COMPONENTES CONSTRUCTIVOS ELABORADOS CON UNA MEZCLA CEMENTICIA Y AGREGADOS DE PLÁSTICOS RECICLADOS Gaggino Rosana (1)

Transcripción

1 2 do Encuentro de Jóvenes Investigadores en Ciencia y Tecnología de Materiales Posadas Misiones, Octubre 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 areatecnica@ceve.org.ar 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.

2 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.

3 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) : Ladrillos comunes de tierra cocida. 2: Bloques cerámicos huecos no 3: Bloques de hormigón no 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 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.

4 Tabla 2. Conductividad térmica de elementos constructivos para paredes. COEFICIENTES DE COND. TÉRMICA (W/mk) 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0,75 0,45 1,48 0,15 0,18 1: Ladrillos comunes de tierra. 2: Ladrillos cerámicos huecos. 3: Bloques de hormigón no 4: Ladrillos de PET. 5: Ladrillos con films plásticos. Nota: En todos los casos se han revocado con mortero común ambos paramentos Nota: valores obtenidos siguiendo Norma Iram y ASTM C 177. 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 se clasifica como Tipo O No Portante (resistencia característica entre 1,5 a 2,4 Mpa.). Cantidad de probetas ensayadas: 21 de cada tipo. Tabla 3. Resistencia a la compresión de mampuestos para paredes. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN (Mpa) 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 4,00 4,00 3,50 2,00 2,00 1,50 1, : Bloques no portantes de hormigón. 2: Bloques portantes de hormigón. 3: Ladrillos y bloques cerámicos no 4: Ladrillos y bloques cerámicos 5: Ladrillo con PET. 6: Bloque con PET. 7. Ladrillo común de tierra. Nota: se consideró tensión de rotura, y sección bruta de mampuestos. Nota: valores obtenidos siguiendo Normas Iram y 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.

5 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 20,00 15,00 10,00 5,00 21,60 7,90 15,96 19,10 24,00 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 , 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.

6 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 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. 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, (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: Mendoza, Argentina, 2006, pp (artículo en acta de congreso). 6. A. Idelsohn: Hacer con desechos. En Revista Nueva número 628, Julio de 2003, Córdoba, Argentina, pp (artículo en revista). 7. W. Kruk: Construyendo con lo que se descarta. En Vivienda Popular N. 8, Abril de 2001, Montevideo, Uruguay, pp (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, (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 (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, Editorial Elsevier, Gran Bretaña, pp (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 (artículo en revista) (página web de Internet).