0
5
10
15
20
25
-50.00
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 31 Relación modulo de elasticidad vs deformación F1
90
30
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Tab. 4. 16 Modulo de elasticidad Formulación 2
t(min) δ anillo (mm)
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
11.5
12
12.5
13
13.5
14
14.5
15
15.5
0.0580
0.0584
0.0592
0.0605
0.0612
0.0624
0.0635
0.0648
0.0660
0.0672
0.0696
0.0708
0.0717
0.0726
0.0733
0.0741
0.0748
0.0754
0.0760
0.0765
0.0770
0.0776
0.0781
0.0785
0.0789
0.0792
0.0796
0.0799
0.0801
0.0802
Carga (kg)
18.3334
21.77832
28.237545
39.86415
45.89276
55.796905
65.70105
76.89704
87.2318
97.56656
118.23608
128.140225
136.32191
143.642365
150.10159
156.99143
162.589425
167.756805
172.924185
177.66095
181.9671
186.703865
191.010015
194.88555
198.33047
200.91416
204.35908
206.512155
208.234615
209.52646
Area (cm2)
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
26.78
A corr ζ (kg/cm2)
26.8798245 0.682
27.0107143 0.806
27.1426989 1.040
27.2756573 1.462
27.4102773 1.674
27.5459862 2.026
27.6830456 2.373
27.8213918 2.764
27.9611843 3.120
28.1023886 3.472
28.3891195 4.165
28.5347197 4.491
28.6819399 4.753
28.8307472 4.982
28.9811673 5.179
29.1331346 5.389
29.2867969 5.552
29.44212
5.698
29.5990995 5.842
29.7577939 5.970
29.9182315 6.082
30.0803758 6.207
30.2443201 6.316
30.4100948 6.409
30.5777305 6.486
30.7472929 6.534
30.9186773 6.610
31.0920877 6.642
31.2674895 6.660
31.4449174 6.663
δ Total δ muestra ho (mm)
0.25
0.19
51.70
0.5
0.44
51.70
0.75
0.69
51.70
1
0.94
51.70
1.25
1.19
51.70
1.5
1.44
51.70
1.75
1.69
51.70
2
1.94
51.70
2.25
2.18
51.70
2.5
2.43
51.70
3
2.93
51.70
3.25
3.18
51.70
3.5
3.43
51.70
3.75
3.68
51.70
4
3.93
51.70
4.25
4.18
51.70
4.5
4.43
51.70
4.75
4.67
51.70
5
4.92
51.70
5.25
5.17
51.70
5.5
5.42
51.70
5.75
5.67
51.70
6
5.92
51.70
6.25
6.17
51.70
6.5
6.42
51.70
6.75
6.67
51.70
7
6.92
51.70
7.25
7.17
51.70
7.5
7.42
51.70
7.75
7.67
51.70
ε(%) E(kg/cm2).
0.371373
0.854159
25.73
1.336267
48.55
1.817215
87.58
2.29942
44.12
2.780754
72.98
3.262089
72.25
3.743133
81.20
4.224371
73.93
4.705609
73.16
5.668085
72.00
6.14942
67.70
6.631141
54.43
7.113056
47.60
7.595164
40.87
8.077176
43.46
8.559478
33.77
9.041876
30.31
9.524275
29.93
10.00677
26.53
10.48936
23.19
10.97186
25.84
11.45445
22.53
11.93714
19.27
12.41992
16.06
12.9029
9.99
13.38569
15.58
13.86876
6.70
14.35193
3.69
14.8352
0.73
En el grafico 4.9, se observa que en la formulación 2 obedece el mismo
comportamiento que en la formulación uno a mayor esfuerzo, el material presenta
mayor deformación, en este caso se alcanza un nivel máximo de esfuerzo de solo
6.6 kg/cm2. Para el caso del modulo de elasticidad (Grafico 4.10), la línea de
tendencia es en forma decreciente, iniciando con un valor de 25 kg/cm 2, alcanzando
91
un valor máximo de arriba de los 81 kg cm 2 para posteriormente presentar un
decrecimiento hasta llegar a la tendencia de cero.
Esfuerzo ζ (Kg/cm2)
F2
7.000
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0.000
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 32 Relación Esfuerzo vs deformación F2
F2
Modulo de
elasticidad(Kg/cm2)
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
-20.00 0
2
4
6
8
10
12
14
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 33 Relación modulo de elasticidad vs deformación F2
92
16
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Tab. 4. 17 Modulo de elasticidad Formulación 3
t(min) δ anillo (mm)
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8.5
9
9.5
10
10.5
11
11.5
12
12.5
13
13.5
14
14.5
15
15.5
16
16.5
17.5
18
18.5
19
0.0581
0.0589
0.0605
0.0621
0.0637
0.0652
0.0667
0.0681
0.0695
0.0709
0.0721
0.0733
0.0744
0.0755
0.0765
0.0785
0.0794
0.0803
0.0810
0.0817
0.0823
0.0828
0.0833
0.0837
0.0841
0.0844
0.0847
0.0850
0.0853
0.0856
0.0858
0.0860
0.0865
0.0867
0.0869
0.0871
Carga (kg)
19.19463
26.08447
39.86415
53.64383
67.42351
80.34196
93.26041
105.31763
117.37485
129.43207
139.76683
150.10159
159.57512
169.04865
177.66095
194.88555
202.63662
210.38769
216.4163
222.44491
227.61229
231.91844
236.22459
239.66951
243.11443
245.69812
248.28181
250.8655
253.44919
256.03288
257.75534
259.4778
263.78395
265.50641
267.22887
268.95133
Area (cm2)
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
26.76
A corr
ζ (kg/cm2) δ Total δ muestra
26.8608728
0.715
0.25
0.19
26.9930062
0.966
0.5
0.44
27.1260154
1.470
0.75
0.69
27.260342
1.968
1
0.94
27.3960055
2.461
1.25
1.19
27.5330815
2.918
1.5
1.43
27.6715361
3.370
1.75
1.68
27.8114469
3.787
2
1.93
27.9527796
4.199
2.25
2.18
28.0955561
4.607
2.5
2.43
28.2399152
4.949
2.75
2.68
28.3857656
5.288
3
2.93
28.5331898
5.593
3.25
3.18
28.6821533
5.894
3.5
3.42
28.8327412
6.162
3.75
3.67
29.138711
6.688
4.25
4.17
29.2942069
6.917
4.5
4.42
29.4513712
7.144
4.75
4.67
29.6103592
7.309
5
4.92
29.7710731
7.472
5.25
5.17
29.9336067
7.604
5.5
5.42
30.0979909
7.705
5.75
5.67
30.2641905
7.805
6
5.92
30.4323036
7.875
6.25
6.17
30.6022948
7.944
6.5
6.42
30.774265
7.984
6.75
6.67
30.9481789
8.023
7
6.92
31.1240696
8.060
7.25
7.17
31.3019711
8.097
7.5
7.41
31.4819181
8.133
7.75
7.66
31.6640192
8.140
8
7.91
31.8482392
8.147
8.25
8.16
32.2231098
8.186
8.75
8.66
32.4139124
8.191
9
8.91
32.6069881
8.195
9.25
9.16
32.8023777
8.199
9.5
9.41
ho (mm)
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
51.10
ε(%)
E(kg/cm2).
0.375538
0.863209
51.62
1.349315
103.53
1.835421
102.50
2.321526
101.47
2.807828
93.96
3.294129
93.00
3.780626
85.63
4.267123
84.73
4.75362
83.83
5.240509
70.33
5.727397
69.55
6.214481
62.56
6.701566
61.85
7.188845
54.98
8.163405
54.02
8.650881
47.00
9.138356
46.42
9.626223
33.87
10.11409
33.42
10.60215
27.06
11.09041
20.80
11.57867
20.47
12.06712
14.35
12.55558
14.09
13.04423
8.10
13.53288
7.90
14.02153
7.71
14.51018
7.52
14.99883
7.32
15.48767
1.56
15.97652
1.43
16.95401
3.97
17.44286
1.01
17.9317
0.88
18.42055
0.76
Para el caso de la formulación 3, el comportamiento es muy similar en
términos de deformación y esfuerzo que en los casos anteriores, en una etapa inicial,
existe poca pendiente, lo que nos indica que en este periodo el material presenta
gran deformación con poca carga suministrada teniendo como carga máxima 8.119
kg/cm2. Para el caso del modulo de elasticidad (Grafico 4.12), la línea de tendencia
93
es en forma decreciente, iniciando con un valor de 51.62 kg/cm 2, alcanzando un valor
máximo de arriba de los 100 kg/cm2
con la tendencia al valor de cero
correspondiente.
Esfuerzo ζ (Kg/cm2)
F3
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
0.000
0
5
10
15
20
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 34 Relación Esfuerzo vs deformación F3
F3
Modulo de
elasticidad(Kg/cm2)
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
-20.00 0
5
10
15
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 35 Relación modulo de elasticidad vs deformación F3
94
20
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Tab. 4. 18 Modulo de elasticidad Formulación 4
95
t(min) δ anillo (mm)
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
11.5
12
12.5
13
13.5
14
14.5
15
15.5
16
16.5
17
18
18.5
19
19.5
20
20.5
21
21.5
22
22.5
23
23.5
24
24.5
25
0.0592
0.0604
0.0615
0.0626
0.0639
0.0651
0.0663
0.0673
0.0689
0.0701
0.0712
0.0735
0.0745
0.0755
0.0765
0.0774
0.0782
0.0796
0.0798
0.0805
0.0811
0.0818
0.0824
0.0830
0.0836
0.0842
0.0848
0.0853
0.0858
0.0863
0.0869
0.0874
0.0885
0.0891
0.0896
0.0901
0.0906
0.0911
0.0915
0.0919
0.0923
0.0928
0.0932
0.0937
0.0940
0.0944
0.0948
Carga (kg)
28.66816
39.00292
48.47645
57.94998
69.14597
79.48073
89.81549
98.42779
112.20747
122.54223
132.01576
151.82405
160.43635
169.04865
177.66095
185.41202
192.30186
204.35908
206.08154
212.11015
217.27753
223.30614
228.47352
233.6409
238.80828
243.97566
249.14304
253.44919
257.75534
262.06149
267.22887
271.53502
281.00855
286.17593
290.48208
294.78823
299.09438
303.40053
306.84545
310.29037
313.73529
318.04144
321.48636
325.79251
328.3762
331.82112
335.26604
Area (cm2)
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
24.999
A corr
ζ (kg/cm2)
25.2216659
1.137
25.349105
1.539
25.4778905
1.903
25.6079912
2.263
25.7393212
2.686
25.8720589
3.072
26.0061728
3.454
26.1417938
3.765
26.2785048
4.270
26.4168768
4.639
26.5567703
4.971
26.840992
5.656
26.985484
5.945
27.1315401
6.231
27.2791859
6.513
27.4285077
6.760
27.5795341
6.973
27.7318632
7.369
27.886632
7.390
28.0428229
7.564
28.2008371
7.705
28.3605776
7.874
28.5222033
8.010
28.6856818
8.145
28.851045
8.277
29.0183258
8.408
29.1875578
8.536
29.3588442
8.633
29.5321529
8.728
29.7075199
8.821
29.8849105
8.942
30.0645048
9.032
30.4301735
9.235
30.6163263
9.347
30.8048468
9.430
30.9957033
9.511
31.1889394
9.590
31.3846001
9.667
31.5828111
9.716
31.7835417
9.763
31.9868401
9.808
32.192673
9.879
32.4012561
9.922
32.6124746
9.990
32.8266376
10.003
33.0435446
10.042
33.263337
10.079
δ Total δ muestra
0.5
0.44
0.75
0.69
1
0.94
1.25
1.19
1.5
1.44
1.75
1.68
2
1.93
2.25
2.18
2.5
2.43
2.75
2.68
3
2.93
3.5
3.43
3.75
3.68
4
3.92
4.25
4.17
4.5
4.42
4.75
4.67
5
4.92
5.25
5.17
5.5
5.42
5.75
5.67
6
5.92
6.25
6.17
6.5
6.42
6.75
6.67
7
6.92
7.25
7.17
7.5
7.41
7.75
7.66
8
7.91
8.25
8.16
8.5
8.41
9
8.91
9.25
9.16
9.5
9.41
9.75
9.66
10
9.91
10.25
10.16
10.5
10.41
10.75
10.66
11
10.91
11.25
11.16
11.5
11.41
11.75
11.66
12
11.91
12.25
12.16
12.5
12.41
ho (mm)
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
49.93
ε(%)
E(kg/cm2).
0.882836
1.381134
1.879631
73.03
2.378129
72.27
2.876227
85.01
3.374524
77.40
3.872822
76.57
4.37152
62.47
4.869017
101.46
5.367314
74.02
5.865812
66.66
6.862608
68.76
7.361306
57.92
7.860004
57.23
8.358702
56.54
8.857601
49.54
9.356699
42.64
9.854596
79.63
10.3549
4.17
10.8542
34.81
11.3537
28.20
11.85299
33.88
12.35249
27.34
12.85199
26.92
13.35149
26.51
13.85099
26.10
14.35049
25.68
14.85019
19.39
15.34989
19.04
15.84959
18.70
16.34909
24.13
16.84879
17.97
17.84799
20.30
18.34749
22.55
18.84719
16.53
19.34689
16.18
19.84659
15.84
20.34628
15.49
20.84618
9.68
21.34608
9.41
21.84598
9.13
22.34568
14.22
22.84558
8.55
23.34528
13.56
23.84538
2.71
24.34528
7.72
24.84518
7.44
Los valores obtenidos en el ensayo de la formulación 4, refleja el
comportamiento del material a diferentes condiciones de esfuerzo sometido, en un
primer periodo, el material alcanza valores de deformación con poca carga, sin
96
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
embargo a medida que aumenta el esfuerzo, la deformación unitaria de la muestra
presenta un aumento progresivo, a tal grado que cuando no varía significativamente
el esfuerzo, la deformación se sigue presentando. Esta situación la podemos
observar en la figura 4.13 en donde la línea tiende a formar una horizontal. El valor
máximo detectado es de 10.079 kg/cm2
Esfuerzo ζ (Kg/cm2)
F4
12.000
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
0.000
0
5
10
15
20
25
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 36 Relación Esfuerzo vs deformación F4
En la figura 4.14, el comportamiento del modulo de elasticidad, aunque es en
cierta forma muy disperso, se puede observar la línea de tendencia hacia un valor
cero conforme aumenta la deformación. El valor máximo detectado va por arriba de
los 100 kg/cm2.
97
Modulo de
elasticidad(Kg/cm2)
F4
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
0
5
10
15
20
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 37 Relación modulo de elasticidad vs deformación F4
98
25
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Tab. 4. 19 Modulo de elasticidad Formulación 5
t(min) δ anillo (mm)
0.5
1
1.5
3
3.5
4
4.5
5.5
6
6.5
7
7.5
8.5
9
9.5
10
10.5
11
12
12.5
13
13.5
14
14.5
15.5
16
16.5
17
17.5
18
18.5
19
19.5
20
20.5
21
0.0584
0.0591
0.0602
0.0640
0.0654
0.0667
0.0680
0.0708
0.0721
0.0734
0.0748
0.0761
0.0788
0.0801
0.0813
0.0825
0.0837
0.0848
0.0868
0.0876
0.0885
0.0894
0.0900
0.0909
0.0922
0.0927
0.0935
0.0940
0.0945
0.0951
0.0956
0.0961
0.0965
0.0970
0.0973
0.0978
Carga (kg)
21.77832
27.80693
37.28046
70.0072
82.06442
93.26041
104.4564
128.57084
139.76683
150.96282
163.02004
174.21603
197.46924
208.66523
218.99999
229.33475
239.66951
249.14304
266.36764
273.25748
281.00855
288.75962
293.927
301.67807
312.87406
317.18021
324.07005
328.3762
332.68235
337.84973
342.15588
346.46203
349.90695
354.2131
356.79679
361.10294
Area (cm2)
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
25.1
A corr
ζ (kg/cm2) δ Total δ muestra
25.196437
0.864
0.25
0.19
25.3230308
1.098
0.5
0.44
25.450697
1.465
0.75
0.69
25.8412718
2.709
1.5
1.44
25.9740695
3.159
1.75
1.68
26.1082933
3.572
2
1.93
26.2439116
3.980
2.25
2.18
26.5193074
4.848
2.75
2.68
26.6592407
5.243
3
2.93
26.8006587
5.633
3.25
3.18
26.9435272
6.050
3.5
3.43
27.0879854
6.431
3.75
3.67
27.3815397
7.212
4.25
4.17
27.530746
7.579
4.5
4.42
27.6816482
7.911
4.75
4.67
27.8342139
8.239
5
4.92
27.9884705
8.563
5.25
5.17
28.1445096
8.852
5.5
5.42
28.461995
9.359
6
5.91
28.6235694
9.547
6.25
6.16
28.7869228
9.762
6.5
6.41
28.9521514
9.974
6.75
6.66
29.1194902
10.094
7
6.91
29.2885697
10.300
7.25
7.16
29.6330379
10.558
7.75
7.66
29.8084346
10.641
8
7.91
29.9857053
10.807
8.25
8.16
30.1653143
10.886
8.5
8.41
30.3470879
10.963
8.75
8.66
30.5309913
11.066
9
8.90
30.7172123
11.139
9.25
9.15
30.9057189
11.210
9.5
9.40
31.0966305
11.252
9.75
9.65
31.2898374
11.320
10
9.90
31.4856179
11.332
10.25
10.15
31.6837041
11.397
10.5
10.40
ho (mm)
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
50.06
ε(%)
E(kg/cm2).
0.382741
0.880743
46.94
1.377946
73.76
2.868558
83.48
3.365162
90.69
3.861966
83.05
4.358769
82.16
5.351978
87.39
5.848781
79.41
6.345585
78.52
6.842189
84.10
7.338993
76.70
8.332401
78.55
8.829205
73.99
9.326209
66.81
9.823212
65.98
10.32022
65.16
10.81742
58.15
11.81223
50.91
12.31003
37.74
12.80763
43.22
13.30523
42.61
13.80344
24.11
14.30104
41.47
15.29724
25.91
15.79565
16.52
16.29345
33.52
16.79185
15.73
17.29025
15.39
17.78845
20.72
18.28686
14.67
18.78526
14.32
19.28386
8.42
19.78226
13.67
20.28106
2.34
20.77946
13.05
Para el caso de la formulación 5, el comportamiento es muy similar en
términos de deformación y esfuerzo que en los casos anteriores, en una etapa inicial,
existe poca pendiente casi nula, lo que nos indica que en este periodo el material
presenta gran deformación con poca carga suministrada teniendo como carga
máxima 11.397 kg/cm2. Para el caso del modulo de elasticidad (Grafico 4.16), la línea
de tendencia es en forma decreciente, iniciando con un valor de 46 kg/cm 2,
alcanzando un valor máximo de cercano a los 100 kg/cm 2 con la tendencia al valor
de cero correspondiente.
99
Esfuerzo ζ (Kg/cm2)
F5
12.000
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
0.000
0
5
10
15
20
25
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 38 Relación Esfuerzo vs deformación F5
F5
Modulo de
elasticidad(Kg/cm2)
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
-20.00 0
5
10
15
20
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 39 Relación modulo de elasticidad vs deformación F5
100
25
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Tab. 4. 20 Modulo de elasticidad Formulación 6
t(min) δ anillo (mm)
0.5
1
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
11
11.5
12
12.5
13.5
14
14.5
15
15.5
16
16.5
17
0.0593
0.0600
0.0617
0.0628
0.0638
0.0659
0.0672
0.0685
0.0699
0.0714
0.0728
0.0742
0.0756
0.0769
0.0780
0.0792
0.0803
0.0813
0.0831
0.0837
0.0845
0.0851
0.0862
0.0866
0.0870
0.0874
0.0877
0.0880
0.0883
0.0886
Carga (kg)
29.52939
35.558
50.19891
59.67244
68.28474
86.37057
97.56656
108.76255
120.81977
133.73822
145.79544
157.85266
169.90988
181.10587
190.5794
200.91416
210.38769
218.99999
234.50213
239.66951
246.55935
251.72673
261.20026
264.64518
268.0901
271.53502
274.11871
276.7024
279.28609
281.86978
Area (cm2)
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
25.725
A corr
ζ (kg/cm2) δ Total δ muestra
25.8255087
1.143
0.25
0.19
25.9580931
1.370
0.5
0.44
26.2272246
1.914
1
0.94
26.3637561
2.263
1.25
1.19
26.5017724
2.577
1.5
1.44
26.6406219
3.242
1.75
1.68
26.7813892
3.643
2
1.93
26.923652
4.040
2.25
2.18
27.0673761
4.464
2.5
2.43
27.2125842
4.915
2.75
2.68
27.5086856
5.300
3.25
3.18
27.6587411
5.707
3.5
3.43
27.8104427
6.110
3.75
3.67
27.9638795
6.476
4
3.92
28.1191443
6.778
4.25
4.17
28.2760794
7.105
4.5
4.42
28.4348403
7.399
4.75
4.67
28.5954588
7.659
5
4.92
28.9223346
8.108
5.5
5.42
29.0887923
8.239
5.75
5.67
29.2570414
8.427
6
5.92
29.4273855
8.554
6.25
6.16
29.7741649
8.773
6.75
6.66
29.9507444
8.836
7
6.91
30.1294309
8.898
7.25
7.16
30.3102622
8.959
7.5
7.41
30.4933511
8.989
7.75
7.66
30.6786653
9.019
8
7.91
30.8662457
9.048
8.25
8.16
31.056134
9.076
8.5
8.41
ho (mm)
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
49.00
ε(%)
E(kg/cm2).
0.389184
0.897959
44.50
1.914898
53.51
2.422857
68.79
2.93102
61.63
3.436939
131.53
3.94449
79.01
4.452041
78.14
4.959388
83.57
5.466531
88.91
6.484082
37.88
6.991429
80.26
7.498776
79.32
8.006327
72.28
8.514286
59.29
9.022041
64.57
9.53
57.78
10.03816
51.09
11.0549
44.20
11.56388
25.79
12.07245
36.99
12.58143
24.92
13.59959
21.47
14.10898
12.43
14.61837
12.16
15.12776
11.89
15.63735
6.07
16.14694
5.87
16.65653
5.67
17.16612
5.47
La carga máxima detectada para la formulación 6 es de 9.076 kg/cm 2, con un
porcentaje de deformación unitaria superior al 17 %,
el módulo de elasticidad
2
máximo alcanzado es de superior a los 100 kg/cm cuyo valor inicial es de 44.50
kg/cm2
101
Esfuerzo ζ (Kg/cm2)
F6
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
0.000
0
5
10
15
20
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 40 Relación Esfuerzo vs deformación F6
Modulo de
elasticidad(Kg/cm2)
F6
140.00
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
-20.00 0
5
10
15
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 41 Relación modulo de elasticidad vs deformación F6
102
20
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Tab. 4. 21 Modulo de elasticidad Formulación 7
t(min) δ anillo (mm)
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
5
5.5
6
6.5
7
7.5
9
9.5
10
10.5
11
11.5
12
12.5
13.5
14
14.5
15
15.5
16
16.5
17.5
18
18.5
19
20
20.5
21
21.5
0.0593
0.0599
0.0600
0.0618
0.0623
0.0635
0.0643
0.0651
0.0660
0.0669
0.0677
0.0686
0.0695
0.0704
0.0713
0.0721
0.0730
0.0739
0.0748
0.0757
0.0765
0.0774
0.0783
0.0792
0.0801
0.0809
0.0818
0.0827
0.0836
0.0845
0.0853
0.0862
0.0871
0.0880
0.0889
0.0898
0.0906
Carga (kg)
29.52939
34.69677
35.558
51.06014
55.36629
65.70105
72.59089
79.48073
87.2318
94.98287
101.87271
109.62378
117.37485
125.12592
132.87699
139.76683
147.5179
155.26897
163.02004
170.77111
177.66095
185.41202
193.16309
200.91416
208.66523
215.55507
223.30614
231.05721
238.80828
246.55935
253.44919
261.20026
268.95133
276.7024
284.45347
292.20454
299.09438
Area (cm2)
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
25.22
A corr ζ (kg/cm2)
25.317339
1.166
25.44578
1.364
25.5757923 1.390
25.7062419 1.986
25.8387228 2.143
25.9721989 2.530
26.107279
2.780
26.2437716 3.029
26.5214773 3.289
26.6622901 3.562
26.8046636 3.801
26.9485077 4.068
27.093904
4.332
27.2408777 4.593
27.6926278 4.798
27.8462494 5.019
28.0015222 5.268
28.1585363 5.514
28.3173212 5.757
28.477907
5.997
28.6403901 6.203
28.8046717 6.437
29.1395653 6.629
29.3096403 6.855
29.4817123 7.078
29.6558869 7.269
29.8320606 7.485
30.01034
7.699
30.1907631 7.910
30.5588684 8.068
30.7460434 8.243
30.9354489 8.443
31.1272025 8.640
31.5186454 8.779
31.7177203 8.968
31.9193259 9.154
32.1235934 9.311
δ Total δ muestra ho (mm)
0.25
0.19
49.60
0.5
0.44
49.60
0.75
0.69
49.60
1
0.94
49.60
1.25
1.19
49.60
1.5
1.44
49.60
1.75
1.69
49.60
2
1.93
49.60
2.5
2.43
49.60
2.75
2.68
49.60
3
2.93
49.60
3.25
3.18
49.60
3.5
3.43
49.60
3.75
3.68
49.60
4.5
4.43
49.60
4.75
4.68
49.60
5
4.93
49.60
5.25
5.18
49.60
5.5
5.43
49.60
5.75
5.67
49.60
6
5.92
49.60
6.25
6.17
49.60
6.75
6.67
49.60
7
6.92
49.60
7.25
7.17
49.60
7.5
7.42
49.60
7.75
7.67
49.60
8
7.92
49.60
8.25
8.17
49.60
8.75
8.67
49.60
9
8.91
49.60
9.25
9.16
49.60
9.5
9.41
49.60
10
9.91
49.60
10.25
10.16
49.60
10.5
10.41
49.60
10.75
10.66
49.60
ε(%) E(kg/cm2).
0.384476
0.887298 39.22
1.391129
5.31
1.891532 119.10
2.394556 31.11
2.896169 77.13
3.398589 49.92
3.901008 49.38
4.907258 25.89
5.409476 54.43
5.911895 47.39
6.414113 53.23
6.916331 52.62
7.418548 52.00
8.928831 13.57
9.43125
43.98
9.933468 49.58
10.43569 48.96
10.9379
48.35
11.44012 47.73
11.94254 41.11
12.44476 46.54
13.45101 19.08
13.95323 45.00
14.45544 44.38
14.95786 37.97
15.46008 43.19
15.9623
42.57
16.46452 41.96
17.47077 15.74
17.97319 34.83
18.4754
39.84
18.97762 39.23
19.98387 13.78
20.48609 37.69
20.98831 37.07
21.49073 31.10
103
Para el caso de la formulación 7, la tendencia se muestra en cierta forma más
lineal en comparación con el resto de los ensayo, sin embargo a pesar de esto, se
logra observar el crecimiento logarítmico de los valores iniciales de deformación –
esfuerzo según lo representado en el grafico 4.19 y la tendencia a la formación de la
diagonal según con forme aumenta la deformación.
F7
10.000
Esfuerzo ζ (Kg/cm2)
9.000
8.000
7.000
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0.000
0
5
10
15
20
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 42 Relación Esfuerzo vs deformación F7
104
25
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
F7
140.00
Modulo de elasticidad(Kg/cm2)
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
0
5
10
15
20
25
-20.00
Deformacion Unitaria ε (mm)
Grafico 4. 43 Relación modulo de elasticidad vs deformación F7
Tab. 4. 22 Datos comparativos entre las diferentes formulaciones
Formulación
1
2
3
4
5
6
7
PULPA:CAUCHO
1:2
1:3
2:1
1:1
2:3
3:1
3:2
Máximo esfuerzo
12.81
6.66
8.20
10.08
11.40
9.08
9.31
Máximo modulo de elasticidad
127.82
81.20
103.53
101.46
90.69
131.53
119.10
105
Resistencia a la compresión
(Kg/cm2)
Resistencia a la compresión
14.00
12.00
10.00
8.00
6.00
4.00
2.00
0.00
1:2
1:3
2:1
1:1
2:3
3:1
3:2
Relacion pulpa - caucho
Grafico 4. 44 Resistencia a la compresión
Módulo de elasticidad (Kg/cm2)
140.00
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
1:2
1:3
2:1
1:1
2:3
3:1
Relacion pulpa - caucho
Grafico 4. 45 Modulo de elasticidad
106
3:2
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Evaluación de la absorción acústica
Tab. 4. 23 Absorción acústica
Composición
Respuesta L50
dB(A)
Referencia de
la lectura
Formulación
pulpa
Caucho
1
1
2
40.5
100
2
1
3
39.1
92
3
2
1
42.4
97
4
1
1
40.5
96
5
2
3
40.1
89
6
3
1
40.7
93
7
3
2
40.4
91
8.- patrón
material comercial
38.7
86
9.- blanco
sin barrera acústica
43.4
90
En la tabla 4.11 se concentran los resultados obtenidos en la prueba de absorción
acústica, las columnas tres y cuatro muestran la relación de contenido de cada uno
de los componentes, tanto de papel como de caucho vulcanizado residual. La
respuesta se mide a los 50 seg del inicio de la lectura (L50) y los valores están
reportados en dBA, el cual indica la recepción de la onda acústica que alcanza a
tener el sonómetro una vez pasada la onda por la muestra analizada. La última
columna indica el consecutivo de lectura practicada a cada una de las muestras, las
cuales se detallan en el apartado de anexos del presente documento.
107
Nivel de Absorción Acústica
44
43
42
dB(A)
41
40
dB(A)
39
38
37
36
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Form ulación
Grafico 4. 46 Absorción acústica
Como puede observarse en la grafica anterior, las muestras analizadas arrojan
datos que son comparados entre las mismas formulaciones, y estas a su vez con los
valores del blanco y el patrón empleados como referencia las graficas obtenidas del
equipo se muestran en el anexo A.
De esta manera podemos observar que las muestra 8, 3, 4 y 5 son las que
absorben en mayor mediada la onda de ruido emitida, y mejor aún se acercan mucho
al valor obtenido del material acústico comercial, como característica general, son las
que presentan mayor contenido de látex en su composición.
108
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
Discusiones Generales
Con la evaluación anterior se pueden obtener datos representativos de cada
uno de los materiales propuestos para su posible aplicación en la industria de la
construcción. De manera general, el material resultante de la mezcla propuesta a
base de papel cartón y caucho vulcanizado residual, es considerado como un
elemento ligero, con alta capacidad de absorción de agua y susceptible a la
deformación por esta actividad. Así mismo, presenta deficiente resistencia a la
compresión en comparación con concretos hidráulicos, por lo que su desempeño
como soporte estructural es descartable; sin embargo, es de considerarse el estudio
de su comportamiento con el uso de elementos de soporte estructural tal como acero
u otros materiales.
Las formulaciones 3 y 6 las cuales se caracterizan por su alto contenido de
pulpa presente en la mezcla, son las que presentan mayor porcentaje de absorción
de agua, y en consecuencia las más susceptibles a la deformación, característica
que le favorece para su uso como regulador de humedad en el espacio conformado.
Las formulaciones 1 y 6, presentan mejor desempeño en términos de
resistencia a la compresión, por lo que podrían ser considerados para emplearse en
la elaboración de paneles o muros tapones sin carga.
Las formulaciones 8, 3, 1 y 5 son las que absorben en mayor mediada la onda
de ruido emitida, y por consiguiente son las que más se acercan al valor obtenido del
material acústico comercial, por lo que es recomendable su aplicación como
elementos acústicos.
Para resumir lo anterior y ponderar cada una de las determinaciones
realizadas, la tabla siguiente muestra la evaluación general del material resultante en
cada una de las mezclas diseñadas, por lo que de esta manera se puede sugerir
109
algunos de los usos potenciales. La ponderación se otorga de manera comparativa
entre las mismas formulaciones por lo que el valor 1 corresponde a la que presenta
más deficiencia en el parámetro evaluado y 7 a la mejor evaluada.
Tab. 4. 24 Usos recomendados según propiedades
Abs.
Mezcla
Humedad
Abs. agua
Peso vol.
Resist. Comp.
F1
2
2
4
7
4
F2
1
1
1
1
7
F3
6
6
5
2
1
F4
4
4
2
5
3
F5
3
3
3
6
6
F6
7
7
7
4
2
F7
5
5
6
3
5
Acús.
Uso potencial
Paneles, muro tapón, bloques,
elementos acústicos
Aplanados elementos
acústicos
Paneles, bloques, aplanados,
regulador de humedad
Panel, plafón, aplanados
Paneles, muro tapón, bloques,
elementos acústicos
Paneles, muro tapón, bloques,
regulador de humedad
Paneles, muro tapón, bloques,
elementos acústicos
Las formulación 3 y 6 son las mejores evaluadas en términos generales, por lo
que su uso se puede ser ampliado según sus características, siempre y cuando se
tomen en cuanta además las evaluaciones pertinentes en materia de seguridad e
índices de calidad según su aplicación.
110
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
CONCLUSIONES
Partiendo de las hipótesis plantadas en el presente proyecto de investigación
las cuales establecen por una parte que las características de la celulosa y del
mortero base Cemento Pórtland Compuesto CPC en mezcla con caucho vulcanizado
residual, presentan una factibilidad en la elaboración de materiales que podrían
formar elementos rígidos empleados en la industria de la construcción y por otra que
es posible inhibir la acción de organismos xilófagos que deterioran el material
mediante el suministro de alumbre en la mezcla se concluye lo siguiente.
Se pudo comprobar la factibilidad de emplear papel y cartón como fuente de
celulosa para la elaboración de un material rígido. La pulpa resultante presenta
afinidad con el cementante empleado denominado mortero base Cemento Pórtland
Compuesto CPC en combinación con caucho residual proveniente de llanta triturada,
por tal motivo se acepta la primer hipótesis planteada.
Sin embargo, no ha sido posible corroborar el segundo planteamiento
hipotético referente a la conservación del material ante organismos xilófagos
mediante el empleo de solución de alumbre, pues debido a que se identificó la
presencia de sustancias tóxico – corrosivas, se suspendió su aplicación, por lo que
esta situación se propone como nicho de investigación, cuya finalidad sea identificar
la cinética de la reacción presentada y en su momento definir algunas condiciones de
manejo de las muestras garantizando que una ves colocado el material en la obra, no
genere reacción de riesgo por las posibles emisiones de los componentes y sus
derivados.
Por otra parte, se pudo comprobar que la cantidad de papel y cartón empleado
para la elaboración de la pulpa no influye significativamente en términos de afinidad
111
con el resto de los materiales empleados cuando el cementante presenta mejores
resultados que la capacidad de aglutinación de la misma celulosa.
La gran capacidad de absorción de agua que presenta la celulosa, no permite
que el fraguado del material resultante se lleve a cabo en las mismas condiciones
que en probetas elaboradas a partir de materiales convencionales, por lo que es
necesaria una modificación al procedimiento de la norma Norma Mexicana NMX-C58. En este sentido el curado de las mismas es necesario efectuarlo sin sumergir las
probetas en piletas de agua saturadas de cal cuando se requiere ensayar las
muestras a los 28 días de curado.
En general las mezclas propuestas poseen características favorables para su
aplicación en la construcción aunque su uso como soporte estructural se vea
limitado. En este sentido se propone la aplicación de los materiales como paneles,
muros tapón, aplanados y elementos acústicos según las características particulares
de cada formulación y conforme a lo descrito en la tabla 4.12. Las formulaciones 3 y
6 son las mejores evaluadas en términos generales, auque el resto poseen
características particulares a considerar según su aplicación.
En términos de absorción de agua, las formulaciones 6 y 3 presentan los
resultados más elevados, lo que permite establecer una recomendación para su uso
como materiales reguladores de humedad. En este sentido, la formulación 6 presenta
un mayor tiempo en la perdida de agua absorbida y por ende una ligera deformación
del material, este efecto se relaciona con el alto contenido de celulosa. Para la
formulación 3 esta situación no es muy notable, pues el caucho presente en su
composición, permite liberar más fácilmente el agua absorbida sin sufrir mayores
deformaciones.
Estas formulaciones son consideradas como materiales altamente aligerados
por lo que es posible la elaboración de paneles, muro tapón, bloques, plafones o
112
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
simplemente utilizarlos como aplanado de muros convencionales.
Su uso se ve
limitado en exteriores y como elementos de soporte estructural. Estas formulaciones
no presentan buenos resultados de absorción acústica
Las formulaciones 1 y 2, no poseen valores favorables en términos de
regulación de humedad, sin embargo se consideran buenos elementos de absorción
acústica, por lo que es recomendable su empleo en la elaboración de paneles y
aplanados. La formulación 1 es la que presenta mayor resistencia a la compresión en
comparación con el resto de las mezclas diseñadas, por lo que se puede considerar
también su uso en la elaboración de bloques o construcción de muros tapón.
Las formulaciones 4, 5 y 7 se caracterizan por encontrarse dentro de los
valores medios de los parámetros evaluados, tal situación se debe a la combinación
de sus componentes, y a la conformación de los mismos una vez hecha la mezcla, el
uso de tales formulaciones se muestra en la tabla 4.12 del presente documento.
En términos de absorción acústica existe un dato importante. Las
formulaciones mejor evaluadas son la 2 y la 6, en donde la concentración de papel y
caucho se encuentra en una proporción de 1:3 y 3:1 respectivamente. Es decir una
presenta una saturación de caucho y la otra una deficiencia significativa del mismo
componente.
En este sentido se concluye que en ambas formulaciones diseñadas, se
genera un rompimiento de las ondas acústicas que pasa por el material evaluado,
situación que para el caso de la formulación 2 se debe al alto contenido de caucho
vulcanizado en la muestra, y que en la formulación 6, este fenómeno ocurre por los
espacios de aire formados en el interior del materia por la pulpa de papel al momento
de fraguar. De esta manera la recomendación para su empleo definitivamente es
como material acústico, ya se como plafón, aplanado o en la elaboración de bloques.
113
Es importante mencionar además que a pesar de tomar en cuenta los
resultados mostrados en este trabajo de investigación para la posible aplicación del
material propuesto en la construcción, es pertinente considerar otros parámetros de
definan su factibilidad, ya sea de seguridad o bien como indicadores de calidad.
En este sentido, se sugiere realizar una caracterización térmica del material
propuesto con dos propósitos, uno para
conocer su desempeño como aislante
térmico en la edificación del trópico subhumedo y otro para determinar el grado de
flamabilidad y la susceptibilidad de éste para provocar algún incendio, lo que se
propone como tema a desarrollar en futuras investigaciones.
Así mismo, se considera la pertinencia de realizar un estudio económico del
material propuesto e identificar su viabilidad en comparación con productos similares
o sustitutos, quedando así como propuesta para futuras investigaciones.
Por otra parte es interesante conocer también el comportamiento de las
formulaciones propuestas considerando el empleo de algunos agregados pétreos en
las mezclas, pues de esta manera se puede suponer un mejoramiento en términos
de resistencia a la compresión, y en su momento la recomendación para su empleo
como elementos de soporte estructural.
114
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
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116
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
ANEXOS
117
118
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
119
120
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
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BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
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BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
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BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
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BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
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BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
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BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
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ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A
BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL
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VICTOR JAIME ANAYA SEPULVEDA
INGENIERO BIOQUIMICO
e-mail: [email protected]
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