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Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas

de emergencia

Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas

de emergencia

Jorge Enrique Cruz BenedettiProfesor Titular

Universidad Pontificia Bolivariana - Monterí[email protected]

[email protected]

1Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

Viviendas de EmergenciaViviendas de Emergencia

l Albergues temporales utilizados en situaciones decatástrofes naturales

l Área de construcción entre 9 y 25 m2l Desarrolladas en un solo nivell Elaboradas en madera natural

l Albergues temporales utilizados en situaciones decatástrofes naturales

l Área de construcción entre 9 y 25 m2l Desarrolladas en un solo nivell Elaboradas en madera natural




Países desarrollados



Países sub-desarrollados



Países desarrollados

Madera Plástica Madera Plástica

Producto obtenido de plástico desechado.

l Proceso de fabricación:ÆAcopio desechos plásticosÆLavado (eliminación materia orgánica)ÆTrituraciónÆFundición (aplicación de calor)ÆVertido en moldes

Producto obtenido de plástico desechado.

l Proceso de fabricación:ÆAcopio desechos plásticosÆLavado (eliminación materia orgánica)ÆTrituraciónÆFundición (aplicación de calor)ÆVertido en moldes



Comenzó a fabricarse hace aproximadamente veinte años enlos países de Europa central, es un material reciclado yreciclable. Existen en el mercado productos que proceden dematerial reciclado al 100 % o mezclados con plástico virgen al75 % y 50 %. La composición de este material resultante esvariada; el componente principal es plástico, al que se sumaaluminio y fibra de celulosa como contaminante procedente deltetrabrik, y se le adicionan aditivos para conseguir colores,estabilidad y otras propiedades.

Comenzó a fabricarse hace aproximadamente veinte años enlos países de Europa central, es un material reciclado yreciclable. Existen en el mercado productos que proceden dematerial reciclado al 100 % o mezclados con plástico virgen al75 % y 50 %. La composición de este material resultante esvariada; el componente principal es plástico, al que se sumaaluminio y fibra de celulosa como contaminante procedente deltetrabrik, y se le adicionan aditivos para conseguir colores,estabilidad y otras propiedades.


Tipos de madera plásticaTipos de madera plásticaMadera 100% de plástico reciclado:

La madera 100% de plástico reciclado se obtiene al reciclar PEAD(polietileno de alta densidad) y otros materiales termoplásticos. La ventajade este tipo de madera plástica es que tiene todas las propiedades delplástico y sus propiedades mecánicas se pueden garantizar con mayorcerteza.

Madera plástica con relleno de madera y/o fibras:

Combinación de madera natural y plástico reciclado. No tiene la mismavida útil que el producto hecho con plástico reciclado al 100%. Además, lamadera plástica con mezcla de madera se degrada, tal como lo hacen losproductos de madera natural.


Ventajas Madera Plástica Ventajas Madera Plástica Ventajas:l Abundancia de la materia primal Bajo impacto ambientall Baja densidadl Gran durabilidad (no la atacan hongos ni se pudre)l Facilidad de Procesamiento (similar a la madera

natural)l Baja combustibilidadl Buena resistencia

Ventajas:l Abundancia de la materia primal Bajo impacto ambientall Baja densidadl Gran durabilidad (no la atacan hongos ni se pudre)l Facilidad de Procesamiento (similar a la madera

natural)l Baja combustibilidadl Buena resistencia


Utilización de la madera plásticaUtilización de la madera plástica

En nuestro medio se utiliza para elaborar:

Postes para cercas de fincas, polines para construcción,estibas, tapas de alcantarillas, rejillas para sumideros,pisos para camiones, mangueras de riego, juegosinfantiles, casetas de almacén, garitas de vigilancia,canecas, bancas de parques, jardineras, tejas, muellespequeños, etc.




Agricultura - Ganadería



Industria



Mobiliario urbano



Construcción

Beneficios al usar madera plásticaBeneficios al usar madera plástica

l Al utilizar madera plástica para viviendas deemergencia:ÆSe reduce la generación de residuos a través del

aprovechamiento en proyectos sociales devivienda.ÆPreserva el medio ambiente al evitar el envío de

estos desperdicios a los rellenos sanitarios.ÆPueden volverse a reciclar una vez que termine su

vida útil.

l Al utilizar madera plástica para viviendas deemergencia:ÆSe reduce la generación de residuos a través del

aprovechamiento en proyectos sociales devivienda.ÆPreserva el medio ambiente al evitar el envío de

estos desperdicios a los rellenos sanitarios.ÆPueden volverse a reciclar una vez que termine su

vida útil.


Clasificación PlásticosClasificación PlásticosNombre Abreviatura

(opcional)Número de

identificación

Polietilen-tereftalato PET o PETE 1

Polietileno de alta densidad

PEAD o HDPE 2

Policloruro de vinilo o Vinilo

PVC o V 3

Polietileno de baja densidad

PEBD o LDPE 4

Polipropileno PP 5

Poliestireno PS 6Otros Otros 7


Utilización de Productos PlásticosUtilización de Productos Plásticos

Se utilizan para elaborar:

Cables, alambres, bolsas industriales, botellas, tapas,muebles, superficies deportivas, embalajes, partes deautomóviles, cubiertas de construcción, carcasas deequipos electro-domésticos, geo-membranas, hilos,jeringas desechables, fibras para tapicería, pañalesdesechables, baldes, cajas de batería, perfilería paramarcos de puertas y ventanas, catéteres, bolsas desangre, radiografías, etc., etc.


Utilización de Productos PlásticosUtilización de Productos Plásticos

Los más utilizados en la fabricación de la mayoría de losenvases son:

• Polietilen-tereftalato PET

• Polietileno de alta densidad PEAD

• Polietileno de baja densidad PEBD

• En menor proporción el polipropileno PP, y otros.


Tiempo de degradaciónTiempo de degradación


Tipo de plástico Tiempo (años)Polietilen-tereftalato PET 100 a 1000

Polietileno de alta densidad PEAD 300

Polietileno de baja densidad PEBD 150

Polipropileno PP 1000

MetodologíaMetodología

• Ensayos de productos (probetas de Ecoformas)

• Modelación estructural del modelo arquitectónico

• Comprobación de deriva y deflexiones por carga vertical

• Comprobación de los elementos estructurales deacuerdo al Título G de la NSR-98


Modelo arquitectónicoModelo arquitectónico

Un móduloVarios módulos


Ensayo de ProductosEnsayo de Productos

lNorma ASTM (American Society for TestingMaterials)

ÆEnsayos:• Compresión: D6108-03.• Flexión: D6109-05.• Peso específico: D6111-03.

ÆProbetas: 50x50 mm y 95x95 mm.

lNorma ASTM (American Society for TestingMaterials)

ÆEnsayos:• Compresión: D6108-03.• Flexión: D6109-05.• Peso específico: D6111-03.

ÆProbetas: 50x50 mm y 95x95 mm.



ÆEn el caso de materiales que fallan a compresión porfractura (estallido), la resistencia a la compresión tiene unvalor muy definido. Los materiales que no fallan encompresión por estallido no exhiben un punto de fluencia,la resistencia a la compresión es arbitraria dependiendo delgrado de distorsión que es considerada como fallacompleta. Para madera sintética, el esfuerzo a unadeformación unitaria dada es de 3% (0.03 pulg/pulg[mm/mm]).

ÆEn el caso de materiales que fallan a compresión porfractura (estallido), la resistencia a la compresión tiene unvalor muy definido. Los materiales que no fallan encompresión por estallido no exhiben un punto de fluencia,la resistencia a la compresión es arbitraria dependiendo delgrado de distorsión que es considerada como fallacompleta. Para madera sintética, el esfuerzo a unadeformación unitaria dada es de 3% (0.03 pulg/pulg[mm/mm]).



El ensayo no puede ser considerado significativo paradiseño de ingeniería en aplicaciones que difierenampliamente de la escala de carga-tiempo del ensayoestándar. Tales aplicaciones requieren pruebas adicionalestales como impacto, creep y fatiga.

El ensayo no puede ser considerado significativo paradiseño de ingeniería en aplicaciones que difierenampliamente de la escala de carga-tiempo del ensayoestándar. Tales aplicaciones requieren pruebas adicionalestales como impacto, creep y fatiga.



Probetas



Peso específico



Ensayo de compresión28Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti


Ensayo de flexión



Ensayo de compresión


0

5

10

15

20

25

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016

Esfu

erzo

Deformación

Ensayo de compresión

6C

7C

8C

9C

10C


Ensayo de flexión


0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

Esfu

erzo

Deformación

Ensayo de flexión

6A

7A

8A

9A

10A


Probeta Densidad(gr/cm3)

Módulo Elástico

Compresión (Mpa)

Módulo Elástico Flexión(Mpa)

Módulo Rotura

Compresión(Mpa)

Módulo Rotura Flexión(Mpa)

50x50 mm 0.85 558 132 15.20 6.34

95x95 mm 0.89 334 234 7.83 8.47



Relación modular madera natural vs. madera plástica:

E(mn)= ~ 12.000 MpaE(mp)= ~ 400 Mpa

η= 30

Deflexiones son 30 veces mayores


Modelo EstructuralModelo Estructural

lElementos estructuralesÆColumnas: 20x20 cmÆVigas: 7.5x15 cm, 15x25 cm y 15x30 cmÆUniones: ángulo 4”x4”x1/4” con dos pernos Φ16 mm por

unión

lElementos no estructuralesÆRecubrimiento para muros en lámina de madera plástica

espesor 10 mm

lMódulo Elástico utilizado: 450 Mpa

lElementos estructuralesÆColumnas: 20x20 cmÆVigas: 7.5x15 cm, 15x25 cm y 15x30 cmÆUniones: ángulo 4”x4”x1/4” con dos pernos Φ16 mm por

unión

lElementos no estructuralesÆRecubrimiento para muros en lámina de madera plástica

espesor 10 mm

lMódulo Elástico utilizado: 450 Mpa


Vista anterior Vista posterior

Modelo EstructuralModelo Estructural


Comportamiento EstructuralComportamiento Estructural

Deformada cargas verticales Deformada cargas de viento



lDeflexión vertical máxima por cargasverticales: 2.54 cmlDeriva por cargas de viento (50 kph):ÆSentido X: 1.09%ÆSentido Y: 0.33%

lDeriva según NSR-98: 1.0%

lDeflexión vertical máxima por cargasverticales: 2.54 cmlDeriva por cargas de viento (50 kph):ÆSentido X: 1.09%ÆSentido Y: 0.33%

lDeriva según NSR-98: 1.0%



Solicitaciones más desfavorables

lCumplen con el Título G de la NSR-98

Solicitaciones más desfavorables

lCumplen con el Título G de la NSR-98


Comparativo de costos *Comparativo de costos *Madera naturalMadera natural


ITEM DESCRIPCIÓN UN CANT V/UNIT. V(PARCIAL

1 Columna Sección 15x15 m 52 728 37,830

2 Viga Sección 10 x 20 m 145 640 92.800

3 Vigueta Sección 7,5 x 15 m 49 353 17,273

Total 147,903

* Precios a septiembre 2009

Comparativo de costos *Comparativo de costos *Madera plásticaMadera plástica


ITEM DESCRIPCIÓN UN CANT V/UNIT. V(PARCIAL

1 Columna Sección 15x15 m 52 15,950 829,400

2 Viga Sección 10 x 20 m 145 14,200 2´059.000

3 Vigueta Sección 7,5 x 15 m 49 7,975 390,775

Total 3´279,775

* Precios a septiembre 2009

ConclusionesConclusionesl Es posible construir el modelo de vivienda de emergencia de dos

niveles propuesto en éste documento con las seccionesrelacionadas.

l El costo del mismo comparado a uno idéntico de madera natural esde alrededor de 22 mayor, sin entrar a ponderar el valor agregadode la duración y ausencia de mantenimiento de la madera plástica.

l No se puede garantizar la homogeneidad de los módulos deelasticidad o ruptura de la madera plástica debido al proceso defabricación, en el cual no hay una selección del tipo de plástico areciclar ni aplicación de presión en el momento del vaciado.

l Es posible construir el modelo de vivienda de emergencia de dosniveles propuesto en éste documento con las seccionesrelacionadas.

l El costo del mismo comparado a uno idéntico de madera natural esde alrededor de 22 mayor, sin entrar a ponderar el valor agregadode la duración y ausencia de mantenimiento de la madera plástica.

l No se puede garantizar la homogeneidad de los módulos deelasticidad o ruptura de la madera plástica debido al proceso defabricación, en el cual no hay una selección del tipo de plástico areciclar ni aplicación de presión en el momento del vaciado.


RecomendacionesRecomendaciones

l Para el uso específico de la madera plástica como elementoestructural, se hace indispensable seleccionar durante laetapa de acopio el tipo de plástico que se va a utilizar para laelaboración de las piezas estructurales, de manera que seutilice uno solo o una mezcla con la misma proporción.

l Con el fin de garantizar las propiedades mecánicas de lamadera plástica, se deberá implementar un proceso devaciado bajo presión y extracción de aire que garantice unporcentaje de vacíos mínimo.

l Para el uso específico de la madera plástica como elementoestructural, se hace indispensable seleccionar durante laetapa de acopio el tipo de plástico que se va a utilizar para laelaboración de las piezas estructurales, de manera que seutilice uno solo o una mezcla con la misma proporción.

l Con el fin de garantizar las propiedades mecánicas de lamadera plástica, se deberá implementar un proceso devaciado bajo presión y extracción de aire que garantice unporcentaje de vacíos mínimo.


Gracias por su atención.Gracias por su atención.


madera plastica - ponencia j.enrique cruz benedetti.pps [modo de ad

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