cruz-madera plástica nov.2 2012
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ELEMENTOS ESTRUCTURALES Y NO ESTRUCTURALES EN
PLÁSTICO RECICLADO APLICADOS A VIVIENDAS DE
EMERGENCIA
Cruz Benedetti Jorge E.; Silva Víctor J.; Puche Berrocal José D.; Programa de Ingeniería Civil y Arquitectura -
Universidad Pontificia Bolivariana - Km 8 vía Cereté – Tercer piso – Montería, Córdoba- Colombia, fax: (4)
7860912, [email protected].
Palabras claves: Madera plástica, viviendas de emergencias, medio ambiente
.
Introducción: Las viviendas de emergencia son
construidas por lo general en madera natural, la cual
tiene la desventaja de que se deteriora generando
costos adicionales por mantenimiento y
eventualmente imposibilitando su reutilización.
El creciente uso de materiales plásticos en la vida
diaria ha generado iniciativas y propuestas para el
aprovechamiento de los mismos mediante su
reutilización. El polietileno tereftalato (PET) [1] es
el material más utilizado hoy en día en la más
diversa variedad de aplicaciones: botellas para
bebidas gaseosas, bolsas para agua, bolsas para
embalajes siendo esta última una de las formas más
comunes de utilización en Colombia.
La clasificación internacional de los plásticos se
puede observar en la siguiente tabla:
Nombre Abreviatura No.
identificación
Poletileno -
tereftalato
PET 1
Polietileno de
alta densidad
PEAD 2
Policloruro de
vinilo
PVC 3
Polietileno de
baja densidad
PEBD 4
Polipropileno PP 5
Poliestireno PS 6
Otros Otros 7
Tabla 1. Clasificación internacional de los plásticos
El problema con los plásticos radica en cómo
generar cada vez menos residuos de cualquier índole
[2]. Existen diversos tipos de reducciones de
residuos, pero el principal es la reducción en la
fuente. Este se refiere al diseño y producción de los
productos, principalmente de los envases concebidos
con un nuevo criterio ambiental: generar menos
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residuos. En el caso de estos residuos, la reducción
en la fuente es responsabilidad del fabricante de los
envases.
Otro tipo de reducción es la reutilización de estos
productos. Los plásticos usados proceden de la
recogida selectiva de basuras, o residuos propios o
de otros productores cercanos. Estos residuos
procesados actualmente sirven para construir bancas
de parques y jardines, vallas y cercas de fincas,
multitud de elementos del mobiliario urbano de las
ciudades, tablones de pisos, tableros para diferentes
usos, postes, estibas, cajas contenedoras, canaletas y
hasta adoquines para piso. Además de ser productos
de larga duración, también representan un modo
eficiente de recuperación de los desperdicios
plásticos mezclados. Una tendencia muy importante
ha sido la de agregar fibra de vidrio o harina de
madera a estos desperdicios para mejorar su
resistencia mecánica.
La madera plástica posee propiedades mecánicas
similares a la madera natural pero en mucho menor
escala (relación modular n=Em/Ep=27 aprox.); se
puede manejar y trabajar de la misma forma que la
madera natural, no requiere ningún tipo de
mantenimiento, es resistente a la humedad, al
contacto con el suelo, a la acción ambiente sin
necesitar pinturas y no tiene problemas con el ataque
de insectos ni hongos.
Las viviendas de emergencia son albergues
temporales utilizados en situaciones de emergencia,
con un área de construcción entre 9 y 25 m2. Son
desarrolladas en un solo nivel, elaboradas con
maderas naturales y construidas generalmente en
terrenos en mala condición.
En este estudio se utilizó un modelo de vivienda de
emergencia modular de dos niveles diseñado por la
facultad de arquitectura de la Universidad Pontificia
Bolivariana Seccional Montería a través de un
proyecto de grado, el cual se modeló con piezas de
madera plástica con dimensiones similares a las de
la madera natural pernadas entre sí, de manera que
sea fácil desarmarlas y utilizarlas nuevamente en
otro sitio. Lo único que quedaría en el sitio serían las
bases de concreto reforzado cuyo valor no es tan
relevante y que al fin y al cabo se podrán utilizar
nuevamente.
Metodología: a) Determinación de las propiedades
mecánicas del producto. Se hizo con los parámetros
de la American Society of Testing Materials
(ASTM), la cual define los ensayos como un
producto tal como sale de la factoría y no de
material; se utilizaron probetas de 50x50 mm y
95x95 mm que son las que produce la fábrica local
y se prepararon acorde a los ensayos D6111-03,
D6108-3 y D6109-5 correspondientes a peso
específico, compresión y flexión respectivamente.
La ASTM estipula que de no haber fractura de la
probeta se tome la fuerza medida a una deformación
unitaria de 0.03 mm/mm.
b) Modelo arquitectónico: forma parte de una tesis
de grado de arquitectura y consiste en módulos de
viviendas de 2.88x2.88 m que se adosan entre sí para
formar un modelo más complejo de dos niveles.
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Grafico 1. Módulo básico de vivienda de emergencia
Los módulos básicos son ensamblados como un
mecano por medio de uniones en ángulos de 4”x4”x
¼” con dos pernos galvanizados de 16 mm por
unión. Cada módulo básico es empaquetado como
kit de fácil armado.
Grafico 2. Módulo compuesto de dos módulos básicos
c) Modelo estructural: se usaron las siguientes
secciones: columnas de 200x200 mm y 150x150
mm; las vigas principales de 150x300 mm y las
auxiliares y los pares de 100x250 mm y 75x150 mm
respectivamente. Todo el conjunto está montado
sobre pilares en concreto reforzado (CR) de 21 MPa
con secciones de 20x20 cm y longitud de 1 m con el
fin de prever posibles inundaciones, apoyados a su
vez en zapatas aisladas en CR de 1.20x1.20x0.30 m.
La capacidad portante asumida fue de 50 kPa de
acuerdo a la Norma Colombiana para
Construcciones Sismo Resistentes (NSR-98) en
ausencia de estudio de suelos, vigente en la fecha del
proyecto.
Grafico 3. Modelo estructural módulo compuesto
Con el fin de resistir fuerzas laterales de viento al
modelo se le colocaron riostras horizontales
coincidentes con los huecos de puertas y ventanas.
El modelo matemático estructural se hizo en ETABS
y se le aplicó fuerzas verticales de gravedad por peso
propio y carga viva de 1.8 kN; las cargas
horizontales fueron de viento con presiones
correspondientes a una velocidad de viento de 50
kph y sismo mediante el método de la fuerza
horizontal equivalente.
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Para el modelo estructural se trabajó con los
siguientes parámetros:
• Módulo elástico: 450 MPa (análisis) • Resistencia a la compresión: 15.20 MPa
(diseño) • Resistencia a la flexión: 8.47 MPa (diseño)
Resultados. a) Propiedades mecánicas de los
productos: los resultados se resumen en la siguiente
tabla:
Tabla 2. Ensayos de las probetas
La mayor dificultad radicó en la falta de
homogeneidad de las probetas ya que presentaron
muchos vacíos debidos probablemente a la falta de
presión al momento de verter el plástico fundido en
los moldes. Como quiera que la producción de la
fábrica está supeditada a la demanda, los productos
que más salida tienen son las varas para cercas de
fincas y no requieren demasiada resistencia.
Grafico 4. Probetas con vacíos
Los valores obtenidos confirman el carácter
anisotrópico de la madera plástica, concepto
confirmado por otros autores en Perú [3] y España
[4].
Gráfico 5. Ensayo de compresión
Para el ensayo de flexión no se logró la falla de la
probeta y por lo tanto se tuvo en cuenta la fuerza
obtenida por la deformación unitaria de 0.03.
Gráfico 6. Ensayo de flexión
Los resultados del análisis del modelo matemático
fueron satisfactorios con relación a las cargas
verticales y las horizontales de viento; para las
fuerzas sísmicas no cumplió el modelo.
Probablemente con unas riostras cruzadas en forma
de X se obtendrían resultados aceptables.
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Las deflexiones verticales fueron de 2.54 cm y las
derivas por fuerzas de viento resultantes fueron de
1.09 % en sentido X y 0.33 % en sentido Y, debido a
que la rigidez de la estructura era mayor en este
sentido. La NSR-98 estipula una deriva máxima de 1
% lo cual está en términos generales aceptable.
Grafico 7. Modelo estructural deformado por acción de viento
en X.
Las solicitaciones más desfavorables encontradas
fueron:
Tabla 3. Solicitaciones máximas en los elementos
Estas cumplieron y fueron comparadas, a falta de
mayor fundamento, con lo requerido en el Título
G de la NSR-98, ya que el comportamiento es
similar a la madera natural, pero en una escala
menor.
Conclusiones y recomendaciones. El modelo
propuesto de viviendas de emergencia en dos niveles
es factible con las siguientes observaciones:
• Control en la etapa de acopio del plástico
reciclado por cuanto no se selecciona un mismo
tipo (preferiblemente PET) y así garantizar la
homogeneidad de las propiedades mecánicas de
las barras.
• Aplicación de presión en la etapa de vaciado o
extracción de vacíos de manera que no se
produzcan burbujas en los elementos, los cuales
restan área efectiva.
• Limitar las longitudes de los elementos con el fin
de obtener deflexiones máximas del orden de
L/140.
Agradecimientos. Se agradece al Centro Integrado
para el Desarrollo de la Investigación CIDI por su
patrocinio, ya que sin su valioso apoyo, éste
proyecto no habría podido desarrollarse; también se
agradece a los docentes y estudiantes que de una u
otra forma han contribuido con ideas, información y
soporte en el proceso de estructuración del proyecto.
Bibliografía.
[1] Composites From Recycled Wood and Plastics.
John A. Youngquist, et al.
[2] Lignocellulosic-Plastic Composites from
Recycled Materials, George E. Myers, et al.
[3] Jorge Barriga Valencia, Madera Plástica, Lima,
2008.
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[4] Cemitec, Análisis de perfiles de material
reciclado, La Rioja, 2006.
[5] Mechanical properties and morphology of
impact modified polypropylene-wood flour
composites, Kristiina Oksman, et al.