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Dise�o de modelo de bloque ecol�gico con mezcla de fibra de maguey y polietileno tereftalato (pet)

 

Design of an ecological block model with mixture of maguey fiber and polyethylene terephthalate (pet)

 

Projeto de um modelo de bloco ecol�gico com mistura de fibra de maguey e tereftalato de polietileno (pet)

 

Norman David Vinueza-Salas ^I

nvinuezas@ulvr.edu.ec

�https://orcid.org/0000-0002-1298-3660

 

Mateo Fernando Macancela-Cabrera ^II ���

mmacancelac@ulvr.edu.ec

https://orcid.org/0000-0003-4763-4812

 

Alexis Wladimir Valle-Ben�tez ^III

avalleb@ulvr.edu.ec

https://orcid.org/0000-0002-9274-3738

 

Correspondencia: nvinuezas@ulvr.edu.ec

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culo de investigaci�n

 

*Recibido: 22 de mayo de 2021 *Aceptado: 20 de junio de 2021 * Publicado: 05 de julio de 2021

                               I.            Egresado en la Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil 2020, Investigador independiente, Ecuador.

                            II.            Egresado de la Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil 2020, Investigador independiente, Ecuador.

                           III.            Ingeniero Civil, Magister en Sistemas Integrados en Gesti�n, Docente Investigador, Catedr�tico en la Universidad, Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil, Ecuador.

Resumen

El presente trabajo versa sobre los estudios previos a la elaboraci�n de un prototipo de bloque ecol�gico a base de fibra de maguey y piedra polietileno tereftalato (PET); como alternativa al problema de la construcci�n de viviendas a bajo costo; se plante� el responder al problema de hacer frente a la destrucci�n del medio ambiente y a su vez cumpla con las normativas de Ecuador en relaci�n a la elaboraci�n de productos de la construcci�n con est�ndares internacionales en la aplicabilidad de insumos ecol�gicos. Por eso, el objetivo general de la investigaci�n es dise�ar el modelo de bloque ecol�gico con mezcla de fibra de maguey y polietileno tereftalato (PET) en las construcciones civiles ubicadas en La Troncal; con una metodolog�a experimental, de dise�o de investigaci�n exploratorio, cuyos m�todos empleados son: el anal�tico y el sint�tico con presencia de la inducci�n, adem�s del tipo de investigaci�n: descriptivo, simple, experimental con enfoque cuantitativo. Luego de los resultados, se detallaron los costo-beneficio entre los prototipos, siendo el de bloque de hormig�n 3 es la m�s id�nea de acuerdo al costo en el mercado del sector La Troncal, adem�s de que el PET es un material de f�cil manejo y de alto nivel de reciclaje, y la fibra de maguey, es una planta de m�ltiples formas de explotaci�n y su recolecci�n, tratamiento e industrializaci�n a bajo costo la hacen rentable.

Palabras claves: Bloque; ecol�gico; fibra de maguey; polietileno tereftalato; reciclaje; costo.

 

Abstract

The present work deals with the studies prior to the elaboration of an ecological block prototype based on maguey fiber and polyethylene terephthalate (PET) stone; as an alternative to the problem of low-cost housing construction; It was proposed to respond to the problem of facing the destruction of the environment and in turn comply with the regulations of Ecuador in relation to the elaboration of construction products with international standards in the applicability of ecological inputs. Therefore, the general objective of the research is to design the ecological block model with a mixture of maguey fiber and polyethylene terephthalate (PET) in civil constructions located in La Troncal; with an experimental methodology, exploratory research design, whose methods used are: analytical and synthetic with the presence of induction, in addition to the type of research: descriptive, simple, experimental with a quantitative approach. After the results, the cost-benefits between the prototypes were detailed, being that of concrete block 3 is the most suitable according to the cost in the La Troncal sector market, in addition to the fact that PET is an easy-to-handle material and high level of recycling, and maguey fiber, is a plant with multiple forms of exploitation and its collection, treatment and industrialization at low cost make it profitable.

Keywords: Block; ecological; maguey fiber; polyethylene terephthalate; recycling; cost.

 

Resumo

O presente trabalho trata dos estudos anteriores � elabora��o de um prot�tipo de bloco ecol�gico baseado em fibra de maguey e pedra de tereftalato de polietileno (PET); como alternativa ao problema da constru��o de moradias de baixo custo; Prop�s-se responder ao problema de enfrentar a destrui��o do meio ambiente e por sua vez cumprir as normas do Equador em rela��o � elabora��o de produtos de constru��o com padr�es internacionais na aplicabilidade de insumos ecol�gicos. Portanto, o objetivo geral da pesquisa � projetar o modelo de bloco ecol�gico com uma mistura de fibra de maguey e tereftalato de polietileno (PET) em constru��es civis localizadas em La Troncal; com metodologia experimental, delineamento de pesquisa explorat�ria, cujos m�todos utilizados s�o: anal�tico e sint�tico com presen�a de indu��o, al�m do tipo de pesquisa: descritiva, simples, experimental com abordagem quantitativa. Ap�s os resultados, foram detalhados os custos-benef�cios entre os prot�tipos, sendo que o bloco de concreto 3 � o mais adequado de acordo com o custo no mercado do setor La Troncal, al�m do PET ser um material de f�cil manuseio e alto n�vel de reciclagem, e a fibra de maguey, � uma planta com m�ltiplas formas de aproveitamento e sua coleta, tratamento e industrializa��o a baixo custo a tornam rent�vel.

Palavras-chave: Bloco ecol�gico; fibra maguey; polietileno tereftalato; custo de reciclagem.

 

Introducci�n

El aumento desmedido de la poblaci�n, exige un manejo proporcional del sector alimentario y �ste a su vez emplea los recipientes de pl�stico por ser livianos, f�ciles de hacer y pr�cticos para el transporte de alimentos, sobre todo del agua (consumo masivo). En este sentido, se declara que al a�o se genera m�s de 400 millones de toneladas m�tricas en desechos de pl�stico a nivel mundial, donde la Organizaci�n de las Naciones Unidas - ONU (2018), menciona que �gran parte del pl�stico que producimos, est� dise�ado para desecharse despu�s de ser utilizado una sola vez�, a la vez que este n�mero asciende en el transcurso de cada a�o, tomando en cuenta que solo el 9 % de los desechos producidos son reciclados en todo el mundo.�

La mayor�a del pl�stico producido se ubica en Asia, pero Estados Unidos, Jap�n y la Uni�n Europea son los primeros fabricantes. La ONU (2018), detalla que �solo una peque�a fracci�n se recicla y alrededor de 13 millones de toneladas de pl�stico se filtran en nuestros oc�anos cada a�o, da�ando la biodiversidad, las econom�as y potencialmente nuestra propia salud�. Por ello, en la actualidad existe un consenso mundial desde donde se origina la concientizaci�n de la poblaci�n por darle otros usos; en la actualidad existen pa�ses que est�n dando manejo a estos residuos implement�ndolos como materia prima en el �rea de la producci�n y manufactura; lo que se busca probar, es que el elemento obtenga caracter�sticas similares o mejores al bloque tradicional, utilizando el pl�stico como un componente eco-sustentable.

Una de estas industrias de producci�n, es la del �rea de la construcci�n; ahora, la problem�tica est� en probar que el pl�stico de reciclaje sea un elemento de caracter�sticas similares o mejores a los materiales tradicionales de la construcci�n, utilizando el pl�stico como un componente eco-sustentable.

Castro (2008), enuncia que ��materias primas b�sicas como el etileno o el propileno que, m�s tarde en las plantas qu�micas se utilizan para la producci�n de otros productos esenciales en la producci�n de filmes para la agricultura, bolsas de pl�stico��. As�, para obtener el envase de una botella de pl�stico se utiliza PET que se encuentra compuesto por petr�leo crudo, gases y aire. Solamente un kilo de PET est� compuesto por un 64% de petr�leo crudo en el que se extrae el producto qu�mico denominado paraxileno que consecuentemente se oxida al contacto con el aire formando as� el �cido tereft�ltico, 23% de derivados l�quidos del gas natural en donde el etileno es un derivado del mismo obteni�ndose mediante la oxidaci�n con el aire para formar etilenglicol, y un 13% de aire.

El PET es un material que est� siendo reciclado debido a que como desventaja al usar este tipo de materia prima es su tard�a degradaci�n, llega a tardar hasta mil a�os en descomponerse solamente una botella de PET dependiendo su espesor, y debido a su alta demanda a nivel mundial pone en riesgo al planeta, porque al llegar al mar, por ejemplo, �Se fragmentan lentamente en trozos m�s peque�os hasta convertirse en micro pl�sticos�si son ingeridos por los peces pueden ingresar a nuestra cadena alimenticia� (ONU, 2018). Y esta falta de informaci�n hace que se act�e inconscientemente con el manejo del pl�stico.

En cuanto a la fibra de Maguey es un derivado de la penca o m�s conocido como Maguey, end�mico en las zonas andinas; precede de varios usos, y uno de ellos es el licor en la cual tiene varios ciclos tales como la obtenci�n del agave, que consiste en la separaci�n del tallo de sus hojas, cuyas hojas antes eran reutilizadas como calzado y sogas caracterizadas por tener una buena resistencia y de �ndole �spera, hoy en d�a ese aprovechamiento de la fibra del maguey es muy poco com�n por lo que da paso a nuevos m�todos de optimizar este valioso material.

Todo lo expuesto, lleva a formularse el siguiente planteamiento: �De qu� manera contribuir� al sector de la construcci�n la incorporaci�n de un nuevo bloque ecol�gico de cemento con agregados de fibra de Maguey y PET, en las construcciones civiles ubicadas en La Troncal?, del cual se deriva el objetivo general de la investigaci�n de dise�ar el modelo de bloque ecol�gico con mezcla de fibra de maguey y polietileno tereftalato (PET) en las construcciones civiles ubicadas en La Troncal.

La hip�tesis en que se fundamenta es el bloque elaborado con fibra de Maguey y PET, con propiedades f�sicas y mec�nicas, cumplen con la normativa Instituto Ecuatoriano de Normalizaci�n (INEN) de la construcci�n. La variable dependiente es el prototipo de bloque ecol�gico y la variable independiente es la elaboraci�n de un bloque a base de fibra de Maguey y PET. Todo ello, bas�ndose en la l�nea de investigaci�n de la Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil (2020), de: Urbanismo y ordenamiento territorial aplicando tecnolog�a y construcci�n eco-amigable, industria y desarrollo de energ�a renovables; Facultad de Ingenier�a Industrial y Construcci�n: Materiales de construcci�n y sub-l�nea: Materiales innovadores en la construcci�n.

En consecuencia, la investigaci�n pretende adicionar una alternativa en el �mbito de la construcci�n, a partir de un nuevo bloque conformado por fibra de Maguey y PET, que cumpla con las normativas ecuatorianas de construcci�n para un bloque de mamposter�a, a la vez que genere fuentes de empleo y viviendas baratas, como alternativa del sector de la construcci�n a la matriz productiva del Ecuador y que cubra las expectativas sobre defensa del medio ambiente por el reciclaje de pl�stico a la vez que genere la producci�n t�cnica de agave de maguey enriqueciendo el sector agr�cola con un producto que genere comercio.�

 

Desarrollo

1.      Maguey: es una planta suculenta de origen mexicano con la que se obtienen diversos productos tales como el pulque, bebida embriagante de gran arraigo en nuestro pa�s, Ecuador; una especie de papel o pel�cula que se extrae de las pencas para formar hojas lo suficientemente fuertes para contener un platillo tradicional mexicano llamado mixiote, y tambi�n se obtiene forraje de dichas pencas para alimentar animales (Servicio de Informaci�n Agroalimentaria y Pesquera, 2017). Su nombre cient�fico: Agave sp. Familia: Asparag�ceas (Asparagaceae), antes incluidas en las agav�ceas (Agavaceae y �stas, a su vez, en las Lili�ceas (Liliaceae), (Condori & Solano, 2019).� En cuanto a su aplicaci�n en la fabricaci�n de bloques, a partir de la extracci�n de las fibras de las pencas, les da resistencia a la flexi�n (elasticidad), a la compresi�n (impide espacios vac�os), �Mantiene unida la masa cementante y hace que no se fisure, cuando la masas sufra expansi�n y contracci�n por cambios de temperatura� (Condori & Solano, 2019).�

2.      Aplicaci�n de la Fibra de Maguey: una vez que se obtiene la fibra de maguey, se corta en filetes para luego secarla y proceder a sacar las fibras en forma de hilos de 30 a 50 cent�metros de largo y 0,35 mil�metros de di�metro (grosor). Seg�n los estudios de S�nchez (2019), puede absorber humedad hasta en un 70% en 24 horas, e intercambiarla seg�n su exposici�n a ella; resiste una tensi�n de 552 MPa; posee una elasticidad de 21 GPa, y un comportamiento posterior al agrietamiento si el volumen de la masa en fibra es mayor al 7% y soportan una flexi�n normal. Estas caracter�sticas de resistencia y humidificaci�n, la hacen ideal para el manejo o manipulaci�n durante la construcci�n de bloques de concreto.

El crecimiento desordenado y la falta de conocimientos sobre las caracter�sticas y cualidades del Maguey, no han permitido la explotaci�n con fines comerciales de esta planta; crece en el p�ramo, en los caminos de herradura, junto a riachuelos o a la vera del camino. El desecho se utiliza para la extracci�n de la fibra y aplicarla en bloques de hormig�n.� Para asegurar la supervivencia de esta especie, existen viveros y proyectos de control de la poblaci�n con fines de explotaci�n in vitro. Sin embargo, �no existen procedimientos de propagaci�n masiva disponibles a pesar de su alto inter�s econ�mico.�� (Criollo et al., 2011).�

Existe una influencia de la adici�n de fibra de maguey en la resistencia del concreto, donde la fibra de maguey sustituye en parte al ripio, puestas en porcentaje de 1% del peso del agregado grueso o ripio, se fraguaron en bloques formales; a los siete d�as fueron sometidos a la prueba de resistencia de compresi�n y alcanzaron un valor de 94,13 kg/cm2 muy por debajo del valor est�ndar para bloques normales o sea el bloque patr�n o de prueba que es 134,4 kg/cm2 el autor de la investigaci�n aduce que existieron diferentes variables que no se consideraron, entre ellos, el concreto y la falta de homogeneidad de las fibras, el largo de las fibras, el grueso. Para los otros efectos mec�nicos no se sometieron a pruebas, tampoco se realizaron pruebas a los 14 y 21 d�as (Quico-Thea, 2019).�

Por otro lado, estudios de las caracter�sticas de bloques de hormig�n con fibras de maguey, indican que la fabricaci�n de bloques de hormig�n con fibras de maguey, generan ventajas por el empleo que se les puede dar en las construcciones; ��donde permiten mejorar ciertas peculiaridades concernientes a la resistencia por tracci�n, flexi�n y corte, ya que el concreto simple o concreto normales solo trabajan a compresi�n� (Suma & Aimituna, 2019). Las peque�as fibras finas agregadas en la construcci�n del bloque le dan firmeza a la mezcla y previene el agrietamiento, sin embargo, el ciclo de curado debe ser aplicado inmediatamente en su momento para que la compactaci�n sea adecuada (Mallaupoma, 2019). No obstante, en la construcci�n de bloques puede soportar mayor resistencia de compresi�n si se manipulan variables como el tipo de fibra, el tama�o, humedad, tiempo de curado, porcentaje y peso proporcional.� Los bloques de adobe con fibra de maguey, son m�s resistentes a la compresi�n y tambi�n resultan �tiles para todo tipo de construcci�n.

3.      Polietileno tereftalato (PET): es un material caracterizado por su gran ligereza, resistencia mec�nica a la compresi�n y a las ca�das, alto grado de transparencia y brillo, conserva el sabor y aroma de los alimentos, es una barrera contra los gases, es 100% reciclable y se identifica con el n�mero uno, o las siglas PET, rodeado por tres flechas en el fondo de los envases fabricados con este material, seg�n el sistema de identificaci�n SPI.� Tiene posibilidad de ser reutilizable; un pol�mero termopl�stico de industriales, el 70% de todas las fibras sint�ticas son de PET y se emplean para fabricar cuerda para llantas, diversos art�culos de piel y textiles, pero sobre todo en envases para la industria alimenticia (Suasnavas, 2017).

Por ser derivado del petr�leo, el pl�stico se forma: ��mediante la reacci�n qu�mica del �cido tereftalico (PTA) y el etilenglicol (EG), cuyo residuo es agua, o a su vez; mediante la reacci�n qu�mica del Dimetil tereftalato (DMT) con el etilenglicol (EG), cuyo residuo es metanol.�� (Ballesteros, 2015). El m�todo es el de esterificaci�n en el primer proceso y poli condensaci�n en la �ltima parte. Una vez obtenido, se lo emplea de m�ltiples formas y llegado el caso se lo desecha; su versatilidad hace que sea empleado para productos envasados en alimentos, juguetes y otros artefactos. Por estas caracter�sticas la producci�n masiva de art�culos pl�sticos, ha aumentado considerablemente la contaminaci�n del medio ambiente, convirti�ndolo en un problema pol�tico econ�mico mundial.�

En este sentido, un bloque PET es ideal, de acuerdo a la posici�n de Segura (2007) citado por Miranda et al., 2018), es aquel que a m�s de prestar una funci�n de construcci�n posee una funci�n como valor agregado ��una gran cantidad de basura, incluyendo los pl�sticos, es desechada en barrancas, r�os, calles, etc. Algunas estimaciones hablan hasta de un 30%. En M�xico se estima que de los pl�sticos que son desechados se colecta �nicamente el 12%�.

Por lo que, crea fuentes de trabajo por la recolecci�n de desechos de pl�stico como mano de obra no calificada en el que se insertan millares de �unidades� de recolecci�n, centros de acopio que pagan a los recolectores y venden a los reprocesadores quienes generan la materia prima limpia de desechos org�nicos, seleccionada en pl�sticos del tipo polietileno tereftalato termopl�stico, clasificada para la reutilizaci�n en nuevos materiales de pl�stico reciclado y en especial para la construcci�n de bloques con pol�meros que ser�n empleados por la conservaci�n de construcciones tradicionales, pero que presentan caracter�sticas sismo resistentes. Su maniobrabilidad durante la mezcla, la combinaci�n con el agua y el cemento permiten conseguir una pasta que junto a la fibra de maguey y al ripio, formen una s�lida estructura que supere las pruebas f�sicas estandarizadas.

4.      El polietileno tereftalato (PET) en el bloque: El cemento y el agua como catalizador, reaccionan con propiedad de adherencia y cohesi�n, formando una pasta, si se agrega arena fina a la pasta se forma el mortero y si al mortero se le agrega ripio o arena gruesa, se forma el hormig�n; cuando una parte proporcional de la arena fina se sustituye por PET, se forma el bloque de hormig�n PET.�

Se deduce que se requerir� de una gran cantidad de este material para sustentar un proyecto de producci�n de bloques de este tipo, lo que se puede lograr porque el granulado molecular que sustituye en parte a la arena fina, proviene del procesamiento industrial de las botellas y recipientes de pl�stico que son desechadas y tiradas por doquier, lo que presenta una soluci�n sostenible al grave problema de contaminaci�n a nivel local y mundial; si agregamos a este bloque� la fibra de Maguey, los estudios indican que tanto el material es id�neo para el sector de la construcci�n, como para la econom�a del pa�s (Chac�n & Lema, 2012).

5.      Reciclaje: es un proceso simple que puede ayudar a resolver muchos de los problemas creados por la forma de vida moderna. Se pueden salvar grandes cantidades de recursos naturales no renovables cuando en los procesos de producci�n se utilizan materiales reciclados.

Los recursos renovables deben ser recuperados como es el caso de los �rboles o el agua, pero otros recursos no renovables como las canteras y los minerales (arena, ripio), tambi�n pueden ser salvados, mediante la utilizaci�n de productos reciclados; ya que disminuye el consumo de energ�a empleado en su procesamiento industrial. Cuando se consuman menos combustibles f�siles, se generar� menos CO2 y por lo tanto habr� menos lluvia �cida y se reducir� el efecto invernadero (EROSKI, 2015). Adem�s de contribuir a la lucha contra la contaminaci�n del medio ambiente se contribuye a asegurar el empleo medido de productos pl�sticos de alta demanda, as� como la programaci�n de estrategias que ayuden a mitigar este problema.

6.      Bloque de hormig�n: es un paralelep�pedo rectangular prefabricado con numerosas celdas de paredes delgadas, que los convierten en piezas f�ciles de maniobrar en obra y muy aislantes. Se elaboran a partir de morteros y hormigones de consistencia seca (de �rido peque�o) comprimi�ndolos y haci�ndolos vibrar en moldes met�licos (Construmatica, 2019).� Por tener mayores dimensiones que el ladrillo, permite la construcci�n de paredes en tiempos m�s reducidos a los que demanda una pared de obra de ladrillo.

Las paredes son m�s r�gidas, pero rechazan los revestimientos si antes no les son aplicadas disposiciones constructivas especiales. Seg�n la norma INEN 638, se elaboran 3 tipos de bloques diferentes, que son empleados de acuerdo a su uso: Clase A, para mamposter�a estructural; Clase B, para mamposter�a no estructural; y, Clase C, para alivianamientos en losas.

Para elaborar un bloque de hormig�n, se parte del principio t�cnico que la mezcla depende del esfuerzo y resistencia al a que va a ser sometida; as� las columnas y techos deber�n presentar mucha mayor resistencia que las paredes, seg�n los planos de estructuras. Al trabajar o elaborar los bloques, al cemento, se agrega �rido fino (arena), �rido grueso (ripio), y agua.�

En la primera fase, el cemento y el agua forman la pasta, al agregar arena fina se forma el mortero y si seguimos agregando ripio se forma el hormig�n; en esta fase se debe mantener la humedad al m�ximo, para que el fraguado sea el correcto y tenga como caracter�stica la trabajabilidad o maniobrabilidad para darle la forma que se requiera; si la mezcla est� bien realizada y los materiales son adecuados, entonces la consistencia no permitir� exceso de huecos o partes con vac�os, ni tampoco que el ripio se asiente en la base; tambi�n se espera que el agua trabaje dentro de este bloque como catalizador y reaccione como pasta junto al cemento, lo que significa que al maniobrar la mezcla el agua no se desperdicie; si el concreto se expone al ambiente y el calor produce evaporaci�n excesiva de esta mezcla, puede fisurarse, por ello es que se debe humedecer constantemente el concreto a fin de lograr la consolidaci�n de la estructura. De estos tres procesos anteriores depende la elasticidad y resistencia.�

7.      Caracter�sticas del proceso y material del hormig�n PET: A partir de la mezcla de cemento, agua, ripio, se sustituye en parte proporcional la arena fina con PET; los agregados forman las � partes del volumen del hormig�n, su empleo disminuye costos y brinda resistencia a la aplicaci�n de carga, a la erosi�n por rozamiento e impide la filtraci�n de humedades, siempre que cumplan la norma INEN 872 ��ridos para hormig�n. Requisitos� para ello se someten a la granulometr�a especificada para este producto. Se agrega el PET en porcentajes de 5%, 10%, 15% y 20% de gr�nulos de PET que pasan por un filtro de 5 mm y que sustituyen a arena fina en esas proporciones; es decir que en 100 gramos de arena fina se colocan 5 gramos de PET y as� sucesivamente.�

El an�lisis del bloque se realiza primero en el c�lculo de la densidad, que es el volumen que adquiri� luego de ser curada en agua por 28 d�as, (volumen adquirido/masa inicial); luego es el c�lculo de la flexi�n y compresi�n, en este ejemplo seg�n la norma del pa�s donde se realiza la experiencia NCH158; se retiran del curado a los 28 d�as y se las seca superficialmente para pesarlos; se introducen al horno donde son secadas a 50�c � (Infante & Valderrama, 2019).

 

Materiales y M�todos

El dise�o de investigaci�n es exploratorio, ya que se deber� realizar varios prototipos de bloques manteniendo constante las proporciones de agua, cemento, arena fina y arena gruesa; y con proporciones variables los porcentajes de la fibra de Maguey y la piedra PET, hasta obtener el que cumple con la normativa ecuatoriana de construcci�n mediante ensayos de laboratorio. La metodolog�a adem�s es experimental, de acuerdo al modelo del proyecto de investigaci�n. Los m�todos empleados son:

�         el anal�tico, dado que se enfoca en la descomposici�n de todo el proceso de fabricaci�n de bloques, separando en varias partes o elementos la fabricaci�n y las pruebas f�sicas o mec�nicas para determinar la resistencia del bloque patr�n y las del prototipo.

�         el sint�tico, porque consiste en integrar las partes o componentes materiales constantes y variables, de forma proporcional en el prototipo de bloque. Los procesos de construcci�n de bloques con agregados minerales fibras vegetales, se repiten con regularidad, porque alcanzan los l�mites y caracter�sticas de fabricaci�n que las propiedades f�sicas y qu�micas exigen; por ello est� presente la INDUCCI�N, ya que los registros obtenidos en la experimentaci�n permiten reconocer la aplicaci�n del producto, cubriendo reglas generales en la construcci�n

Respecto al tipo de investigaci�n, ser� de car�cter descriptiva y simple, donde puntualizar� las caracter�sticas del bloque prototipo a elaborar; y ser� experimental porque se extraer�, analizar� y corroborar� los datos obtenidos de varias muestras elaboradas con proporcionalidades diferentes en los materiales agregados (Agave de Maguey y PET), en comparaci�n con el bloque patr�n. Por otro lado, la investigaci�n pertenece al enfoque cuantitativo, utilizando la recolecci�n y el an�lisis de datos para probar la hip�tesis establecida previamente y conf�a en la medici�n num�rica realizada previamente mediante: ensayos, el conteo y frecuentemente en el uso de la estad�stica para establecer con exactitud patrones de comportamiento de una poblaci�n.

La t�cnica empleada es la encuesta, la cual se realiz� por p�gina web, dirigida a: p�blico en general, ingenieros civiles y estudiantes de ingenier�a civil, para obtener informaci�n que se analiz� mediante tabla de frecuencia, gr�fico de pasteles, promedios y resultados; adem�s, de los diferentes tipos de instrumentos que se acoplen al estudio.�

�         La encuesta a aplicarse al p�blico en general, necesario para la contribuci�n a la protecci�n del medio ambiente con la aceptaci�n de un nuevo bloque ecol�gico, incorpor�ndolo en las construcciones civiles ubicadas en La Troncal.

�         La encuesta a aplicarse a ingenieros civiles, contribuye profesionalmente con la incorporaci�n de un nuevo bloque ecol�gico, en las construcciones en La Troncal.

�         La encuesta a aplicar a estudiantes de ingenier�a civil, contribuye con la socializaci�n de un nuevo bloque ecol�gico, para incorporarlos en la gesti�n del cuidado del ambiente y la disminuci�n de costos, en las construcciones civiles en La Troncal.

Por otro lado, se encuentran los ensayos de laboratorios, para determinar las propiedades f�sicas y mec�nicas del bloque, importantes para comprobar los est�ndares de calidad que la normativa lo exige.En cuanto a la poblaci�n y muestra, se tiene que desde la posici�n de Cabezas et al. (2018), �la investigaci�n experimental consiste en la manipulaci�n de una o m�s variables experimental no comprobada en condiciones rigurosamente controladas, con el fin de describir de qu� modo o por qu� causa se produce una situaci�n o acontecimiento particular� (p.41).

Como investigaci�n de enfoque cuantitativo, centrado en el proceso de investigaci�n relacionada en medidas num�ricas; se fundamenta y utiliza la observaci�n del proceso en forma de recolecci�n de datos y los analiza para llegar a responder las preguntas que se plantean en un inicio de la investigaci�n. Por tanto, se maneja la recolecci�n de la medici�n de par�metros, la obtenci�n de frecuencias y estad�grafos de la poblaci�n que investiga para probar las hip�tesis establecidas en cap�tulos iniciales de la investigaci�n (Cabezas et al. (2018).

La investigaci�n, tiene un enfoque cuantitativo y experimental; elaborado en Ecuador, en la regi�n de la Sierra de la Provincia del Ca�ar, ciudad de La Troncal con una poblaci�n de 76.872 habitantes, dando como resultado un tama�o en muestra de 382 personas, con una confianza del 95%, desviaci�n est�ndar de 1.96 y margen de error del 5%. Adem�s, se encuestan a 100 estudiantes de la carrera de Ingenier�a Civil de la Facultad de Ingenier�a Industrial y Construcci�n de la Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil y 100 profesionales de la construcci�n del Colegio de Ingenieros Civiles del Guayas, para un total de la muestra a encuestar de 582 personas.

 

An�lisis y discusi�n de los resultados

En primer lugar, se obtuvieron los resultados de las encuestas aplicadas por p�gina web a la muestra de la poblaci�n descrita con anterioridad (ingenieros civiles, estudiantes de ingenier�a y p�blico en general) y su debido an�lisis, arrojando los siguientes aportes a la investigaci�n:

�         Para los ingenieros civiles encuestados, el prototipo de bloque podr� contribuir de manera profesional con la incorporaci�n de fibra de Maguey y piedra PET, en las construcciones civiles ubicadas en los todos sitios donde se lo desee aplicar y en especial en La Troncal, lugar del objeto de estudio.

�         Los resultados a la encuesta aplicada a estudiantes de ingenier�a civil, indican que s� aceptan, el empleo del bloque ecol�gico, porque cumplen la norma INEN, y la construcci�n de nuevos productos a base de materiales reciclados, por lo que se requiere una estrategia de publicidad.

�         En su mayor�a, el p�blico estar�a conforme con el empleo de materiales ecol�gicos en la construcci�n de viviendas, conf�an en la seguridad que les otorgue la publicidad, el empleo de este prototipo por parte del profesional ingeniero y maestro constructor, que a la final abarata los costos de adquisici�n de vivienda.�

Comprobaci�n de la Hip�tesis: Las encuestas de aceptaci�n de aplicada a la muestra, ubicados en la ciudad de La Troncal y en Babahoyo, sobre el empleo a futuro del prototipo de bloque elaborado con Fibras de Maguey y piedras de PET, con propiedades f�sicas y mec�nicas que cumplen con la normativa nacional de construcci�n; se da entre otras causas, por los est�ndares de calidad que cubre Servicio Ecuatoriano de Normalizaci�n NTE INEN 3066-2016-11 �Bloques de Hormig�n Requisitos y M�todos de Ensayo�, donde se especifica los materiales, propiedades, requisitos y m�todos de ensayo de los bloques huecos de hormig�n�.

Posteriormente, se inicia la elaboraci�n del prototipo de bloque a base de fibras de maguey y piedras de PET, con propiedades f�sicas y mec�nicas que cumplan con la normativa nacional de construcci�n.

1.      La fibra de Maguey: es recogida en el campo, especialmente de los sectores de la sierra, donde crece a la vera del camino, en las laderas de las monta�as de entrada a la sierra; en nuestro caso las encontramos gratuitamente en los caminos colindantes en la Troncal, en las v�as que van hacia Azuay y en las v�as de Santo Domingo. En general se las encuentra a disposici�n, y la proyecci�n es generar como fuente de trabajo la siembra y cosecha del agave en las pencas del Maguey, y en este trabajo s�lo emplea la fibra de la hoja.

Obtenida la hoja, que es larga y de bordes espinados, se procede a lavarla y retirar espinos e impurezas; se corta los extremos y se retira la cubierta de la hoja que se observa a manera de c�scara. Se corta en l�minas largas y se coloca en la maquinaria (trapiche), permite separar el agave de la fibra por medio de rodillos (ver figura 1).

Una vez que se ha extra�do el l�quido de la pulpa de la hoja, el l�quido se recoge en recipientes especiales para diferentes tratamientos, seg�n el producto que se vaya a elaborar. El resto del material de la hoja deshidratada, es la fibra h�meda, que requiere de un tratamiento y secado sencillo, para que se pueda obtener la fibra seca, que es la que se proceder� a manipular previo al cortado en hilos de peque�as medidas y que permitir� su inserci�n entre las mezclas del mortero de concreto, en proporciones determinadas por las normas nacionales de construcci�n.

Para ello, el secado requiere de tendales y cordeles dispuestos a recibir calor y luz solar para el m�ximo secado de la fibra. Para el almacenamiento de la fibra de maguey, se dispone de un sitio amplio y seco (figura 2); usualmente se seleccionan por el largo del hilo y se ordenan por medio de trenzas para calcular posteriormente su peso en kg.

 

 

 

 

 

 

Figura 1: Maquinaria con rodillos (trapiche)

Fuente: Autor�a propia (2020)

Figura 2: Trenzado y Almacenamiento de la fibra de maguey

Fuente: Autor�a propia (2020)

 

2.      Recolecci�n y tratamiento de materia prima: El PET, es recogido de manera simple por personas dedicadas a reciclar, tambi�n en los colegios y escuelas las recogen, bajo la estrategia de prevenci�n de la contaminaci�n o como actividad escolar econ�mica para venderlos a las recicladoras. Se asegura la procedencia con recolectores populares informales y microempresas dedicadas al comercio de materiales de reciclaje. Para efectos demostrativos se recolecto una m�nima cantidad de botellas pl�sticas.

Una vez terminado el proceso de recolecci�n, se los clasifica, se retiran las etiquetas, y se los limpia con abundante agua y se procede a seleccionar seg�n el tipo de material, para luego triturarlos en peque�os trozos. Posteriormente, se hace la conversi�n de pl�stico en material p�treo, colocaci�n del PET triturado en un recipiente con una temperatura de 300�C, para lograr derretir, presenta una coloraci�n de aspecto caf� oscuro (figura 3). Y finalmente, se procede a enfriar, por lo cual su color se torna de color gris y luego se empieza a triturar para obtener la piedra PET (figura 4).

 

 

 

 

Figura 3: Recolecci�n de botellas de pl�stico, triturado y proceso de fundici�n

Fuente: Autor�a propia (2020)

Figura 4: Solidificaci�n y Triturado del PET

Fuente: Autor�a propia (2020)

 

3.      Procedimiento para la elaboraci�n del bloque ecol�gico: La trenza de fibra se dispone alargada, se desenrolla y se coloca en la maquina cortadora; para este trabajo se cort� en fibras de 5 cent�metros de largo (figura 5). En cuanto a la colocaci�n del conglomerado en mezcladora, se inicia con el agregado de arena, cemento y agua, los que se mezclan, formando el material conglomerante, lo que se agregar�n en proporciones adecuadas de los otros agregados (figura 6).

Figura 5: Proceso de corte de la fibra (longitud de 2-5 cm)

Fuente: Autor�a propia (2020)

 

Figura 6: Colocaci�n arena y agua en la mezcladora

Fuente: Autor�a propia (2020)

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Luego, la dosificaci�n, es tratada con la colocaci�n del PET en peque�as part�culas y la colocaci�n de la fibra, con lo que se deber� mezclar a fin de obtener una consistencia homog�nea. Tratando de que esta mezcla forme una pasta de cemento que rodee a los materiales agregados; para lo cual debe tener suficiente agua y la retenga a fin de que la fusi�n permita condiciones de trabajabilidad y lograr mayor resistencia, luego del fraguado y curado.

En seis bloques tomados como prototipos, los pesos fueron diferentes; conformes a las pruebas a que se someter�an. La relaci�n del peso y la resistencia son proporcionales al tipo de bloque, que se va a destinar para un determinado sitio en la construcci�n; as� el bloque de menor peso y mayor resistencia ir� a los pisos superiores y los de mayor peso y resistencia ir�n como base en la parte inferior de la construcci�n, tal como se muestra en la tabla 1.

 

Tabla 1: Pesos del material a agregar en el mortero

Fuente: Autor�a propia (2020)

 

La maquinaria prensadora-vibradora electromec�nica, permite la formaci�n del bloque mediante el prensado y la disminuci�n de espacios vac�os en la masa del bloque formado. Por su parte, el moldeo ocurre una vez que la maquina ha hecho efecto de vibrar y el contenido de esta masa se vierte en los moldes (figura 7). Posteriormente, se observan las irregularidades para que pase el primer control de producci�n. Y el curado, se da ante el agregado de agua y los materiales, el cemento que es hidr�ulico, madura y endurece lentamente, se inicia el proceso de fraguado; a la salida del bloque se determina si la mezcla ha dado resultado con un bloque que presenta consistencia a la primera manipulaci�n. A esta parte del proceso, se llama curado seg�n el American Concrete Institute - ACI 308R con vigencia desde mayo de 2016 (figura 8).

 

Figura 7: De la mezcladora a la maquina moldeadora

Fuente: Autor�a propia (2020)

 

Figura 8: Bloque listo para el curado

Fuente: Autor�a propia (2020)

 

El ensayo de calidad, se inicia con el traslado de los bloques al laboratorio de suelo, para determinar si el bloque cumple con las mejores propiedades mec�nicas como prototipo. Es codificado con la fecha, peso, masa, volumen, y tiempo de curado y los tiempos de curado establecido para las pruebas son: 7, 14 y 28 d�as, con una temperatura mayor a 5�C, necesario para que la hidrataci�n del cemento desplace los poros entre los espacios de los materiales agregados. Luego, el ensayo de compresi�n se realiza a los 7 d�as, luego a los 14 y finalmente a los 28 d�as del curado, se somete a varios ensayos de compresi�n, para conocer a que esfuerzo f�sico sometido por la m�quina de compresi�n, mediante la carga de ruptura se rompe o se fractura y cu�l es el c�lculo de la resistencia, cuyo valor es en Mega pascal Mpa (ver tabla 2).�

 

Tabla 2: Resultados de la prueba de esfuerzo de compresi�n (unidades pascal) a los 7 d�as de curado

Muestras	Peso (Kgf)	�rea (cm2)	Volumen (m3)	Kfg/cm2	Densidad (kg/m3)	Factor de Conversi�n	Mpa
1	2520	250	0.01	10.080	252000	0.10	0.989
2	2750	250	0.01	11.000	275000	0.10	1.079
3	2820	250	0.01	11.280	282000	0.10	1.106
4	3100	250	0.01	12.400	310000	0.10	1.216
5	3680	250	0.01	14.720	368000	0.10	1.444
6	2900	250	0.01	11.600	290000	0.10	1.138

Fuente: Autor�a propia (2020)

 

Al an�lisis de los bloques de muestra del prototipo del d�a 7, en relaci�n al peso de los materiales empleados, la muestra n�mero 5, es la que tiene menor peso y mayor resistencia en el esfuerzo, al aplicar la carga en la m�quina de comprensi�n; En cambio, en la muestra 1 presento un diferencial de 0.451 Mpa, en comparaci�n a la muestra 5, debido a la incorporaci�n de las variables piedra PET en un 2.45 kg y en Fibra de maguey un 0.253 Kg lo que permiti� mejores condiciones de resistencia.

 

Tabla 3: Resultados de la prueba de absorci�n de humedad en litros en la prueba de esfuerzo anterior a los 7 d�as de curado

Fuente: Autor�a propia (2020)

 

En los bloques de la muestra 1, 2 y 3 se relaciona que la presencia de piedra PET permite al bloque 3 obtenga una menor absorci�n de agua con un 2 Kg de piedra PET; en cambio en los bloques de la muestra 4 y 6 se dedujo que, al colocarse m�s de Fibra de Maguey, conduce m�nimo porcentaje en absorci�n de agua del 0.1 % de absorci�n.��

Posteriormente, a los 14 d�as, los bloques presentaron mayores condiciones de resistencia; en la muestra 3 eleva su nivel de resistencia, mucho m�s que la muestra 4 y la 5 con diferencial aproximado de 0.27 Mpa en relaci�n a la muestra 4. Se deduce que mientras mayor es la etapa de curado, aumenta la resistencia por el fraguado completo durante la hidrataci�n del concreto.

 

Tabla 4: Resultados de la prueba de esfuerzo de compresi�n (unidades Pascal) a los 28 d�as

Fuente: Autor�a propia (2020)

 

En la tabla 4, se observa que el bloque 3 presenta un valor de esfuerzo de 2.80 MPa. Si consideramos que tiene mayor cantidad de PET y present� un alto nivel de resistencia a los 7 y 14 d�as, aparentemente es el bloque que tiene condiciones para producirlo como prototipo; pero deben considerarse los costos de producci�n. Obteniendo un mismo resultado con la muestra 4, pero con menos dosificaciones en sus elementos, que en la muestra 3, tales como: 0.407 kg de fibra de maguey, 0.597 Kg piedra PET, 3.75 Kg arena, 1.72 Kg piedra p�mez, 1 litro de agua y 0.773 Kg de cemento, haciendo de este un prototipo m�s liviano.

 

Tabla 5: Resultados de la prueba de absorci�n de humedad en litros en la prueba de esfuerzo anterior a los 28 d�as de curado

Fuente: Autor�a propia (2020)

 

En la tabla 5, se muestra que el bloque 6 obtiene un menor porcentaje de absorci�n debido a que presenta menor cantidad de piedra p�mez (menos espacios vac�os) y porcentaje de fibra de maguey, mientras que en las muestras de bloque 3 y 4 son las que presentas un mayor esfuerzo a la compresi�n presentan un porcentaje de absorci�n de 25.84 y 26.09 debido a las dosificaciones de piedra PET, fibra de maguey y piedra p�mez.

En cuanto al ensayo de humedad, se colocan varios bloques en una piscina, para calcular el valor de hidrataci�n a efectos de lograr un bloque superficialmente h�medo (figura 9). Una vez curado y realizado el ensayo de compresi�n; debe ser secado para extraer los restos de agua, a fin de pesarlo; de manera que se pueda ofrecer un bloque de alta resistencia y de bajo peso. Para ello se coloca el bloque dentro del horno a 26�c durante 24 horas. Luego, el bloque ha disminuido al m�ximo las part�culas de aire y de agua en su interior; junto con las medidas de su volumen se determinar� si cumple con los requerimientos estandarizados. El peso del bloque y su tama�o, conforme las normas nacionales de elaboraci�n de bloques, servir� c�mo bloque tipo A, B o C y se aplicar� en las construcciones acorde a la necesidad de la edificaci�n de paredes en piso bajo, piso alto, losas, y divisiones que demande las especificaciones de la obra (figura 10).�

 

Figura 9: Colocaci�n de bloques en piscina

Fuente: Autor�a propia (2020)

 

Figura 10: Se calcula el peso del bloque, secado

Fuente: Autor�a propia (2020)

 

An�lisis de Costos: Los costos se calcularon y est�n agrupados en el valor de los equipos, mano de obra, materia prima y transporte para todos los prototipos, como se muestra a continuaci�n:

�         El bloque 1 (patr�n), no aplica fibra de Maguey ni PET, con un costo de 0.23 ctvs de d�lar.

�         En el bloque ecol�gico 2, aplica PET y mide la resistencia del bloque solo a base de fibra de agave de Maguey; adem�s var�a la cantidad de arena, que tambi�n aumenta, as� como la cantidad de fibra de maguey, reflejando un costo de 0.31ctvs de d�lar.

�         Para el bloque Ecol�gico 3, var�a el costo de la materia prima, se mide la resistencia del bloque a base de fibra de agave de maguey y PET; se mantiene estable la cantidad de arena y fibra de maguey, siendo el costo de 0.32 ctvs de d�lar.

�         Para el bloque 4, aqu� var�a para el costo de la materia prima, se aplica PET y se incrementa la fibra de maguey, adem�s disminuye la cantidad de arena en relaci�n al bloque anterior, obteni�ndose un costo de 0.34 ctvs de d�lar.

�         El bloque ecol�gico 5, aplica fibra de maguey y PET; mide la resistencia del bloque en base al PET y fibra; adem�s: se disminuye la cantidad de arena, piedra p�mez y fibra de maguey, con un costo de 0.27 ctvs de d�lar.

�         El bloque ecol�gico 6, se aplica PET y una peque�a cantidad la fibra de maguey; midiendo la resistencia en base a la fibra; disminuye la cantidad de arena, aumenta la cantidad de piedra p�mez y disminuye la cantidad de fibra de maguey, para un costo de 0.27 ctvs de d�lar.

 

Conclusi�n

Se identificaron las caracter�sticas mec�nicas del PET, concluyendo que a menor tama�o las micro aristas permiten un mayor acercamiento entre el pl�stico y el cemento formando una mejor compactaci�n con menor cantidad de espacios vac�os entre ellos.

Las caracter�sticas mec�nicas de la fibra del maguey, tiene relaci�n a la elasticidad y la capacidad de contener altas cantidades de agua al interior de cada hilo de sus fibras, siendo esta la raz�n por la cual se adapta al cemento durante el proceso de fraguado y permite que la humedad madure el cemento mientras este ocupa la mayor parte de espacios inter moleculares de aire antes de convertirse en una pasta ideal; se concluye que las fibras, tienen �ptima condici�n cuando �sta es m�s corta, porque permite la compactaci�n y el fraguado de �ptima calidad.

Al realizar el ensayo de compresi�n en los bloques de hormig�n de la muestra 1(tradicional) ,2 y 3 (ecol�gicos) que contienen Fibra de Maguey y piedra PET, se determin� un incremento en su resistencia de 29.74% entre el bloque tradicional y el bloque ecol�gico 2. En los bloques 2 y 3 (ecol�gicos) se aument� y reemplazo un 25% m�s de piedra PET por piedra p�mez, aportando una resistencia del 30.36% al bloque tipo 2 (ecol�gico).

En el ensayo de compresi�n, se puede dictaminar que el bloque de hormig�n a base de Fibra de Maguey y piedra PET, al ser mezclada con arena, cemento y agua, se logro obtener una resistencia de 2.8 Mpa cumpliendo con los requerimientos de resistencia de un bloque hormig�n tipo �C� correspondiente a Losas de alivianamiento; con una densidad superior a 2000 denominando como un bloque de tipo normal establecido en la norma INEN 3066-2016 �Bloques de Hormig�n, Requisitos y M�todos de Ensayo�.

La evaluaci�n costo-beneficio entre la muestra de bloque de hormig�n 3-4 y su venta al mercado, se demostr� que la muestra de bloque de hormig�n 3 es la m�s id�nea, ya que su costo es de 5.88% en comparaci�n al bloque de hormig�n 4, mientras que su costo al mercado ubicados en La Troncal seria 29% m�s barata que el bloque convencional.�

El PET es un material de f�cil manejo y de alto nivel de reciclaje, cuya tendencia siempre va a la contaminaci�n ambiental; La fibra de maguey, es una planta de m�ltiples formas de explotaci�n y su recolecci�n, tratamiento e industrializaci�n a bajo costo la hacen rentable.� Ambos productos crear�n fuente de trabajo y en conclusi�n son materias primas de bajo costo y de acopio constante, lo que garantiza su empleo en la elaboraci�n de bloques a gran escala siguiendo el prototipo de bloque ecol�gico de hormig�n planteado en este trabajo.

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Referencias

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� 2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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