elaboraciÓn y evaluaciÓn fÍsico mecÁnica de un

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

1

ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN FISICO – MECÁNICA DE UN MATERIAL A

BASE DE PAPEL, CARTÓN Y CAUCHO VULCANIZADO RESIDUAL

2

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.

3



INDICE

Pg.

Índice de tablas -----------------------------------------------------------------------------------

IV

Índice de figuras ---------------------------------------------------------------------------------

V

Índice de gráficos --------------------------------------------------------------------------------

VI

Resumen -------------------------------------------------------------------------------------------

VII

Abstract --------------------------------------------------------------------------------------------

VIII

Introducción ---------------------------------------------------------------------------------------

9

Capitulo I. Antecedentes ------------------------------------------------------------------

13

Capitulo II. Marco teórico -----------------------------------------------------------------

29

Capitulo III. Diseño y desarrollo del experimento --------------------------------

45

Capitulo IV. Resultados y discusiones ----------------------------------------------

77

Conclusiones -------------------------------------------------------------------------------------

109

Bibliografía -----------------------------------------------------------------------------------------

113

Anexos ----------------------------------------------------------------------------------------------

115

4

INDICE DE TABLAS

Pg.

Tabla 2. 1 Tipos de Cemento 42 Tabla 3. 1 Número de corridas y proporción de componentes 46

Tabla 3. 2 Elaboración de pulpa 59 Tabla 3. 3 Selección de cantidad de látex 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 88

Tabla 4. 4 Modulo de elasticidad Formulación 2 90 Tabla 4. 5 Modulo de elasticidad Formulación 3 92 Tabla 4. 6 Modulo de elasticidad Formulación 4 94 Tabla 4. 7 Modulo de elasticidad Formulación 5 97



Tabla 4. 10 Datos comparativos entre las diferentes formulaciones 103

Tabla 4. 11 Absorción acústica 105

Tabla 4. 12 Usos recomendados según propiedades 108

5



INDICE DE FIGURAS

Pg.

Fig. 2. 1 Estructura Celular de las microfibrilas 32

Fig. 2. 2 Organización esquemática de las moléculas de la celulosa a) de forma continua b) de forma micelar

33

Fig. 2. 3 Estructura molecular del caucho 36 Fig. 3. 1 Distribución de puntos de muestreo de diseño factorial 32 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

6

INDICE DE GRAFICOS

Pg.

Grafico 3. 1 Línea de tendencia para la calibración del anillo 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 89

Grafico 4. 9 Relación Esfuerzo vs deformación F2 91 Grafico 4. 10 Relación modulo de elasticidad vs deformación F2 91 Grafico 4. 11 Relación Esfuerzo vs deformación F3 93 Grafico 4. 12 Relación modulo de elasticidad vs deformación F3 93 Grafico 4. 13 Relación Esfuerzo vs deformación F4 95








Grafico 4. 21 Resistencia a la compresión 104

Grafico 4. 22 Modulo de elasticidad 104

Grafico 4. 23 Absorción acústica 106

7



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

3k 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.

8

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.

9



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

http://www.ciadicyp.com/iberoamericancongressonpulpandpaper/research_2000.html

10

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

11



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

12

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.

13



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.

14

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 viven6.

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.

15



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 celuloide8. 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.

16

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.

17



La historia del caucho es antigua. Los mayas y los indígenas meso-

americanos 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. 2da ed. México, 1983, A. W. IBEROAMERICANA, p 447.

18

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Charles_Goodyear

http://es.wikipedia.org/wiki/Caucho

http://es.wikipedia.org/wiki/Azufre

http://es.wikipedia.org/wiki/1839



http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Gum-Elastica&action=edit

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Thomas_Hancock&action=edit

http://es.wikipedia.org/wiki/Reino_Unido


http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Goodyear_Tire_And_Rubber_Company&action=edit

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Industria_del_caucho&action=edit

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Gum-Elastica&action=edit

19



muchos extraños experimentos. Goodyear afirma que intentó decirles que el caucho

se derretía cuando se calentaba excesivamente, pero ellos lo siguieron ignorando13.

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. 14 http://es.wikipedia.org/wiki/Vulcanización. 15 T. Morrison Robert, et. al., Química Orgánica. 2da ed. México, 1983, A. W. IBEROAMERICANA, p 446.

http://es.wikipedia.org/wiki/India

http://es.wikipedia.org/wiki/Goma

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Woburn&action=edit

http://es.wikipedia.org/wiki/Massachusetts

20

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 Guía practica para la elaboración de concretos. Holcim Apasco. 2001 17 http://www.fym.es/Pages/produc/cemento/historia.asp. 2006-06

http://www.fym.es/Pages/produc/cemento/historia.asp

21



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.

22

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

23



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

construido21.

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 22

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

24

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

Ibidem, p. 799 25

Ibidem, p. 802

25



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

26

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


27



"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.

http://www.cardboarschool.co.uk/contend/litreview.pdf

28

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.

29



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.

30

La celulosa es un polisacárido formado por unidades de anhidro-d-

glucopiranosa 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.

31



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. 41

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

http://www.biologia.edu.ar/macromoleculas/azucar.htm

32

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

Casey, James Op. Cit. p. 39. 45

Ibidem, p. 41

33



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

34

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.

35



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 fibras51. 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. 51

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.

36

En este sentido definimos al caucho como un hidrocarburo de baja densidad 54de 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.

Fig. 2. 6 Estructura molecular del caucho

54 Morrizon, Op. cit. p. 446 55 http://www.textoscientificos.com/caucho/diolefinas.2006

37



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 Fessenden Op. Cit.p. 439 57

Taylor H. F. W., La Química de los Cementos, V 1, Bilbao 1978, p. 13.

38

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. 59

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

39



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

Taylor H. F. W, Op. cit. p. 14 63

Idem.

40

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 = SO3 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 C2F y C6A2F, y

que se acerca con frecuencia a C4AF).65

64

Ibidem, p. 15 65

Ibidem, p. 16

41



Otro tipo de aglutinantes son los llamados cementos blancos, los cuales están

hechos con materiales libres de hierro, como caliza y caolín; contienen C3S, 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

Idem. 67 NMX-C-414-ONNCCE

42

Tabla 2. 2 Tipos de Cemento68

Tipo Denominación Descripción

CPO Cemento Pórtland

ordinario

Es el cemento producido a base de la molienda

del clinker Pórtland y usualmente, sulfato de

calcio.

CPP Cemento Pórtland

puzolánico

Es el conglomerante hidráulico que resulta de

la molienda conjunta de clinker Pórtland,

materiales puzolánicos y usualmente, sulfato

de calcio.

CPEG

Cemento Pórtland con

escoria granulada de alto

horno



escoria de alto horno y usualmente, sulfato de

calcio.

CPC Cemento Pórtland

compuesto



usualmente, sulfato de calcio y una mezcla de

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


la molienda conjunta de clinker Pórtland, humo

de sílice y usualmente, sulfato de calcio.

CEG Cemento con escoria

granulada de alto horno


la molienda conjunta de clinker Pórtland, y

mayoritariamente escoria granulada de alto

horno y sulfato de calcio.

68 Idem.

43



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.

44

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

Idem. 71

Idem

45



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

46

2 3

Pulpa

Latex

3

2

1

1

1:1

Fig. 3. 19 Distribución de puntos de muestreo de diseño factorial 32

Tab. 3. 7Número de corridas y proporción de componentes

Corridas Pulpa Latex Pulpa Latex Pulpa Latex

1 1 1 50 50 0,5 0,5

2 1 2 33,33 66,66 0,33 0,67

3 1 3 25 75 0,25 0,75

4 2 1 66,66 33,33 0,67 0,33

5 2 2 50 50 0,5 0,5

6 2 3 40 60 0,4 0,6

7 3 1 75 25 0,75 0,25

8 3 2 60 40 0,6 0,4

9 3 3 50 50 0,5 0,5

FRACCIONPROPORCION PORCENTAJE

47



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.

48

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

49



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-061-

ONNCCE-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 Controls-

20063 Cernusco de 1300 kN, en donde se ensayan los especimenes elaborados.

50

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

51



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.

52

Fig. 3. 21 Calibrador, fuente emisora de sonido

Fig. 3. 22 Sonómetro, Receptor de onda sonora

Elementos a evaluar

Sin barrera acústica Con material acústico

53



1

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.

54

2

3

55



4

5

56

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.

57



58

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.

59



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

60

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

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.

CLAVE AGUA PAPEL CARTON MORTERO

P1 - 50 50

P2 25 25 50

P3 50 - 50

CLAVE AGUA PAPEL CARTON MORTERO

P1 - 50 50

P2 25 25 50

P3 50 - 50

CLAVE AGUA (ML) PULPA MORTERO LLANTA

F1 50 - 50 50

F2 45 10 50 40

F3 40 20 50 30

F4 20 25 50 25

F5 - 30 50 20

F6 - 40 50 10

F7 30 50 50 -

CLAVE AGUA (ML) PULPA MORTERO LLANTA

F1 50 - 50 50

F2 45 10 50 40

F3 40 20 50 30

F4 20 25 50 25

F5 - 30 50 20

F6 - 40 50 10

F7 30 50 50 -

61



Tab. 3. 10 Proporciones de aglutinante y material inerte.

AGLUTINANTE (25%)PULPA (gr) LATEX (gr) PESO (gr) MORTERO (gr)

1 371,25 753,75 1125 375 1500

2 281,25 843,75 1125 375 1500

3 753,75 371,25 1125 375 1500

4 562,5 562,5 1125 375 1500

5 450 675 1125 375 1500

6 843,75 281,25 1125 375 1500

7 675 450 1125 375 1500

PESO

TOTAL (gr)FORMULACION

PULPA + MATERIAL INERTE (75%)

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) AlNH4(SO4)2`2H2O + XCaO AlSO4 + SO3+NH3+CaOH + XO 2) AlSO4 + SO3+NH3+CaOH + XO + H2O AlSO4 + XO + CaOH + H2SO4

+ NH3

Δ

Δ

62

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

63



Sl'n. Alumbre 10% Agua Agua en pulpa Excedente

1 3,75 285 129,9 155,1

2 3,75 285 98,4 186,6

3 7,5375 285 263,8 21,2

4 5,625 285 196,9 88,1

5 4,5 285 157,5 127,5

6 8,4375 285 295,3 -10,3

7 6,75 285 236,3 48,8

FORMULACION

75 % en peso de agua en relacion a aglutinante

Aditivos (mL)

0.1 % de alumbre

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.

64

Fig. 3. 26 Curado de las mezclas en solución saturada de cal.

65



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.

66

Fig. 3. 28 Fraguado en condiciones ambientales.

67



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

68

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

69



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.

70

Fig. 3. 32 Saturación de agua de cada uno de los especimenes


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-ONNCCE-

2001 que establece la determinación de la resistencia a la compresión de

71



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

72

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.

73



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

74

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

75



Tab. 3. 12 Datos de calibración de anillo

CALIBRACION

CARGA (Kg)

DEFORMACION (mm)

0 5.59

6.6 5.66

22.589 5.85

38.554 6.035

CARGA VS DEFORMACION

y = 86.123x - 481.18

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1

DEFORMACION (mm)

CA

RG

A (

kg

)

Grafico 3. 2 Línea de tendencia para la calibración del anillo

76

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 (%)

77



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.

78

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

79



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.

80

FORMULACION PULPA (gr)

0100200300

400500

600

700

800

900

PULPA (gr)

LATEX (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.

81



-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1 2 3 4 5 6 7

EXCEDENTE

EXCEDENTE

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.

82

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.

83



0

20

40

60

80

100

120

140

160

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7

3 di as

7 di as

28 días

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

84

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

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.

W Wd Ws V (cm3)

F1 117.8 115.6 163.2 120

F2 128 126 178.2 130

F3 99.2 95.1 179.5 100

F4 99.6 97.6 162.8 101

F5 110.2 108.1 178.8 112

F6 97.6 87.3 164.1 113

F7 112.7 116.3 168.8 119

85



0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

1 2 3 4 5 6 7

W

Wd

Ws

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

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.

FORMULACION Peso volumétrico

(d) Humedad Abs

F1 0.963333333 1.903114187 41.17647059

F2 0.969230769 1.587301587 41.42857143

F3 0.951 4.311251314 88.74868559

F4 0.966336634 2.049180328 66.80327869

F5 0.965178571 1.942645698 65.40240518

F6 0.772566372 11.79839633 87.97250859

F7 0.926890756 2.175883953 53.03717135

86

Peso volumét r ico (d)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1 2 3 4 5 6 7

Peso volumét r ico (d)

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.

87



Humedad

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5 6 7

Humedad

Grafico 4. 28 Humedad

Abs

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7

Abs

Grafico 4. 29 Absorción

88

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.


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.

89



Tab. 4. 15 Modulo de elasticidad Formulación 1

t(min) δ anillo (mm) Carga (kg) Area (cm2) A corr ζ (kg/cm2) δ Total δ muestra ho (mm) ε(%) E(kg/cm2).

0.5 0.0562 2.83126 25.035 25.1331423 0.113 0.25 0.19 49.63 0.39049 28.85

1 0.0571 10.58233 25.035 25.260425 0.419 0.5 0.44 49.63 0.892404 61.02

1.5 0.0584 21.347705 25.035 25.3888219 0.841 0.75 0.69 49.63 1.393613 84.18

2 0.0597 32.543695 25.035 25.5185044 1.275 1 0.94 49.63 1.894721 86.70

2.5 0.0610 44.1703 25.035 25.6494922 1.722 1.25 1.19 49.63 2.395728 89.18

3 0.0622 54.50506 25.035 25.7819118 2.114 1.5 1.44 49.63 2.897038 78.20

3.5 0.0637 67.42351 25.035 25.9155436 2.602 1.75 1.69 49.63 3.397743 97.38

4 0.0645 74.31335 25.035 26.0509503 2.853 2 1.94 49.63 3.899859 49.98

4.5 0.0665 91.107335 25.035 26.1871447 3.479 2.25 2.18 49.63 4.399657 125.34

5 0.0678 102.73394 25.035 26.3251052 3.903 2.5 2.43 49.63 4.900665 84.51

5.5 0.0695 116.944235 25.035 26.4643579 4.419 2.75 2.68 49.63 5.401068 103.20

6 0.0708 128.57084 25.035 26.6052627 4.833 3 2.93 49.63 5.902075 82.55

6.5 0.0724 141.919905 25.035 26.7475607 5.306 3.25 3.18 49.63 6.40268 94.56

7 0.0736 152.68528 25.035 26.8915636 5.678 3.5 3.43 49.63 6.903889 74.20

7.5 0.0757 170.77111 25.035 27.0366255 6.316 3.75 3.67 49.63 7.403385 127.82

8 0.0765 177.66095 25.035 27.184034 6.535 4 3.92 49.63 7.905501 43.66

8.5 0.0781 191.44063 25.035 27.3325777 7.004 4.25 4.17 49.63 8.406004 93.63

9 0.0795 203.49785 25.035 27.4828753 7.405 4.5 4.42 49.63 8.906911 79.94

9.5 0.0811 217.27753 25.035 27.634712 7.862 4.75 4.67 49.63 9.407415 91.50

10 0.0825 228.904135 25.035 27.7883912 8.237 5 4.92 49.63 9.908422 74.83

10.5 0.0840 241.822585 25.035 27.9436948 8.654 5.25 5.17 49.63 10.40913 83.19

11 0.0853 253.44919 25.035 28.1008395 9.019 5.5 5.41 49.63 10.91013 72.92

11.5 0.0865 263.78395 25.035 28.2598581 9.334 5.75 5.66 49.63 11.41144 62.83

12 0.0877 273.688095 25.035 28.4207191 9.630 6 5.91 49.63 11.91286 58.96

12.5 0.0885 281.00855 25.035 28.5836192 9.831 6.25 6.16 49.63 12.41487 40.08

14.5 0.0927 317.18021 25.035 29.2537807 10.842 7.25 7.16 49.63 14.42132 50.40

15 0.0936 324.93128 25.035 29.4263646 11.042 7.5 7.41 49.63 14.92323 39.81

15.5 0.0945 332.68235 25.035 29.600997 11.239 7.75 7.66 49.63 15.42515 39.19

16 0.0953 339.57219 25.035 29.7777859 11.404 8 7.90 49.63 15.92726 32.79

16.5 0.0961 346.46203 25.035 29.9566992 11.565 8.25 8.15 49.63 16.42938 32.24

17 0.0968 352.49064 25.035 30.1378484 11.696 8.5 8.40 49.63 16.93169 25.98

17.5 0.0976 359.38048 25.035 30.3211279 11.852 8.75 8.65 49.63 17.43381 31.17

18 0.0983 365.40909 25.035 30.5067251 11.978 9 8.90 49.63 17.93613 24.99

18.5 0.0990 371.4377 25.035 30.6946083 12.101 9.25 9.15 49.63 18.43844 24.50

19 0.0996 376.60508 25.035 30.8848969 12.194 9.5 9.40 49.63 18.94096 18.46

20 0.1010 388.6623 25.035 31.2724837 12.428 10 9.90 49.63 19.9456 23.33

21 0.1023 399.85829 25.035 31.6700028 12.626 10.5 10.40 49.63 20.95043 19.66

21.5 0.1029 404.595055 25.035 31.8726581 12.694 10.75 10.65 49.63 21.45305 13.60

22 0.1034 409.33182 25.035 32.0779237 12.761 11 10.90 49.63 21.95567 13.22

23 0.1042 416.22166 25.035 32.4967451 12.808 11.5 11.40 49.63 22.96152 4.73

23.5 0.1045 418.80535 25.035 32.71037 12.803 11.75 11.65 49.63 23.46464 -0.93

24.5 0.1051 423.542115 25.035 33.1462023 12.778 12.25 12.14 49.63 24.47099 -2.53

25 0.1052 424.83396 25.035 33.3686149 12.732 12.5 12.39 49.63 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/cm2, alcanzando

un valor máximo de arriba de los 100 kg cm2 muy alto hasta llegar a la tendencia de

cero.

90

F1

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

0 5 10 15 20 25 30

Deformacion Unitaria ε (mm)

Es

fue

rzo

ζ (

Kg

/cm

2)

Grafico 4. 30 Relación Esfuerzo vs deformación F1

Título del gráfico

-50.00

0.00

50.00

100.00

150.00

0 5 10 15 20 25 30


Mo

du

lo

d

e

elasticid

ad

(K

g/cm

2)

Grafico 4. 31 Relación modulo de elasticidad vs deformación F1

91





0.5 0.0580 18.3334 26.78 26.8798245 0.682 0.25 0.19 51.70 0.371373

1 0.0584 21.77832 26.78 27.0107143 0.806 0.5 0.44 51.70 0.854159 25.73

1.5 0.0592 28.237545 26.78 27.1426989 1.040 0.75 0.69 51.70 1.336267 48.55

2 0.0605 39.86415 26.78 27.2756573 1.462 1 0.94 51.70 1.817215 87.58

2.5 0.0612 45.89276 26.78 27.4102773 1.674 1.25 1.19 51.70 2.29942 44.12

3 0.0624 55.796905 26.78 27.5459862 2.026 1.5 1.44 51.70 2.780754 72.98

3.5 0.0635 65.70105 26.78 27.6830456 2.373 1.75 1.69 51.70 3.262089 72.25

4 0.0648 76.89704 26.78 27.8213918 2.764 2 1.94 51.70 3.743133 81.20

4.5 0.0660 87.2318 26.78 27.9611843 3.120 2.25 2.18 51.70 4.224371 73.93

5 0.0672 97.56656 26.78 28.1023886 3.472 2.5 2.43 51.70 4.705609 73.16

6 0.0696 118.23608 26.78 28.3891195 4.165 3 2.93 51.70 5.668085 72.00

6.5 0.0708 128.140225 26.78 28.5347197 4.491 3.25 3.18 51.70 6.14942 67.70

7 0.0717 136.32191 26.78 28.6819399 4.753 3.5 3.43 51.70 6.631141 54.43

7.5 0.0726 143.642365 26.78 28.8307472 4.982 3.75 3.68 51.70 7.113056 47.60

8 0.0733 150.10159 26.78 28.9811673 5.179 4 3.93 51.70 7.595164 40.87

8.5 0.0741 156.99143 26.78 29.1331346 5.389 4.25 4.18 51.70 8.077176 43.46

9 0.0748 162.589425 26.78 29.2867969 5.552 4.5 4.43 51.70 8.559478 33.77

9.5 0.0754 167.756805 26.78 29.44212 5.698 4.75 4.67 51.70 9.041876 30.31

10 0.0760 172.924185 26.78 29.5990995 5.842 5 4.92 51.70 9.524275 29.93

10.5 0.0765 177.66095 26.78 29.7577939 5.970 5.25 5.17 51.70 10.00677 26.53

11 0.0770 181.9671 26.78 29.9182315 6.082 5.5 5.42 51.70 10.48936 23.19

11.5 0.0776 186.703865 26.78 30.0803758 6.207 5.75 5.67 51.70 10.97186 25.84

12 0.0781 191.010015 26.78 30.2443201 6.316 6 5.92 51.70 11.45445 22.53

12.5 0.0785 194.88555 26.78 30.4100948 6.409 6.25 6.17 51.70 11.93714 19.27

13 0.0789 198.33047 26.78 30.5777305 6.486 6.5 6.42 51.70 12.41992 16.06

13.5 0.0792 200.91416 26.78 30.7472929 6.534 6.75 6.67 51.70 12.9029 9.99

14 0.0796 204.35908 26.78 30.9186773 6.610 7 6.92 51.70 13.38569 15.58

14.5 0.0799 206.512155 26.78 31.0920877 6.642 7.25 7.17 51.70 13.86876 6.70

15 0.0801 208.234615 26.78 31.2674895 6.660 7.5 7.42 51.70 14.35193 3.69

15.5 0.0802 209.52646 26.78 31.4449174 6.663 7.75 7.67 51.70 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/cm2, alcanzando

92

un valor máximo de arriba de los 81 kg cm2 para posteriormente presentar un

decrecimiento hasta llegar a la tendencia de cero.

F2

0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

0 2 4 6 8 10 12 14 16


Esfu

erz

o ζ

(K

g/c

m2)


F2

-20.00

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16


Mo

du

lo d

e

ela

sti

cid

ad

(Kg

/cm

2)


93





0.5 0.0581 19.19463 26.76 26.8608728 0.715 0.25 0.19 51.10 0.375538

1 0.0589 26.08447 26.76 26.9930062 0.966 0.5 0.44 51.10 0.863209 51.62

1.5 0.0605 39.86415 26.76 27.1260154 1.470 0.75 0.69 51.10 1.349315 103.53

2 0.0621 53.64383 26.76 27.260342 1.968 1 0.94 51.10 1.835421 102.50

2.5 0.0637 67.42351 26.76 27.3960055 2.461 1.25 1.19 51.10 2.321526 101.47

3 0.0652 80.34196 26.76 27.5330815 2.918 1.5 1.43 51.10 2.807828 93.96

3.5 0.0667 93.26041 26.76 27.6715361 3.370 1.75 1.68 51.10 3.294129 93.00

4 0.0681 105.31763 26.76 27.8114469 3.787 2 1.93 51.10 3.780626 85.63

4.5 0.0695 117.37485 26.76 27.9527796 4.199 2.25 2.18 51.10 4.267123 84.73

5 0.0709 129.43207 26.76 28.0955561 4.607 2.5 2.43 51.10 4.75362 83.83

5.5 0.0721 139.76683 26.76 28.2399152 4.949 2.75 2.68 51.10 5.240509 70.33

6 0.0733 150.10159 26.76 28.3857656 5.288 3 2.93 51.10 5.727397 69.55

6.5 0.0744 159.57512 26.76 28.5331898 5.593 3.25 3.18 51.10 6.214481 62.56

7 0.0755 169.04865 26.76 28.6821533 5.894 3.5 3.42 51.10 6.701566 61.85

7.5 0.0765 177.66095 26.76 28.8327412 6.162 3.75 3.67 51.10 7.188845 54.98

8.5 0.0785 194.88555 26.76 29.138711 6.688 4.25 4.17 51.10 8.163405 54.02

9 0.0794 202.63662 26.76 29.2942069 6.917 4.5 4.42 51.10 8.650881 47.00

9.5 0.0803 210.38769 26.76 29.4513712 7.144 4.75 4.67 51.10 9.138356 46.42

10 0.0810 216.4163 26.76 29.6103592 7.309 5 4.92 51.10 9.626223 33.87

10.5 0.0817 222.44491 26.76 29.7710731 7.472 5.25 5.17 51.10 10.11409 33.42

11 0.0823 227.61229 26.76 29.9336067 7.604 5.5 5.42 51.10 10.60215 27.06

11.5 0.0828 231.91844 26.76 30.0979909 7.705 5.75 5.67 51.10 11.09041 20.80

12 0.0833 236.22459 26.76 30.2641905 7.805 6 5.92 51.10 11.57867 20.47

12.5 0.0837 239.66951 26.76 30.4323036 7.875 6.25 6.17 51.10 12.06712 14.35

13 0.0841 243.11443 26.76 30.6022948 7.944 6.5 6.42 51.10 12.55558 14.09

13.5 0.0844 245.69812 26.76 30.774265 7.984 6.75 6.67 51.10 13.04423 8.10

14 0.0847 248.28181 26.76 30.9481789 8.023 7 6.92 51.10 13.53288 7.90

14.5 0.0850 250.8655 26.76 31.1240696 8.060 7.25 7.17 51.10 14.02153 7.71

15 0.0853 253.44919 26.76 31.3019711 8.097 7.5 7.41 51.10 14.51018 7.52

15.5 0.0856 256.03288 26.76 31.4819181 8.133 7.75 7.66 51.10 14.99883 7.32

16 0.0858 257.75534 26.76 31.6640192 8.140 8 7.91 51.10 15.48767 1.56

16.5 0.0860 259.4778 26.76 31.8482392 8.147 8.25 8.16 51.10 15.97652 1.43

17.5 0.0865 263.78395 26.76 32.2231098 8.186 8.75 8.66 51.10 16.95401 3.97

18 0.0867 265.50641 26.76 32.4139124 8.191 9 8.91 51.10 17.44286 1.01

18.5 0.0869 267.22887 26.76 32.6069881 8.195 9.25 9.16 51.10 17.9317 0.88

19 0.0871 268.95133 26.76 32.8023777 8.199 9.5 9.41 51.10 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

94

es en forma decreciente, iniciando con un valor de 51.62 kg/cm2, alcanzando un valor

máximo de arriba de los 100 kg/cm2 con la tendencia al valor de cero

correspondiente.

F3

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

0 5 10 15 20


Esfu

erz

o ζ

(K

g/c

m2)


F3

-20.00

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 5 10 15 20


Mo

du

lo d

e

ela

sti

cid

ad

(Kg

/cm

2)


95




96


1 0.0592 28.66816 24.999 25.2216659 1.137 0.5 0.44 49.93 0.882836

1.5 0.0604 39.00292 24.999 25.349105 1.539 0.75 0.69 49.93 1.381134

2 0.0615 48.47645 24.999 25.4778905 1.903 1 0.94 49.93 1.879631 73.03

2.5 0.0626 57.94998 24.999 25.6079912 2.263 1.25 1.19 49.93 2.378129 72.27

3 0.0639 69.14597 24.999 25.7393212 2.686 1.5 1.44 49.93 2.876227 85.01

3.5 0.0651 79.48073 24.999 25.8720589 3.072 1.75 1.68 49.93 3.374524 77.40

4 0.0663 89.81549 24.999 26.0061728 3.454 2 1.93 49.93 3.872822 76.57

4.5 0.0673 98.42779 24.999 26.1417938 3.765 2.25 2.18 49.93 4.37152 62.47

5 0.0689 112.20747 24.999 26.2785048 4.270 2.5 2.43 49.93 4.869017 101.46

5.5 0.0701 122.54223 24.999 26.4168768 4.639 2.75 2.68 49.93 5.367314 74.02

6 0.0712 132.01576 24.999 26.5567703 4.971 3 2.93 49.93 5.865812 66.66

7 0.0735 151.82405 24.999 26.840992 5.656 3.5 3.43 49.93 6.862608 68.76

7.5 0.0745 160.43635 24.999 26.985484 5.945 3.75 3.68 49.93 7.361306 57.92

8 0.0755 169.04865 24.999 27.1315401 6.231 4 3.92 49.93 7.860004 57.23

8.5 0.0765 177.66095 24.999 27.2791859 6.513 4.25 4.17 49.93 8.358702 56.54

9 0.0774 185.41202 24.999 27.4285077 6.760 4.5 4.42 49.93 8.857601 49.54

9.5 0.0782 192.30186 24.999 27.5795341 6.973 4.75 4.67 49.93 9.356699 42.64

10 0.0796 204.35908 24.999 27.7318632 7.369 5 4.92 49.93 9.854596 79.63

10.5 0.0798 206.08154 24.999 27.886632 7.390 5.25 5.17 49.93 10.3549 4.17

11 0.0805 212.11015 24.999 28.0428229 7.564 5.5 5.42 49.93 10.8542 34.81

11.5 0.0811 217.27753 24.999 28.2008371 7.705 5.75 5.67 49.93 11.3537 28.20

12 0.0818 223.30614 24.999 28.3605776 7.874 6 5.92 49.93 11.85299 33.88

12.5 0.0824 228.47352 24.999 28.5222033 8.010 6.25 6.17 49.93 12.35249 27.34

13 0.0830 233.6409 24.999 28.6856818 8.145 6.5 6.42 49.93 12.85199 26.92

13.5 0.0836 238.80828 24.999 28.851045 8.277 6.75 6.67 49.93 13.35149 26.51

14 0.0842 243.97566 24.999 29.0183258 8.408 7 6.92 49.93 13.85099 26.10

14.5 0.0848 249.14304 24.999 29.1875578 8.536 7.25 7.17 49.93 14.35049 25.68

15 0.0853 253.44919 24.999 29.3588442 8.633 7.5 7.41 49.93 14.85019 19.39

15.5 0.0858 257.75534 24.999 29.5321529 8.728 7.75 7.66 49.93 15.34989 19.04

16 0.0863 262.06149 24.999 29.7075199 8.821 8 7.91 49.93 15.84959 18.70

16.5 0.0869 267.22887 24.999 29.8849105 8.942 8.25 8.16 49.93 16.34909 24.13

17 0.0874 271.53502 24.999 30.0645048 9.032 8.5 8.41 49.93 16.84879 17.97

18 0.0885 281.00855 24.999 30.4301735 9.235 9 8.91 49.93 17.84799 20.30

18.5 0.0891 286.17593 24.999 30.6163263 9.347 9.25 9.16 49.93 18.34749 22.55

19 0.0896 290.48208 24.999 30.8048468 9.430 9.5 9.41 49.93 18.84719 16.53

19.5 0.0901 294.78823 24.999 30.9957033 9.511 9.75 9.66 49.93 19.34689 16.18

20 0.0906 299.09438 24.999 31.1889394 9.590 10 9.91 49.93 19.84659 15.84

20.5 0.0911 303.40053 24.999 31.3846001 9.667 10.25 10.16 49.93 20.34628 15.49

21 0.0915 306.84545 24.999 31.5828111 9.716 10.5 10.41 49.93 20.84618 9.68

21.5 0.0919 310.29037 24.999 31.7835417 9.763 10.75 10.66 49.93 21.34608 9.41

22 0.0923 313.73529 24.999 31.9868401 9.808 11 10.91 49.93 21.84598 9.13

22.5 0.0928 318.04144 24.999 32.192673 9.879 11.25 11.16 49.93 22.34568 14.22

23 0.0932 321.48636 24.999 32.4012561 9.922 11.5 11.41 49.93 22.84558 8.55

23.5 0.0937 325.79251 24.999 32.6124746 9.990 11.75 11.66 49.93 23.34528 13.56

24 0.0940 328.3762 24.999 32.8266376 10.003 12 11.91 49.93 23.84538 2.71

24.5 0.0944 331.82112 24.999 33.0435446 10.042 12.25 12.16 49.93 24.34528 7.72

25 0.0948 335.26604 24.999 33.263337 10.079 12.5 12.41 49.93 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

97



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

F4

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

0 5 10 15 20 25


Esfu

erz

o ζ

(K

g/c

m2)


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.

98

F4

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 5 10 15 20 25


Mo

du

lo d

e

ela

sti

cid

ad

(Kg

/cm

2)


99





0.5 0.0584 21.77832 25.1 25.196437 0.864 0.25 0.19 50.06 0.382741

1 0.0591 27.80693 25.1 25.3230308 1.098 0.5 0.44 50.06 0.880743 46.94

1.5 0.0602 37.28046 25.1 25.450697 1.465 0.75 0.69 50.06 1.377946 73.76

3 0.0640 70.0072 25.1 25.8412718 2.709 1.5 1.44 50.06 2.868558 83.48

3.5 0.0654 82.06442 25.1 25.9740695 3.159 1.75 1.68 50.06 3.365162 90.69

4 0.0667 93.26041 25.1 26.1082933 3.572 2 1.93 50.06 3.861966 83.05

4.5 0.0680 104.4564 25.1 26.2439116 3.980 2.25 2.18 50.06 4.358769 82.16

5.5 0.0708 128.57084 25.1 26.5193074 4.848 2.75 2.68 50.06 5.351978 87.39

6 0.0721 139.76683 25.1 26.6592407 5.243 3 2.93 50.06 5.848781 79.41

6.5 0.0734 150.96282 25.1 26.8006587 5.633 3.25 3.18 50.06 6.345585 78.52

7 0.0748 163.02004 25.1 26.9435272 6.050 3.5 3.43 50.06 6.842189 84.10

7.5 0.0761 174.21603 25.1 27.0879854 6.431 3.75 3.67 50.06 7.338993 76.70

8.5 0.0788 197.46924 25.1 27.3815397 7.212 4.25 4.17 50.06 8.332401 78.55

9 0.0801 208.66523 25.1 27.530746 7.579 4.5 4.42 50.06 8.829205 73.99

9.5 0.0813 218.99999 25.1 27.6816482 7.911 4.75 4.67 50.06 9.326209 66.81

10 0.0825 229.33475 25.1 27.8342139 8.239 5 4.92 50.06 9.823212 65.98

10.5 0.0837 239.66951 25.1 27.9884705 8.563 5.25 5.17 50.06 10.32022 65.16

11 0.0848 249.14304 25.1 28.1445096 8.852 5.5 5.42 50.06 10.81742 58.15

12 0.0868 266.36764 25.1 28.461995 9.359 6 5.91 50.06 11.81223 50.91

12.5 0.0876 273.25748 25.1 28.6235694 9.547 6.25 6.16 50.06 12.31003 37.74

13 0.0885 281.00855 25.1 28.7869228 9.762 6.5 6.41 50.06 12.80763 43.22

13.5 0.0894 288.75962 25.1 28.9521514 9.974 6.75 6.66 50.06 13.30523 42.61

14 0.0900 293.927 25.1 29.1194902 10.094 7 6.91 50.06 13.80344 24.11

14.5 0.0909 301.67807 25.1 29.2885697 10.300 7.25 7.16 50.06 14.30104 41.47

15.5 0.0922 312.87406 25.1 29.6330379 10.558 7.75 7.66 50.06 15.29724 25.91

16 0.0927 317.18021 25.1 29.8084346 10.641 8 7.91 50.06 15.79565 16.52

16.5 0.0935 324.07005 25.1 29.9857053 10.807 8.25 8.16 50.06 16.29345 33.52

17 0.0940 328.3762 25.1 30.1653143 10.886 8.5 8.41 50.06 16.79185 15.73

17.5 0.0945 332.68235 25.1 30.3470879 10.963 8.75 8.66 50.06 17.29025 15.39

18 0.0951 337.84973 25.1 30.5309913 11.066 9 8.90 50.06 17.78845 20.72

18.5 0.0956 342.15588 25.1 30.7172123 11.139 9.25 9.15 50.06 18.28686 14.67

19 0.0961 346.46203 25.1 30.9057189 11.210 9.5 9.40 50.06 18.78526 14.32

19.5 0.0965 349.90695 25.1 31.0966305 11.252 9.75 9.65 50.06 19.28386 8.42

20 0.0970 354.2131 25.1 31.2898374 11.320 10 9.90 50.06 19.78226 13.67

20.5 0.0973 356.79679 25.1 31.4856179 11.332 10.25 10.15 50.06 20.28106 2.34

21 0.0978 361.10294 25.1 31.6837041 11.397 10.5 10.40 50.06 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/cm2,

alcanzando un valor máximo de cercano a los 100 kg/cm2 con la tendencia al valor

de cero correspondiente.

100

F5

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

0 5 10 15 20 25


Esfu

erz

o ζ

(K

g/c

m2)


F5

-20.00

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

0 5 10 15 20 25


Mo

du

lo d

e

ela

sti

cid

ad

(Kg

/cm

2)


101





0.5 0.0593 29.52939 25.725 25.8255087 1.143 0.25 0.19 49.00 0.389184

1 0.0600 35.558 25.725 25.9580931 1.370 0.5 0.44 49.00 0.897959 44.50

2 0.0617 50.19891 25.725 26.2272246 1.914 1 0.94 49.00 1.914898 53.51

2.5 0.0628 59.67244 25.725 26.3637561 2.263 1.25 1.19 49.00 2.422857 68.79

3 0.0638 68.28474 25.725 26.5017724 2.577 1.5 1.44 49.00 2.93102 61.63

3.5 0.0659 86.37057 25.725 26.6406219 3.242 1.75 1.68 49.00 3.436939 131.53

4 0.0672 97.56656 25.725 26.7813892 3.643 2 1.93 49.00 3.94449 79.01

4.5 0.0685 108.76255 25.725 26.923652 4.040 2.25 2.18 49.00 4.452041 78.14

5 0.0699 120.81977 25.725 27.0673761 4.464 2.5 2.43 49.00 4.959388 83.57

5.5 0.0714 133.73822 25.725 27.2125842 4.915 2.75 2.68 49.00 5.466531 88.91

6.5 0.0728 145.79544 25.725 27.5086856 5.300 3.25 3.18 49.00 6.484082 37.88

7 0.0742 157.85266 25.725 27.6587411 5.707 3.5 3.43 49.00 6.991429 80.26

7.5 0.0756 169.90988 25.725 27.8104427 6.110 3.75 3.67 49.00 7.498776 79.32

8 0.0769 181.10587 25.725 27.9638795 6.476 4 3.92 49.00 8.006327 72.28

8.5 0.0780 190.5794 25.725 28.1191443 6.778 4.25 4.17 49.00 8.514286 59.29

9 0.0792 200.91416 25.725 28.2760794 7.105 4.5 4.42 49.00 9.022041 64.57

9.5 0.0803 210.38769 25.725 28.4348403 7.399 4.75 4.67 49.00 9.53 57.78

10 0.0813 218.99999 25.725 28.5954588 7.659 5 4.92 49.00 10.03816 51.09

11 0.0831 234.50213 25.725 28.9223346 8.108 5.5 5.42 49.00 11.0549 44.20

11.5 0.0837 239.66951 25.725 29.0887923 8.239 5.75 5.67 49.00 11.56388 25.79

12 0.0845 246.55935 25.725 29.2570414 8.427 6 5.92 49.00 12.07245 36.99

12.5 0.0851 251.72673 25.725 29.4273855 8.554 6.25 6.16 49.00 12.58143 24.92

13.5 0.0862 261.20026 25.725 29.7741649 8.773 6.75 6.66 49.00 13.59959 21.47

14 0.0866 264.64518 25.725 29.9507444 8.836 7 6.91 49.00 14.10898 12.43

14.5 0.0870 268.0901 25.725 30.1294309 8.898 7.25 7.16 49.00 14.61837 12.16

15 0.0874 271.53502 25.725 30.3102622 8.959 7.5 7.41 49.00 15.12776 11.89

15.5 0.0877 274.11871 25.725 30.4933511 8.989 7.75 7.66 49.00 15.63735 6.07

16 0.0880 276.7024 25.725 30.6786653 9.019 8 7.91 49.00 16.14694 5.87

16.5 0.0883 279.28609 25.725 30.8662457 9.048 8.25 8.16 49.00 16.65653 5.67

17 0.0886 281.86978 25.725 31.056134 9.076 8.5 8.41 49.00 17.16612 5.47

La carga máxima detectada para la formulación 6 es de 9.076 kg/cm2, con un

porcentaje de deformación unitaria superior al 17 %, el módulo de elasticidad

máximo alcanzado es de superior a los 100 kg/cm2 cuyo valor inicial es de 44.50

kg/cm2

102

F6

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

0 5 10 15 20


Esfu

erz

o ζ

(K

g/c

m2)


F6

-20.00

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

0 5 10 15 20


Mo

du

lo d

e

ela

sti

cid

ad

(Kg

/cm

2)


103





0.5 0.0593 29.52939 25.22 25.317339 1.166 0.25 0.19 49.60 0.384476

1 0.0599 34.69677 25.22 25.44578 1.364 0.5 0.44 49.60 0.887298 39.22

1.5 0.0600 35.558 25.22 25.5757923 1.390 0.75 0.69 49.60 1.391129 5.31

2 0.0618 51.06014 25.22 25.7062419 1.986 1 0.94 49.60 1.891532 119.10

2.5 0.0623 55.36629 25.22 25.8387228 2.143 1.25 1.19 49.60 2.394556 31.11

3 0.0635 65.70105 25.22 25.9721989 2.530 1.5 1.44 49.60 2.896169 77.13

3.5 0.0643 72.59089 25.22 26.107279 2.780 1.75 1.69 49.60 3.398589 49.92

4 0.0651 79.48073 25.22 26.2437716 3.029 2 1.93 49.60 3.901008 49.38

5 0.0660 87.2318 25.22 26.5214773 3.289 2.5 2.43 49.60 4.907258 25.89

5.5 0.0669 94.98287 25.22 26.6622901 3.562 2.75 2.68 49.60 5.409476 54.43

6 0.0677 101.87271 25.22 26.8046636 3.801 3 2.93 49.60 5.911895 47.39

6.5 0.0686 109.62378 25.22 26.9485077 4.068 3.25 3.18 49.60 6.414113 53.23

7 0.0695 117.37485 25.22 27.093904 4.332 3.5 3.43 49.60 6.916331 52.62

7.5 0.0704 125.12592 25.22 27.2408777 4.593 3.75 3.68 49.60 7.418548 52.00

9 0.0713 132.87699 25.22 27.6926278 4.798 4.5 4.43 49.60 8.928831 13.57

9.5 0.0721 139.76683 25.22 27.8462494 5.019 4.75 4.68 49.60 9.43125 43.98

10 0.0730 147.5179 25.22 28.0015222 5.268 5 4.93 49.60 9.933468 49.58

10.5 0.0739 155.26897 25.22 28.1585363 5.514 5.25 5.18 49.60 10.43569 48.96

11 0.0748 163.02004 25.22 28.3173212 5.757 5.5 5.43 49.60 10.9379 48.35

11.5 0.0757 170.77111 25.22 28.477907 5.997 5.75 5.67 49.60 11.44012 47.73

12 0.0765 177.66095 25.22 28.6403901 6.203 6 5.92 49.60 11.94254 41.11

12.5 0.0774 185.41202 25.22 28.8046717 6.437 6.25 6.17 49.60 12.44476 46.54

13.5 0.0783 193.16309 25.22 29.1395653 6.629 6.75 6.67 49.60 13.45101 19.08

14 0.0792 200.91416 25.22 29.3096403 6.855 7 6.92 49.60 13.95323 45.00

14.5 0.0801 208.66523 25.22 29.4817123 7.078 7.25 7.17 49.60 14.45544 44.38

15 0.0809 215.55507 25.22 29.6558869 7.269 7.5 7.42 49.60 14.95786 37.97

15.5 0.0818 223.30614 25.22 29.8320606 7.485 7.75 7.67 49.60 15.46008 43.19

16 0.0827 231.05721 25.22 30.01034 7.699 8 7.92 49.60 15.9623 42.57

16.5 0.0836 238.80828 25.22 30.1907631 7.910 8.25 8.17 49.60 16.46452 41.96

17.5 0.0845 246.55935 25.22 30.5588684 8.068 8.75 8.67 49.60 17.47077 15.74

18 0.0853 253.44919 25.22 30.7460434 8.243 9 8.91 49.60 17.97319 34.83

18.5 0.0862 261.20026 25.22 30.9354489 8.443 9.25 9.16 49.60 18.4754 39.84

19 0.0871 268.95133 25.22 31.1272025 8.640 9.5 9.41 49.60 18.97762 39.23

20 0.0880 276.7024 25.22 31.5186454 8.779 10 9.91 49.60 19.98387 13.78

20.5 0.0889 284.45347 25.22 31.7177203 8.968 10.25 10.16 49.60 20.48609 37.69

21 0.0898 292.20454 25.22 31.9193259 9.154 10.5 10.41 49.60 20.98831 37.07

21.5 0.0906 299.09438 25.22 32.1235934 9.311 10.75 10.66 49.60 21.49073 31.10

104

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

0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

0 5 10 15 20 25


Es

fue

rzo

ζ (

Kg

/cm

2)


105



F7

-20.00

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

0 5 10 15 20 25


Mo

du

lo d

e e

las

tic

ida

d(K

g/c

m2

)


Tab. 4. 22 Datos comparativos entre las diferentes formulaciones

Formulación PULPA:CAUCHO Máximo esfuerzo Máximo modulo de elasticidad

1 1:2 12.81 127.82

2 1:3 6.66 81.20

3 2:1 8.20 103.53

4 1:1 10.08 101.46

5 2:3 11.40 90.69

6 3:1 9.08 131.53

7 3:2 9.31 119.10

106

Resistencia a la compresión

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

1:2 1:3 2:1 1:1 2:3 3:1 3:2

Relacion pulpa - caucho

Resis

ten

cia

a l

a c

om

pre

sió

n

(Kg

/cm

2)

Grafico 4. 44 Resistencia a la compresión

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

1:2 1:3 2:1 1:1 2:3 3:1 3:2

Relacion pulpa - caucho

Mó

du

lo d

e e

lasti

cid

ad

(K

g/c

m2)

Grafico 4. 45 Modulo de elasticidad

107



Evaluación de la absorción acústica

Tab. 4. 23 Absorción acústica

Formulación

Composición Respuesta L50 dB(A)

Referencia de la lectura

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.

108

Nivel de Absorción Acústica

36

37

38

39

40

41

42

43

44

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Formulación

dB

(A)

dB(A)

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.

109



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

110

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

Mezcla Humedad Abs. agua Peso vol. Resist. Comp. Abs.

Acús. Uso potencial

F1 2 2 4 7 4 Paneles, muro tapón, bloques,

elementos acústicos

F2 1 1 1 1 7 Aplanados elementos

acústicos

F3 6 6 5 2 1 Paneles, bloques, aplanados,

regulador de humedad

F4 4 4 2 5 3 Panel, plafón, aplanados




regulador de humedad



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.

111



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

112

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-C-

58. 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

113



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.

114

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.

115



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117



ANEXOS

119



121



123



125



127



129



131



133



135



136

VICTOR JAIME ANAYA SEPULVEDA

INGENIERO BIOQUIMICO

e-mail: [email protected]

elaboraciÓn y evaluaciÓn fÍsico mecÁnica de un

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