COMPONENTES CONSTRUCTIVOS

2do Encuentro de Jóvenes Investigadores en Ciencia y Tecnología de Materiales – Posadas – Misiones, 16 - 17 Octubre 2008.
COMPONENTES CONSTRUCTIVOS ELABORADOS CON UNA MEZCLA
CEMENTICIA Y AGREGADOS DE PLÁSTICOS RECICLADOS
Gaggino Rosana (1)
Director: Berretta Horacio
(1) Centro Experimental de la Vivienda Económica. CEVE - CONICET
Igualdad 3585 Villa Siburu – Córdoba Capital
Email: [email protected]
TÓPICO:
10. Materiales poliméricos.
9. Cerámicos, refractarios y vítreos. Materiales para la construcción.
RESUMEN
En esta investigación se reciclan residuos plásticos para la fabricación de componentes
constructivos. Los materiales utilizados fueron: polietilen-tereftalato, procedente de envases descartables
de bebidas; y films de plásticos varios: polietileno, polipropileno biorientado y policloruro de vinilo,
procedentes de embalajes de alimentos reciclados.
Estos residuos se trituran y se incorporan a una mezcla de cemento Pórtland común, agua y un
aditivo químico. Con esta mezcla se fabrican ladrillos, bloques de pared y de techo, y placas de ladrillos,
que se aplican en cerramientos no estructurales de viviendas.
Los componentes desarrollados son ecológicos, porque se utiliza para su elaboración un residuo
que hasta el presente se recicla sólo en un bajo porcentaje, siendo su destino habitual basurales en donde se
acumula o quema produciendo contaminación, o se entierra en predios sanitarios desaprovechando un
recurso valioso.
Se exponen los resultados de los ensayos normalizados realizados en laboratorios de Densidad,
Absorción de agua, Conductividad térmica, Resistencia mecánica, Envejecimiento, Adherencia de revoques,
Resistencia al fuego, Permeabilidad al vapor de agua, y Aislación acústica.
Existen numerosos antecedentes internacionales y nacionales de utilización de plásticos
reciclados en elementos constructivos, pero se diferencian de los productos de esta investigación por los
materiales constitutivos, la dosificación, los procedimientos de elaboración, el diseño, las propiedades
físicas y químicas, sus aplicaciones, y el costo.
La contribución científico – técnica del trabajo consiste en el desarrollo tecnológico de nuevos
productos, y el estudio de sus propiedades.
Palabras Claves: elementos constructivos, ecología, plásticos reciclados, vivienda social.
Gaggino Rosana
INTRODUCCION:
Los materiales que se utilizaron fueron cemento Portland y desechos industriales plásticos procedentes
de la industria alimenticia: botellas descartables de bebidas, constituidas por PET (polietilen tereftalato); y
films plásticos procedentes de embalajes de golosinas, yerba, jabones, etc. (residuo de producción de las
plantas fabriles), constituidas por PE (Polietileno), BOPP (Polipropileno biorientado) y PVC (Policloruro de
vinilo).
Los elementos constructivos que se diseñaron con estos materiales fueron ladrillos, bloques para muro
y para techo, y placas de cerramiento.
Fig. 1: Envases de PET.
Fig. 2. Films plásticos de embalajes.
Fig. 3: Ladrillos de PET y cemento.
El uso de materiales reciclados para construir reduce la contaminación del medio ambiente, a la
inversa de lo que habitualmente ocurre cuando el ser humano construye utilizando materias primas naturales.
Se puede decir que se trata de una tecnología “limpia y limpiadora”, porque los procedimientos de
fabricación son no contaminantes del medio ambiente, y porque se utilizan residuos como materia prima.
En el caso de los envases de PET, existen otros procedimientos de reciclado en el mundo para diversas
aplicaciones, pero más complejos que el utilizado en esta investigación. En este caso, no es necesario
sacarles etiquetas ni tapas previo al proceso de triturado, son admisibles pequeñas cantidades de tierra o
suciedad en los envases, y no se realiza fundición del material.
Con esta tecnología se ha buscado también un ahorro energético, puesto que estos materiales plásticos
ofrecen una mayor aislación térmica que otros tradicionales, con lo cual se economiza en climatización.
Al terminar la vida útil de las edificaciones construidas con estos componentes, los mismos pueden ser
molidos y utilizados como agregados en mezclas cementicias para contrapisos o como relleno para dar
pendientes, por ejemplo; dando lugar a un nuevo ciclo de reciclado.
Existen numerosos antecedentes internacionales y nacionales de utilización de plásticos reciclados en
elementos constructivos, pero se diferencian de los productos de esta investigación por los materiales
constitutivos, la dosificación, los procedimientos de elaboración, el diseño, las propiedades físicas y
químicas, sus aplicaciones, y el costo. Los antecedentes publicados se citan en las Referencias Bibliográficas
[1 a 12], pero hay además numerosas patentes internacionales con esta temática, que se pueden consultar en
Internet [13].
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
- Desarrollo de una tecnología ecológica para la construcción, con materiales reciclados.
- Colaboración en la solución del déficit habitacional y la desocupación en nuestro país, con elementos
constructivos de bajo costo.
- Desarrollo de elementos constructivos con calidad técnica para su aplicación en cerramientos de viviendas.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Las etapas realizadas en esta investigación fueron las siguientes:
1. Estudios bibliográficos para actualización del estado de la técnica sobre el tema.
2. Programación y control de experiencias con fabricación de probetas, tomando como variables:
dosificación de materiales, granulometrías, tipo de materiales, procedimientos de elaboración, formas de
compactación, métodos de curado, y diseño morfológico de componentes.
3. Realización de ensayos normalizados en laboratorios, a fin de establecer propiedades físicas.
4. Programación de ajustes en las fórmulas y en el diseño de los elementos constructivos, en base a las fallas
observadas. Repetición del ciclo de actividades.
5. Evaluación económica comparativa de los elementos constructivos desarrollados.
6. Construcción de prototipos experimentales.
Gaggino Rosana
7. Evaluación final de los elementos constructivos desarrollados desde los puntos de vista ecológico, técnico,
económico y social.
El procedimiento que se utiliza para la fabricación de lo elementos constructivos es el siguiente:
Se realiza el triturado del plástico con un molino diseñado para tal fin. Las partículas plásticas se mezclan
con cemento Pórtland en una hormigonera, luego se agrega agua con un aditivo químico incorporado. Este
aditivo aumenta la adherencia de los plásticos a la mezcla cementicia.
El ligante que se utiliza es cemento Pórtland común. La cuantía es de cemento es de 224,5 kg/m3 en el caso
del ladrillo (sección bruta); y 103 kg/m3 en el caso del bloque para muro (sección bruta).
El aditivo químico se agrega al agua de mezclado, en un porcentaje del 0,5 % del peso del cemento.
Cuando esta mezcla adquiere consistencia uniforme, se la vierte en una máquina de moldear ladrillos o
bloques, según elemento constructivo deseado, y se realiza la compresión de la mezcla y la postura de los
mampuestos. Se dejan en reposo los mampuestos durante un día y pasan a la etapa de curado con agua, en
donde permanecen 7 días. Después de este tiempo, se los retira y se los almacena en pilas a cubierto hasta
cumplir los 28 días desde su elaboración. Luego son llevados a obra para su uso en mamposterías de
elevación, o bien se los emplea para fabricar placas de ladrillos.
Características de los materiales utilizados: Cemento: tipo Pórtland común. Aditivo químico:
Polímeros acrílicos en suspensión. Plásticos: polietilen tereftalato, polietileno, polipropileno biorientado y
policloruro de vinilo. Granulometría de las partículas plásticas: módulo de finura 4,25 en el caso de ladrillos
y bloques para techo, y 3,85 en el caso de los bloques para muro.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los elementos constructivos desarrollados tienen la calidad técnica suficiente para su aplicación en
cerramientos no portantes de viviendas. Las propiedades físicas de los mismos que se describen a
continuación fueron establecidas con la realización de ensayos en laboratorios normalizados (en la
Universidad Nacional de Córdoba y en el INTI de Capital Federal).
Peso: Ver Tabla 1. Es menor que la mayoría de los componentes constructivos tradicionales que se
usan para la misma función, lo cual permite abaratar en traslados y en cimientos. La única excepción es el
caso del bloque cerámico hueco no portante para muro, que es un 43 % más liviano que el bloque con PET y
cemento. Cantidad de probetas ensayadas: 21 de cada tipo.
Tabla 1. Peso específico de elementos constructivos para paredes.
PESOS ESPECIFICOS (kg/m3)
3000
2400
2500
2060
2000
1500
1360
1000
1220
1202
1150
833
694
500
0
1
2
3
4
5
6
7
TIPOS DE ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS
8
REFERENCIAS
1: Ladrillos comunes de tierra
cocida.
2: Bloques cerámicos huecos no
portantes.
3: Bloques de hormigón no
portantes.
4: Placa de hormigón común.
5: Bloques con PET.
6: Placa de ladrillos con PET.
7: Ladrillos con films plásticos.
8: Ladrillos con PET.
Nota: valores obtenidos
siguiendo Norma Iram 11561.
Conductividad térmica: Ver Tabla 2. Proveen una excelente aislación térmica, superior a la mayoría
de los componentes constructivos tradicionales. Se pueden utilizar en cerramientos con un espesor
menor, obteniendo el mismo confort térmico. Esto permite abaratar costos. (Una pared de 6 cm. de
espesor construida con elementos constructivos macizos elaborados con PET y cemento brinda la
misma aislación térmica que una de 30 cm. de espesor construida con ladrillos comunes de tierra
cocida). Cantidad de probetas ensayadas: 2 de cada tipo.
Gaggino Rosana
Tabla 2. Conductividad térmica de elementos constructivos para paredes.
COEFICIENTES DE COND.
TÉRMICA (W/mk)
1,6
1,48
REFERENCIAS
1: Ladrillos comunes de tierra.
2: Ladrillos cerámicos huecos.
3: Bloques de hormigón no
portantes.
4: Ladrillos de PET.
5: Ladrillos con films plásticos.
1,4
1,2
1
0,8
0,75
0,6
0,45
0,4
0,2
0,15
0,18
4
5
0
1
2
3
Nota: En todos los casos se han
revocado con mortero común
ambos paramentos.
Nota: valores obtenidos siguiendo
Norma Iram 11601 y ASTM C 177.
TIPOS DE ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS
Resistencia mecánica: Ver Tabla 3. Es menor que la mayoría de los componentes constructivos
tradicionales que se usan para la misma función, pero suficiente para que puedan ser utilizados en
cerramientos no portantes de viviendas con estructura independiente. El ladrillo con PET tiene una
resistencia característica de 2 Mpa, por lo que según Norma Iram 12566 se clasifica como Tipo O No
Portante (resistencia característica entre 1,5 a 2,4 Mpa.). Cantidad de probetas ensayadas: 21 de cada tipo.
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
(Mpa)
Tabla 3. Resistencia a la compresión de mampuestos para paredes.
4,50
4,00
4,00
4,00
3,50
3,50
3,00
2,50
2,00
2,00
2,00
1,50
1,50
1,02
1,00
REFERENCIAS
1: Bloques no portantes de
hormigón.
2: Bloques portantes de hormigón.
3: Ladrillos y bloques cerámicos no
portantes.
4: Ladrillos y bloques cerámicos
portantes.
5: Ladrillo con PET.
6: Bloque con PET.
7. Ladrillo común de tierra.
Nota: se consideró tensión de
rotura, y sección bruta de
mampuestos.
0,50
0,00
1
2
3
4
5
6
TIPOS DE ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS
7
Nota: valores obtenidos siguiendo
Normas Iram 11601 y 12566.
Absorción de agua: Ver Tabla 4. Es similar a la de otros cerramientos tradicionales. Cantidad de
probetas ensayadas: 21 de cada tipo.
Comportamiento a la intemperie: Son resistentes a la acción de los rayos ultravioleta y ciclos
alternados de humedad, según ensayo de envejecimiento acelerado utilizando el método del Q.U.V Panel.
Este ensayo consiste en la colocación de las muestras durante 1500 hs, 9 semanas, en una cámara donde se
las somete al siguiente ciclo diario: 4 hs. de radiación ultravioleta a 60 ºC, y 4 hs. de condensación de vapor
de agua a 40 ºC. Cantidad de probetas ensayadas: 10 de cada tipo.
Gaggino Rosana
Aptitud para el clavado y aserrado: Son fáciles de clavar y aserrar, según ensayos preliminares
realizados en el CEVE, por lo que tienen aptitud para constituir sistemas constructivos no modulares.
Cantidad de probetas ensayadas: 10 de cada tipo.
Adherencia de revoques: Poseen aptitud para recibir revoques con morteros convencionales, por su
gran rugosidad superficial. Tensión de adherencia: 0,25 MPa. Cantidad de probetas ensayadas: 5 de cada
tipo.
Resistencia al fuego: Tienen buena resistencia al fuego, según se comprobó en Ensayo de Propagación
de Llama, del cual surge su clasificación como “Clase RE 2: Material combustible de muy baja propagación
de llama” (Valor obtenido siguiendo Norma ASTM E 162). Cantidad de probetas ensayadas: 1 de cada tipo.
Resistencia acústica: Es de 41 db, en el caso de un muro de 0,15 m. de espesor revocado de ambos
lados, similar al de un ladrillo cerámico hueco del mismo espesor ambas caras revocadas (42 db). Cantidad
de probetas ensayadas: 1 panel de cada tipo.
Permeabilidad al vapor de agua: Es de 0,0176 g/mhkPa, similar a la del hormigón con agregado
pétreo (0,028 g/mhkPa). Cantidad de probetas ensayadas: 5 de cada tipo.
Tabla 4. Absorción de agua en mampuestos para paredes.
ABSORCIÓN AGUA (%)
30,00
25,00
24,00
21,60
19,10
20,00
15,96
15,00
10,00
REFERENCIAS
1: Ladrillo común de tierra.
2: Bloque de hormigón no
portante.
3: Bloque con PET.
4: Ladrillo con PET.
5: Ladrillo con films
plásticos.
Nota: valores obtenidos
siguiendo Norma Iram
11561.
7,90
5,00
0,00
1
2
3
4
5
TIPOS DE ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS
Comparando los valores con los resultados de los ensayos realizados, correspondientes al ladrillo con
PET y cemento desarrollado en el CEVE y al ladrillo común de tierra cocida, se observa:
El de PET tiene un peso específico que es 15,5 % menor que el tiene el común.
El de PET tiene un coeficiente de conductividad térmica que es 80 % menor que el que tiene el común.
El de PET tiene una resistencia a la compresión que es 50 % menor que la que tiene el común.
El de PET tiene un porcentaje de absorción de agua que es 11,5 % menor que la que tiene el común.
Por lo tanto, desde el punto de vista técnico, se recomienda la aplicación del ladrillo con PET en los
casos que se busca una mayor aislación térmica y un menor peso de la construcción; y se desaconseja en los
casos en que se busca una alta resistencia a la compresión.
COSTOS
La importancia económica de la implementación de esta tecnología es que se reducirían gastos para
los municipios en recolección y disposición final de residuos; y en general en la descontaminación del
ambiente. También ahorran empresas que producen los residuos plásticos, al disminuir las tasas por disponer
en un sitio oficial autorizado su rezago, en cumplimiento de las Normas ISO.
La elaboración de elementos constructivos con esta tecnología tiene un costo similar al de otros
elementos constructivos tradicionales, pues si bien la materia prima principal (plásticos) es un residuo, hay
que recogerla y triturarla. El costo de producción unitario de un ladrillo de PET es un 30 % mayor que el de
un ladrillo común de tierra cocida.
Gaggino Rosana
El ahorro se verifica en que se pueden construir cerramientos con espesores menores a los de
cerramientos tradicionales, por su buena aislación térmica, (con lo que se ocupa menos espacio en el terreno
y se usa menor cantidad de material de unión) y que son más livianos (con lo cual se ahorra en traslado,
montaje y fundaciones).
La técnica de fabricación es muy simple, fácilmente reproducible por personal no especializado. No es
necesaria infraestructura de gran envergadura para producir el material, ni suelo para extracción de áridos.
CONCLUSIONES
1. Esta tecnología con plásticos reciclados es una alternativa posible para la construcción de viviendas.
2. Reduce la cantidad de un residuo que actualmente se acumula o entierra, produciendo contaminación y
desaprovechando un recurso.
3. Los elementos constructivos desarrollados son más ecológicos, más livianos, y ofrecen una mayor
aislación térmica que otros tradicionales (como por ejemplo los ladrillos comunes de tierra cocida o los
bloques de mortero de cemento); con una resistencia mecánica suficiente para su aplicación en la
construcción de cerramientos no portantes.
4. Por su bajo costo y tecnología simple son especialmente aptos para viviendas de interés social.
5. Generan una fuente de trabajo para personas de escasos recursos, tanto en la etapa de recolección de la
materia prima como en la de elaboración de los elementos.
REFERENCIAS
1. G. Nicod: Paneaux isolants pour Bariloche. Un projet d’Ingenieurs du Monde. En Polyrama número 87,
Diciembre de 1990, Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza. (artículo en revista).
2. Productos desechados de plástico y PET se convierten en placas, bloques y viguetas. En Diario La
Nación, 30 de junio de 2002, Buenos Aires, Argentina. (artículo en diario).
3. Innovaciones plásticas. En Iniciativas de Desarrollo Local, Editorial: Instituto madrileño de desarrollo
(IMADE), Madrid, 2000. (artículo en publicación periódica).
4. B. King: Movimiento de construcción ecológica en E.E.U.U. Ponencia presentada en la III Conferencia
Internacional de Ecomateriales, Santa Clara, Cuba, octubre de 2005.(artículo en acta de congreso).
5. G. Cáceres, G. Giaccio, M. Positieri y A. Oshiro: Utilización de residuos de procesos industriales en el
hormigón, en Anales de la 16º Reunión Técnica de la Asociación Argentina de Tecnología del
Hormigón. Editorial: Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Mendoza. ISBN 13: 978987-21660-2-1. Mendoza, Argentina, 2006, pp. 31 - 38.(artículo en acta de congreso).
6. A. Idelsohn: Hacer con desechos. En Revista Nueva número 628, Julio de 2003, Córdoba, Argentina,
pp. 16-19. (artículo en revista).
7. W. Kruk: Construyendo con lo que se descarta. En Vivienda Popular N. 8, Abril de 2001, Montevideo,
Uruguay, pp. 33-35. (artículo en revista).
8. Convertirán 26 toneladas de plástico en madera ecológica, postes y varillas. Artículo en La Voz del
Interior, Córdoba, Argentina, 3 de marzo de 2004, p. 8. (artículo en diario).
9. A. Betioli, D. Silva, P. Gleize, H. Roman y L. Gómez: Degradacao de fibres de PET em materiais a
base de cimento Portland. Anales de la Primera Conferencia Latinoamericana de Construcción
Sustentable – ENTAC04. Edición digital. San Pablo, Brasil, 2004. (artículo en acta de congreso).
10. K. Rebeiz: Time-temperature properties of polymer concrete using recycled PET. En Cement and
Concrete Composites número 17, 1995, Editorial Elsevier, Gran Bretaña, pp. 119-124. (artículo en
revista).
11. K. Rebeiz: Precast use of polymer concrete using unsaturated polyester resin based on recycled PET
waste. En Construction and Building Materials vol. 10, número 3, 1996. Editorial Elsevier, Gran
Bretaña, pp. 215 - 220. (artículo en revista).
12. M. Fareed, A. Asif, H. Abbas: Phisiochemical properties of polymer mortar composites using resins
derived from post-consumer PET bottles. En Cement and Concrete Composites, número 29. Editorial
Elsevier, Gran Bretaña, 2007, pp. 241-248. (artículo en revista).
13. http://patft.uspto.gov/netacgi. (página web de Internet).