UNIVERSIDAD DE COLIMA Facultad de Arquitectura y Diseño ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FÍSICO MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Tesis que para obtener el grado de Maestro en Arquitectura Presenta: I.B.Q. Víctor Jaime Anaya Sepúlveda Director de Tesis: Dr. Miguel Fernando Elizondo Mata Asesores: Dr. Luis Gabriel Gómez Azpeitia Dr. Armando Alcántara Lomelí M.I. Carlos Enrique Silva Echartea Coquimatlán, Colima; Diciembre de 2007 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 1 AGRADECIMIENTOS PRIMERAMENTE A DIOS, por darme una vida, una familia y las herramientas necesarias para mi desempeño profesional A MIS PADRES Y HERMANOS, quienes fueron y han seguido siendo la base fundamental para el logro de mis metas A TERE, MI ESPOSA, por su apoyo incondicional como profesionista, mujer y amiga A ADIEL, MI HIJO, por recordarme con gran fuerza de la existencia de Dios y enseñarme, incluso antes de su llegada, que es posible seguir adelante a pesar de las experiencias que tengamos que vivir AL DR. MIGUEL F. ELIZONDO MATA por su paciencia y dedicación en la dirección de mi tesis A MIS MAESTROS, ASESORES Y DIRECTIVOS, por compartir sus conocimientos y lograr guiar de manera eficiente esta etapa formación académica AL CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA (CONACYT), por la beca recibida para el desarrollo del proyecto de investigación A MIS COMPAÑEROS, por su amistad y apoyo A LA EMPRESA HOLCIM APASCO Y CONCRETOS APASCO, especialmente al Ing. Enrique Ortega, Katia Carmona y Francisco García por el apoyo brindado. Finalmente, a todas las personas que de alguna forma u otra contribuyeron para el desarrollo del presente proyecto. 2 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL INDICE Pg. Índice de tablas ----------------------------------------------------------------------------------Índice de figuras --------------------------------------------------------------------------------Índice de gráficos -------------------------------------------------------------------------------Resumen ------------------------------------------------------------------------------------------Abstract -------------------------------------------------------------------------------------------- Introducción --------------------------------------------------------------------------------------- Capitulo I. Antecedentes -----------------------------------------------------------------Capitulo II. Marco teórico ----------------------------------------------------------------Capitulo III. Diseño y desarrollo del experimento -------------------------------Capitulo IV. Resultados y discusiones ---------------------------------------------- Conclusiones ------------------------------------------------------------------------------------Bibliografía ----------------------------------------------------------------------------------------Anexos ---------------------------------------------------------------------------------------------- IV V VI VII VIII 9 13 29 45 77 109 113 115 3 INDICE DE TABLAS Tabla 3. 2 Elaboración de pulpa Tabla 3. 3 Selección de cantidad de látex Pg. 42 46 59 59 Tabla 3. 4 Proporciones de aglutinante y material inerte 60 Tabla 3. 5 Suministro de aditivos en mezclas 62 Tabla 3. 6 Datos de calibración de anillo 74 Tabla 4. 1 Valores de pesos 83 Tabla 4. 2 Evaluación física de los materiales 84 Tabla 4. 3 Modulo de elasticidad Formulación 1 Tabla 4. 4 Modulo de elasticidad Formulación 2 Tabla 4. 5 Modulo de elasticidad Formulación 3 Tabla 4. 6 Modulo de elasticidad Formulación 4 Tabla 4. 7 Modulo de elasticidad Formulación 5 88 90 92 94 97 Tabla 4. 8 Modulo de elasticidad Formulación 6 99 Tabla 4. 9 Modulo de elasticidad Formulación 7 101 Tabla 4. 10 Datos comparativos entre las diferentes formulaciones 103 Tabla 4. 11 Absorción acústica 105 Tabla 4. 12 Usos recomendados según propiedades 108 Tabla 2. 1 Tipos de Cemento Tabla 3. 1 Número de corridas y proporción de componentes 4 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL INDICE DE FIGURAS Fig. 2. 1 Estructura Celular de las microfibrilas Fig. 2. 2 Organización esquemática de las moléculas de la celulosa a) de forma continua b) de forma micelar Fig. 2. 3 Estructura molecular del caucho Fig. 3. 1 Distribución de puntos de muestreo de diseño factorial 32 Pg. 32 33 36 46 Fig. 3. 2 Caja para la determinación de nivel de Absorción acústica 50 Fig. 3. 3 Calibrador, fuente emisora de sonido 51 Fig. 3. 4 Sonómetro, Receptor de onda sonora 52 Fig. 3. 5 Proceso de elaboración de pulpa 55 Fig. 3. 6 Separación de fibras de látex con criba 57 Fig. 3. 7 Materiales a usar en las mezclas 58 Fig. 3. 8 Curado de las mezclas en solución saturada de cal 63 Fig. 3. 9 Curado de las mezclas en bolsa de plástico 64 Fig. 3. 10 Fraguado en condiciones ambientales 65 Fig. 3. 11 Medición de los especimenes 66 Fig. 3. 12 Pesado de los especimenes 67 Fig. 3. 13 Secado de los especimenes 68 Fig. 3. 14 Saturación de agua de cada uno de los especimenes 69 Fig. 3. 15 Moldes empleados para la elaboración de especimenes 70 Fig. 3. 16 Prensa empleada en los ensayos para compresión 71 Fig. 3. 17 Instrumento empleado para la calibración del anillo 72 Fig. 3. 18 Prensa provista con anillo calibrado 73 Fig. 4. 1 Valores de pesos 84 5 INDICE DE GRAFICOS Grafico 3. 1 Línea de tendencia para la calibración del anillo Pg. 74 Grafico 4. 1 Relación de los componentes en la mezcla de “agregados” 79 Grafico 4. 2 Suministros de excedentes de agua 80 Grafico 4. 3 Pérdida de humedad a diferentes días de curado 82 Grafico 4. 4 Peso Volumétrico 85 Grafico 4. 5 Humedad 86 Grafico 4. 6 Absorción 86 Grafico 4. 7 Relación Esfuerzo vs deformación F1 89 Grafico 4. 8 Relación modulo de elasticidad vs deformación F1 Grafico 4. 9 Relación Esfuerzo vs deformación F2 Grafico 4. 10 Relación modulo de elasticidad vs deformación F2 Grafico 4. 11 Relación Esfuerzo vs deformación F3 Grafico 4. 12 Relación modulo de elasticidad vs deformación F3 Grafico 4. 13 Relación Esfuerzo vs deformación F4 89 91 91 93 93 95 Grafico 4. 14 Relación modulo de elasticidad vs deformación F4 96 Grafico 4. 15 Relación Esfuerzo vs deformación F5 98 Grafico 4. 16 Relación modulo de elasticidad vs deformación F5 98 Grafico 4. 17 Relación Esfuerzo vs deformación F6 100 Grafico 4. 18 Relación modulo de elasticidad vs deformación F6 100 Grafico 4. 19 Relación Esfuerzo vs deformación F7 102 Grafico 4. 20 Relación modulo de elasticidad vs deformación F7 103 Grafico 4. 21 Resistencia a la compresión 104 Grafico 4. 22 Modulo de elasticidad 104 Grafico 4. 23 Absorción acústica 106 6 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL RESUMEN La investigación se desarrollo en tres etapas, una la recopilación de la información bibliográfica; dos, el diseño y elaboración de las mezclas y tres, la evaluación del material resultante. Se determinó la cantidad de muestras a analizar mediante un diseño factorial k 3 considerando dos factores: contenidos de pulpa y contenido de caucho, en tres niveles cada uno: alto, medio y bajo, obteniendo como resultado un total de 7 formulaciones. La elaboración y caracterización de las muestras se hace en función de la normatividad aplicable. Las evaluaciones del material son: contenido de humedad, porcentaje de absorción, peso volumétrico, resistencia a la compresión y grado de absorción acústica. Se pode en manifiesto una serie de recomendaciones en su aplicación que depende de las características del material resultante en función de la evaluación realizada. Así mismo se estable las limitantes que presenta el material resultante en su aplicación en la construcción. 7 ABSTRACT The research itself development in three phases, first, the collection of the bibliographical information; second, the design and elaboration of the mixtures and third, the evaluation of the resultant material. The quantity of samples was determined to analyze by means of a design factorial 3k considering two factors: contents of pulp and content of rubber, in three levels each one: high, medium and low, obtaining as a result a total of 7 formulations. The elaboration and characterization of the samples is done in function of the applicable regulatory nature. The evaluations of the material are: content of humidity, percentage of absorption, volumetric weight, resistance to the compression and acoustics absorption degree. It is able in manifesto a series of recommendations in its application that depends on the characteristics of the resultant material in function of the evaluation carried out. Thus same itself stable the constraints that present the resultant material in its application in the construction. 8 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL INTRODUCCION El desarrollo de materiales alternativos empleados en la industria de la construcción es un acontecimiento que se ha incrementado en los últimos años, en donde el aprovechamiento de diferentes residuos generados en las ciudades o bien en los campos agrícolas, es el eje central de la mayoría de las investigaciones. Esta situación obedece principalmente a dos causas, una como estrategia para la disminución de los altos volúmenes de residuos generados y otra al cumplimiento de las exigencias climáticas locales en donde es factible el empleo del material desarrollado. Sin embargo en muchos casos, los materiales usados en las edificaciones ubicadas en climas tropicales sub húmedos corresponden en la mayoría de los casos a exigencias de mercado, que no llegan a ser la respuesta exacta para las condiciones climática del lugar, generando por tanto ganancias de calor hacia el interior de los inmuebles, que deben ser disipadas con medios electromecánicos a través de fuertes consumos de energía como es el caso de los sistemas de acondicionamiento de aire. Por otro lado, materiales de construcción propios de la región han sido relegados a segundo término, dándoles categoría de rural y dejándolos exclusivamente para ser utilizados en la llamada "casa campesina", sin dar oportunidad a posibilidades de usos nuevos que generen opciones tecnológicas más acordes con las exigencias de desarrollo.1 Mientras se realiza este tipo de actividad; consumiendo a la vez los recursos no renovables, en las ciudades se generan grandes cantidades de materiales que 1 www.ciadicyp.com/iberoamericancongressonpulpandpaper/research_2000.html 9 pueden ser aprovechados fácilmente y que sin embargo son considerados como “basura”, tal es el caso del papel y cartón que deja de ser residuo cuando lo podemos emplear como materia prima en la elaboración de un producto. Simplemente en la ciudad de Colima se generan en promedio mensual mas de 500 toneladas de papel y cartón, lo que equivale al 19% en volumen del total del material residual generado, del cual solo el 30 % es enviado a otras ciudades para aprovecharlo como reciclaje en la elaboración de papel de menor calidad u otros materiales2. Situación similar sucede con la generación de llanta como desecho urbano, que aunque no es considerado como residuo peligroso, es un problema grave en términos de disposición final, pues los grandes volúmenes encontrados en los rellenos sanitarios reflejan la importancia que tienen estos materiales. Así mismo en el proceso de revitalizado de llantas existe también la generación considerable de este material triturado, pues simplemente en la ciudad de colima la generación de llanta triturada asciende a los 6 m3 semanales, dato que también llama la atención pues aunque en el mejor de los casos es incinerado a muy alta temperatura, no deja de ser un problema económico-ambiental para los generadores del mismo. En este sentido, se tiene el antecedente en la elaboración de materiales rígidos tales como paneles, bloques, plafones y elementos de relleno, en donde el componente principal es la celulosa, ya sea a partir de papel y cartón residual o bien de fibras procedentes de algunos residuos agrícolas. Los procesos de elaboración sugeridos varías según las características de sus componentes así como el comportamiento que presentan éstos al ser mezclados con ciertos agrados inertes y con el agente aglutinante empleado. Sin embargo en la mayoría de los casos se presenta el problema de deterioro del material por la actividad de organismos xilófagos. 2 H. Ayuntamiento de Colima. Dirección de Ecología. Archivo 10 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL La característica principal de los materiales estudiados, obedecen en su mayoría al contenido de tres componentes principales, uno es el uso de una pulpa que contienen el material celulósico; otro el agente aglutínate, generalmente materiales puzolánicos, cal, arcilla o caliza y finalmente agregados inertes que no afectan precisamente en términos de reactividad al material resultante pero le proporcionan ciertas características físico – mecánicas. Por lo anterior, y como elemento de justificación a la investigación, es pertinente determinar las condiciones óptimas de combinación de papel y cartón así como caucho vulcanizado residual, para que en mezcla con Mortero a base de Cemento Pórtland Compuesto CPC, y alumbre como agente inhibidor de crecimiento de organismos xilófagos sea factible la elaboración de un material empleado en la industria de la construcción. Derivado de lo anterior se plantea la siguiente cuestión. ¿Cuales son las características que determinan la afinidad del papel y cartón residual y los materiales complementarios en la elaboración de mezclas? Así como ¿Cuáles son las condiciones de manejo para evitar los problemas de deterioro de los materiales construidos? y ¿Qué eficiencia puede tener el producto en su aplicación en la industria de la construcción? Con lo anterior se establece que la investigación se desarrolla en tres etapas, en la primera, recopilación de la información que permite contestar a la primera pregunta en términos cualitativos, en segundo término el desarrollo experimental con productos sólidos y finalmente la evaluación del material resultante en función de viabilidad de empleo en la construcción y su eficiencia. Las formulaciones prácticamente dependen tanto del contenido de pulpa elaborada a base de papel y cartón, así como la cantidad de caucho vulcanizado presente en la mezcla, mientras que el suministro de agua, alumbre y el agente 11 aglutinante son variables que se mantienen fijas pues sus proporciones son empleadas en función de las especificaciones del fabricante. Las determinaciones correspondientes del material resultante son, Absorción de agua, peso volumétrico de las muestras, contenido de humedad, modulo de elasticidad, resistencia a la compresión y grado de absorción acústica, las cuales en su caso dan la pauta para proponer la aplicación de los materiales resultantes. Así pues, derivado del planteamiento anterior, y de manera hipotética podemos decir que las características de la celulosa y del Mortero base Cemento Pórtland Compuesto CPC en mezclas con caucho vulcanizado residual, presentan una factibilidad en la elaboración de materiales que podrían formar elementos rígidos empleados en la industria de la Construcción. Por otra parte se puede suponer que es posible inhibir la acción de organismos xilófagos que deterioran el material mediante el suministro de alumbre en la mezcla. Para dar cumplimiento con lo anterior, el presente trabajo se estructura en tres capítulos como cuerpo de la investigación y un apartado final de conclusiones, en el capitulo I, se aborda el marco conceptual teórico que fundamenta las actividades desarrolladas en el transcurso de la investigación, el capitulo II refiere al diseño y desarrollo del trabajo y en el capitulo III se discuten los resultados obtenidos. 12 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL CAPITULO I ANTECEDENTES I.1. ANTECEDENTES HISTORICOS Uno de los acontecimientos trascendentales en la evolución de la humanidad sin duda fue el descubrimiento de un método para producir fuego, haciendo arder un material celulósico3. El uso del fuego para protección y obtención de calor suplementario, logrado por el hombre primitivo, dio origen a la cocina, la panadería, la cerámica, y en su momento, a la producción de carbón vegetal y de las municiones navales mediante la combustión parcial y la pirolisis de la madera. Se considera que la destilación destructiva de la madera tiene una larga historia industrial, que proviene desde los antiguos chinos y egipcios, quienes utilizaban los productos del alquitrán para embalsamar. El empleo de materiales celulósicos para producir el papel apareció mucho tiempo después4. Las hojas de papiro, hechas prensando el tejido medular de un junco (Cyperus papirus), se utilizaron para escribir en fecha tan remota como la de 3 000 a.C. en Egipto. En china se empleaban tiras de bambú o de madera para escribir y dibujar sobre ellas, hasta que se descubrió el papel, descubrimiento que se atribuye a Ts´ai Lun en el año 105 a.C.5 El papel original se hacía en China con trapo, fibra de corteza y bambú. Los trozos de bambú se remojaban por más de 100 días, y después de hervían en una lechada de cal durante casi ocho días con sus noches, para liberar las fibras. El arte de hacer papel llegó finalmente a Persia, hacia el año 3 Thomas, JRH. Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1 1° ED. México, 1990, LIMUSA, p 29. 4 Casey, James P., Pulpa y papel, Química y Tecnología Química V. 1 1° ed. México, 1990, LIMUSA, p 29. 5 Ch’iao-p’ing, El arte de la química en la antigua China 1° ed. Easton, 1998. s.e, p 52. 13 751 d.C., desde donde pasó a los países del mediterráneo y en donde los moros llevaron a Europa la industria en el siglo XVII. La aceptación del papel y la difusión de su industria en Europa (1650), crearon una escasez crónica del trapo empleado como materia prima. La producción de pulpa llegó a solucionar tal escasez. El crédito que corresponde a la iniciación de esta industria es evidentemente compartido por muchos hombres de ciencia e inventores, pero cabe señalar que la idea original consiste en extraer fibra celulósicas de los tejidos de la madera, no sólo puede encontrarse en el método chino, sino también en un tratado presentado a la Real Academia Francesa por el destacado físico y naturalista René Antoine Ferchault de Réaumur en 1719; quién observaba que las avispas de América forman un papel muy fino semejante al industrializado en la actualidad. Extraen las fibras de la madera común en los países en donde viven 6. De esta manera muestran que puede hacerse papel usando las fibras de planta sin recurrir a trapos y al lino, lo que incita a probar la posible elaboración de papel de buena calidad mediante el uso de ciertas maderas. Transcurrieron otros ciento veinte años antes de que el químico francés Anselme Payen demostrara que una sustancia fibrosa, a la que llamó celulosa (1839) podía aislarse mediante el tratamiento de la madera con ácido nítrico. El aislamiento de dicha sustancia abrió las puertas para la producción de pulpa de madera mediante métodos comerciales de deslignificación, incluyendo los procesos con sosa que patentaron Watt y Burgers (1853), el proceso al sulfito inventado por Tilgman (1866), el proceso “Kraft” desarrollado por Eaton (1870) y Dahl (1879) y varios métodos para el blanqueo. Numerosos refinamientos y dicho proceso durante el siglo XX, han conducido al rápido desarrollo y adaptación del papel, no solamente para 6 Casey, James P. Op. cit. p. 30. 14 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL escritura e impresión, sino también para envoltura como el cartón, fabricación de envases y de varios productos desechables7. El aislamiento de la celulosa [β-D-(1-4)-glucopiranosa] de los tejidos de las plantas por procesos de laboratorio industriales, atrajo naturalmente el interés científico por definir la estructura, la composición, las propiedades y la biogénesis de este material. A lo largo de los años, y mediante distintos métodos de investigación, se ha tratado de encontrar cómo la celulosa se cristaliza y agrupa en las fibrilas, para dar a éstas su carácter fibroso y otras propiedades físicas; así como para determinar lo que son las fibrilas y microfibrilas y si éstas son producidas y están organizadas por fuerzas físicas inanimadas, o bajo la influencia biológica de la célula viva. Así pues, el aislamiento y la investigación química de la celulosa condujeron a la producción de derivados, entre ellos la nitrocelulosa, el acetato de celulosa, el rayón, y el celofán, precursores de la moderna industria de los plásticos y polímeros. La nitrocelulosa es el más antiguo entre los derivados conocidos de la celulosa. Los esfuerzos de algunos investigadores para producir marfil sintético para bolas de billar, condujo el desarrollo del primer plástico sintético conocido como celuloide 8. En 1870 este material se producía mediante una mezcla de celulosa parcialmente nitrada (llamada piroxilina) y alcanfor; la piroxilina se utilizó también en la producción de lacas, películas y adhesivos6. También se ha producido una celulosa altamente nitrada, utilizada como explosivo y combustible sólido. Por razón de la elevada inflamabilidad de la nitrocelulosa, se desarrolló el acetato de celulosa como sustituto más seguro, y se utilizó en primer lugar para recubrir las telas de las alas de los 7 D. Hunter. “Elaboración de papel en siglo dieciocho” 1° ed. México, 1995, p 64. 8 Casey, James P., Op. cit. p 30. 15 aviones durante la primera guerra mundial; y después, para producir películas fotográficas y cinematográficas9. El acetato de celulosa fue uno de los primeros materiales que se utilizaron para manufacturar objetos de plástico mediante el proceso de moldeado por inyección. En 1892, Charles Frederick Cross y E. J. Bevan, descubrieron el xantano de celulosa. Este presenta la forma de una solución viscosa de la que puede regenerarse la celulosa como una fibra continua (rayón) o como película (celofán). Los avances industriales citados implican el aislamiento, la modificación y la aplicación de la celulosa bajo la forma de un polímero fibroso o estructural. El hecho de que un material celulósico pueda ser hidrolizado hasta sus azúcares componentes y ser utilizado como fuente de alimento, alcohol y productos químicos industriales, ha creado otro tipo de oportunidades industriales. Para efectos de la elaboración de materiales empleados para la construcción esta propiedad podría ser contraproducente por la segura proliferación de microorganismos que se pudieran desarrollar en este tipo de medios, sin embargo la característica fibrosa de los mismo y su eficiente adhesividad entre sus componentes, proporcionan ventajas significativas, por lo que vale la pena buscar las condiciones optimas de mezclas y manejo en la elaboración de materiales rígidos que a la vez impidan el crecimiento de microorganismos destructores del mismo. Esta posibilidad se ha explorado repetidas veces, pero puesta en práctica únicamente por la economía controlada de la Unión Soviética y por Japón, durante las dos guerras mundiales10. 9 C. F. Cross Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1 1° ed. México, 1990, LIMUSA, p 31. 10 Casey, James P., Op. cit., p. 31. 16 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL La historia del caucho es antigua. Los mayas y los indígenas mesoamericanos extrajeron el látex orgánico de los árboles de hevea brasilensis de los bosques americanos, transformaban esa viscosa sustancia en pelotas, y jugaban con ellas el juego de pelota, con connotaciones sagradas: los perdedores eran a veces, ejecutados ritualmente. Esas pelotas no podían durar mucho más que los jugadores perdedores. El caucho natural no curado se vuelve muy oloroso y en pocos días comienza a pudrirse. El proceso de putrefacción tiene, en parte, relación con la ruptura de las proteínas, como sucede con las proteínas de la leche, pero también a la ruptura de las largas moléculas de caucho a medida que se oxidan en el aire o en tierra. Esto debido a la gran cantidad de moléculas de hidrocarburos que lo conforman y que son empleados como fuente de carbono para muchos microorganismos11. La primera referencia al caucho en Europa aparece en 1770, cuando Edward Nairne vendía cubos de caucho natural de su hogar. Los cubos, con la intención de ser gomas de borrar, se vendían al altísimo precio de 18 chelines por balde. Desde los primeros siglos de mediados del siglo 19, el caucho era un material novedoso, pero no encontró gran aplicación en el mundo industrial. Era usado en principio como goma de borrar, como dispositivos médicos para conectar tubos y para la inhalación de gases medicinales. Cuando los químicos descubrieron que el caucho era soluble en el éter12, se hallaron nuevas aplicaciones en el mundo del zapato y en impermeables. A pesar de todo, la mayoría de estas aplicaciones eran en pequeños volúmenes y el material no duraba mucho. La razón de la falta de aplicaciones 11 J. Fessenden Ralph, S. Fessenden Joan, Química Orgánica, 2da ed. México, 1983, GRUPO EDITORIAL IBEROAMERICANA, p 439. 12 T. Morrison Robert, et. al., Química Orgánica. IBEROAMERICANA, p 447. 2da ed. México, 1983, A. W. 17 importantes era el hecho de que el material no era durable, era pegajoso, y en ocasiones se pudría liberando mal olor porque no estaba bien curado. La mayoría de los libros de texto dicen que Charles Goodyear fue el primero en usar azufre para vulcanizar el caucho. Dependiendo del lector, la historia de Goodyear es de pura suerte o de una cuidadosa investigación. Goodyear clamó que le correspondía el descubrimiento dela vulcanización basada en azufre en 1839, pero no patentó su invento hasta el 5 de julio de 1843, y no escribió la historia de su descubrimiento hasta 1853 en su libro autobiográfico, Gum-Elastica. Mientras tanto, Thomas Hancock (1786-1865), un científico e ingeniero, patentó el proceso en el Reino Unido el 21 de noviembre de 1843, ocho semanas antes que Goodyear ejerciera su propia patente en el Reino Unido. La Goodyear Tire And Rubber Company adoptó el nombre de Goodyear por sus actividades en la industria del caucho, pero no tenía ninguna otra relación con Charles Goodyear y su familia. Aquí está el relato de Goodyear sobre su invención, tomada de Gum-Elastica. Aunque el libro es una autobiografía, Goodyear eligió escribirlo en tercera persona, así que 'el inventor' y 'el' se refieren en el texto al autor en realidad. El describe el escenario de la fábrica de caucho donde su hermano trabajó. El inventor hizo muchos experimentos para verificar los efectos del calor en el mismo compuesto que se había descompuesto en las bolsas de correo y otros artículos. Él se sorprendió al encontrar que el espécimen, siendo descuidadamente puesto en contacto con una estufa caliente, se achicharraba como el cuero. Goodyear continúa describiendo como el intentó llamar la atención de su hermano y otros trabajadores en la planta, familiarizados con el comportamiento del caucho disuelto, pero ellos descartaron su observación, creyendo que era otro de sus 18 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL muchos extraños experimentos. Goodyear afirma que intentó decirles que el caucho se derretía cuando se calentaba excesivamente, pero ellos lo siguieron ignorando 13. Goodyear infirió directamente que si el proceso de achicharramiento podía ser detenido en el punto correcto, podría hacer que el caucho se librara de sus adhesivos nativos, lo que implicaría una mejora sustancial sobre la goma nativa. Se convenció más de la validez de su intuición al descubrir que el caucho de la India no podía derretirse en azufre hirviendo ya que siempre se achicharraba. El hizo otra prueba calentando un tejido similar antes de probar con un fuego abierto. El mismo efecto de achicharramiento de la goma continuó; pero había muchos indicios satisfactorios de éxito en producir el resultado deseado, cuando sobre el borde de la porción achicharrada aparecía una línea que no estaba achicharrada, pero perfectamente curada. Goodyear entonces se pone a describir como se mudó a Woburn, Massachusetts, y llevó una serie de experimentos sistemáticos para descubrir las condiciones correctas para la cura del caucho. Cuando se cercioraba de que había encontrado el objeto de su búsqueda y mucho más, y que la nueva sustancia era resistente al frío y al solvente de la goma nativa, el se sintió ampliamente recompensado por el pasado y bastante indiferente a las pruebas del futuro14. Hoy en día el producto similar es industrializado y en su mayoría son de origen sintético15. Para el caso del cemento, la situación también data de muchos años atrás, hacia el año 700 antes J.C. los etruscos utilizaban mezclas de puzolana y cal para hacer un mortero con deficiente desempeño estructural, y fue hasta el año 100 antes 13 http://es.wikipedia.org/wiki/Vulcanización. http://es.wikipedia.org/wiki/Vulcanización. 15 T. Morrison Robert, et. al., Química Orgánica. 2da ed. México, 1983, A. W. IBEROAMERICANA, p 446. 14 19 J.C. donde los romanos utilizaban mezclas de puzolana y cal para hacer hormigón de resistencias a compresión de 5 Mpa. Hasta el año 1750 sólo se utilizaban los morteros de cal y materiales puzolánicos (tierra de diatomeas, harina de ladrillos etc.). Hacia 1750-1800 se investigan mezclas calcinadas de arcilla y caliza. Smeaton compara en el año 1756 el aspecto y dureza con la piedra de Portland al sur de Inglaterra. 40 años más tarde, Parker fábrica cemento natural aplicándose entonces el vocablo "cemento" (anteriormente se interpretaba como "caement" a toda sustancia capaz de mejorar las propiedades de otras). Vicat explica en 1818 de manera científica el comportamiento de estos "conglomerantes". Y en 1824, Aspdin patenta el cemento Pórtland dándole este nombre por motivos comerciales, en razón de su color y dureza que le recuerdan a las piedras de Pórtland. Se define entonces como un material con propiedades adhesivas y cohesivas, las cuales le dan la capacidad de aglutinar fragmentos minerales para formar un material compacto16. Hasta la aparición del mortero hidráulico que auto endurecía, el mortero era preparado en un mortarium (sartén para mortero) por percusión y rotura, tal como se hace en la industria química y farmacéutica. Entre los años 1825-1872 aparecen las primeras fábricas de cemento en Inglaterra, Francia y Alemania y en el año 1890 aparecen las primeras fábricas de cemento en España17. Hoy en día el cemento es la cola o "conglomerante" más barato que se conoce. Mezclado adecuadamente con los áridos y el agua forma el hormigón, una roca amorfa artificial capaz de tomar las más variadas formas con unas prestaciones 16 17 Guía practica para la elaboración de concretos. Holcim Apasco. 2001 http://www.fym.es/Pages/produc/cemento/historia.asp. 2006-06 20 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL mecánicas a compresión muy importantes. Las resistencias a tracción pueden mejorarse con la utilización de armaduras (hormigón armado)18. 18 Taylor H. F. W., La Química de los Cementos, V 1, Bilbao 1978. 21 I.2. ANTECEDENTES DE INVESTIGACIÓN La creciente demanda de, productos químicos, sistemas constructivos alternativos, combustibles, así como las limitaciones en el abastecimiento de petróleo, ha dado gran relevancia al problema de la conservación y uso eficiente de materiales celulósicos. La investigación acerca del empleo de los materiales celulósicos en una amplia variedad de productos es cada vez mayor. Los esfuerzos se orientan a la creación de métodos pirolíticos y enzimáticos, por ejemplo si se suministran agregados químicos podemos tener productos con cierta rigidez según sean las características deseadas. En términos prácticos del presente proyecto de investigación, esta situación es investigada por Altaf H. Basta específicamente para el uso de Lignocelulosa en la elaboración de elementos interiores de los edificios, tales como ciertas estructuras, muebles e incluso algunas cubiertas ligeras similares a los ya conocidos paneles divisorios, lo cuales se emplean sin aplicar algún esfuerzo o trabajo de soporte estructural, los resultados que obtuvieron fueron significativos para lo que se esperaba auque muy limitativos para ciertas condiciones de manejo19. En esa investigación se emplea el yeso como agente aglutinante con la finalidad de proporcionar rigidez y en mayor o menor medida cierta resistencia a la compresión. Se hace uso de papel y bagazo de tallo de maíz como fuente de lignocelulosa y se analizan de manera independiente. Para la evaluación de los elementos construidos, se hicieron determinaciones de la densidad, cambio de dimensiones bajo la influencia del agua, factor de absorción y resistencia a la compresión20. 19 Alaf H. Basta, S. Adb Assam, Houssni El-Saied en International Journal of Polymeric Materials Taylor and Francis Inc. No. 53, Cairo, Egyp, , 2004, pp. 709-723 20 Ibidem, p. 713 22 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL En este sentido el detecta que los materiales propuestos ya habían sido analizados en investigaciones anteriores sin embargo uno de los problemas a los que se enfrentaba era lamentablemente el deterioro de los mismos por la influencia de la humedad, por lo que se propone el uso de un polímetro acrílico como aditivo que permite aumentar considerablemente la resistencia al agua del elemento 21 construido . De esta manera pudieron concluir que el uso de polímetro acrílico como aditivo en la elaboración de materiales rígidos a base de papel y bagazo de caña de maíz proporciona una ventaja significativa al ser empleado como agente retenedor al deterioro por la influencia del agua. El uso del papel como elemento base del compuesto proporciona ventajas de resistencia a la compresión con respecto al bagazo, sin embargo éste último aunque absorbe mayor cantidad de agua, posee ciertas características favorables como retenedor de hondas acústicas, lo que permite al autor sugerir el empleo de este como muros acústicos22. La preocupación por el empleo de la celulosa para la elaboración de elementos utilizados en la industria de la construcción no solo es en respuesta a las exigencias de mercado, sino también al empleo de alternativas que eliminen o minimicen los problemas ambientales que se dan a pasos agigantados en los últimos años, Houssini EI-Saied y su grupo de colaboradores23, proponen en una de sus investigaciones el uso de bacterias para la biosíntesis de la celulosa, y por ende construcción de materiales a base de tecnologías limpias y ambientalmente amigables. 21 Ibidem, p. 716 Ibidem, p. 721 23 Houssini EI-Saied, Altaf H. Basta, Riad H. Gobran, Apud Polymer-Plastic-Technology and Enginering Vol. 43, No. 3, 2004 pp.797-820 22 23 Con esa investigación plantean tener aportaciones directas a la industria del papel, el tratamiento de los residuos generados, aplicación significativa en la medicina y una perspectiva en pro de los procesos de producción económica. Emplean tres opciones como fuente de sustrato, Celobiosa, que es un producto extraíble de la madera y a la vez subproducto en la industria del papel; Glucosa metilada con radicales libres para fácil reacción de polimerización y citrato como agente emilsificante. Las pruebas se hicieron de manera independiente y usaron Agrobacterium, Sarcina y Acetobacter xilinum, como microorganismos iniciadores de la biosíntesis de la celulosa.24 En todos los casos existe la formación de geles como etapa primaria del proceso de biosíntesis, posteriormente se conforma una masa granulada de los materiales empleados hasta obtener fibras conformadas por la polimerización de los carbohidratos presentes en los sustratos empleados, es uso de enzimas Cellulosa sintetasa25 es esencial para la aceleración del proceso, determinando de esta manera también, el las características del elemento que se desea obtener. Por otra parte se ha demostrado que los productos aglomerados constituyen el segundo mayor consumidor del bagazo industrializado del mundo con el 13% y en 1993 alrededor de 47 plantas de tableros de bagazo se encontraban en operación. En la actualidad la capacidad instalada es de unos 900, 000 m3/año correspondiendo la mayor capacidad instalada a América Latina con 419,2 00 m3/año seguida de Asia con 280 000 m3/año. Las tecnologías en operación incluyen la producción de tableros finos y gruesos, de fibra y de partículas, recubiertos con melaminas o enchapados, con excelentes acabados, que incorporan los más recientes desarrollos y en general son competitivos en relación con los tableros de madera. 24 25 Ibidem, p. 799 Ibidem, p. 802 24 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Como resultados de la investigación, se corrobora que el empleo de microorganismos para la síntesis biológica de la celulosa, contribuye significativamente al buen desempeño en materia ambiental de la industria del papel, son alterar los costos de producción final en comparación con procedimientos convencionales existentes en la actualidad. El producto que presenta mejor rendimiento de síntesis, es un sustrato a base de celobiosa y mediante la actividad del Acetobacter xilinum. La aplicación de los elementos desarrollados en la investigación no solo radica en el producto final, sino que es posible emplear los productos intermedios de la reacción para elaboraciones de materiales no rígidos pero de gran importancia para la industria de la construcción como agentes selladores.26 En este mismo contexto, el aprovechamiento de los residuos generados mediante su aplicación en la elaboración de materiales complementarios empleados en la industria de la construcción es tema de interés para Altaf. H. Basta y su grupo de colaboradores, aseguran que el trabajar con esta situación, contribuyen considerablemente en el buen desempeño en materia ambiental de la industria del papel. En investigación realizada, propone una reducción de los componentes tóxicos presentes en aguas residuales provenientes de plantas de elaboración de papel para ser aprovechada como sustrato de lignocelulosa y por ende su empleo en la elaboración de paneles constructivos. De manera particular, hace uso de sales inorgánicas de amonio y adhesivos a base de formaldehídos que generan una aceleración de adhesión. El comportamiento de la celulosa bajo este tipo de aditivos, es favorable en términos de calidad del producto final, ya que proporciona resistencia al agua y a la inflamabilidad. Y de cierta manera puede concluir que en factible el uso de lignocelulosa y adhesivos libres de formaldehídos para la elaboración de 26 Ibidem, p. 818 25 elementos rígidos que cubren las características deseadas del compuesto resultante.27 Ahora bien, el factor determinante de este tipo de materiales para la calidad deseada en términos de trabajo estructural, no solamente es la formulación de la mezcla y la selección de los elementos que la constituyen, sino también la forma geométrica de cómo esta construido el material resultante. Al respecto, Wen Long Dain, en una reciente publicación28 establece que es posible obtener materiales con excelente comportamiento en trabajo estructural elaborados a base de polvos o materiales particulados. En este caso plantea el diseño de mezclas a base de residuos maderables y el suministro de polivinilo- alcohol como aditivo para dar mejor calidad en términos de resistencia. La mezcla es sometida a unas presas de rodillos tridimensionales y es compactada hasta dar la estructura conocida como “sándwich”, Los resultados de la investigación son buenos para los fines y objetivos planteados, el material presenta mejor resistencia en comparación con productos similares existentes en el mercado, se hace uso de volúmenes grandes de materia prima, son elementos de alta densidad, y sobre todo presentan una gran resistencia al agrietamiento.29 Esfuerzos también en este campo, se han llevado a cabo en la Universidad de Alberta30 y otros organismos públicos y privados en Canadá quienes han realizado algunos trabajos de investigación sobre el aprovechamiento de fibras naturales, producto de las cosechas de trigo, cebada y lino, en la fabricación de paneles para usarse como muros divisorios y como falsos plafones, obteniéndose con ello resultados positivos desde el punto de vista térmico, aunque con algunos problemas todavía por resolver como es el caso de la humedad. Historia de ello es el caso del 27 Alaf H. Basta, S. Adb Assam, Houssni El-Saied en International Journal of Polymeric Materials Taylor and Francis Inc. No. 39, Cairo, Egyp, 2005, pp. 821-845. 28 Wen-Long Dain, Journal of Materials Science, V 39, s.e. Taiwan, 2004 pp. 2465-2472 29 Ibidem,p. 2468 30 www.ciadicyp.com/iberoamericancongressonpulpandpaper/research_2000.html 26 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL "stramit", un panel muy ligero hecho de paja de trigo que fuera muy utilizado durante la década de los 60's; actualmente en el Reino Unido a este tipo de panel se le recubre con una película de vinil. Sin embargo el uso eficiente es limitado en espacios libre de humedad, generalmente en interior como componentes de algunos clóset o simplemente como entrepaños.31 En este caso, los paneles “Stramit” aunque son muy diferentes a los materiales convencionales de la misma categoría, resulta fácilmente adaptable a los usuarios por su forma ligera y su dimensión poco espaciosa, teniendo el cuidado excesivo de no someterlo a condiciones húmedas, ya que generalmente esto producirán grandes hinchazones en tiempos relativamente cortos en el material32. Navarro A. José F., evalúa en términos mecánicos un material propuesto a base de plástico de alta densidad y fibra de estopa de coco, para efectos de su investigación empleo botes de leche (HDPE) y fibra de estopa de coca generada en la región de Colima, el material resultante es recomendado para su empleo en la industria de la construcción principalmente en el desarrollo de vivienda de imteres social, pues la pertinencia de ello radica en los bajos costos de elaboración y por las características particulares del material, aunque se ve limitada su aplicación como soporte estructural33. Una aportación en este mismo sentido, es lo que investiga Novoa Carrillo (2005), en este caso se empleó fibra de coco y cemento como agente aglutinante para la elaboración de tableros aglomerados, cuyo material resultante se sometió a la 31 Rosell, R.; La Industria del Papel y sus perspectivas, Seminario Internacional de Papel Periódico a partir del bagazo, 1990. 32 www.cardboarschool.co.uk/contend/litreview.pdf 33 Navarro, A. José F. Elaboración y Evaluación de Tableros Aglomerados a base de plástico de alta densidad y fibra de estopa de coco. Tesis de maestría. Universidad de Colima, 2005. 27 evaluación físico – mecánica correspondiente en donde determinó el comportamiento a la flexión, comportamiento a la compresión y deformación del mismo material a diferentes condiciones de esfuerzo34. 34 Novoa, C. Martha A., Elaboración y Evaluación de Tableros Aglomerados a base de fibra de coco y cemento. Tesis de maestría. Universidad de Colima, 2005. 28 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Capitulo II MARCO TEORICO El comportamiento de los elementos que constituyen los materiales rígidos empelados en la industria de la construcción, especialmente los paneles de bajo costo35, dependen de diferentes factores, uno de ellos podría ser la simple proporción en sus mezclas al momento de su elaboración o bien el suministro de aditivos que modifiquen sus características químicas y físicas a tal grado que el compuesto resultante sea considerado de diferente calidad en comparación con otro elaborado a partir de los mismos elementos base. En este capitulo se abordará los elementos que determinan el fundamento conceptual y teórico de cada uno de los materiales involucrados en el desarrollo de la investigación, así mismo se pondrá en manifiesto los principios que determinan la evaluación de los materiales propuestos. De esta manera consideramos el papel como elemento central de análisis cuyo componente químico de mayor importancia y esencial es la celulosa y sus derivados celulósicos. Este calificativo es asumido no solamente por el volumen que pudieran aportar a ciertos materiales, sino mas bien a la capacidad de formar largas fibras gracias a sus cadenas de polisacáridos que proporcionan estabilidad buen desempeño en combinación con los agentes aglutinantes empleados en la elaboración de materiales rígidos. 35 Considerado de esta manera por el empleo de materiales reciclados y por los procesos de fabricación en donde no implica mayor uso de tecnología costosa o diferente a la disponible en el mercado de forma convencional. 29 La celulosa es un polisacárido formado por unidades de anhidro-dglucopiranosa enlazadas entre las posiciones 1 y 4 de las unidades adyacentes de azúcar mediante un enlace β36, como se indica a continuación37: El grado de la polimerización de la celulosa (GP), varía de 4 000 a 5 000 unidades, tanto para maderas suaves como para duras, definiendo así el peso promedio molecular de la misma, mediante la aplicación de la osmometría, mediciones de la dispersión de luz, el ultra centrifugado, la penetración del gel y las determinaciones viscosimétricas. 38 La celulosa es el componente estructural de mayor interés en las paredes celulares de la planta. Existe en las paredes celulares en forma de fibras largas y filamentosas denominadas microfibrilas. “Las microfibrilas de la celulosa, en las células de la madera madura, están embebidas en una matriz compuesta principalmente de hemicelulosa y lignina”. Esta se encuentra en varias capas de paredes de células, rodeadas por una sustancia intercelular amorfa.39 Entre las células existe una región, denominada lamela intermedia, que contiene principalmente lignina y sustancias pécticas. La pared primaria (P), cuyo grosor es únicamente de 0.01 a 0.2 micras, contiene una red organizada en forma suelta y aleatoria de microfibrilas de celulosa embebidas en una matriza que durante muchos años se pensó consistía en pectinas amorfas y hemicelulosas carentes de 36 Mc. Ginnis, Gary D., Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1, México, 1990, p 34. 37 http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Estructura_celulosa.png 38 S. H. Churms, Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1, México, 1990, p 34. 39 Casey, James Op. Cit. p. 35. 30 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL orientación celular40, sin embargo estudios posteriores han demostrado que las hemicelulosas están parcialmente orientadas41. La distribución de la lignina, la celulosa, le hemicelulosa y la pectina en la lamela intermedia y la pared de la célula en las fibras de la madera, han resultado ser totalmente heterogénea. En la pared celular, las cadenas de celulosa se unen para formar filamentos largos y delgados denominados microfibrilas. Las microfibrilas, en combinación con los restantes materiales de la matriz, suministran rigidez y la resistencia mecánica necesaria para la planta. La microfibrilas de la pared celular actúan en la misma forma que las varillas de refuerzo lo hacen en el concreto preesfrozado. Análogamente, son estructuras plásticas reforzadas de filamentos retorcidos, semejantes a las que aplican a la construcción de recipientes para presión.42 En el papel ye el cartón, las microfibrilas están embebidas en una matriz de polisacáridos y lignina amorfa. Los materiales no celulósicos se pueden eliminar mediante distintos tratamientos químico, y se pueden observar las microfibrilas usando el microscopio electrónico. En la figura 2.143 se muestra una fotografía electrónica de las microfibrilas. Los estudios basados en métodos físicos y químicos han indicado que las microfibrilas no son totalmente cristalinas, sino que contienen, por el contrario, dos regiones claramente diferenciadas que se denomina zona cristalina. Otra parte de la 40 Idem. Harland W. G. Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1, México, 1990, p 34. 42 Idem 43 www.biologia.edu.ar/ macromoleculas/azucar.htm 41 31 microfibrila consiste en moléculas de celulosa notablemente menos ordenadas, que se denomina región amorfa o paracristalina.44 Fig. 2. 4 Estructura Celular de las microfibrilas La microfibrilas están constituidas por regiones cristalinas y amorfas estadísticamente formadas por la transición de la cadena celulósica que pasa del arreglo ordenado de las microfibrilas, en las regiones cristalinas, a una orientación menos ordenada en la zona amorfa (ver fig. 2.2).45 44 45 Casey, James Op. Cit. p. 39. Ibidem, p. 41 32 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Fig. 2. 5 Organización esquemática de las moléculas de la celulosa a) de forma continua b) de forma micelar. La naturaleza de la unión entre las fibras es extremadamente compleja. Parte de dicha complejidad parece ser que varios tipos de acción que unen entre sí a las fibras operan simultáneamente. Las explicaciones que se basan en un mecanismo con exclusión de otros crean en ocasiones conflictos entre quienes prefieran tales mecanismos. Debido a que intervienen más de una fuente y más de un tipo de unión en casi cualquier cartón o papel, el punto de vista actual es el de que nunca puede ofrecerse una descripción sencilla y precisa de la unión46. Este punto de vista ha sido en gran parte resultado de las observaciones obtenidas en el microscopio electrónico y el microscopio de exploración, las que mostraron que la estructura de la fibra es más complicada de lo que se pensaba, y que el comportamiento de partes de la propia fibra son en consecuencia más diversas, habiéndose logrado adelantos 46 Ibidem, p. 137 33 importantes relacionados con las bases teóricas de las uniones entre fibras e intrafibras. Es imposible expresar la resistencia del papel en función de un solo factor. Al tener en cuenta la resistencia a la tensión de una hoja (guía) de papel, las teorías mecánicas incluyen siempre el concepto cuantitativo del “área de unión relativa”, sugerido por Corte a finales de los años 5047. Otro factor es la orientación de las fibras en la hoja, aunque menos importante que la unión entre las fibras resulta de extrema importancia la resistencia, la formación de aloja y la uniformidad en la distribución de las fibras, para la calidad del papel, tema que se trata en el capítulo siguiente, en la formación de la hoja.48 Los factores que influyen en la unión de las fibras son las propiedades físicas y químicas de éstas y, a su vez, son consecuencia de las propiedades de las especies de árbol o de planta, y por los procesos posteriores de producción y blanqueo de la pulpa.49 Otro factor fundamental, además de la unión entre las fibras, y éste es la resistencia de la misma, la resistencia a la tensión real de las fibras individuales que forman la hoja del papel. En las teorías mencionadas, la resistencia de la fibra aparece en forma oscura, bajo la forma de un módulo elástico. Se ha prestado a distinguir la contribución correspondiente a la resistencia de la fibra y a la unión. Es incorrecto hablar de la “resistencia de la fibra” como usualmente lo hace el fabricante del papel, ya que no se hace referencia a la resistencia de las fibras individuales. Cuando hay una diferencia entre la resistencia de las hojas que prueban, hechas con dos pulpas diferentes, y siguiendo el mismo procedimiento de batido, dicha diferencia puede atribuirse a diferencias en las propiedades físicas o químicas de las fibras y la 47 Corte W. B. Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1, México, 1990, p 138. 48 Casey, James Op. Cit. p. 139. 49 Idem. 34 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL forma en que éstas han reaccionado para llegar a influir en el grado de unión entre las fibras50. La tensión superficial es tan importante en la unión de las fibras, esta densidad más baja es quizá consecuencia de la reducción de las fuerzas contractantes debida a una tensión superficial reducida; sin embargo, puede también ser resultado de que se haya evitado la unión por hidrógeno que es consecuencia de la adsorción del surfactante, que oculta el agrupamiento polar en la superficie de las fibras 51. La eliminación del agua interfibras por sublimados a –6°C, de manera que las fuerzas de tensión superficial dejen de ser un factor, se traduce en una hoja muy porosa y voluminosa, con elevada opacidad y poca resistencia, debido a una reducción en la unión entre las fibras52. El efecto de la celulosa verdadera en la unión de la fibra es difícil de evaluar, sobre todo por que es también difícil obtener una indicación confiable del grado de polimerización (GP) de la celulosa. Las pruebas de viscosidad del cuproamonio y el cuproetilen-diamina son muy usadas para este fin, pero estas pruebas tienen limitaciones definidas53, ya que las afectan la cantidad de lignina y de material hemicelulósico presente en la pulpa, así como por el estado de la celulosa verdadera. Ahora bien, si nos referimos a la celulosa como un polisacárido con excelente capacidad de formar fibras y cuya característica es de gran importancia en la elaboración de materiales rígidos, el caucho de origen natural o sintético, no está ajeno de esta situación, y mas aún cuando nos referimos a un material sometido a un proceso de vulcanizado. 50 Idem. Sletton O. y Skinner C. F. Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1, México, 1990, p 143. 52 Appling J. W. Apud Pulpa y papel, Química y Tecnología Química, Casey, James P. V. 1, México, 1990, p 143. 53 Casey, James Op. Cit. p. 173. 51 35 En este sentido definimos al caucho como un hidrocarburo de baja densidad de gran importancia que se obtiene del látex de ciertos árboles de la zona tropical. Cuando se calienta el látex o se le añade ácido acético, los hidrocarburos en suspensión, con pequeñas cantidades de otras sustancias se coagulan y pueden extraerse del líquido. El producto obtenido es el caucho bruto del comercio, viscoso y pegajoso, blando en caliente y duro y quebradizo en frío. Al estirarlo, no vuelve a adquirir después la forma primitiva55. 54 Fig. 2. 6 Estructura molecular del caucho 54 55 Morrizon, Op. cit. p. 446 http://www.textoscientificos.com/caucho/diolefinas.2006 36 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL La formación de los distintos cauchos sintéticos se basa en la polimerización del butadieno o de homólogos (isopreno) o derivados (cloropreno) que tiene la misma estructura. 56 Tal es el caso del elemento consiguiente de la llanta de automóvil. En este caso, el polímetro conocido también como elastómero, es sometido a un proceso de vulcanizado, que consiste en desarrollar una reacción mediante el suministro generalmente de acido sulfúrico. El producto resultante posee con grandes ventajas en términos de resistencia y elasticidad, aunque bien es cierto con alto poder calorífico. Hasta el momento se ha abordado los criterios generales que contribuyen a la explicación de la celulosa y su comportamiento en el papel y cartón como material primario así como el caucho presente en las llantas de automoviles, sin embargo no es de menor importancia referir a los aglutinantes como elementos conformacionales de los materiales rígidos empleados en la industria de la construcción, por lo que se muestra a continuación las características generales de los mismo y algunos posibles aditivos empleados en el mismo contexto. El énfasis que se da al cemento y sus diferentes tipos es sin duda por su múltiple aplicación como agente aglutinante y por su empleo tan diverso en la industria de la construcción, no solamente en la actualidad, sino a lo largo del tiempo y en sus diferentes procesos de evolución en sus componentes. Para efectos prácticos de la investigación definiremos la palabra cemento como cualquier clase de adhesivo57. En construcción y en ingeniería civil, indica una sustancia que puede emplearse para unir arena y roca machacada, u otros tipos de áridos, y formar una masa sólida. De esta manera, se originan materiales como el hormigón, los morteros y diferentes clases de productos derivados del fibrocemento. 56 57 Fessenden Op. Cit.p. 439 Taylor H. F. W., La Química de los Cementos, V 1, Bilbao 1978, p. 13. 37 Un cemento puede ser un compuesto químico único, pero las más de las veces es una mezcla58. Un tipo primitivo de cemento está representado por la cal apagada, Ca(OH) 2, que todavía se usa juntamente con arena para fabricar la argamasa. Una pasta hecha mezclando cal apagada con agua y arena endurece gradualmente como consecuencia de la eliminación del agua y de la reacción con el anhídrido carbónico atmosférico para producir CO3Ca. La arena no toma parte en la reacción. El desarrollo de resistencia mecánica es lento e irregular, y la pasta no endurece si está sumergida en agua. 59 Más importantes son hoy los cementos hidráulicos, entre los cuales el cemento Pórtland constituye el ejemplo más familiar. El fraguado y el endurecimiento no dependen del secado, ni de procesos externos, como la reacción con el dióxido de carbono de la atmósfera. Ocurren no sólo si la pasta se deja al aire, sino también cuando se la sumerge en agua60, esta propiedad es de gran importancia en la combinación con elementos que absorben fácilmente el agua como lo es el papel y cartón. Existen ciertos términos que precisan una definición. Pasta es, por ejemplo, la suspensión espesa que se origina al mezclar un cemento hidráulico con agua y un árido en proporciones convenientes para que ocurra el fraguado61. Este término se emplea igualmente para designar al material resultante en todos los estados del fraguado y endurecimiento, aún después de haberse vuelto bastante rígida. Fraguado es el espesamiento inicial, que sucede normalmente en pocas horas; el endurecimiento es un proceso más lento y origina las propiedades mecánicas. Con el 58 Idem. Ibidem, p. 14 60 Idem 61 Instituto Mexicano del Cemento y el Concreto, Diseño de estructuras conforme al reglamento. Tomo I, México 1982, p. 6 59 38 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL cemento Pórtland a temperatura ambiente, la resistencia mecánica aumenta en forma notable, al menos durante dos años. Las reacciones que provocan el fraguado y el endurecimiento se describen conjuntamente como reacciones de hidratación, aunque el empleo de dicha expresión sea poco expresivo, puesto que los procesos son generalmente más complicados que la formación de un hidrato a partir de una sal anhidra. El término amasado se usa, a veces, para indicar la mezcla inicial del cemento con agua; curado significa dejar la pasta en reposo mientras se producen el fraguado y endurecimiento, que pueden verificarse en diversas condiciones: al aire, bajo el agua o en vapor saturado.62 Casi todos los cementos empleados comúnmente en la construcción deben su acción sobre todo a la formación de silicatos, aluminatos o sulfoaluminatos de calcio hidratados, o a compuestos de dos o más de estos tipos. Unos cuantos cementos deben su acción a la formación de compuestos de otros tipos, tales como sulfato cálcico hidratado, cloruros básicos de magnesio o silicatos magnésicos hidratados. Más adelante los consideramos brevemente en esta introducción.63 Las fórmulas en la química del cemento se expresan a menudo como una suma de óxidos; así, el silicato tricálcico, Ca3SiO5, puede escribirse en la forma 3 CaO ∙ SiO2. Fórmulas químicas de los óxidos más frecuentes, como C para CaO y S para SiO2. El compuesto Ca3SiO5 se transforma así en C3S. Este sistema se usa, con frecuencia, juntamente con la notación química ordinaria dentro de una simple ecuación química. Por ejemplo: 3 CaO + SiO2 = C3S 62 63 Taylor H. F. W, Op. cit. p. 14 Idem. 39 o aun en una misma fórmula química; así, C3A ∙ 3 CaSO4 ∙ 32 H2O indica 6 CaO ∙ Al2O3 ∙ 3 SO3 ∙ 32 H2O. La lista completa de abreviaturas de uso general es la siguiente: C = CaO F = Fe2O3 N = Na2O P = P2O5 A = Al2O3 M = MgO K = K2O f = FeO S = SiO2 H = H2O L = Li2O T = TiO2 A veces se encuentran algunas otras abreviaturas, como S = SO 3 y C = CO2. Las fórmulas de los óxidos simples se escriben generalmente completas, como en la ecuación dada arriba. Con todo, a veces se abrevian del mismo modo.64 Dentro del los aglutinantes convencionales, como ya se mencionó anteriormente, el cemento en uno de los mas importantes, y éste a la vez tiene una tipificación por su forma de elaboración y las características para su aplicación. Los cementos Pórtland se fabrican por calentamiento de una mezcla de caliza y arcilla, u otros materiales de composición global similar, a una temperatura que provoca una fusión parcial. El producto, llamado clinker, se muele y se mezcla con un porcentaje pequeño de yeso. El clinker contiene cuatro fases principales: silicato tricálcico ( Ca3S), β-silicato dicálcico (β-C2S), aluminato tricálcico (C3A) y solución sólida de ferrito cálcico (con composición comprendida aproximadamente entre C 2F y C6A2F, y que se acerca con frecuencia a C4AF).65 64 65 Ibidem, p. 15 Ibidem, p. 16 40 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Otro tipo de aglutinantes son los llamados cementos blancos, los cuales están hechos con materiales libres de hierro, como caliza y caolín; contienen C 3S, β-C2S y C3A. Cementos de escoria, cementos puzolánicos y cementos expansivos; así como también, cementos de aluminato de estroncio y de aluminato de bario.66 Debido a la diversa gama de cementos disponibles es importante distinguir los de uso general y los de uso especial. La diferencia está en función de la resistencia mecánica desarrollada y la durabilidad que presenta cada uno con respecto al tiempo y los diferentes agentes agresivos. Desde el punto de vista económico siempre es recomendable optar por un cemento de uso general, a menos que se determine alguno de uso especial debido a los requerimientos del cálculo estructural o por un proceso constructivo más específico en el manejo del concreto. Según la norma mexicana “el cemento hidráulico es un material inorgánico finamente pulverizado, comúnmente conocido como cemento, que al agregarle agua, ya sea solo o mezclado con arena, grava u otros materiales similares, tiene la propiedad de fraguar y endurecer, incluso bajo el agua, en virtud de reacciones químicas durante la hidratación y que, una vez endurecido, conservará su resistencia y estabilidad”67. En la tabla 2.1 se muestra la clasificación según el tipo de cemento. 66 67 Idem. NMX-C-414-ONNCCE 41 Tabla 2. 2 Tipos de Cemento68 Tipo CPO Denominación Cemento Pórtland ordinario Descripción Es el cemento producido a base de la molienda del clinker Pórtland y usualmente, sulfato de calcio. Es el conglomerante hidráulico que resulta de CPP Cemento Pórtland la molienda conjunta de clinker Pórtland, puzolánico materiales puzolánicos y usualmente, sulfato de calcio. Cemento Pórtland con CPEG escoria granulada de alto horno Es el conglomerante hidráulico que resulta de la molienda conjunta de clinker Pórtland, escoria de alto horno y usualmente, sulfato de calcio. Es el conglomerante hidráulico que resulta de la molienda conjunta de clinker Pórtland, CPC Cemento Pórtland usualmente, sulfato de calcio y una mezcla de compuesto materiales puzolánicos, escoria al alto horno y caliza. En el caso de caliza, este puede ser el único componente CPS Cemento Pórtland con humo de silice Es el conglomerante hidráulico que resulta de la molienda conjunta de clinker Pórtland, humo de sílice y usualmente, sulfato de calcio. Es el conglomerante hidráulico que resulta de CEG Cemento con escoria la molienda conjunta de clinker Pórtland, y granulada de alto horno mayoritariamente escoria granulada de alto horno y sulfato de calcio. 68 Idem. 42 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Los agregados son productos granulares en estado natural, procesados o artificiales que se mezclan con un cementante o aglutinante hidráulico para fabricar morteros o concretos. Se clasifican como finos y gruesos, para nuestro interés consideramos este elemento de gran importancia pues el material resultante va a depender en gran medida de este componente. Otro factor importante en la mezcla es el suministro de agua. El agua es el líquido que está presente de manera importante en la elaboración de concretos y/o morteros, en el lavado de agregados, curado y riego de concreto; por consiguiente debe ser un insumo limpio, libre de aceite, ácidos, álcalis, sales y, en general de cualquier material que pueda ser perjudicial, según el caso para el que se utilice. Según el uso, el agua debe presentar las características indicadas por el fabricante de cada cemento. El mortero es una mezcla de agregado y uno o varios aglutinantes; para efectos de esta investigación se considerarán los siguientes: el cemento Pórtland CPC 30 R y mortero HOLCIM APASCO. Al mezclarse con el agua forman un material plástico con propiedades ligantes y adhesivas que al fraguar adquieren dureza y características de resistencia determinada, de acuerdo a la proporción especificada. Algunos aditivos empleados en la elaboración de materiales rígidos para la industria de la construcción deben cubrir ciertos índices de calidad, en forma específica se tienen que tener en cuenta los posibles efectos negativos de los iones excesivos de cloruro en presencia de aluminio y en el concreto presforzado. Los aditivos que contengan cualquier tipo de cloruro, además del que provenga de las impurezas de los ingredientes del aditivo, no se deben emplear en concreto presforzado o en concreto que tiene elementos ahogados de aluminio.69 69 Instituto Mexicano del Cemento y el Concreto, Op. cit., p. 43 Las investigaciones indican que cualquier cantidad de iones de cloruro en dicho concreto, puede se dañina. Aunque puede ser difícil evitar que unas cantidades pequeñas de iones de cloruro provengan de otros ingredientes del concreto, el Reglamento no permite el empleo de un aditivo que contenga cloruro en cantidades suficientes que produzca una concentración peligrosa en el agua de la mezcla. 70 Otro factor determinante de la calidad lo los paneles empleados para la industria de la construcción la resistencia a la compresión, cuyo valor promedio del total de elementos construidos debe exceder el valor especificado de esfuerzo que se empleó en la etapa de diseño estructural. Esto está fundamentado en los conceptos de probabilidad, y su propósito es asegurar que logre la resistencia adecuada en la estructura.71 Finalmente podemos considerar que todos los elementos presentan en mayor o menor medida un nivel de absorción acústica, que dependerá básicamente de tres factores: grosor, geometría del material y características particulares de sus componentes. Para efectos de la presente investigación, se considera como absorción acústica, cuando una onda sonora choca contra un material, parte de ella se absorbe, otra se refleja y otra se transmite. La parte no absorbida por el material, parte reflejada, crea una molestia in-situ, según la cantidad que se refleje. La parte de energía absorbida se mide con relación a la energía emitida. 70 71 Idem. Idem 44 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Capitulo III DISEÑO Y DESARROLLO DEL EXPERIMENTO En este capitulo se abordará en primer término el diseño del experimento, involucrando tanto las variables dependientes como las variables independientes, así mismo se pondrá en evidencia el desarrollo del mismo identificando los elementos que lo constituyeron en cada una de las etapas y los materiales y métodos empleaos para tal efecto. 3.1 Diseño del experimento Para la determinación de la cantidad de muestras a analizar se emplea el diseño factorial 32, cuyos factores son contenido de pulpa y contenido de látex, en tres niveles; alto, medio y bajo. Los valores de cada nivel son asignados según lo determinado en una etapa previa del experimento el cual es la calibración del mismo, tal como se especifica en el capitulo siguiente. La figura 3.1 muestra la grafica de distribución de muestras resultante del diseño factorial. De esta manera se deduce que el total de muestras a analizar corresponde a un valor de 9 corridas, sin embargo en la diagonal central se observa que los tres puntos corresponden a una misma muestra lo que da como resultado un total de 7 formulaciones tal como se muestra en la tabla 3.1 45 1:1 3 Pulpa 2 1 1 2 3 Latex Fig. 3. 19 Distribución de puntos de muestreo de diseño factorial 32 Tab. 3. 7Número de corridas y proporción de componentes PROPORCION 46 PORCENTAJE FRACCION Corridas Pulpa Latex Pulpa Latex Pulpa Latex 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 2 2 2 3 3 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 50 33,33 25 66,66 50 40 75 60 50 50 66,66 75 33,33 50 60 25 40 50 0,5 0,33 0,25 0,67 0,5 0,4 0,75 0,6 0,5 0,5 0,67 0,75 0,33 0,5 0,6 0,25 0,4 0,5 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 3.2 Materiales y Métodos Preparación y fraguado de las mezclas Las materias primas son sometidas a tratamientos preliminares simples para la unificación de cualidades en cada uno de los elementos a emplear, tal como triturado para el caso del papel y cribado para el látex vulcanizado. En este último caso se hace uso de una criba de 0.4 cm. El triturado del papel se realiza mediante la técnica de molido en húmedo con aspas convencionales de acero inoxidable. Para efectos del presente experimento, se toma como referencia las especificaciones marcadas en la Norma Mexicana NMX-C-58 referente al Método de prueba para determinar el tiempo de fraguado en cementantes, hidráulicos considerando además las adaptaciones respetivas por los tipos de materiales específicos con los que se elaboran los especimenes para las pruebas de análisis. En este sentido el empleo de moldes son exactamente a los especificados en la norma cuyas dimensiones son de 5 x 5 x 5 cm, para el fraguado de los especimenes empleados para la determinación de la resistencia a la compresión de muestras de cementos. El golpeteo para la compactación del material empleado en la elaboración de los especimenes de pruebas fue modificado debido a la consistencia del mismo material, el cual se incrementó 15 veces por cada capa para el caso de los cubos, 55 para el caso de la viga y 40 para el cilindro. Se emplea aceite lubricante SAE 20W-40 reutilizado ó quemado para evitar la adhesión de la mezcla en los moldes utilizados el cuál es distribuido por todas las paredes ayudando de tal manera a un desmolde uniforme y sin deterioro por fractura del espécimen fresco. 47 Determinación de peso volumétrico, porcentaje de humedad y porcentaje de absorción Para la determinación del peso volumétrico, contenido de humedad y porcentaje absorción se emplean especimenes cúbicos de dimensiones de 5 X 5 X 5 cm, elaborados conforme lo descrito en el apartado 9.2 referente a la preparación y fraguado de las mezclas, las cuales son sometidas a la evaluación correspondientes tomando como referencia la Norma Mexicana NMX-C152.ONNCCE. Los cálculos correspondientes estarán sujetos a lo siguiente: Peso volumétrico ρ= Wd/V, ………………………….………………………………………………… (2) donde: ρ= peso específico Wd = Peso seco de la probeta en gr V =Volumen del espécimen en cm3 Contenido de Humedad Hum = 100 [(W – Wd) / Wd], ……………………………………………………….(3) donde Hum = Contenido de humedad en % W = peso inicial de la probeta en gr 48 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Absorción Abs = 100 [(Ws – Wd) / Wd], ………………………………………………………(4) donde Abs = Absorción en % Ws = Peso saturado del espécimen en gr El material empleado para estas determinaciones consiste básicamente en balanza analítica Ohaus mod. OIML de alta precisión y horno eléctrico a 75ºC para el secado de las muestras. Determinación de resistencia a la compresión Por las características del material resultante con los elementos o materias primas empleados, se considera pertinente la evaluación de la resistencia a la compresión que presenta el producto final, ya que puede considerarse como un valor importante para su evaluación. Sin embargo, también se sabe de manera anticipada que los valores arrojados finalmente, podrían no ser favorables en términos de eficiencia estructural, por lo que son tomados solamente como referencia al proceso de evaluación física y mecánica. En este sentido, se hace referencia a la norma mexicana NMX-C-061ONNCCE-2001 que establece la determinación de la resistencia a la compresión de cementantes hidráulicos, considerando también las adaptaciones pertinentes por el tipo de materiales empleados. En los casos anteriores se hace uso de una prensa para compresión Controls20063 Cernusco de 1300 kN, en donde se ensayan los especimenes elaborados. 49 Evaluación de Absorción acústica Como parte de la caracterización del material elaborado, se determina la pertinencia de realizar una evaluación en términos de absorción acústica de cada una de las mezclas diseñadas. Para lo cual se construye una caja de madera sellada acústicamente a la cual se le hace pasar una onda se ruido continua cuyo nivel sonoro es conocido a través de una muestra del material a evaluar (ver fig. 3.2). Fig. 3. 20 Caja para la determinación de nivel de Absorción acústica 50 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL La caja construida cuyas dimensiones son de 15 X 15 X 30 cm, es forrada con una alfombra acústica tanto en la parte interior como en la exterior. La muestra (tableta de 3 cm de diámetro y 0.5 cm de grosor) es colocada en el centro de la caja para que de esta manera pase a través de ella la onda de sonido especifica. De esta manera se cuenta con un emisor de sonido calibrador marca Quest Mod. 2800 (fig. 3.3), el cual envía la onda sonora y es detectada por el sonómetro marca Quest Mod. 2800 (fig. 3.4). Como punto de referencia se elabora una pastilla con las mismas dimensiones que el material evaluado pero elaborada con alfombra acústica comercial y se toma la lectura en las mismas condiciones que el resto de las probetas, a esta probeta se le denomina patrón. Así mismo, se realiza el mismo procedimiento pero sin objeto alguno que obstaculice la onda de sonido generada generando un valor considerado como Blanco. De de esta manera se tiene un rango que va de 0% de absorción acústica hasta un 100% teórico en donde los valores de las muestras analizadas se encuentran dentro de este margen. 51 Fig. 3. 21 Calibrador, fuente emisora de sonido Fig. 3. 22 Sonómetro, Receptor de onda sonora Elementos a evaluar Sin barrera acústica 52 Con material acústico ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 3.3 Desarrollo del experimento Preparación de materias primas Pulpa Para la elaboración de la pulpa, se cortó el papel y cartón en trozos de 10 x 10 cm. aproximadamente, se deja reposar en agua para hidrolizar el material y posteriormente se somete a una reducción de tamaño en la misma solución acuosa. Para lo anterior se hace uso de licuadora convencional con aspas de corte. El material a triturar está libre de tintas, ceras y cualquier otro material que pueda ser contaminante para las mezclas por realizar. La fig. 3.5 muestra el esquema de preparación de la pulpa. 1 53 2 3 54 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 4 5 55 Fig. 3. 23 Proceso de elaboración de pulpa Caucho vulcanizado residual Se obtiene del revitalizado de las llantas, el cual es un material pulverizado con partículas de diferentes tamaños, sin embargo se hace una selección por granulometría del material requerido empleando una criba de 0.4 cm. Lo anterior con la finalidad de considerarse el tamaño de la fibra como una variable fija en el experimento y no aumentar el número de corridas requeridas para la evaluación. En la fig. 3.6 se observa la separación del tamaño de las fibras mediante el empleo de la criba. Todas las partículas que pasan por el dispositivo son empleadas en el proceso experimental. 56 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 57 Fig. 3. 24 Separación de fibras de látex con criba Mortero maestro de albañilería Como agente aglutinante se emplea el mortero base cemento Pórtland CPC comercial de Holcim Apasco denominado como mortero maestro de albañilería siguiendo las especificaciones del fabricante en mezcla con algunos agregados. Alumbre Se realiza una solución al 10 % en peso con agua destílada y su empleo es en función de la cantidad de aglutinante empleado. Calibración del experimento Para tal efecto se diseñó un experimento preliminar consistente en la manipulación de las proporciones de cada uno de los componentes y la observación directa en función de afinidad de mezcla y formación de un elemento rígido. Los componentes empleados para la elaboración de los materiales son el papel y cartón residual (pulpa) como elementos base del compuesto resultante, cemento Pórtland tipo II como aglutinante, llanta triturada, Alumbre como conservador del material que impide el crecimiento de organismos xilófagos y optimiza el fraguado y agua cómo intermediario de la reacción. La figura 6.7muestra los materiales a emplear para la elaboración de las mezclas. 58 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Fig. 3. 25 Materiales a usar en las mezclas Se mantienen fijas las variables de proporción de cemento Pórtland, agua y alumbre como inhibidor de crecimiento de organismos xilófagos. Lo anterior en función a la normatividad aplicable para la elaboración de concretos a partir de morteros y la cinética de la reacción química generada. Las variables a manipular son las proporciones de papel y cartón y el suministro de llanta triturada. Para la determinación de las proporciones de papel y cartón en la elaboración de la pulpa en agua, se hace una prueba de afinidad con el aglutinante cuyas mezclan se observan en la tabla 3.2. La selección de la mejor proporción es en base a su grado de fusión física cuya selección es observacional directa. Tab. 3. 8 Elaboración de pulpa 59 CLAVE P1 P2 P3 CLAVE AGUA P1 P2 P3 PAPEL AGUA 25 50 CARTON PAPEL 50 25 50- MORTERO CARTON MORTERO 50 50 25 50 50 50 50 Una vez observado el comportamiento de los materiales con diferentes concentraciones de pulpa y mortero, se realizan diferentes mezclas con látex en varias proporciones tal como se muestra en la tabla 3.3, manteniendo constante la anterior proporción. Tab. 3. 9 Selección de cantidad de látex CLAVE F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 AGUA (ML) 50 45 40 20 30 PULPA 10 20 25 30 40 50 MORTERO 50 50 50 50 50 50 50 LLANTA 50 40 30 25 20 10 - Preparación y fraguado de las mezclas Las mezclas son realizadas según las proporciones resultantes del diseño de experimento, las cuales son mostradas en la tabla 3.4. Se suministra agua en aquellas que presenta deficiencia de la misma por el bajo contenido de pulpa presente en la mezcla. Según especificaciones del fabricante, la proporción de mortero que se emplea con agregados inerte corresponde a la relación 1:3, lo que permite mantener fija esta variable para efectos del experimento. 60 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Tab. 3. 10 Proporciones de aglutinante y material inerte. FORMULACION 1 2 3 4 5 6 7 PULPA + MATERIAL INERTE (75%) PULPA (gr) LATEX (gr) PESO (gr) 371,25 281,25 753,75 562,5 450 843,75 675 753,75 843,75 371,25 562,5 675 281,25 450 1125 1125 1125 1125 1125 1125 1125 PESO AGLUTINANTE (25%) MORTERO (gr) TOTAL (gr) 375 375 375 375 375 375 375 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 Aunado a lo anterior se suministra los aditivos requeridos para el manejo y conservación del producto resultante. En este sentido, la tabla 3.5 indica las cantidades y proporciones necesarias para tal efecto. En relación al suministro de alumbre se determina la factibilidad de emplear el 1% de la sal de aluminio en relación al contenido total de aglutinante presente en la mezcla. Sin embargo, durante el desarrollo de la preparación de las muestras, se detectó la generación de gases producto de la reacción entre los componentes empleados. Los cuales fueron identificados mediante evaluación sensorial como acido sulfúrico y amoniaco. Al evaluar lo anterior se presume que el mecanismo de reacción generado es el siguiente: 1) 2) AlNH4(SO4)2`2H2O + XCaO Δ AlSO4 + SO3+NH3+CaOH + XO AlSO4 + SO3+NH3+CaOH + XO + H2O + NH3 Δ AlSO4 + XO + CaOH + H2SO4 61 Al mezclar la sal de alumbre con el cemento, se provoca una reacción química que da lugar a la generación de diferentes componentes, aportando características diferentes al material resultante. Por una parte se observa que la formación de sulfatos, óxidos e hidróxidos de calcio, favorece el fraguado del material resultante, así mismo, de manera teórica presenta mejores condiciones de resistencia a la compresión. La sal de aluminio generada, también es considerada como un componente favorable, pues es un componente que destruye la membrana celular de una gran mayoría de organismo, entre ellos los xilófagos, por lo que este componente permite aumentar el tiempo de vida útil del material en cuestión. Sin embargo, la presencia de acido sulfúrico y amoniaco, impiden por cuestiones de seguridad el empleo de esta sal para la elaboración de las probetas, ya que estamos hablando de sustancias altamente tóxicas y corrosivas, que además de la repercusión física que tendrían sobre los usuarios del laboratorio, se corre el riego por la reacción con otros compuestos presentes en el mismo laboratorio. Tab. 3. 11 Suministro de aditivos en mezclas 62 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL FORMULACION Sl'n. Alumbre 10% 1 2 3 4 5 6 7 3,75 3,75 7,5375 5,625 4,5 8,4375 6,75 Aditivos (mL) Agua Agua en pulpa 285 285 285 285 285 285 285 129,9 98,4 263,8 196,9 157,5 295,3 236,3 Excedente 155,1 186,6 21,2 88,1 127,5 -10,3 48,8 0.1 % de alumbre 75 % en peso de agua en relacion a aglutinante En la primera etapa del experimento cuya finalidad es la determinación de la resistencia a la compresión de cementantes mediante la elaboración de cubos con longitudes de 5 cm de cada lado se someten a condiciones ambientales para el fraguado correspondiente durante 24 horas. Los ensayos son a 3, 7 y 28 días de maduración por lo que se someten a curado en solución saturada de cal inmediatamente después del desmolde. Figura 3.8 En una segunda etapa del mismo experimento, se determina que el curado será en los mismos tiempos pero aislando el material con bolsa de plástico del ambiente exterior, de tal manera que no existan pérdidas ni ganancias de humedad u otros agentes externos. De manera visual, no se observan diferencias signicativas entre los especimenes elaborados sin alumbre y aquellos que se les suministró la sal de manera inicial. 63 Fig. 3. 26 Curado de las mezclas en solución saturada de cal. 64 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Fig. 3. 27 Curado de las mezclas en bolsa de plástico. Finalmente, se elaboran mezclas con los mismos criterios que las anteriores pero expuestas a las condiciones ambientales presentes en el lugar de ensayo. La justificación de los tres procesos anteriormente descritos se debe principalmente a la gran cantidad de agua presente en cada una de las mezclas por las características de las materias primas empleadas, lo que impide la evaluación del material por este método en términos de resistencia a la compresión. 65 Fig. 3. 28 Fraguado en condiciones ambientales. 66 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Determinación de peso volumétrico, porcentaje de humedad y porcentaje de absorción Se emplearon especimenes cúbicos según las descripciones realizadas en el apartado anterior, cuyas dimensiones son de 5 X 5 X 5 cm para las siete formulaciones propuestas, cada una de las muestras se analizaron por triplicado. Como punto de partida, se tomaron las medidas de cada espécimen, mediante el apoyo de un vernier, dato que servirá para determinar el volumen de cada uno de ellos y la relación de deformación de los mismos al ser sometidos a diferentes condiciones de humedad (fig. 3.11). Fig. 3. 29 Medición de los especimenes 67 Cada uno de los especimenes fue pesado en balanza de precisión a condiciones de humedad ambiental, obteniendo de esta manera el valor W de cada una de las muestras. Posteriormente se sometió a secado mediante el uso de un horno eléctrico a 75 º C durante 24 hrs, una vez transcurrido el tiempo se pasaron nuevamente cada una de las probetas obteniendo así el valor correspondiente de Wd. Fig. 3. 30 Pesado de los especimenes 68 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Fig. 3. 31 Secado de los especimenes Una vez teniendo estos valores, cada una de las probetas fueron sometidas a un recipiente con agua durante un periodo de 72 hrs, con la finalidad saturarlos de agua y así conocer el valor de Ws para determinar el porcentaje de absorción, Figura 3.14. 69 Fig. 3. 32 Saturación de agua de cada uno de los especimenes Determinación de resistencia a la compresión Con base a las consideraciones realizadas en el diseño del experimento en donde se determina el numero total de mezclas por preparar de tal manera que sean representativas para efecto de evaluación del material, se concluye que se tienen que hacer un total de 7 mezclas las cuales son sometidas a evaluación de resistencia a la compresión tal como se describe en el capitulo anterior a los 3, 7 y 28 días de curado. Las probetas a ensayar son realizadas por triplicado teniendo un total de 63 especimenes cúbicos en esta primer etapa. Siguiendo las especificaciones de la norma mexicana NMX-C-061-ONNCCE2001 que establece la determinación de la resistencia a la compresión de 70 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL cementantes hidráulicos, como se describe en el apartado anterior, se emplean molde cuyo producto resultante presenta medidas de 5 x 5 x 5 cm de longitud. Fig. 3. 33 Moldes empleados para la elaboración de especimenes 71 En la elaboración de los especimenes se aumenta el número de golpeteos con la varilla a 15 golpes adicionales para cada espécimen, esto se debe a la consistencia del material resultante, ya que con el método original presenta huecos en los cubos elaborados. Fig. 3. 34 Prensa empleada en los ensayos para compresión. 72 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Los especimenes elaborados se sometieron al ensayo correspondiente en el laboratorio de concretos Holcim Apasco, sin embargo los materiales no desarrollaron resistencia en ninguno de los casos durante los diferentes tiempos de curado, lo que impidió en este sentido una evaluación del comportamiento mecánico de cada una de las mezclas diseñadas. Por lo anterior se emplea un anillo de compresión, que permite aumentar el rango de la respuesta arrojada por la prensa. En este caso se hace uso del Laboratorio de Materiales de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de Colima. Como punto de partida se procede a realizar la calibración del anillo, de tal manera que se obtenga indirectamente la deformación del material de ensayo mediante la deformación que sufre el anillo (fig. 3.17). Fig. 3. 35 Instrumento empleado para la calibración del anillo 73 En la figura 3.18, se observa la prensa modificada provista del dispositivo empleado. La línea de calibración se describe en el grafico 3.1 cuya ecuación es determinada mediante regresión lineal por el método de mínimos cuadrados. La calibración consistió en colocar elementos de peso conocido sobre la barra inferior del dispositivo, la cual comprime el anillo generando una deformación que se registra mediante el uso de un micrómetro de aguja. Los valores son registrados en el grafico 3.1 y es obtenida la tendencia lineal para la identificación de los valores correlacionados, en este caso se extrapola la línea proyectada para obtener los valores de deformación a diferentes condiciones de esfuerzo. Fig. 3. 36 Prensa provista con anillo calibrado 74 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Tab. 3. 12 Datos de calibración de anillo CALIBRACION CARGA (Kg) 0 6.6 22.589 38.554 DEFORMACION (mm) 5.59 5.66 5.85 6.035 CARGA VS DEFORMACION CARGA (kg) y = 86.123x - 481.18 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 DEFORMACION (mm) Grafico 3. 2 Línea de tendencia para la calibración del anillo 75 Los valores obtenidos directamente de la prensa son deformación del anillo (δ) en mm, velocidad de compresión (v) en mm/min y tiempo de prueba (t) en seg., la carga (k) en kg es calculada a partir de la línea de calibración, las dimensiones (área A y altura h) del cubo de prueba es determinada mediante el uso de vernier o pie de rey, a partir de estos valores se calcula la deformación (δ) del espécimen mediante la relación: δ muestra = (δtotal) – (δanillo) --------------------------------------------------------------------(1) y δtotal = (v) X (t) ---------------------------------------------------------------------------------(2) de esta manera, se calcula la deformación unitaria ε mediante la ecuación: ε = (δ muestra)/ h por lo tanto el modulo de elasticidad del material evaluado se determina mediante la siguiente relación: E = (ζ1 – ζ0) / (ε1 – ε0) -----------------------------------------------------------------------(3) Donde: E = Modulo de Elasticidad ζ = Esfuerzo (kg/cm2) ε = Deformación unitaria (%) 76 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Evaluación de la Absorción Acústica El proceso para la evaluación de la absorción de ondas sonoras en las diferentes mezclas diseñadas, se realiza con base a las consideraciones establecidas en el apartado anterior, de tal manera que se tiene una comparación de las mezclas entre sí y su comportamiento cuya referencia es el blanco y el patrón. 77 Capitulo IV RESULTADOS Y DISCUSIONES Preparación de materias primas La preparación de las materias primas, cuya finalidad es homogeneizar sus componentes, se realizo según lo especificado en el capitulo anterior, de esta manera se logró mantener fijas una serie de variables; tales como tamaño de partículas en los componentes, contenido de humedad en la pulpa, y tipos de materiales que las componen. En el caso de la llanta triturada, el tamaño de la partícula empleada no fue un variable adicional al experimento realizado, pues al seleccionar un tamaño uniforme mediante el tamizado descrito, se pudo homogenizar este componente teniendo la misma consistencia en todas las mezclas realizadas. Para el caso de la pulpa, la reducción de tamaño en húmedo, permitió mantener fija la variable humedad en todas las mezclas, por lo que simplemente fue necesario hacer el cálculo correspondiente para el suministro del excedente de agua requerida. La consistencia final de la pulpa, permitió fácilmente el mezclado con el resto de los componentes. Calibración del experimento Siguiendo el procedimiento descrito en el capitulo anterior, referente a la calibración de experimento, como punto de partida se decidió determinar la concentración óptima de los componentes empleados para la elaboración de pulpa, utilizando solamente papel periódico y cartón ambos de origen residual. En este sentido y derivado de la preparación de la pulpa con variación en cada uno de estos dos componentes se observa que no existe diferencia significativa al emplear diferentes concentraciones de papel y cartón en la mezcla, pues el producto final 78 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL presenta las mismas características para las tres formulaciones que se elaboraron según lo descrito en el capítulo anterior. De esta manera y con la finalidad de aprovechar al máximo los productos residuales se decide emplear una proporción de 50:50 de papel y cartón respectivamente para la elaboración de la pulpa. Con la finalidad de determinar el grado de afinidad entre los componentes empleados para la elaboración de las mezclas y en específico con el látex vulcanizado residual por sus características físicas se procedió a realizar mezclas preliminares a diferentes proporciones de pulpa y llanta triturada manteniendo fijas las proporciones de agua y el agente aglutinante. Por lo anterior se observa que en todos los casos propuestos es posible realizar mezclas con las concentraciones señaladas del látex vulcanizado, decidiendo así el empleo de este componente en las proporciones que marca el diseño factorial 32. De esta manera se considera un nivel máximo del 75% de contenido de látex en relación al contenido de pulpa en la mezcla elaborada considerada como “agregados” del producto final. En la grafica 4.1 se muestra la relación para todas las formulaciones. Obsérvese que la relación de los datos anteriores corresponden a tres niveles (alto, medio y bajo) de concentración de cada uno de los componentes, esto como resultado del diseño factorial 32 referido anteriormente. 79 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 FORMULACION PULPA (gr) LATEX (gr) PULPA (gr) Grafico 4. 24 Relación de los componentes en la mezcla de “agregados” Elaboración de las mezclas Tomando en cuenta las consideraciones anteriores y conforme a lo descrito en el capítulo anterior se procedió a elaborar las 7 mezclas correspondientes. En este sentido las proporciones empleadas de cada uno de los elementos que constituyen la mezcla final son en función de especificaciones establecidas por el fabricante del agente aglutinante en donde se muestra la relación de mortero-agregados (pulpa y látex) así como la cantidad de agua óptima para el fraguado correspondiente. Como se mencionaba anteriormente la pulpa elaborada contiene cierto porcentaje de agua en la mezcla la cual viene a favorecer el fraguado de la misma, al igual que la solución de lumbre, por lo que es necesario considerar esta condición al momento de la preparación. En la grafica 4.2 se observa en forma general la cantidad de agua requerida como excedente para cada una de las formulaciones. 80 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL EXCEDENTE 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 EXCEDENTE 1 2 3 4 5 6 7 Grafico 4. 25 Suministros de excedentes de agua En la mayoría de los casos es necesario suministrar agua en casi todas las formulaciones a excepción de la formulación 6 en donde es necesario quitarle cierta cantidad de agua a la pulpa empleada antes de realizar la mezcla, con la finalidad de que en todos los casos presenten la misma concentración. Una vez preparadas las mezclas se realizó el curado de las mismas en los diferentes moldes elaborados tal como se indica en el capítulo anterior. Sin embargo, las probetas presentaron gran contenido de agua en los diferentes días de curado (3, 7 y 28 días) esa situación se le atribuye a la alta capacidad que tiene el papel de absorber la humedad en el medio que se encuentra. Para efectos del experimento esta situación se torna en cierta forma desfavorable pues no es posible tener especimenes lo suficientemente rígido como para someterlos a los ensayos correspondientes. Todas las probetas elaboradas presentan una consistencia muy blanda capaz de ser deformada con la simple presión manual. 81 De esta manera y con la finalidad de poder contar con especimenes suficientemente rígidos para realizar las determinaciones correspondientes, se decidió modificar el procedimiento marcado en la norma de referencia, en este sentido se envolvió cada uno de los especimenes en bolsa de plástico completamente cerrados, esto con la finalidad de bajar el contenido de humedad del medio en el que se encuentra cada probeta. El curado de las mezclas se efectúa simplemente con el contenido de humedad presente en cada caso. Después de 28 días las muestras siguen presentando gran contenido de humedad manteniendo la consistencia blanda en cada una de ellas lo que imposibilita nuevamente el ensayo correspondiente. Por lo anterior se decide elaborar mezclas en las mismas condiciones que las anteriores pero sometidas a curados a temperatura y humedad ambiente, situación que se ve favorecida al termino de 28 días para la formación de un elemento rígido. Con los resultados anteriores se puede observar el grado de absorción de agua que tiene la mezcla elaborada por lo que es de llamar la atención para estudiar su comportamiento a condiciones extremas de humedad una vez curada la mezcla. Para este caso los resultados se muestran más adelante en donde se determina el grado de formación de cada una de las mezclas. En la grafica 4.3 se muestran los cambios de peso por perdidas de humedad para cada una de las formulaciones elaboradas, esto a las condiciones ambientales de curado. 82 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 160 140 120 100 3 di as 80 7 di as 60 28 días 40 20 0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 Grafico 4. 26 Pérdida de humedad a diferentes días de curado Como se puede observar en todos los casos la pérdida de agua a 28 días es relativamente significativa. La formulación 6 es la que presenta mayor pérdida de agua, siguiendo la formulación 4 y la formulación 2, mientras que la formulación 1, 5 y 7 son las que menos pérdidas presentan. Este fenómeno se debe prácticamente al contenido de componentes en cada uno de las formulaciones en general obedece al comportamiento entre mayor contenido de látex y menor contenido de pulpa menor pérdida de agua. Esta diferencia de pérdidas de agua entre las formulaciones diseñadas indica que existe la posibilidad que la reacción entre el mortero, los agregados y el agua misma se pueda llevar a cabo aún después de los 28 días de curado. Con lo anterior también se establece que el proceso de curado es posible llevarse a cabo simplemente con la humedad contenida en el mismo material, pues la capacidad que tiene el papel de absorber agua es suficiente para completar la reacción, así mismo, para el caso de la formulación 6 que es la que contiene mayor 83 cantidad de agua en la mezcla es necesario retirar un porcentaje de ésta, pues de lo contrario se tiene un excedente lo cual afectaría el grado de reacción entre los componentes. Así mismo, el contenido total de agua provoca una ligera variación en las dimensiones de los cubos finales por lo que es necesario hacer la medición de las longitudes finales, de tal forma que los parámetros evaluados estén en función de las condiciones reales más que de las planeadas. Determinación de peso volumétrico, porcentaje de humedad, y absorción de agua Para la determinación de las propiedades físicas de los materiales elaborados, se siguió el procedimiento señalado en el capitulo anterior, obteniendo los siguientes resultados. Tab. 4. 13 valores de pesos F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 W 117.8 128 99.2 99.6 110.2 97.6 112.7 Wd 115.6 126 95.1 97.6 108.1 87.3 116.3 Ws 163.2 178.2 179.5 162.8 178.8 164.1 168.8 V (cm3) 120 130 100 101 112 113 119 Nuevamente se alcanza a observar el contenido considerablemente alto que se pierde durante el secado de las muestras, lo que nos indica la alta capacidad de retener líquidos el mismo material. 84 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 180 160 140 120 100 W Wd 80 Ws 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 Fig. 4. 2 Valores de pesos (W= peso inicial de la muestra, Wd = peso seco y Ws = peso saturado) Tab. 4. 14 Evaluación física de los materiales FORMULACION F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 Peso volumétrico (d) 0.963333333 0.969230769 0.951 0.966336634 0.965178571 0.772566372 0.926890756 Humedad 1.903114187 1.587301587 4.311251314 2.049180328 1.942645698 11.79839633 2.175883953 Abs 41.17647059 41.42857143 88.74868559 66.80327869 65.40240518 87.97250859 53.03717135 Todas las formulaciones se consideran algo ligeras, sin embargo la mezcla 6 presenta bajo peso en relación al volumen que ocupan sus componentes, dato importante para considerarlo en la posible aplicación del material. El resto de los especimenes muestran un comportamiento similar en relación a su peso volumétrico. 85 Peso volumét rico (d) 1.2 1 0.8 0.6 Peso volumét rico (d) 0.4 0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 Grafico 4. 27 Peso Volumétrico En la siguiente grafica se muestra el contenido de humedad de cada uno de los especimenes, notándose considerablemente la formulación 6 cuya capacidad de retener líquidos es alta. Esta situación se debe al gran contenido de pulpa en la mezcla. 86 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Humedad 14 12 10 8 Humedad 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 Grafico 4. 28 Humedad Abs 100 80 60 Abs 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 Grafico 4. 29 Absorción 87 La consistencia de las mezclas es variada y se definen en la tabla 3.2., observamos aquí que en general los materiales empleados por sus características físicas, se pueden emplear como aplanados, paneles intermedios a muros divisorios e incluso plafones por su bajo peso volumétrico. Como recomendación del Dr. B. Givoni, se plantea la posibilidad de que el material resultante, sobre todo las formulaciones 3 y 6, pueda ser empleado como regulador de humedad, pues la capacidad que presenta el papel para absorber el agua, tal como se observa en los resultados anteriores, durante periodos con clima húmedos y cederla al ambiente durante las condiciones secas, es una situación favorable en este sentido; sin embargo, en estos momentos no se tienen los elementos experimentales para demostrar la efectividad de este fenómeno, por lo que podría sugerirse en dado caso como otra investigación, considerando la deformación que sufre el material al ser sometido a diferentes condiciones de humedad. Determinación de resistencia a la compresión Para la determinación de la resistencia a la compresión, se siguió con la metodología planteada en el capitulo anterior, por lo que de manera indirecta, se calcula el modulo de elasticidad para lada uno de las formulaciones diseñadas. Como característica general, la deformación de los especimenes durante el ensayo de compresión, genera una modificación en el área de soporte, por lo que se hace una corrección al valor obtenido por medición directa mediante el empleo de la siguiente ecuación: Acorr. = Ainicial/(1- ε) Recordando que ε es la deformación unitaria del material. Las siguientes tablas y graficas muestran los resultados obtenidos. 88 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Tab. 4. 15 Modulo de elasticidad Formulación 1 t(min) δ anillo (mm) 0.5 0.0562 1 0.0571 1.5 0.0584 2 0.0597 2.5 0.0610 3 0.0622 3.5 0.0637 4 0.0645 4.5 0.0665 5 0.0678 5.5 0.0695 6 0.0708 6.5 0.0724 7 0.0736 7.5 0.0757 8 0.0765 8.5 0.0781 9 0.0795 9.5 0.0811 10 0.0825 10.5 0.0840 11 0.0853 11.5 0.0865 12 0.0877 12.5 0.0885 14.5 0.0927 15 0.0936 15.5 0.0945 16 0.0953 16.5 0.0961 17 0.0968 17.5 0.0976 18 0.0983 18.5 0.0990 19 0.0996 20 0.1010 21 0.1023 21.5 0.1029 22 0.1034 23 0.1042 23.5 0.1045 24.5 0.1051 25 0.1052 Carga (kg) 2.83126 10.58233 21.347705 32.543695 44.1703 54.50506 67.42351 74.31335 91.107335 102.73394 116.944235 128.57084 141.919905 152.68528 170.77111 177.66095 191.44063 203.49785 217.27753 228.904135 241.822585 253.44919 263.78395 273.688095 281.00855 317.18021 324.93128 332.68235 339.57219 346.46203 352.49064 359.38048 365.40909 371.4377 376.60508 388.6623 399.85829 404.595055 409.33182 416.22166 418.80535 423.542115 424.83396 Area (cm2) 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 25.035 A corr ζ (kg/cm2) δ Total δ muestra 25.1331423 0.113 0.25 0.19 25.260425 0.419 0.5 0.44 25.3888219 0.841 0.75 0.69 25.5185044 1.275 1 0.94 25.6494922 1.722 1.25 1.19 25.7819118 2.114 1.5 1.44 25.9155436 2.602 1.75 1.69 26.0509503 2.853 2 1.94 26.1871447 3.479 2.25 2.18 26.3251052 3.903 2.5 2.43 26.4643579 4.419 2.75 2.68 26.6052627 4.833 3 2.93 26.7475607 5.306 3.25 3.18 26.8915636 5.678 3.5 3.43 27.0366255 6.316 3.75 3.67 27.184034 6.535 4 3.92 27.3325777 7.004 4.25 4.17 27.4828753 7.405 4.5 4.42 27.634712 7.862 4.75 4.67 27.7883912 8.237 5 4.92 27.9436948 8.654 5.25 5.17 28.1008395 9.019 5.5 5.41 28.2598581 9.334 5.75 5.66 28.4207191 9.630 6 5.91 28.5836192 9.831 6.25 6.16 29.2537807 10.842 7.25 7.16 29.4263646 11.042 7.5 7.41 29.600997 11.239 7.75 7.66 29.7777859 11.404 8 7.90 29.9566992 11.565 8.25 8.15 30.1378484 11.696 8.5 8.40 30.3211279 11.852 8.75 8.65 30.5067251 11.978 9 8.90 30.6946083 12.101 9.25 9.15 30.8848969 12.194 9.5 9.40 31.2724837 12.428 10 9.90 31.6700028 12.626 10.5 10.40 31.8726581 12.694 10.75 10.65 32.0779237 12.761 11 10.90 32.4967451 12.808 11.5 11.40 32.71037 12.803 11.75 11.65 33.1462023 12.778 12.25 12.14 33.3686149 12.732 12.5 12.39 ho (mm) 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 49.63 ε(%) E(kg/cm2). 0.39049 28.85 0.892404 61.02 1.393613 84.18 1.894721 86.70 2.395728 89.18 2.897038 78.20 3.397743 97.38 3.899859 49.98 4.399657 125.34 4.900665 84.51 5.401068 103.20 5.902075 82.55 6.40268 94.56 6.903889 74.20 7.403385 127.82 7.905501 43.66 8.406004 93.63 8.906911 79.94 9.407415 91.50 9.908422 74.83 10.40913 83.19 10.91013 72.92 11.41144 62.83 11.91286 58.96 12.41487 40.08 14.42132 50.40 14.92323 39.81 15.42515 39.19 15.92726 32.79 16.42938 32.24 16.93169 25.98 17.43381 31.17 17.93613 24.99 18.43844 24.50 18.94096 18.46 19.9456 23.33 20.95043 19.66 21.45305 13.60 21.95567 13.22 22.96152 4.73 23.46464 -0.93 24.47099 -2.53 24.97441 -9.23 En el grafico 4.7, Se observa que en la formulación 1 a mayor esfuerzo, el material presenta mayor deformación, obedeciendo a un comportamiento de crecimiento logarítmico, en donde alcanza un nivel máximo de esfuerzo de hasta 12.73 kg/cm2. Para el caso del modulo de elasticidad (Grafico 4.8), la línea de tendencia es en forma decreciente, iniciando con un valor de 29 kg/cm 2, alcanzando un valor máximo de arriba de los 100 kg cm 2 muy alto hasta llegar a la tendencia de cero. 89 Esfuerzo ζ (Kg/cm2) F1 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 0 5 10 15 20 25 30 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 30 Relación Esfuerzo vs deformación F1 Modulo de elasticidad(Kg/cm2) Título del gráfico 150.00 100.00 50.00 0.00 0 5 10 15 20 25 -50.00 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 31 Relación modulo de elasticidad vs deformación F1 90 30 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Tab. 4. 16 Modulo de elasticidad Formulación 2 t(min) δ anillo (mm) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 0.0580 0.0584 0.0592 0.0605 0.0612 0.0624 0.0635 0.0648 0.0660 0.0672 0.0696 0.0708 0.0717 0.0726 0.0733 0.0741 0.0748 0.0754 0.0760 0.0765 0.0770 0.0776 0.0781 0.0785 0.0789 0.0792 0.0796 0.0799 0.0801 0.0802 Carga (kg) 18.3334 21.77832 28.237545 39.86415 45.89276 55.796905 65.70105 76.89704 87.2318 97.56656 118.23608 128.140225 136.32191 143.642365 150.10159 156.99143 162.589425 167.756805 172.924185 177.66095 181.9671 186.703865 191.010015 194.88555 198.33047 200.91416 204.35908 206.512155 208.234615 209.52646 Area (cm2) 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 26.78 A corr ζ (kg/cm2) 26.8798245 0.682 27.0107143 0.806 27.1426989 1.040 27.2756573 1.462 27.4102773 1.674 27.5459862 2.026 27.6830456 2.373 27.8213918 2.764 27.9611843 3.120 28.1023886 3.472 28.3891195 4.165 28.5347197 4.491 28.6819399 4.753 28.8307472 4.982 28.9811673 5.179 29.1331346 5.389 29.2867969 5.552 29.44212 5.698 29.5990995 5.842 29.7577939 5.970 29.9182315 6.082 30.0803758 6.207 30.2443201 6.316 30.4100948 6.409 30.5777305 6.486 30.7472929 6.534 30.9186773 6.610 31.0920877 6.642 31.2674895 6.660 31.4449174 6.663 δ Total δ muestra ho (mm) 0.25 0.19 51.70 0.5 0.44 51.70 0.75 0.69 51.70 1 0.94 51.70 1.25 1.19 51.70 1.5 1.44 51.70 1.75 1.69 51.70 2 1.94 51.70 2.25 2.18 51.70 2.5 2.43 51.70 3 2.93 51.70 3.25 3.18 51.70 3.5 3.43 51.70 3.75 3.68 51.70 4 3.93 51.70 4.25 4.18 51.70 4.5 4.43 51.70 4.75 4.67 51.70 5 4.92 51.70 5.25 5.17 51.70 5.5 5.42 51.70 5.75 5.67 51.70 6 5.92 51.70 6.25 6.17 51.70 6.5 6.42 51.70 6.75 6.67 51.70 7 6.92 51.70 7.25 7.17 51.70 7.5 7.42 51.70 7.75 7.67 51.70 ε(%) E(kg/cm2). 0.371373 0.854159 25.73 1.336267 48.55 1.817215 87.58 2.29942 44.12 2.780754 72.98 3.262089 72.25 3.743133 81.20 4.224371 73.93 4.705609 73.16 5.668085 72.00 6.14942 67.70 6.631141 54.43 7.113056 47.60 7.595164 40.87 8.077176 43.46 8.559478 33.77 9.041876 30.31 9.524275 29.93 10.00677 26.53 10.48936 23.19 10.97186 25.84 11.45445 22.53 11.93714 19.27 12.41992 16.06 12.9029 9.99 13.38569 15.58 13.86876 6.70 14.35193 3.69 14.8352 0.73 En el grafico 4.9, se observa que en la formulación 2 obedece el mismo comportamiento que en la formulación uno a mayor esfuerzo, el material presenta mayor deformación, en este caso se alcanza un nivel máximo de esfuerzo de solo 6.6 kg/cm2. Para el caso del modulo de elasticidad (Grafico 4.10), la línea de tendencia es en forma decreciente, iniciando con un valor de 25 kg/cm 2, alcanzando 91 un valor máximo de arriba de los 81 kg cm 2 para posteriormente presentar un decrecimiento hasta llegar a la tendencia de cero. Esfuerzo ζ (Kg/cm2) F2 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 32 Relación Esfuerzo vs deformación F2 F2 Modulo de elasticidad(Kg/cm2) 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 -20.00 0 2 4 6 8 10 12 14 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 33 Relación modulo de elasticidad vs deformación F2 92 16 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Tab. 4. 17 Modulo de elasticidad Formulación 3 t(min) δ anillo (mm) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17.5 18 18.5 19 0.0581 0.0589 0.0605 0.0621 0.0637 0.0652 0.0667 0.0681 0.0695 0.0709 0.0721 0.0733 0.0744 0.0755 0.0765 0.0785 0.0794 0.0803 0.0810 0.0817 0.0823 0.0828 0.0833 0.0837 0.0841 0.0844 0.0847 0.0850 0.0853 0.0856 0.0858 0.0860 0.0865 0.0867 0.0869 0.0871 Carga (kg) 19.19463 26.08447 39.86415 53.64383 67.42351 80.34196 93.26041 105.31763 117.37485 129.43207 139.76683 150.10159 159.57512 169.04865 177.66095 194.88555 202.63662 210.38769 216.4163 222.44491 227.61229 231.91844 236.22459 239.66951 243.11443 245.69812 248.28181 250.8655 253.44919 256.03288 257.75534 259.4778 263.78395 265.50641 267.22887 268.95133 Area (cm2) 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 26.76 A corr ζ (kg/cm2) δ Total δ muestra 26.8608728 0.715 0.25 0.19 26.9930062 0.966 0.5 0.44 27.1260154 1.470 0.75 0.69 27.260342 1.968 1 0.94 27.3960055 2.461 1.25 1.19 27.5330815 2.918 1.5 1.43 27.6715361 3.370 1.75 1.68 27.8114469 3.787 2 1.93 27.9527796 4.199 2.25 2.18 28.0955561 4.607 2.5 2.43 28.2399152 4.949 2.75 2.68 28.3857656 5.288 3 2.93 28.5331898 5.593 3.25 3.18 28.6821533 5.894 3.5 3.42 28.8327412 6.162 3.75 3.67 29.138711 6.688 4.25 4.17 29.2942069 6.917 4.5 4.42 29.4513712 7.144 4.75 4.67 29.6103592 7.309 5 4.92 29.7710731 7.472 5.25 5.17 29.9336067 7.604 5.5 5.42 30.0979909 7.705 5.75 5.67 30.2641905 7.805 6 5.92 30.4323036 7.875 6.25 6.17 30.6022948 7.944 6.5 6.42 30.774265 7.984 6.75 6.67 30.9481789 8.023 7 6.92 31.1240696 8.060 7.25 7.17 31.3019711 8.097 7.5 7.41 31.4819181 8.133 7.75 7.66 31.6640192 8.140 8 7.91 31.8482392 8.147 8.25 8.16 32.2231098 8.186 8.75 8.66 32.4139124 8.191 9 8.91 32.6069881 8.195 9.25 9.16 32.8023777 8.199 9.5 9.41 ho (mm) 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 51.10 ε(%) E(kg/cm2). 0.375538 0.863209 51.62 1.349315 103.53 1.835421 102.50 2.321526 101.47 2.807828 93.96 3.294129 93.00 3.780626 85.63 4.267123 84.73 4.75362 83.83 5.240509 70.33 5.727397 69.55 6.214481 62.56 6.701566 61.85 7.188845 54.98 8.163405 54.02 8.650881 47.00 9.138356 46.42 9.626223 33.87 10.11409 33.42 10.60215 27.06 11.09041 20.80 11.57867 20.47 12.06712 14.35 12.55558 14.09 13.04423 8.10 13.53288 7.90 14.02153 7.71 14.51018 7.52 14.99883 7.32 15.48767 1.56 15.97652 1.43 16.95401 3.97 17.44286 1.01 17.9317 0.88 18.42055 0.76 Para el caso de la formulación 3, el comportamiento es muy similar en términos de deformación y esfuerzo que en los casos anteriores, en una etapa inicial, existe poca pendiente, lo que nos indica que en este periodo el material presenta gran deformación con poca carga suministrada teniendo como carga máxima 8.119 kg/cm2. Para el caso del modulo de elasticidad (Grafico 4.12), la línea de tendencia 93 es en forma decreciente, iniciando con un valor de 51.62 kg/cm 2, alcanzando un valor máximo de arriba de los 100 kg/cm2 con la tendencia al valor de cero correspondiente. Esfuerzo ζ (Kg/cm2) F3 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 0 5 10 15 20 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 34 Relación Esfuerzo vs deformación F3 F3 Modulo de elasticidad(Kg/cm2) 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 -20.00 0 5 10 15 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 35 Relación modulo de elasticidad vs deformación F3 94 20 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Tab. 4. 18 Modulo de elasticidad Formulación 4 95 t(min) δ anillo (mm) 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17 18 18.5 19 19.5 20 20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 24 24.5 25 0.0592 0.0604 0.0615 0.0626 0.0639 0.0651 0.0663 0.0673 0.0689 0.0701 0.0712 0.0735 0.0745 0.0755 0.0765 0.0774 0.0782 0.0796 0.0798 0.0805 0.0811 0.0818 0.0824 0.0830 0.0836 0.0842 0.0848 0.0853 0.0858 0.0863 0.0869 0.0874 0.0885 0.0891 0.0896 0.0901 0.0906 0.0911 0.0915 0.0919 0.0923 0.0928 0.0932 0.0937 0.0940 0.0944 0.0948 Carga (kg) 28.66816 39.00292 48.47645 57.94998 69.14597 79.48073 89.81549 98.42779 112.20747 122.54223 132.01576 151.82405 160.43635 169.04865 177.66095 185.41202 192.30186 204.35908 206.08154 212.11015 217.27753 223.30614 228.47352 233.6409 238.80828 243.97566 249.14304 253.44919 257.75534 262.06149 267.22887 271.53502 281.00855 286.17593 290.48208 294.78823 299.09438 303.40053 306.84545 310.29037 313.73529 318.04144 321.48636 325.79251 328.3762 331.82112 335.26604 Area (cm2) 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 24.999 A corr ζ (kg/cm2) 25.2216659 1.137 25.349105 1.539 25.4778905 1.903 25.6079912 2.263 25.7393212 2.686 25.8720589 3.072 26.0061728 3.454 26.1417938 3.765 26.2785048 4.270 26.4168768 4.639 26.5567703 4.971 26.840992 5.656 26.985484 5.945 27.1315401 6.231 27.2791859 6.513 27.4285077 6.760 27.5795341 6.973 27.7318632 7.369 27.886632 7.390 28.0428229 7.564 28.2008371 7.705 28.3605776 7.874 28.5222033 8.010 28.6856818 8.145 28.851045 8.277 29.0183258 8.408 29.1875578 8.536 29.3588442 8.633 29.5321529 8.728 29.7075199 8.821 29.8849105 8.942 30.0645048 9.032 30.4301735 9.235 30.6163263 9.347 30.8048468 9.430 30.9957033 9.511 31.1889394 9.590 31.3846001 9.667 31.5828111 9.716 31.7835417 9.763 31.9868401 9.808 32.192673 9.879 32.4012561 9.922 32.6124746 9.990 32.8266376 10.003 33.0435446 10.042 33.263337 10.079 δ Total δ muestra 0.5 0.44 0.75 0.69 1 0.94 1.25 1.19 1.5 1.44 1.75 1.68 2 1.93 2.25 2.18 2.5 2.43 2.75 2.68 3 2.93 3.5 3.43 3.75 3.68 4 3.92 4.25 4.17 4.5 4.42 4.75 4.67 5 4.92 5.25 5.17 5.5 5.42 5.75 5.67 6 5.92 6.25 6.17 6.5 6.42 6.75 6.67 7 6.92 7.25 7.17 7.5 7.41 7.75 7.66 8 7.91 8.25 8.16 8.5 8.41 9 8.91 9.25 9.16 9.5 9.41 9.75 9.66 10 9.91 10.25 10.16 10.5 10.41 10.75 10.66 11 10.91 11.25 11.16 11.5 11.41 11.75 11.66 12 11.91 12.25 12.16 12.5 12.41 ho (mm) 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 49.93 ε(%) E(kg/cm2). 0.882836 1.381134 1.879631 73.03 2.378129 72.27 2.876227 85.01 3.374524 77.40 3.872822 76.57 4.37152 62.47 4.869017 101.46 5.367314 74.02 5.865812 66.66 6.862608 68.76 7.361306 57.92 7.860004 57.23 8.358702 56.54 8.857601 49.54 9.356699 42.64 9.854596 79.63 10.3549 4.17 10.8542 34.81 11.3537 28.20 11.85299 33.88 12.35249 27.34 12.85199 26.92 13.35149 26.51 13.85099 26.10 14.35049 25.68 14.85019 19.39 15.34989 19.04 15.84959 18.70 16.34909 24.13 16.84879 17.97 17.84799 20.30 18.34749 22.55 18.84719 16.53 19.34689 16.18 19.84659 15.84 20.34628 15.49 20.84618 9.68 21.34608 9.41 21.84598 9.13 22.34568 14.22 22.84558 8.55 23.34528 13.56 23.84538 2.71 24.34528 7.72 24.84518 7.44 Los valores obtenidos en el ensayo de la formulación 4, refleja el comportamiento del material a diferentes condiciones de esfuerzo sometido, en un primer periodo, el material alcanza valores de deformación con poca carga, sin 96 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL embargo a medida que aumenta el esfuerzo, la deformación unitaria de la muestra presenta un aumento progresivo, a tal grado que cuando no varía significativamente el esfuerzo, la deformación se sigue presentando. Esta situación la podemos observar en la figura 4.13 en donde la línea tiende a formar una horizontal. El valor máximo detectado es de 10.079 kg/cm2 Esfuerzo ζ (Kg/cm2) F4 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 0 5 10 15 20 25 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 36 Relación Esfuerzo vs deformación F4 En la figura 4.14, el comportamiento del modulo de elasticidad, aunque es en cierta forma muy disperso, se puede observar la línea de tendencia hacia un valor cero conforme aumenta la deformación. El valor máximo detectado va por arriba de los 100 kg/cm2. 97 Modulo de elasticidad(Kg/cm2) F4 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 0 5 10 15 20 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 37 Relación modulo de elasticidad vs deformación F4 98 25 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Tab. 4. 19 Modulo de elasticidad Formulación 5 t(min) δ anillo (mm) 0.5 1 1.5 3 3.5 4 4.5 5.5 6 6.5 7 7.5 8.5 9 9.5 10 10.5 11 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15.5 16 16.5 17 17.5 18 18.5 19 19.5 20 20.5 21 0.0584 0.0591 0.0602 0.0640 0.0654 0.0667 0.0680 0.0708 0.0721 0.0734 0.0748 0.0761 0.0788 0.0801 0.0813 0.0825 0.0837 0.0848 0.0868 0.0876 0.0885 0.0894 0.0900 0.0909 0.0922 0.0927 0.0935 0.0940 0.0945 0.0951 0.0956 0.0961 0.0965 0.0970 0.0973 0.0978 Carga (kg) 21.77832 27.80693 37.28046 70.0072 82.06442 93.26041 104.4564 128.57084 139.76683 150.96282 163.02004 174.21603 197.46924 208.66523 218.99999 229.33475 239.66951 249.14304 266.36764 273.25748 281.00855 288.75962 293.927 301.67807 312.87406 317.18021 324.07005 328.3762 332.68235 337.84973 342.15588 346.46203 349.90695 354.2131 356.79679 361.10294 Area (cm2) 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 25.1 A corr ζ (kg/cm2) δ Total δ muestra 25.196437 0.864 0.25 0.19 25.3230308 1.098 0.5 0.44 25.450697 1.465 0.75 0.69 25.8412718 2.709 1.5 1.44 25.9740695 3.159 1.75 1.68 26.1082933 3.572 2 1.93 26.2439116 3.980 2.25 2.18 26.5193074 4.848 2.75 2.68 26.6592407 5.243 3 2.93 26.8006587 5.633 3.25 3.18 26.9435272 6.050 3.5 3.43 27.0879854 6.431 3.75 3.67 27.3815397 7.212 4.25 4.17 27.530746 7.579 4.5 4.42 27.6816482 7.911 4.75 4.67 27.8342139 8.239 5 4.92 27.9884705 8.563 5.25 5.17 28.1445096 8.852 5.5 5.42 28.461995 9.359 6 5.91 28.6235694 9.547 6.25 6.16 28.7869228 9.762 6.5 6.41 28.9521514 9.974 6.75 6.66 29.1194902 10.094 7 6.91 29.2885697 10.300 7.25 7.16 29.6330379 10.558 7.75 7.66 29.8084346 10.641 8 7.91 29.9857053 10.807 8.25 8.16 30.1653143 10.886 8.5 8.41 30.3470879 10.963 8.75 8.66 30.5309913 11.066 9 8.90 30.7172123 11.139 9.25 9.15 30.9057189 11.210 9.5 9.40 31.0966305 11.252 9.75 9.65 31.2898374 11.320 10 9.90 31.4856179 11.332 10.25 10.15 31.6837041 11.397 10.5 10.40 ho (mm) 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 50.06 ε(%) E(kg/cm2). 0.382741 0.880743 46.94 1.377946 73.76 2.868558 83.48 3.365162 90.69 3.861966 83.05 4.358769 82.16 5.351978 87.39 5.848781 79.41 6.345585 78.52 6.842189 84.10 7.338993 76.70 8.332401 78.55 8.829205 73.99 9.326209 66.81 9.823212 65.98 10.32022 65.16 10.81742 58.15 11.81223 50.91 12.31003 37.74 12.80763 43.22 13.30523 42.61 13.80344 24.11 14.30104 41.47 15.29724 25.91 15.79565 16.52 16.29345 33.52 16.79185 15.73 17.29025 15.39 17.78845 20.72 18.28686 14.67 18.78526 14.32 19.28386 8.42 19.78226 13.67 20.28106 2.34 20.77946 13.05 Para el caso de la formulación 5, el comportamiento es muy similar en términos de deformación y esfuerzo que en los casos anteriores, en una etapa inicial, existe poca pendiente casi nula, lo que nos indica que en este periodo el material presenta gran deformación con poca carga suministrada teniendo como carga máxima 11.397 kg/cm2. Para el caso del modulo de elasticidad (Grafico 4.16), la línea de tendencia es en forma decreciente, iniciando con un valor de 46 kg/cm 2, alcanzando un valor máximo de cercano a los 100 kg/cm 2 con la tendencia al valor de cero correspondiente. 99 Esfuerzo ζ (Kg/cm2) F5 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 0 5 10 15 20 25 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 38 Relación Esfuerzo vs deformación F5 F5 Modulo de elasticidad(Kg/cm2) 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 -20.00 0 5 10 15 20 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 39 Relación modulo de elasticidad vs deformación F5 100 25 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Tab. 4. 20 Modulo de elasticidad Formulación 6 t(min) δ anillo (mm) 0.5 1 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 11 11.5 12 12.5 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17 0.0593 0.0600 0.0617 0.0628 0.0638 0.0659 0.0672 0.0685 0.0699 0.0714 0.0728 0.0742 0.0756 0.0769 0.0780 0.0792 0.0803 0.0813 0.0831 0.0837 0.0845 0.0851 0.0862 0.0866 0.0870 0.0874 0.0877 0.0880 0.0883 0.0886 Carga (kg) 29.52939 35.558 50.19891 59.67244 68.28474 86.37057 97.56656 108.76255 120.81977 133.73822 145.79544 157.85266 169.90988 181.10587 190.5794 200.91416 210.38769 218.99999 234.50213 239.66951 246.55935 251.72673 261.20026 264.64518 268.0901 271.53502 274.11871 276.7024 279.28609 281.86978 Area (cm2) 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 25.725 A corr ζ (kg/cm2) δ Total δ muestra 25.8255087 1.143 0.25 0.19 25.9580931 1.370 0.5 0.44 26.2272246 1.914 1 0.94 26.3637561 2.263 1.25 1.19 26.5017724 2.577 1.5 1.44 26.6406219 3.242 1.75 1.68 26.7813892 3.643 2 1.93 26.923652 4.040 2.25 2.18 27.0673761 4.464 2.5 2.43 27.2125842 4.915 2.75 2.68 27.5086856 5.300 3.25 3.18 27.6587411 5.707 3.5 3.43 27.8104427 6.110 3.75 3.67 27.9638795 6.476 4 3.92 28.1191443 6.778 4.25 4.17 28.2760794 7.105 4.5 4.42 28.4348403 7.399 4.75 4.67 28.5954588 7.659 5 4.92 28.9223346 8.108 5.5 5.42 29.0887923 8.239 5.75 5.67 29.2570414 8.427 6 5.92 29.4273855 8.554 6.25 6.16 29.7741649 8.773 6.75 6.66 29.9507444 8.836 7 6.91 30.1294309 8.898 7.25 7.16 30.3102622 8.959 7.5 7.41 30.4933511 8.989 7.75 7.66 30.6786653 9.019 8 7.91 30.8662457 9.048 8.25 8.16 31.056134 9.076 8.5 8.41 ho (mm) 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 49.00 ε(%) E(kg/cm2). 0.389184 0.897959 44.50 1.914898 53.51 2.422857 68.79 2.93102 61.63 3.436939 131.53 3.94449 79.01 4.452041 78.14 4.959388 83.57 5.466531 88.91 6.484082 37.88 6.991429 80.26 7.498776 79.32 8.006327 72.28 8.514286 59.29 9.022041 64.57 9.53 57.78 10.03816 51.09 11.0549 44.20 11.56388 25.79 12.07245 36.99 12.58143 24.92 13.59959 21.47 14.10898 12.43 14.61837 12.16 15.12776 11.89 15.63735 6.07 16.14694 5.87 16.65653 5.67 17.16612 5.47 La carga máxima detectada para la formulación 6 es de 9.076 kg/cm 2, con un porcentaje de deformación unitaria superior al 17 %, el módulo de elasticidad 2 máximo alcanzado es de superior a los 100 kg/cm cuyo valor inicial es de 44.50 kg/cm2 101 Esfuerzo ζ (Kg/cm2) F6 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 0 5 10 15 20 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 40 Relación Esfuerzo vs deformación F6 Modulo de elasticidad(Kg/cm2) F6 140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 -20.00 0 5 10 15 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 41 Relación modulo de elasticidad vs deformación F6 102 20 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Tab. 4. 21 Modulo de elasticidad Formulación 7 t(min) δ anillo (mm) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5 5.5 6 6.5 7 7.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17.5 18 18.5 19 20 20.5 21 21.5 0.0593 0.0599 0.0600 0.0618 0.0623 0.0635 0.0643 0.0651 0.0660 0.0669 0.0677 0.0686 0.0695 0.0704 0.0713 0.0721 0.0730 0.0739 0.0748 0.0757 0.0765 0.0774 0.0783 0.0792 0.0801 0.0809 0.0818 0.0827 0.0836 0.0845 0.0853 0.0862 0.0871 0.0880 0.0889 0.0898 0.0906 Carga (kg) 29.52939 34.69677 35.558 51.06014 55.36629 65.70105 72.59089 79.48073 87.2318 94.98287 101.87271 109.62378 117.37485 125.12592 132.87699 139.76683 147.5179 155.26897 163.02004 170.77111 177.66095 185.41202 193.16309 200.91416 208.66523 215.55507 223.30614 231.05721 238.80828 246.55935 253.44919 261.20026 268.95133 276.7024 284.45347 292.20454 299.09438 Area (cm2) 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 25.22 A corr ζ (kg/cm2) 25.317339 1.166 25.44578 1.364 25.5757923 1.390 25.7062419 1.986 25.8387228 2.143 25.9721989 2.530 26.107279 2.780 26.2437716 3.029 26.5214773 3.289 26.6622901 3.562 26.8046636 3.801 26.9485077 4.068 27.093904 4.332 27.2408777 4.593 27.6926278 4.798 27.8462494 5.019 28.0015222 5.268 28.1585363 5.514 28.3173212 5.757 28.477907 5.997 28.6403901 6.203 28.8046717 6.437 29.1395653 6.629 29.3096403 6.855 29.4817123 7.078 29.6558869 7.269 29.8320606 7.485 30.01034 7.699 30.1907631 7.910 30.5588684 8.068 30.7460434 8.243 30.9354489 8.443 31.1272025 8.640 31.5186454 8.779 31.7177203 8.968 31.9193259 9.154 32.1235934 9.311 δ Total δ muestra ho (mm) 0.25 0.19 49.60 0.5 0.44 49.60 0.75 0.69 49.60 1 0.94 49.60 1.25 1.19 49.60 1.5 1.44 49.60 1.75 1.69 49.60 2 1.93 49.60 2.5 2.43 49.60 2.75 2.68 49.60 3 2.93 49.60 3.25 3.18 49.60 3.5 3.43 49.60 3.75 3.68 49.60 4.5 4.43 49.60 4.75 4.68 49.60 5 4.93 49.60 5.25 5.18 49.60 5.5 5.43 49.60 5.75 5.67 49.60 6 5.92 49.60 6.25 6.17 49.60 6.75 6.67 49.60 7 6.92 49.60 7.25 7.17 49.60 7.5 7.42 49.60 7.75 7.67 49.60 8 7.92 49.60 8.25 8.17 49.60 8.75 8.67 49.60 9 8.91 49.60 9.25 9.16 49.60 9.5 9.41 49.60 10 9.91 49.60 10.25 10.16 49.60 10.5 10.41 49.60 10.75 10.66 49.60 ε(%) E(kg/cm2). 0.384476 0.887298 39.22 1.391129 5.31 1.891532 119.10 2.394556 31.11 2.896169 77.13 3.398589 49.92 3.901008 49.38 4.907258 25.89 5.409476 54.43 5.911895 47.39 6.414113 53.23 6.916331 52.62 7.418548 52.00 8.928831 13.57 9.43125 43.98 9.933468 49.58 10.43569 48.96 10.9379 48.35 11.44012 47.73 11.94254 41.11 12.44476 46.54 13.45101 19.08 13.95323 45.00 14.45544 44.38 14.95786 37.97 15.46008 43.19 15.9623 42.57 16.46452 41.96 17.47077 15.74 17.97319 34.83 18.4754 39.84 18.97762 39.23 19.98387 13.78 20.48609 37.69 20.98831 37.07 21.49073 31.10 103 Para el caso de la formulación 7, la tendencia se muestra en cierta forma más lineal en comparación con el resto de los ensayo, sin embargo a pesar de esto, se logra observar el crecimiento logarítmico de los valores iniciales de deformación – esfuerzo según lo representado en el grafico 4.19 y la tendencia a la formación de la diagonal según con forme aumenta la deformación. F7 10.000 Esfuerzo ζ (Kg/cm2) 9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 0 5 10 15 20 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 42 Relación Esfuerzo vs deformación F7 104 25 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL F7 140.00 Modulo de elasticidad(Kg/cm2) 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 0 5 10 15 20 25 -20.00 Deformacion Unitaria ε (mm) Grafico 4. 43 Relación modulo de elasticidad vs deformación F7 Tab. 4. 22 Datos comparativos entre las diferentes formulaciones Formulación 1 2 3 4 5 6 7 PULPA:CAUCHO 1:2 1:3 2:1 1:1 2:3 3:1 3:2 Máximo esfuerzo 12.81 6.66 8.20 10.08 11.40 9.08 9.31 Máximo modulo de elasticidad 127.82 81.20 103.53 101.46 90.69 131.53 119.10 105 Resistencia a la compresión (Kg/cm2) Resistencia a la compresión 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 1:2 1:3 2:1 1:1 2:3 3:1 3:2 Relacion pulpa - caucho Grafico 4. 44 Resistencia a la compresión Módulo de elasticidad (Kg/cm2) 140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 1:2 1:3 2:1 1:1 2:3 3:1 Relacion pulpa - caucho Grafico 4. 45 Modulo de elasticidad 106 3:2 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Evaluación de la absorción acústica Tab. 4. 23 Absorción acústica Composición Respuesta L50 dB(A) Referencia de la lectura Formulación pulpa Caucho 1 1 2 40.5 100 2 1 3 39.1 92 3 2 1 42.4 97 4 1 1 40.5 96 5 2 3 40.1 89 6 3 1 40.7 93 7 3 2 40.4 91 8.- patrón material comercial 38.7 86 9.- blanco sin barrera acústica 43.4 90 En la tabla 4.11 se concentran los resultados obtenidos en la prueba de absorción acústica, las columnas tres y cuatro muestran la relación de contenido de cada uno de los componentes, tanto de papel como de caucho vulcanizado residual. La respuesta se mide a los 50 seg del inicio de la lectura (L50) y los valores están reportados en dBA, el cual indica la recepción de la onda acústica que alcanza a tener el sonómetro una vez pasada la onda por la muestra analizada. La última columna indica el consecutivo de lectura practicada a cada una de las muestras, las cuales se detallan en el apartado de anexos del presente documento. 107 Nivel de Absorción Acústica 44 43 42 dB(A) 41 40 dB(A) 39 38 37 36 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Form ulación Grafico 4. 46 Absorción acústica Como puede observarse en la grafica anterior, las muestras analizadas arrojan datos que son comparados entre las mismas formulaciones, y estas a su vez con los valores del blanco y el patrón empleados como referencia las graficas obtenidas del equipo se muestran en el anexo A. De esta manera podemos observar que las muestra 8, 3, 4 y 5 son las que absorben en mayor mediada la onda de ruido emitida, y mejor aún se acercan mucho al valor obtenido del material acústico comercial, como característica general, son las que presentan mayor contenido de látex en su composición. 108 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL Discusiones Generales Con la evaluación anterior se pueden obtener datos representativos de cada uno de los materiales propuestos para su posible aplicación en la industria de la construcción. De manera general, el material resultante de la mezcla propuesta a base de papel cartón y caucho vulcanizado residual, es considerado como un elemento ligero, con alta capacidad de absorción de agua y susceptible a la deformación por esta actividad. Así mismo, presenta deficiente resistencia a la compresión en comparación con concretos hidráulicos, por lo que su desempeño como soporte estructural es descartable; sin embargo, es de considerarse el estudio de su comportamiento con el uso de elementos de soporte estructural tal como acero u otros materiales. Las formulaciones 3 y 6 las cuales se caracterizan por su alto contenido de pulpa presente en la mezcla, son las que presentan mayor porcentaje de absorción de agua, y en consecuencia las más susceptibles a la deformación, característica que le favorece para su uso como regulador de humedad en el espacio conformado. Las formulaciones 1 y 6, presentan mejor desempeño en términos de resistencia a la compresión, por lo que podrían ser considerados para emplearse en la elaboración de paneles o muros tapones sin carga. Las formulaciones 8, 3, 1 y 5 son las que absorben en mayor mediada la onda de ruido emitida, y por consiguiente son las que más se acercan al valor obtenido del material acústico comercial, por lo que es recomendable su aplicación como elementos acústicos. Para resumir lo anterior y ponderar cada una de las determinaciones realizadas, la tabla siguiente muestra la evaluación general del material resultante en cada una de las mezclas diseñadas, por lo que de esta manera se puede sugerir 109 algunos de los usos potenciales. La ponderación se otorga de manera comparativa entre las mismas formulaciones por lo que el valor 1 corresponde a la que presenta más deficiencia en el parámetro evaluado y 7 a la mejor evaluada. Tab. 4. 24 Usos recomendados según propiedades Abs. Mezcla Humedad Abs. agua Peso vol. Resist. Comp. F1 2 2 4 7 4 F2 1 1 1 1 7 F3 6 6 5 2 1 F4 4 4 2 5 3 F5 3 3 3 6 6 F6 7 7 7 4 2 F7 5 5 6 3 5 Acús. Uso potencial Paneles, muro tapón, bloques, elementos acústicos Aplanados elementos acústicos Paneles, bloques, aplanados, regulador de humedad Panel, plafón, aplanados Paneles, muro tapón, bloques, elementos acústicos Paneles, muro tapón, bloques, regulador de humedad Paneles, muro tapón, bloques, elementos acústicos Las formulación 3 y 6 son las mejores evaluadas en términos generales, por lo que su uso se puede ser ampliado según sus características, siempre y cuando se tomen en cuanta además las evaluaciones pertinentes en materia de seguridad e índices de calidad según su aplicación. 110 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL CONCLUSIONES Partiendo de las hipótesis plantadas en el presente proyecto de investigación las cuales establecen por una parte que las características de la celulosa y del mortero base Cemento Pórtland Compuesto CPC en mezcla con caucho vulcanizado residual, presentan una factibilidad en la elaboración de materiales que podrían formar elementos rígidos empleados en la industria de la construcción y por otra que es posible inhibir la acción de organismos xilófagos que deterioran el material mediante el suministro de alumbre en la mezcla se concluye lo siguiente. Se pudo comprobar la factibilidad de emplear papel y cartón como fuente de celulosa para la elaboración de un material rígido. La pulpa resultante presenta afinidad con el cementante empleado denominado mortero base Cemento Pórtland Compuesto CPC en combinación con caucho residual proveniente de llanta triturada, por tal motivo se acepta la primer hipótesis planteada. Sin embargo, no ha sido posible corroborar el segundo planteamiento hipotético referente a la conservación del material ante organismos xilófagos mediante el empleo de solución de alumbre, pues debido a que se identificó la presencia de sustancias tóxico – corrosivas, se suspendió su aplicación, por lo que esta situación se propone como nicho de investigación, cuya finalidad sea identificar la cinética de la reacción presentada y en su momento definir algunas condiciones de manejo de las muestras garantizando que una ves colocado el material en la obra, no genere reacción de riesgo por las posibles emisiones de los componentes y sus derivados. Por otra parte, se pudo comprobar que la cantidad de papel y cartón empleado para la elaboración de la pulpa no influye significativamente en términos de afinidad 111 con el resto de los materiales empleados cuando el cementante presenta mejores resultados que la capacidad de aglutinación de la misma celulosa. La gran capacidad de absorción de agua que presenta la celulosa, no permite que el fraguado del material resultante se lleve a cabo en las mismas condiciones que en probetas elaboradas a partir de materiales convencionales, por lo que es necesaria una modificación al procedimiento de la norma Norma Mexicana NMX-C58. En este sentido el curado de las mismas es necesario efectuarlo sin sumergir las probetas en piletas de agua saturadas de cal cuando se requiere ensayar las muestras a los 28 días de curado. En general las mezclas propuestas poseen características favorables para su aplicación en la construcción aunque su uso como soporte estructural se vea limitado. En este sentido se propone la aplicación de los materiales como paneles, muros tapón, aplanados y elementos acústicos según las características particulares de cada formulación y conforme a lo descrito en la tabla 4.12. Las formulaciones 3 y 6 son las mejores evaluadas en términos generales, auque el resto poseen características particulares a considerar según su aplicación. En términos de absorción de agua, las formulaciones 6 y 3 presentan los resultados más elevados, lo que permite establecer una recomendación para su uso como materiales reguladores de humedad. En este sentido, la formulación 6 presenta un mayor tiempo en la perdida de agua absorbida y por ende una ligera deformación del material, este efecto se relaciona con el alto contenido de celulosa. Para la formulación 3 esta situación no es muy notable, pues el caucho presente en su composición, permite liberar más fácilmente el agua absorbida sin sufrir mayores deformaciones. Estas formulaciones son consideradas como materiales altamente aligerados por lo que es posible la elaboración de paneles, muro tapón, bloques, plafones o 112 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL simplemente utilizarlos como aplanado de muros convencionales. Su uso se ve limitado en exteriores y como elementos de soporte estructural. Estas formulaciones no presentan buenos resultados de absorción acústica Las formulaciones 1 y 2, no poseen valores favorables en términos de regulación de humedad, sin embargo se consideran buenos elementos de absorción acústica, por lo que es recomendable su empleo en la elaboración de paneles y aplanados. La formulación 1 es la que presenta mayor resistencia a la compresión en comparación con el resto de las mezclas diseñadas, por lo que se puede considerar también su uso en la elaboración de bloques o construcción de muros tapón. Las formulaciones 4, 5 y 7 se caracterizan por encontrarse dentro de los valores medios de los parámetros evaluados, tal situación se debe a la combinación de sus componentes, y a la conformación de los mismos una vez hecha la mezcla, el uso de tales formulaciones se muestra en la tabla 4.12 del presente documento. En términos de absorción acústica existe un dato importante. Las formulaciones mejor evaluadas son la 2 y la 6, en donde la concentración de papel y caucho se encuentra en una proporción de 1:3 y 3:1 respectivamente. Es decir una presenta una saturación de caucho y la otra una deficiencia significativa del mismo componente. En este sentido se concluye que en ambas formulaciones diseñadas, se genera un rompimiento de las ondas acústicas que pasa por el material evaluado, situación que para el caso de la formulación 2 se debe al alto contenido de caucho vulcanizado en la muestra, y que en la formulación 6, este fenómeno ocurre por los espacios de aire formados en el interior del materia por la pulpa de papel al momento de fraguar. De esta manera la recomendación para su empleo definitivamente es como material acústico, ya se como plafón, aplanado o en la elaboración de bloques. 113 Es importante mencionar además que a pesar de tomar en cuenta los resultados mostrados en este trabajo de investigación para la posible aplicación del material propuesto en la construcción, es pertinente considerar otros parámetros de definan su factibilidad, ya sea de seguridad o bien como indicadores de calidad. En este sentido, se sugiere realizar una caracterización térmica del material propuesto con dos propósitos, uno para conocer su desempeño como aislante térmico en la edificación del trópico subhumedo y otro para determinar el grado de flamabilidad y la susceptibilidad de éste para provocar algún incendio, lo que se propone como tema a desarrollar en futuras investigaciones. Así mismo, se considera la pertinencia de realizar un estudio económico del material propuesto e identificar su viabilidad en comparación con productos similares o sustitutos, quedando así como propuesta para futuras investigaciones. Por otra parte es interesante conocer también el comportamiento de las formulaciones propuestas considerando el empleo de algunos agregados pétreos en las mezclas, pues de esta manera se puede suponer un mejoramiento en términos de resistencia a la compresión, y en su momento la recomendación para su empleo como elementos de soporte estructural. 114 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL BIBLIOGRAFÍA Ander Paul, Sonnessa, A. J., (1987), Principios de Química, 1ª ed., LIMUSA, México. Box P., George E., Hunter W. G., Hunter J. S. (2002), Estadística para investigadores, Introducción al diseño de experimentos, análisis de datos y construcción de modelos, México. Casey J. P. (1990), Pulpa y Papel, Química y Tecnología Química, Vol 11, México. FEODOSIEV V. I., (1972);, Resistencia de Materiales, 1ª Ed. MIR Moscú, URSS Guía practica para la elaboración de concretos. Holcim Apasco. 2001 Hernández Samperi Roberto, Fernández Collado Carlos, Baptista L. P. (2004), Metodología de la Investigación, 3ª Ed. Mac. Graw Hill, México. Kuehl R. O. (2001), Diseño de experimentos, Principios estadísticos para el diseño y análisis de investigaciones, México. Montglomery, Douglas C. (1991); Diseño y Análisis Experimentos, Grupo Editorial Iberoamericana, Washington, D.C. Morrison, R. T. , Boyd, R. N. (1989); Química Orgánica, Ed. Addison – Wesley Iberoamericana, México. Navarro, A. José F. (2005); Elaboración y Evaluación de Tableros Aglomerados a base de plástico de alta densidad y fibra de estopa de coco. Tesis de maestría. Universidad de Colima. Neville A. M. and Brooks J.J. (1998), Tecnología del Concreto, México. Novoa, C. Martha A., (2005) Elaboración y Evaluación de Tableros Aglomerados a base de fibra de coco y cemento. Tesis de maestría. Universidad de Colima. 115 Perry, John H., (1979); Manual del Ingeniero Químico, Vol. II, 3ª Ed. Mc. Graw – Hill, México. Taylor H. F. W. (1978). La Química de los Cementos, Vol 1, Bilbao. Alaf H. B., Adb A. S., Houssni E. (2004), International Journal of Polymeric Materials Taylor and Francis Inc., No. 53, Cairo, Egypt. Houssini E., Alaf H. B., Riad H. G. (2004), Polymer-Plastic-Technology and Enginering, Vol 43, No. 43, Cairo, Egypt. Hunter D. (1995), Elaboración de papel en el siglo XVIII, México. Instituto Mexicano del Cemento y el Concreto, Diseño de estructuras conforme al reglamento (1982), Tomo 1, México. Martínez C. S. G., Rocha S. M. A., Cortés de la Mora M. I., Villanueva M. R. I. (2004), Guía general para la presentación de documentos recepcionales de posgrado, U. de C., Colima. Stiopin, P. A. (1979), Resistencia de Materiales, 1ª Ed. MIR Moscú. URSS. Weng-Long D. (2004), Journal of Materials Science, Vol 39, Taiwán. Wingrove, A. S., Caret, R. L. , (1990), Química Orgánica; Ed. HARLA, México. http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Estructura_celulosa.png. http://search.epnet.com/login.aspx?direct=true&db=aph&an=9710181433&loginpage =custlogin.asp?custid=s8935437&site=ehost&scope=site&lang=es. www.architecture.com/go/architecture/debate/sustainability_2655.html . www.biologia.edu.ar/ macromoleculas/azucar.htm. www.cardboarschool.co.uk/contend/litreview.pdf. www.ciadicyp.com/iberoamericancongressonpulpandpaper/research_2000.html www.ebsco.com. http://www.fym.es/Pages/produc/cemento/historia.asp. 116 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL ANEXOS 117 118 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 119 120 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 121 122 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 123 124 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 125 126 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 127 128 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 129 130 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 131 132 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 133 134 ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL 135 VICTOR JAIME ANAYA SEPULVEDA INGENIERO BIOQUIMICO e-mail: anaya80_bio@hotmail.com 136