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ELABORACIÓN DE COMPOSITOS A PARTIR DE MATRIZ CEMENTICIA Y
ADICIONAMIENTO DE BOTELLAS PET Y PVA EN LA CIUDAD DE VILLAVICENCIO,
META
AUXILIAR DE INVESTIGACIÓN
LUIS ALFREDO MEJÍA BETANCOURT
FACULTAD DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
VILLAVICENCIO-META
2017
ELABORACIÓN DE COMPOSITOS A PARTIR DE MATRIZ CEMENTICIA Y
ADICIONAMIENTO DE BOTELLAS PET Y PVA EN LA CIUDAD DE VILLAVICENCIO,
META
AUXILIAR DE INVESTIGACIÓN
LUIS ALFREDO MEJÍA BETANCOURT
ASESOR:
ING. SAULO ANDRÉS OLARTE BURÍTICA
FACULTAD DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
VILLAVICENCIO-META
2017
Tabla de contenido
Índice de ilustraciones ................................................................................................................. 5
Índice de tablas ............................................................................................................................ 7
Dedicatoria................................................................................................................................... 8
Agradecimientos .......................................................................................................................... 9
Resumen .................................................................................................................................... 10
1. Introducción ..................................................................................................................... 11
2. Planteamiento del problema ............................................................................................ 13
3. Objetivos de la investigación ........................................................................................... 14
3.1. Objetivos General ..................................................................................................... 14
3.2. Objetivos Específicos ............................................................................................... 14
4. Justificación de la investigación ...................................................................................... 15
5. Marco teórico ................................................................................................................... 17
Alcohol polivinílico o PVA ................................................................................................... 17
Morteros ................................................................................................................................ 21
6. Ubicación geográfica ....................................................................................................... 24
6.1. Diseño y fabricación ................................................................................................. 24
6.2. Destino final ............................................................................................................. 24
7. Metodología de la investigación ...................................................................................... 25
7.1. Investigación descriptiva .......................................................................................... 25
8. Antecedentes del proyecto ............................................................................................... 26
9. Metodología ..................................................................................................................... 29
Fuentes de información primaria: .......................................................................................... 30
Fuentes de información Secundaria:...................................................................................... 30
Fuentes terciarias: .................................................................................................................. 30
ETAPA 1: Caracterización de los materiales ........................................................................ 31
Etapas del proceso de obtención del agregado reciclado de botellas plásticas PET: ............ 31
Etapas de la producción de la placa ....................................................................................... 32
10. Resultados ........................................................................................................................ 36
MUESTRA 17-LS-081-01 (M1) ........................................................................................... 36
MUESTRA 17-LS-081-02 (M2) ........................................................................................... 37
RESUMEN DE RESULTADOS ENSAYOS DE LABORATORIO ................................... 38
11. Análisis de resultados ...................................................................................................... 40
12. Conclusión ....................................................................................................................... 40
Bibliografía ................................................................................................................................ 45
Índice de ilustraciones
Ilustración 1. Estructura Química Del PVA. Fuente: (TECNOLOGIA DE LOS PLASTICOS,
2012) ............................................................................................................................................... 18
Ilustración 2. Lugar De Diseño Y Fabricación. Fuente: Internet .............................................. 24
Ilustración 3. foto de la universidad cooperativa de Colombia sede Villavicencio. Fuente:
Google Earth .................................................................................................................................. 24
Ilustración 4.Material recolectado para ser procesado .............................................................. 32
Ilustración 5. Almacenamiento materia prima. Fuente: propia ¡Error! Marcador no definido.
Ilustración 6. Relación de volumen del PET. Fuente: (CTR mediterraneo, 2017) ........... ¡Error!
Marcador no definido.
Ilustración 7. Fibras y micropartículas de PET procesado. Fuente: Propia .... ¡Error! Marcador
no definido.
Ilustración 8. Proceso de tamizaje ............................................ ¡Error! Marcador no definido.
Ilustración 9. Material procesado y tamizado. Fuente: propia . ¡Error! Marcador no definido.
Ilustración 10. Falla de cilindros ............................................................................................... 32
Ilustración 11. Placa fabricada. Fuente: Propia ......................................................................... 32
Ilustración 12. molde para la placa. fuente: propia.................................................................... 33
Ilustración 13. preparación del mortero. Fuente: propia ........................................................... 33
Ilustración 14vaciado Del Material. Fuente: Propia .................................................................. 34
Ilustración 15. desencofrado de la placa. Fuente: Propia .......................................................... 34
Ilustración 16. placa. fuente: Propia .......................................................................................... 34
Ilustración 17. Falla Ensayo Compresión De Cilindros Muestra 17-LS-081-01. Fuente: propia
........................................................................................................................................................ 37
Ilustración 18. Falla Ensayo De Cilindros, Muestra 17-LS-081-02. Fuente: Propia................. 38
Ilustración 19. Prueba la flexión ............................................... ¡Error! Marcador no definido.
Ilustración 20. Deflexión Vs Esfuerzo. Fuente: Propia ........... ¡Error! Marcador no definido.
Ilustración 21. Resistencia 28 días. Fuente: Propia ................................................................... 38
Ilustración 22. Molde para la placa. Fuente: propia .................................................................. 38
Ilustración 23. Vaciado del material. Fuente: Propia ................................................................ 39
Ilustración 24. Placa terminada. Fuente propia ......................................................................... 39
Índice de tablas
Tabla 1. ...................................................................................................................................... 36
Tabla 2. ...................................................................................................................................... 38
Tabla 3. ..................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.
Dedicatoria
Agradecimientos
Resumen
La producción de residuos se ha convertido en una de las principales causas de problemas
ambientales, esto se debe a la insuficiencia de las empresas a la hora de darle tratamiento a estas
basuras. Se decidió reciclar PET (Polietilen Tereftalato) con el fin de dar solución a este
importante foco de contaminación en la ciudad de Villavicencio, transformándolo en un material
no convencional apto para trabajar en los sistemas constructivos, en gran medida aportar con la
preservación del medio ambiente basando el proyecto en un desarrollo sostenible.
Este trabajo se basa como se dijo anteriormente en el mejoramiento del medio ambiente, y de
paso innovando en el sector de la construcción, haciendo pruebas donde se combina el PET con
otras sustancias como PVA, donde sustituye el agua, para crear una matriz cementicia la cual es
el mortero, donde su comportamiento fisicoquímico es igual o parecido a un mortero
convencional tipo N.
También se elaborarán placas arquitectónicas de este mortero, en este documento se hará
registro fotográfico del proceso constructivo de este
1. Introducción
Actualmente el mundo atraviesa por una crisis generada por los residuos sólidos como agentes
contaminantes del medio ambiente, no ajenos a esta problemática se encuentra inmersa la ciudad
de Villavicencio, departamento del Meta, debido al aumento poblacional, el consumismo y la
falta de una cultura ecológica; ante esta preocupación, vemos la participación de diversos
sectores de la ingeniería orientados a buscar soluciones en el uso de materiales no
convencionales, con el fin de adaptarlos e incorporarlos dentro del uso de proyectos de ingeniería
civil.
En la siguiente investigación se describen los procesos que determinan los métodos mediante
los cuales se incorpora el PET (polietilen-tereftalato) y el PVA en la mezcla de mortero
convencional, donde se usan técnicas (basadas en resultado de los análisis de ensayos que se
llevan a cabo para medir las diferentes características del mortero) propias del uso de materiales
no convencionales para la construcción. Por el anterior motivo, se propone en este proyecto, que
se enfoca en la utilización de los residuos de botellas PET y PVA como agregado en la
elaboración de concretos utilizados para la elaboracion de elementos arquitectónicos. Dentro del
proceso de producción del mortero, la correcta medida de cada uno de los ingredientes que
componen la mezcla, es decir su dosificación, constituye un aspecto extremadamente
fundamental al cual pocas veces se le da la importancia necesaria.
Ante la necesidad de elaborar concretos más ligeros en los sistemas constructivos, resistentes a
los ataques de los ácidos producidos por la humedad, que sean eficientes en presencia de sismos y
que cumpla con los requerimientos exigidos en la NSR 10. Se decide reciclar botellas de PET
El proyecto de investigación aparece como una solución a la necesidad que se presenta
actualmente al tratar de mejorar las condiciones de los ambientes en las edificaciones en la
ciudad de Villavicencio y paralelamente esto permita mitigar la contaminación generada por las
botellas PET, para ello se encuentra que de acuerdo con las propiedades del PET y el PVA es
posible obtener materiales no convencionales de construcción que aportan en gran medida a la
preservación del medio ambiente. Entre otras posturas esta investigación nace con la necesidad
de disminuir la explotación indiscriminada de los recursos naturales y el consumismo, haciendo
que desde el campo de la ingeniería civil se logren aportes importantes a la preservación del
medioambiente, consiguiendo así realizar una gran diferencia ambiental con el fin de asegurar la
vida de las futuras generaciones.
2. Planteamiento del problema
La producción de residuos se ha convertido en una de las principales causas de problemas
ambientales, esto se debe a la insuficiencia de las empresas a la hora de darle tratamiento a estas
basuras. Se decidió reciclar PET (Polietilen Tereftalato) con el fin de dar solución a este
importante foco de contaminación en la ciudad de Villavicencio, transformándolo en un material
no convencional apto para trabajar en los sistemas constructivos, en gran medida aportar con la
preservación del medio ambiente basando el proyecto en un desarrollo sostenible. Este proyecto
nos ha mostrado el camino por el cual podemos disminuir la contaminación del aire producida
por la emanación de gases generados en la quema de polímeros, transformando el proceso de
reutilización de los polímeros de un proceso Químico a un proceso físico en el cual se minimiza
el impacto ambiental y las afectaciones al nicho ecológico, mediante la transformación del
material en fibra y micro-fibras encontrando así la rugosidad necesaria para que las partículas de
PET se adhieran a una base cementicia, manteniendo y mejorando las propiedades mecánicas del
concreto usado para la construcción de placas.
3. Objetivos de la investigación
3.1.Objetivos General
Elaboración de elementos arquitectónicos a partir del análisis del comportamiento físico -
mecánico del concreto hidráulico adicionado con fibras y micropartículas de botellas plásticas
PET recicladas en la ciudad de Villavicencio.
3.2.Objetivos Específicos
Realizar un estudio del arte y ver cómo se comporta el material PET y el PVA en
contacto con el concreto hidráulico
Elaboración de placas arquitectónicas como implementación en el diseño de
fachadas
Agregar el alcohol polivinilico PVA, como hidratante de mezcla para el análisis
del comportamiento físico-mecánico de los elementos arquitectónicos
4. Justificación de la investigación
Actualmente el mundo atraviesa por una crisis generada por los residuos sólidos como agentes
contaminantes del medio ambiente, no ajenos a esta problemática se encuentra inmersa la ciudad
de Villavicencio, departamento del Meta, debido al aumento poblacional, el consumismo y la
falta de una cultura ecológica; ante esta preocupación, vemos la participación de diversos
sectores de la ingeniería orientados a buscar soluciones en el uso de materiales no
convencionales, con el fin de adaptarlos e incorporarlos dentro del uso de proyectos de ingeniería
civil; Al mismo tiempo se denota la necesidad de mejorar las características del concreto
hidráulico, mediante aditivos, que le brindan propiedades que mejoran su comportamiento ante
algún agente específico.
En la siguiente investigación se describen los procesos que determinan los métodos mediante
los cuales se incorpora el PET (polietilen-tereftalato) en la mezcla de concreto convencional para
la elaboración de placas, donde se usan técnicas (basadas en resultado de los análisis de ensayos
que se llevan a cabo para medir las diferentes características del concreto) propias del uso de
materiales no convencionales para la construcción. Por el anterior motivo, se propone en este
proyecto, que se enfoca en la utilización de los residuos de botellas PET como agregado en la
elaboración de concretos utilizados para la construcción de placas. Dentro del proceso de
producción del concreto, la correcta medida de cada uno de los ingredientes que componen la
mezcla, es decir su dosificación, constituye un aspecto extremadamente fundamental al cual
pocas veces se le da la importancia necesaria. Con la constitución de placas a partir de fibras y
microparticulas de botellas plásticas (PET).
El incremento desmesurado de residuos en las ciudades se ha convertido en una de las
principales causas de problemas ambientales, esto se debe a la insuficiencia de las empresas a la
hora de darle tratamiento a estos desechos, por otro lado, la cultura y la responsabilidad social se
han perdido debido al consumismo en el cual se desenvuelven las ciudades actuales. En la ciudad
de Villavicencio departamento del Meta, residen al año 2011 según el DANE , 441.959
habitantes; en donde se ha establecido gracias a los datos consolidados por el Programa de
Reciclaje de las Instituciones de la Educación Superior PRIES que cada persona produce en
promedio 1 Kg de basura diaria, en donde anualmente produciría 365 Kg de basura y al
multiplicarlo por la cantidad de habitantes que tiene la ciudad de Villavicencio se generan
161316 toneladas anuales de basuras, de las cuales 1614 toneladas corresponden a botellas
plásticas a base de PET (Polietilen-Tereftalato), convirtiéndose este en un material que
actualmente genera problemas de carácter ambiental en la ciudad de Villavicencio, debido a que
este no es tratado en su totalidad y termina siendo depositado en lotes baldíos, zonas verdes,
lugares públicos, generando problemas en las obras civiles como lo son los puentes, canales,
cunetas, alcantarillados, entre otros. Por otro lado, la necesidad de buscar materiales que ayuden a
mejorar las características del concreto hidráulico amigables con el medio ambiente se ha
convertido en un tema fundamental en el desarrollo de grandes obras civiles.
5. Marco teórico
Alcohol polivinílico o PVA
El acetato de polivinilo o PVA más conocido como "cola o adhesivo vinílico", "Cola Fría" (en
Chile) es un polímero, obtenido mediante la polimerización del acetato de vinilo, descubierto por
el químico alemán Fritz Klatte en 1912. Para preparar alcohol de polivinilo se usa la hidrólisis del
polímero (ya sea ésta parcial o total). Se presenta comercialmente en forma de emulsión, como
adhesivo para materiales porosos, en especial la madera. A una de sus variedades se la conoce
como Resistol o Resistol 850, la marca de la industria que lo produce.
También se puede utilizar en construcciones como consolidante de paredes porosos o
arenosos, para proteger el queso de los hongos y de la humedad. Se usa como base de plástico
neutro para la goma de mascar ya que es un sustituto barato de la savia gomosa natural del árbol
Manilkara zapota.
Es el miembro de la familia de ésteres de vinilo más fácilmente obtenible y de más amplio
uso. Es un líquido no inflamable, usado generalmente para adhesivos de encuadernación, bolsas
de papel, cartones para leche, sobres, cintas engomadas, calcomanías, etc.
Estructura química y síntesis
La estructura química abreviada del alcohol de polivinilo es la siguiente:
Ilustración 1. Estructura Química Del PVA. Fuente: (TECNOLOGIA DE LOS PLASTICOS, 2012)
A diferencia de muchos polímeros vinílicos, el PVOH no es preparado por la polimerización
del correspondiente monómero. Dado que el alcohol vinílico es inestable con respecto a la
isomerización a acetaldehído su polímero debe prepararse por métodos indirectos. El monómero,
alcohol vinílico, existe casi exclusivamente en la forma tautoméricas, el acetaldehído. El PVOH
se prepara por alcohólisis (se emplean también los términos menos exactos hidrólisis y
saponificación) parcial o total de acetato de polivinilo para eliminar los grupos acetato.
Para efectuar la alcohólisis puede utilizarse etanol o metanol, con un ácido o una base como
catalizador. La hidrólisis alcalina es mucho más rápida. La hidrólisis ácida es más probable que
produzca algunos enlaces en la cadena por medio de un mecanismo que implica la pérdida de una
molécula de agua de dos grupos hidroxilos adyacentes. Se trata de una reacción no deseable. La
alcohólisis se lleva a cabo usualmente disolviendo el poli (acetato de vinilo) en el alcohol,
añadiendo el catalizador y calentando. El poli(alcohol de vinilo) precipita de la disolución.
Se puede controlar esta reacción de modo que queden grupos acetato en el polímero. Lo que se
obtiene entonces, es un copolímero de poli (alcohol vinílico) y de poli (vinil acetato) llamado poli
(alcohol vinílico-co-vinil acetato). Es un copolímero al azar, parecido al poli (alcohol vinílico)
excepto que cada tanto tiene unidades repetitivas de vinil acetato.
Esto confiere al polímero zonas hidrofílicas (grupos alcohol) y zonas hidrofóbicas (grupos
acetato). Propiedad útil para elaboración de pinturas acrílicas de base acuosa. Esto permite que el
poli metil metacrilato (PMMA) forme una suspensión puesto que no es soluble en agua formando
un látex, de aquí la denominación de pinturas al látex. El polímero se enrolla, quedando los
grupos alcohol hacia afuera (en contacto con el agua) y los grupos acetato hacia dentro
(cubriendo las moléculas de PMMA).
Propiedades
El alcohol polivinílico tiene excelentes propiedades para formar películas, como emulsionante
y como adhesivo. También es resistente al aceite, grasas y disolventes. Es inodoro y no tóxico.
Tiene alta resistencia y flexibilidad, así como alta propiedades de barrera para el oxígeno y los
aroma. Sin embargo, estas propiedades dependen de la humedad, es decir, con mayor humedad
más agua es absorbida. El agua, que actúa como un plastificante, a su vez reducirá su resistencia
a la tracción, pero aumentan su elongación y resistencia al desgarro. El PVOH es totalmente
degradable y se disuelve rápidamente. El PVOH tiene un punto de fusión de 230°C y 180-190ºC
para los grados totalmente hidrolizado y parcialmente hidrolizado respectivamente. Se
descompone rápidamente por encima de 200°C. El poli (alcohol de vinilo) no funde como un
termoplástico, sino que se descompone por pérdida de agua de dos grupos hidroxilos adyacentes
a temperaturas superiores a 150°C. Los enlaces dobles permanecen en la cadena y, a medida que
se forman más en posiciones conjugadas, tiene lugar una coloración importante.
Aunque el poli (alcohol de vinilo) es amorfo cuando no está estirado, puede estirarse dando
una fibra cristalina por ser los grupos hidroxilo lo bastante pequeños para encajar en un retículo
cristalino a pesar de la estructura de cadena atáctica.
El poli (alcohol de vinilo) es soluble en agua. Se disuelve lentamente en agua fría, pero lo hace
más rápidamente a temperaturas elevadas, y puede normalmente disolverse a más de 90°C. Las
disoluciones acuosas no son particularmente estables, especialmente si hay presentes trazas de
ácido o base. Las disoluciones pueden sufrir una compleja serie de reacciones de gelación
reversibles e irreversibles. Por ejemplo, puede producirse entre-cruzamiento en los enlaces éter,
lo que resulta en un aumento de viscosidad por la formación de productos insolubles.
EI poli (alcohol de vinilo) puede reacetilarse por calentamiento con un exceso de anhídrido
acético en presencia de piridina. El poli (acetato de vinilo) resultante puede o no tener la misma
estructura que el polímero madre a partir del cual se obtuvo el alcohol, debido a la naturaleza de
la estructura de cadena ramificada del polímero.
El coeficiente de Poisson se ha medido a entre 0,42 y 0,48.
Usos
El alcohol polivinílico es la materia prima para hacer otros polímeros como:
- Nitrato de polivinilo (PVN): Se trata de un éster del ácido nítrico y el alcohol de polivinilo.
El nitrato de vinilo se puede utilizar en algunos propulsores y explosivos moldeables.
- Polivinil acetales: los poli (acetales de vinilo) se preparan por reacción de aldehídos con el
alcohol de polivinilo. El polivinil butiral (PVB) y polivinil formal (PVF) son ejemplos de esta
familia de polímeros. Se preparan a partir de alcohol de polivinilo, por reacción con butiraldehído
y el formaldehído, respectivamente. La preparación de butiral de polivinilo es el mayor uso del
alcohol polivinílico en los EE.UU. y Europa Occidental. El polímero más importante, por mucho,
de entre ellos es el poli (vinil butiral), que se usa como capa plástica intermedia para los vidrios
de seguridad de aviones y automóviles. El poli (vinil formal) se utiliza en esmaltes para
recubrimientos de cables eléctricos y en tanques de gasolina de auto-sellado.
El alcohol polivinílico se utiliza como ayuda en la polimerización en emulsión, como coloide
protector, para hacer dispersiones de acetato de polivinilo. Esta es la aplicación más grande del
mercado en China.
En Japón, su uso principal es la producción de fibra vinylon o vinalon.
Morteros
El mortero es una mezcla homogénea de un material cementante (cemento), un material de
relleno (agregado fino o arena), agua y en algunas ocasiones aditivos, prácticamente es hormigón
sin el agregado grueso.
TIPOS Y USOS DE LOS MORTEROS Atendiendo a su endurecimiento se pueden distinguir
dos tipos de morteros: Los aéreos que son aquellos que endurecen al aire al perder agua por
secado y fraguan lentamente por un proceso de carbonatación, y los hidráulicos o acuáticos que
endurecen bajo el agua, debido a que su composición les permite desarrollar resistencias iniciales
relativamente altas. Teniendo en cuenta los materiales que los constituyen, pueden ser: - Morteros
calcáreos: los que interviene la cal como aglomerante, se distinguen, según el origen de ésta en
aéreos e hidráulicos. Las cales aéreas más conocidas son la cal blanca y la cal gris (dolomítica);
en los morteros aéreos la arena tiene como objetivo principal evitar el agrietamiento por las
contracciones del mortero al ir perdiendo el agua de amasado. Se recomienda que la arena sea de
partículas angulares y que esté libre de materia orgánica. La proporción de cal-arena mas usada
para revoque es de 1 -2 y para mampostería simple de 1-3 o de 1-4. Si la proporción aumenta el
mortero pierde ductilidad y trabajabilidad. En Colombia sólo se utiliza este mortero en trabajos
de embellecimiento de interiores que requieren esquinas perfectas. - Morteros de yeso: Se
preparan con yeso hidratado con agua. El contenido de agua es variable según el grado de
cocción, calidad y finura de molido del yeso. En obras corrientes se agrega el 50%, 115 para
estucos el 60% y para moldes el 70%. El mortero se prepara a medida que se necesita, pues
comienza a fraguar a los cinco minutos y termina más o menos en un cuarto de hora. - Morteros
de cal y cemento: Son aconsejables cuando se busca gran trabajabilidad, buena retención de agua
y alta resistencia (superior a la de los morteros de cal; en estos morteros se sustituye parte del
cemento por cal, razón por la cual se les conoce también como Morteros de Cemento Rebajado.
Las relaciones de mezcla más usadas varían entre l: 2:6yl: 2:10de cemento, cal y arena y el agua
necesaria varía de acuerdo con la composición del mortero y a la consistencia deseada. Si el
contenido de cemento es alto, el mortero será de alta resistencia y de poco tiempo entre amasado
y colocación, será más o menos trabajable y tiene una contracción del 3% si el mortero es seco;
en cambio si el contenido de cal es alto tendrá menor resistencia, será mayor el tiempo entre
amasado y colocación, será más plástico y permeable, pero tendrá mayor retracción. Si el
contenido de arena es alto, la resistencia disminuirá y será poco trabajable, pero tendrá poca
retracción. Por lo anterior debe buscarse una combinación adecuada a las condiciones de obra. En
cada país la clasificación de los morteros obedece a propiedades específicas de resistencia a la
compresión. La norma más difundida es la ASTM-270, la cual clasifica los morteros de pega por
propiedades mecánicas y por dosificación. En esta norma se aceptan 5 tipos de mortero en orden
decreciente de resistencia.
6. Ubicación geográfica
6.1.Diseño y fabricación
El diseño y fabricación de este compósito será realizado en el municipio de Villavicencio del
departamento del Meta
Ilustración 2. Lugar De Diseño Y Fabricación. Fuente: Internet
6.2.Destino final
Ilustración 3. foto de la universidad cooperativa de Colombia sede Villavicencio. Fuente: Google Earth
7. Metodología de la investigación
7.1. Investigación descriptiva
7.1.1. Primera fase: Investigación de modelos químicos
Se hará una investigación intensiva sobre otras tesis elaboradas anteriormente en la
universidad cooperativa de Colombia la cual tiene como nombre Concreto Hidráulico Adicionado
Con Botellas Plásticas De Pet Recicladas.
7.1.2. Segunda fase: adquisición de las botellas plásticas (PET) y del PVA en estado
virgen
Se hará una recolección de todo el material PET, tales como botellas plásticas recicladas y
adquirimos el PVA virgen
7.1.3. Tercera fase: Proceso de preparación del material
Se hace la debida extracción del material PET a todas las botellas que anteriormente
adquirimos
7.1.4. Cuarta fase: Preparación del PVA
Por ello conseguimos el material PVA virgen ya que nosotros mismo hacemos su preparación
mezclándolo con alcohol etílico y azufre, el resultado final es el que usaremos para la preparación
del mortero
7.1.5. Quinta fase: Realización de pruebas
Se le realizaran pruebas específicas para determinar las características del material como su
resistencia
7.1.6. Sexta fase: Comparación y análisis de resultados
Se analizarán las pruebas que se realizaron en la anterior fase.
8. Antecedentes del proyecto
(Baquero Ramirez, Babosa Moreno, & Olarte Buritica, 2013), ellos realizaron una tesis
llamada “CONCRETO HIDRÁULICO ADICIONADO CON BOTELLAS PLÁSTICAS DE
PET RECICLADAS” y en esta investigación se describen los procesos que determinan los
métodos mediante los cuales se incorpora el PET (polietilen-tereftalato) en la mezcla de concreto
convencional, donde se usan técnicas (basadas en resultado de los análisis de ensayos que se
llevan a cabo para medir las diferentes características del concreto) propias del uso de materiales
no convencionales para la construcción. Existen diversos estudios a nivel internacional de
mezclas de concreto adicionadas con partículas de botellas hechas de PET, donde se arrojan
resultados óptimos de resistencia con adiciones hasta del 25% de agregado PET, analizando el
comportamiento a la compresión, así como a la tensión, se vislumbran características
sobresalientes a la hora de analizar el funcionamiento del PET en obras civiles.
(Ramirez , 2011) una propuesta llamada “PROPUESTA DE UN MATERIAL COMPUESTO
CON BASE AL PET RECICLADO CON ALICACIONES EN CONSTRUCCUION” este
Proyecto, planteo una propuesta de uso del Polietileno Tereflato PET, reciclado como material
de refuerzo para la fabricación de elementos de construcción y así contribuir a minimizar el
impacto que generan los desechos plásticos industriales, domésticos y de consumo en el medio
ambiente. La mayoría de los envases de plásticos usados en la industria están compuestos por
materiales poliméricos no degradables, que generan un alto nivel de contaminación después de su
consumo. Por este motivo existe la necesidad de intentar limitar el proceso de contaminación que
genera un alto nivel de contaminación después de su consumo. Por este motivo existe la
necesidad de intentar reciclar con eficacia aquellos materiales de desechos contaminantes, y así
detener o intentar limitar el proceso de contaminación que generan dichos materiales. Estos
materiales de desecho o residuos plásticos normalmente tardan cientos de años en degradarse por
sí mismos y el tratamiento final que reciben para acelerar su descomposición no es el más
adecuado ya que terminan en rellenos sanitarios, basureros o sufren procesos de incineración.
(Perez, 2014) en el artículo desarrollan el objetivo de evaluar el comportamiento mecánico de
los materiales compuestos a base de fibra de fique y fibras sintéticas.
Ellos usaron tres fases que se realizaron de manera sistemática con el fin de cumplir los
objetivos establecidos
Durante la primera fase se llevó a cabo una investigación previa sobre los materiales que se
utilizaron a lo largo del proyecto, se estudiaron teniendo en cuenta sus características y
comportamiento mecánico. La segunda fase consistió en fabricar los materiales compuestos a
base de fibra de fique y una matriz de resina de poliéster, con los cuales se desarrollaron los
respectivos ensayos mecánicos necesarios que arrojaron datos, necesarios para analizar las
propiedades mecánicas de los materiales, con el fin de compararlos y establecer su
comportamiento. Para finalizar, se llevó a cabo el análisis, tabulación y verificación de los
resultados obtenidos a través de los ensayos hechos con los materiales, con el fin de compararlos
entre si y establecer su rendimiento y comportamiento. Este proyecto de grado se desarrolló
dentro de las instalaciones de la Universidad Autónoma del Caribe, se llevó a cabo bajo la
modalidad de proyecto de grado, como requisito para obtener el título de Ingeniero Mecánico de
la Universidad Autónoma del Caribe.
A partir de los resultados del ensayo de impacto de materiales compuestos, se pudo apreciar
que los compuestos con 4 capas de fique y los 3 diferentes tipos de mezcla utilizados fueron los
mejores, ya que presentaron mayores valores de energía absorbida al impacto. Por esta razón,
haciendo una comparación entre los 3 valores más altos de energía absorbida al impacto, el
compuesto que mejor desempeño tiene es el correspondiente a la mezcla 5 con 4 capas de fibra de
fique. No obstante, los materiales compuestos de fibra de fique en matriz de resina poliéster no
presentan buenos resultados a tensión, a diferencia de su comportamiento a impacto y flexión,
por lo que no sería adecuado aplicar dichos materiales en implementos que sean sometidos a
cargas a tensión o compresión.
(Meza & Perez, 2015) en el artículo desarrollan el objetivo de caracterizar la cadena de
abastecimiento de botellas de tereftalato de polietileno para plantear o proponer estrategias que
permitan minimizar los costos de recolección y aumentar la tasa de recuperación en Barranquilla,
Colombia.
Mediante la caracterización de la cadena de abastecimiento de las botellas PET se buscó
identificar claramente la función y la contribución de cada uno de sus eslabones, a su vez se
pretende evidenciar falencias existentes durante el flujo de material.
Ellos llegaron a la conclusión de que el tereftalato de polietileno es un material que tiene un
margen de utilidad alto en la industria, sin embargo, por las características químicas que lo
componen su degradación natural puede tomar hasta 500 años.
9. Metodología
Es una investigación cuantitativa-cualitativa con diseño experimental comparativo, con el fin
de comparar las relaciones que existe entre la causa-efecto entre dos o más variables establecidas
dentro del proceso de investigación; la técnica de recolección de datos utilizada es la observación
y medida directa de las variables estudiadas analizadas y clasificadas en el laboratorio; en la cual
pretende incorporar un agregado en el concreto convencional adicionado con fibras de PET,
aplicando la tabulación de la información obtenida en ensayos de laboratorio.
•El lugar en el cual se desarrolla la investigación está dispuesto en los laboratorios de la
Universidad Cooperativa de Colombia, sede Villavicencio.
•Se requiere un concreto patrón de muestra, que permanece en las mismas condiciones físico –
químicas a la que la variable estudiada (uso una muestra de control y una experimental)
•Se realizan mediciones físicas de manera paralela al proceso de ejecución de ensayos de
laboratorios con el fin de caracterizar efectivamente el material.
•Se abre un espacio de concertación con el fin de afianzar y confrontar teorías existentes
acerca del comportamiento de las botellas de gaseosa PET (Polietilen-Tereftalato)
El proyecto de investigación se inició con la revisión y análisis del estado del arte del uso de
materiales no convencionales en los sistemas constructivos en la ciudad de Villavicencio,
apoyando la investigación en varias fuentes de información establecida de la siguiente forma:
Fuentes de información primaria:
Revistas científicas, libros, resultados de ensayos de laboratorio certificados, normas
pertinentes, visitas a plantas de reciclaje de PET, toma de muestras de material de diversos
sectores.
Fuentes de información Secundaria:
Enciclopedias, Diccionarios, boletines, artículos científicos, información de artículos de
internet, información proporcionada por trabajadores de la región.
Fuentes terciarias:
Redes electrónicas, conocimientos generados a partir de la experiencia.
Las etapas de desarrollo del proyecto están basadas en el proceso lógico del marco
metodológico planteado anteriormente y desarrollado durante los 2 años de investigación
continuada.
ETAPA 1: Caracterización de los materiales
Se realizó una caracterización de los materiales, con el fin de estandarizar el proceso del
comportamiento de los materiales establecido para el diseño de mezclas en mortero definidas en
el titulo C de la NSR-10
Las características primordiales contempladas para la ejecución de esta investigación son las
establecidas por las normas concordantes de materiales que disponga la respectiva ficha técnica
del PET con el fin de darle un tratamiento, clasificación y disposición aplicativa a la elaboración
del nuevo concreto no convencional.
Etapas del proceso de obtención del agregado reciclado de botellas plásticas PET:
Paso 1.
Recolección de la materia prima: se compró directamente a empresas de reciclaje. en la ciudad
de Medellín el cual tiene un valor por kilogramo de $200 pesos moneda legal y corriente.
Ilustración 4.Material recolectado para ser procesado
Paso 2.
Proceso de preparación de muestras para ensayo de compresión según norma (I.N.V.E-402,
07)
Ilustración 5. Preparación de muestras Fuente: propia
Etapas de la producción de la placa
Paso 1.
Placa original en arcilla para realizar el molde
Ilustración 6. Placa Original. Fuente: Propia
Paso 2.
vaciado de látex a la tableta original.
Ilustración 7. molde para la placa. fuente: propia
Paso 3.
Preparación del PVA
Ilustración 8. preparación del PVA. Fuente: propia
Paso 4.
Preparación del material.
Ilustración 9 Preparación Del Material. Fuente: Propia
Paso 5.
Vaciado del mortero
Ilustración 10. Vaciado del mortero. Fuente: Propia
Paso 6.
Desencofrado de la placa
Ilustración 11. Desencofrado. fuente: Propia
10. Resultados
A continuación, se presentan los resultados del ensayo, que se refiere a la determinación de la
resistencia a la resistencia a la compresión de cilindros de mortero con base en el procedimiento
de la norma INV E410-13.
Tabla 1.
Resultados Ensayo De Compresión
IDENTIFICACIÓN
CLIENTE
IDENTIFICACIÓN
INTERNA
EDAD (DÍAS) QU (MPA)
M1 17-LS-081-01 3 2.64
M2 17-LS-081-02 3 4.07
MUESTRA 17-LS-081-01 (M1)
Después de realizar el ensayo, se presentaron fallas tipo 3 en los cilindros. A continuación, se
presenta la curva de esfuerzo-deformación unitaria
Graficas 1 Esfuerzo Vs Deformación Unitaria. Fuente: Propia
Ilustración 12. Falla Ensayo Compresión De Cilindros Muestra 17-LS-081-01. Fuente: propia
MUESTRA 17-LS-081-02 (M2)
Después de realizar el ensayo, se presentaron fallas tipo 2 en los cilindros.
A continuación, se presenta la curva de esfuerzo-deformación unitaria.
Graficas 2. Esfuerzo Vs Deformación Unitaria. Fuente: Propia
Ilustración 13. Falla Ensayo De Cilindros, Muestra 17-LS-081-02. Fuente: Propia
RESUMEN DE RESULTADOS ENSAYOS DE LABORATORIO
Tabla 2.
Resumen De Resultados Ensayos De Laboratorio
ID DEL
CLIENTE
IND
INTERNA
FECHA DE
VACIADO
FECHA DE
ENSAYO
EDAD
(DIAS)
Qu
(MPA)
E
(MPa)
TIPO DE
FALLA
M1 17-LS-081-01 27-06-2017 30-06-2017 3 2.64 267.9 3
M2 17-LS-081-02 27-06-2017 30-06-2017 3 4.07 390.6 2
Ilustración 19. Resistencia 28 días. Fuente: Propia
Ilustración 20. Molde para la placa. Fuente: propia
Ilustración 21. Vaciado del material. Fuente: Propia
Ilustración 22. Placa terminada. Fuente propia
11. Análisis de resultados
12. Conclusión
El análisis del comportamiento físico - mecánico del concreto hidráulico adicionado con fibras
y micro partículas de botellas plásticas PET recicladas en la ciudad de Villavicencio muestra un
comportamiento adecuado, teniendo en cuenta los resultados positivos de ensayos de laboratorio
elaborados, para tal fin se aprecian los estudios del comportamiento de resistencia mecánica a
compresión y flexión del concreto que cumplen satisfactoriamente con los requisitos establecidos
por la NSR10 y por ende este tipo de concreto puede ser utilizado en la realización de bloques de
mampostería estructural.
De acuerdo a los resultados obtenidos dentro de la investigación se concluye que la
incorporación de fibras y micro partículas de botellas PET recicladas mejora las propiedades
Físico - mecánicas del concreto hidráulico, sin embargo, en este estudio se denotan
particularidades cuantitativas y cualitativas que permiten la caracterización del material. Estos
resultados son prometedores debido a que podemos obtener materiales ecológico-eficientes que
reúnen a la vez los requerimientos de diseño para elementos estructurales de cualquier obra de
ingeniería civil.
En cuanto al estado del arte de la aplicación de residuos que contienen PET en sistemas
constructivos se denota que varios países en el mundo ya están adelantando proyectos de
desarrollo constructivo orientados a la utilización de botellas de gaseosas recicladas PET, pero
aun que adelantan proyectos de construcción de edificaciones utilizando este tipo de material, se
denotan deficiencias en cuanto al tratamiento da las materias primas, clasificación y elaboración
de un proceso tecnificado de construcción que permita homogenizar, certificar y garantizar la
eficiencia del material no convencional como un material capaz de comportarse mecánicamente
de la misma forma que en concreto tradicional.
Debido a la diferencia de densidades entre los tipos de concreto (convencional y el adicionado
con PET) se evidencia que el concreto hidráulico agregado con fibras y micro partículas de
botellas recicladas PET es un 7% más liviano que el concreto convencional, así mismo esta
relación estará regulada por el porcentaje de adición de fibras y micro partículas de PET en la
matriz cementicia.
Como se puede apreciar en la gráfica 3 (resistencia a la compresión) el concreto hidráulico
agregado con el 5% fibras y micro partículas de botellas recicladas PET presenta un leve
incremento del 2.1% en la resistencia a la compresión en relación al concreto convencional
teniendo en cuenta que todas las muestras analizadas cumplen con los requerimientos en
resistencia a la compresión establecidos por la NSR10 y demás normas concordantes.
La absorción del concreto hidráulico agregado con fibras y micro partículas de botellas
recicladas PET es inversamente proporcional al porcentaje de adición de PET, disminuyendo de
esta manera las cantidades de agua para el proceso de hidratación del concreto en el proceso de
curado, generando así mismo capas impermeables que ayudan a mitigar la ascensión capilar del
agua en el concreto; por otro lado las diferencias de densidades muestran que las relaciones
volumétricas a la hora del proceso de encoframiento varían según la adición de los porcentajes de
fibras y micro partículas de PET, de modo q a mayor cantidad de PET mayor va a ser el espacio
ocupado del material en relación al peso.
El dimensionamiento máximo y mínimo de las partículas y micro partículas de PET fue
analizado mediante el proceso de tamizaje encontrando una curva de gradación tipo que permite
ver la versatilidad en cuanto su función como agregado, estando este dentro el rango establecido
para en uso de materiales agregados dentro de bases cementicias. Después de haber realizado la
molienda del PET encontramos que la muestra presenta un tamaño promedio uniforme de 4,75µ
en la peletizadora industrial de desgaste PEThouse.
Dentro de la caracterización la matriz cementicia del concreto elaborado a partir del diseño de
la mezcla de concreto adicionada con fibras y micro partículas de botellas PET recicladas
mediante el análisis de microscopia electrónica de barrido se establece la unión ideal entre las
fibras y el concreto, funcionando estas como refuerzos que aumenta la resistencia por esfuerzos a
tensión y se minimiza también la disgregación del material ante un evento de falla ya que este se
mantiene unido debido a la cohesión generada entre los materiales. El tipo de corte de la fibra de
PET determina la forma funcional del mortero evitando la sedimentación y disgregación.
Al Comparar las resistencias mecánicas del concreto convencional y el concreto agregado con
fibras y micro partículas de botellas PET recicladas se concluye que a medida que se va
aumentando la adición de PET la resistencia va disminuyendo, pero en adiciones del 5% se
mejoran las propiedades del concreto convencional, en cuanto a resistencia a la compresión se
refiere, así mismo se denota que la disminución del peso propio de los especímenes de concreto
puede generar grandes ganancias a la hora de realizar diseños de cálculo estructural; Para los
casos en que su resistencia mecánica es menor a la del concreto convencional, se estima que
dicho concreto es lo suficientemente resistente como para cumplir la función de elementos
mamposterías para cerramiento de viviendas de hasta dos pisos, para losas con estructura
independiente; o muros que soporten cubiertas livianas como chapas de zinc, elementos de
concretos de relleno en losas de piso y cimentación.
Los posibles elementos estructurales desarrollados con PET reciclado son una alternativa
factible para la ejecución de construcciones civiles, más ecológicas, más livianas y de mejor
aislación térmica, que los concretos convencionales que se utilizan tradicionalmente en nuestra
región. Además este tipo de concreto posee buena aptitud para recibir revoques con morteros
convencionales, por la gran rugosidad superficial mostrada en las imágenes de microscopia
electrónica de barrido.
Se establecieron las pautas bajo las cuales se daba tratamiento al tipo de material encontrado
en los residuos sólidos para adicionar a una base cementicia de mortero para la construcción de
obras civiles. En donde gracias a este proceso de desgaste se logró concluir que de un envase de
900 cm3 se logra reducir a tan solo 32 cm3, divididos en fibras (24 cm3) y en micro partículas
(8cm3), lo cual se convierte en un factor determinante a la hora de manejar volúmenes de
material.
En el proceso se realizó la recolección de PET, este material se encuentra en abundancia
debido al crecimiento poblacional de las ciudades y por ende el uso de materiales empacados en
Polietilen Tereftalalto PET.
Minimizar el volumen y peso de los residuos es el primer paso para resolver el problema
global de los mismos. Todo gerenciamiento de los Residuos Sólidos Urbanos debe comenzar por
la reducción en la fuente.
Como resultado del análisis de microscopia de barrido electrónico, se ve como las micro
partículas de PET tienen la particularidad de poseer una superficie rugosa, que mejora la cohesión
entre las moléculas de la mezcla, brindándole a esta una consistencia aceptable; por otro lado las
fibras funcionan como un refuerzo interno que evita que el concreto se proyecte en caso de sufrir
una falla por compresión; se evidencia una buena relación en cuanto al comportamiento mecánico
del concreto adicionado con PET, siendo este un elemento disipador de cargas y esfuerzos.
(Consideraciones finales y resultados obtenidos, en caso de que los hubiese)
Bibliografía
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TECNOLOGIA DE LOS PLASTICOS. (23 de marzo de 2012). Obtenido de
http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.co/2012/03/alcohol-de-polivinilo.html
