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Uso de tetra pack como elemento constructivo de cubiertas para techos de viviendas

Use of tetra pack as a constructive element for roofs of houses

Utiliza��o do tetra pack como elemento construtivo para alojar coberturas de telhado

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: fcastanedao@ulvr.edu.ec

 

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de mayo de 2022 *Aceptado: 12 de junio de 2022 * Publicado: 28 de julio de 2022

 

         I.            Ingeniero Civil, Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil, Investigador independiente, Gobierno Aut�nomo Descentralizado del Cant�n Samborond�n, Asistente de Legalizaci�n, Ecuador.

       II.            Ingeniero Civil, Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil, Investigador independiente, Asesor en Banca y Seguros, Gerente General, Ecuador.

     III.            Magister Scientiarum en Gerencia Empresarial, Doctor en Ciencias para el Desarrollo Estrat�gico, Docente Investigador en Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil Facultad de Ingenier�a, Industria y Construcci�n Carrera de Ingenier�a Civil, Universidad de Guayaquil, Facultad de Matem�ticas y F�sica Carrera de Ingenier�a Civil, Docente investigador, Ecuador.

 

Resumen

El tetra Pack es un material utilizado en la fabricaci�n de envases para el almacenamiento de alimentos, porque es apto y recomendable para conservarlos por mucho tiempo. Actualmente, el Tetra Pak genera grandes cantidades de desechos, por lo que en Ecuador, se realiza el reciclaje de estos desechos s�lidos, que a trav�s de un proceso de industrializaci�n se adquieren materiales nuevos para la construcci�n. Por ello, esta investigaci�n tiene como objetivo principal analizar el uso de Tetra Pack como elemento constructivo en el �rea rural de la provincia del Guayas- Ecuador. En cuanto a la metodolog�a, es una investigaci�n con enfoque cuantitativo, y se rige por un m�todo deductivo. El tipo de investigaci�n es descriptiva y experimental. Del mismo modo, se definieron las caracter�sticas que debe contener el techo para vivienda, y se llev� a cabo los respectivos an�lisis de cada caracter�stica requerida. Como se ha determinado en esta investigaci�n, para los par�metros de densidad y porcentaje de humedad cumple con las normas INEN 1320; en cuanto a la flecha m�xima y gradiente t�rmico no se pudo comparar debido a la inexistencia de estos par�metros en la norma, y el m�dulo de elasticidad del Tetra Pak no cumpli� con el valor requerido. Por lo tanto, tomando en cuenta �nicamente los tres par�metros que contempla la norma, se concluye que las l�minas de Tetra Pak cumplen con especificaciones t�cnicas en un 75%.

Palabras clave: Ambiente y manejo de desechos; reciclaje; construcci�n civil; Tetra Pak; fabricaci�n.

 

Abstract

Tetra Pack is a material used in the manufacture of containers for food storage, because it is suitable and recommended to preserve them for a long time. Currently, the Tetra Pak generates large amounts of waste, so in Ecuador, the recycling of this solid waste is carried out, which through an industrialization process acquires new materials for construction. Therefore, this research has as its main objective to analyze the use of Tetra Pack as a construction element in the rural area of ​​the province of Guayas-Ecuador. Regarding the methodology, it is a research with a quantitative approach, and is governed by a deductive method. The type of research is descriptive and experimental. In the same way, the characteristics that the roof for housing must contain were defined, and the respective analyzes of each required characteristic were carried out. As has been determined in this investigation, for the parameters of density and percentage of humidity, it complies with the INEN 1320 standards; Regarding the maximum deflection and thermal gradient, it could not be compared due to the non-existence of these parameters in the standard, and the modulus of elasticity of the Tetra Pak did not meet the required value. Therefore, taking into account only the three parameters contemplated by the standard, it is concluded that Tetra Pak sheets comply with technical specifications by 75%.

Keywords: Environment and waste management; recycling, civil construction; Tetra Pak; manufacturing.

 

Resumo

O Tetra Pack � um material utilizado na fabrica��o de recipientes para armazenamento de alimentos, pois � adequado e recomendado conserv�-los por muito tempo. Atualmente, a Tetra Pak gera grandes quantidades de res�duos, por isso, no Equador, � realizada a reciclagem desses res�duos s�lidos, que atrav�s de um processo de industrializa��o adquire novos materiais para constru��o. Portanto, esta pesquisa tem como objetivo principal analisar o uso do Tetra Pack como elemento construtivo na �rea rural da prov�ncia de Guayas-Equador. Quanto � metodologia, trata-se de uma pesquisa com abordagem quantitativa, e rege-se por um m�todo dedutivo. O tipo de pesquisa � descritiva e experimental. Da mesma forma, foram definidas as caracter�sticas que o telhado para habita��o deve conter e realizadas as respectivas an�lises de cada caracter�stica exigida. Como foi determinado nesta investiga��o, para os par�metros de densidade e porcentagem de umidade, atende �s normas INEN 1320; Em rela��o � deflex�o m�xima e gradiente t�rmico, n�o foi poss�vel comparar devido � inexist�ncia desses par�metros na norma, e o m�dulo de elasticidade da Tetra Pak n�o atendeu ao valor exigido. Portanto, levando em considera��o apenas os tr�s par�metros contemplados pela norma, conclui-se que as chapas Tetra Pak atendem �s especifica��es t�cnicas em 75%.

Palavras-chave: Meio ambiente e gest�o de res�duos; reciclagem; constru��o civil; Tetra Pak; manufatura.

 

 

 

 

Introducci�n

La contaminaci�n a gran escala por parte de los desechos s�lidos ha sido un problema que cada d�a se agrava m�s, por ende, se han buscado respuestas para solucionar este impacto ambiental, por lo que la cultura de reciclaje se ha ido desarrollando cada vez m�s de mejor manera. Dentro de las manufactureras se han planteado la posibilidad de implementar en sus procesos de producci�n, materiales que provienen del reaprovechamiento, para lo cual estos materiales son manejados como materia prima la elaboraci�n de nuevos productos �tiles y muy funcionales (Gallego, 2020).

En la Rep�blica del Ecuador ha proliferado la cantidad de residuos y desechos s�lidos y la soluci�n a esta problem�tica es el reciclaje. Con el inter�s de mejorar las condiciones ambientales de la naci�n las empresas privadas hacen reciclaje de desechos s�lidos, uno de los m�s reutilizados son los envases Tetra Pak. El Universo (2019), manifest� que la empresa Tetra Pak�, registr� una cifra r�cord del 29% de reciclaje en todo el Ecuador en 2018, la m�s alta de la regi�n.

En relaci�n con lo anterior, este cifra record equivale alrededor de 2.500 toneladas de este material post consumo con la intenci�n de reutilizarse en productos pr�cticos con los que se elaboran muebles, accesorios, planchas, paneles, y otros, que se distribuyen en diversas ciudades del pa�s; y cada a�o su cantidad de residuos y desechos acopiados est� en aumento por lo que es imprescindible buscar novedosas alternativas que sean asequibles en el mercado para su reutilizaci�n y se tornen como una soluci�n de optimizaci�n de desechos s�lidos (El Universo, 2019).

En la provincia de Guayas, Mora (2017), revela que los desechos reciclables oscilan entre el 10% y 30% del total de ellos, entre ellos est�n los recipientes de Tetra Pack, desechados en terrenos bald�os, v�as p�blicas y los encontrados en el botadero de desechos s�lidos. Hay que destacar, que esta provincia tiene diversidad de clima, suelo, y dem�s caracter�sticas que le otorgan pluralidad �tnica, ecol�gica, paisaj�stica, productiva y tur�stica, siendo una de las que mayor movimiento econ�mico a nivel nacional produce.

No obstante, preexiste una carencia en la coordinaci�n interinstitucional y articulaci�n de los distintos niveles de gobierno, lo que crea una diversidad de problemas que entorpecen el desarrollo del territorio, entre ellas est�n los inconvenientes demogr�ficos en las zonas rurales de la misma (Prefectura del Guayas, S/f.).

Como se mencion� anteriormente, el Tetra Pak es un material muy empleado para la elaboraci�n de productos de construcci�n. Presenta particulares perdurables y resistentes, cuya composici�n es 75 % fibras de celulosa, 20 % polietileno de baja densidad y 5 % aluminio, adem�s utilizan papel fabricado de sulfato sin blanquear y pulpa a partir de un proceso qu�micotermo-mec�nico (G�mez y Fern�ndez, 2017).

Originalmente, son cajas dise�adas para almacenar y conservar alimentos, de las que se un obtiene un muy buen aislamiento con un bajo espesor de material. De acuerdo acon Lara (2016), indica que debido a esa propiedad, se han ejecutado diferentes intentos para producir materiales reciclados que potencialmente pueden mejorar el comportamiento t�rmico b�sico de los hogares utilizando un relleno formado de envases tetra-triturados, que se empleen como paneles dentro de una vivienda con estructura de madera.

En la actualidad, los aglomerados y otros materiales fabricados a base de Tetra Pak se han convertido en un elemento provechoso de la construcci�n factible dentro del desarrollo civil, permitiendo adoptar nuevos materiales y reduciendo as� la contaminaci�n ambiental, el Tetra Pak es un buen componente para la fabricaci�n de partes constructivas, (Mere, 2014). Es de destacar que hay que buscar materiales innovadores que sean m�s sostenibles y que se deba aprovechar lo que se tiene en el entorno para aprovecharlos hacia la sociedad en la construcci�n de viviendas.

De acuerdo con declaraciones de Ocampo (2021), presidente de la C�mara de la Industria de la Construcci�n, en Ecuador existe un d�ficit de 500 mil viviendas. Tambi�n declara que se deben realizar proyectos para construir viviendas sociales a bajo costo que sean asequibles a la poblaci�n. De acuerdo con Gonz�lez (2021), las provincias con m�s d�ficit de viviendas son Guayas, Manab� y Los R�os, entre ellas concentran el 42%. Por ello, en la provincia del Guayas existe la necesidad de plantear alternativas para lograr proveer de una vivienda digna se incrementa.

Por lo anteriormente referido, se considera la importancia que posee esta investigaci�n, porque se muestra una nueva alternativa para solucionar un problema social como lo es la reutilizaci�n de los envases Tetra Pak, como nueva posibilidad de uso de herramientas y materiales de construcci�n en cubiertas de techo. Por tal motivo, este estudio tiene como objetivo general analizar el uso de Tetra Pack como elemento constructivo en el �rea rural de la provincia del Guayas- Ecuador.

Para ello, es necesario describir la t�cnica de procesamiento de Tetra Pack reciclado para elaborar una cubierta de techo; construir un prototipo de cubierta de techo realizado con Tetra Pack reciclado, determinar las caracter�sticas t�cnicas del prototipo de cubierta de techo realizado con Tetra Pack reciclado y contrastar las caracter�sticas t�cnicas del Tetra Pack reciclado usado en cubiertas con lo establecido en las normas para cubiertas de techo.

Esta investigaci�n servir� como gu�a para los fabricantes de cubiertas en el Ecuador de manera que puedan producir una cubierta de material reciclado; y para los profesionales de la construcci�n a quienes se les brindar� una nueva alternativa de elementos constructivos.

 

Materiales y m�todos

El enfoque de la investigaci�n es cuantitativo, ya que se fundamenta en la recolecci�n y an�lisis de los datos para cumplir con el objetivo general y poner a prueba hip�tesis hechas previamente; este enfoque conf�a en los datos num�ricos, el conteo y el uso de la estad�stica para el establecimiento de los patrones exactos de comportamiento de una poblaci�n (Hern�ndez y Mendoza, 2018). Del mismo modo, se rige por una metodolog�a deductiva, seg�n Behar (2008), se aplica debido a que, mediante las normativas aplicables, normas t�cnicas y dem�s documentos relacionados con el material de Tetra Pak permiten la deducci�n de conclusiones que establezcan si es o no adecuada la utilizaci�n de este tipo de materiales en el campo de la construcci�n.

El tipo de investigaci�n es descriptiva, seg�n Hern�ndez y Mendoza (2018), ya que se analiz� las caracter�sticas que debe contener el techo de una vivienda para la zona rural de la provincia del Guayas; mediante el uso de Tetra Pack reciclado; a partir de la cual, se desarroll� el dise�o de un prototipo de techo a base de este material y compararlo con el tradicional de Chapas de metal de las mismas.

A su vez, tambi�n es de tipo experimental (Behar, 2008), ya que se llevaran a cabo ensayos para determinar las propiedades del Tetra Pak y adem�s se desarrollar� un prototipo para simular la aplicaci�n de este material en la construcci�n de techos y, finalmente es de tipo correlacional (Hern�ndez y Mendoza, 2018), ya que se va a realizar una comparaci�n de los resultados obtenidos del prototipo y de las propiedades del producto final elaborado con las propiedades de los techos elaborados mediante los procesos tradicionales que generalmente se utilizan en la provincia del Guayas.

Se toma en cuenta las condiciones climatol�gicas y ambientales de la zona rural de la provincia de Guayas, as� como tambi�n se analiza los resultados de investigaciones previas, con relaci�n a la tem�tica de aplicaci�n de material reciclado Tetra Pack en construcci�n. Esto se hace con la finalidad de obtener una gu�a metodol�gica para disminuir los rangos de error en el dise�o del prototipo, considerando los m�todos e instrumentos que mejor se ajusten a la presente investigaci�n.

Del mismo modo, se definieron las caracter�sticas que debe contener el techo para vivienda, y se llev� a cabo los respectivos an�lisis de cada caracter�stica requerida. Esto permite corroborar si el material reciclado Tetra Pack puede cumplir la funcionalidad de protector. Los ensayos que se desarrollaron fueron: para calcular la masa del tablero de Tetra Pak, para estimar la densidad de Tetra Pak, para deducir la flecha m�xima, para determinar el gradiente t�rmico, la resistencia a la flexi�n y el contenido de humedad.

Estos ensayos fueron aplicados a las l�minas desarrolladas con material Tetra Pack reciclado, las mismas funcionan como muestra para desarrollar un prototipo de teja (techo). A continuaci�n, se hizo un proceso de adaptabilidad del prototipo, el cual fue expuesto a una simulaci�n de las condiciones meteorol�gicas y clim�ticas de la provincia del Guayas, y en torno a ello se aplicaron los ajustes y modificaciones necesarias. Se aplic� la t�cnica de observaci�n, por medio de la cual se eval�a si el prototipo cumple con los requerimientos necesarios para ser aplicado en la pr�ctica.

La poblaci�n de estudio son todas las l�minas de cubiertas de Tetra Pak de espesor de 50 mm, 60 mm y 100 mm para las zonas rurales de la provincia de Guayas. En relaci�n a la muestra, es no estad�stica, seleccionada de manera intencional por los investigadores. Los criterios para la selecci�n de ella fueron los espesores m�s utilizados en el mercado para cubiertas y el factor limitante fue el aspecto econ�mico, el cual dificult� tener una mayor cantidad de muestra. Por lo que se tom� en consideraci�n el prototipo a dise�ar y construir, de dimensiones de 1,00 x 1,00 m², con cuatro puntos de apoyo con tubos cuadrados de acero de 1,5 a 2 pulgadas.

La l�mina de Tetra Pak se obtuvo del cat�logo del mercado ecuatoriano, donde los criterios de selecci�n son las caracter�sticas y propiedades que ya est�n comprobadas a nivel de laboratorio realizados por los fabricantes. Las caracter�sticas por evaluar son: t�rmicas, ac�sticas, peso, flexibilidad, resistencia a climas h�medos y con fuertes cambios de temperatura, punto de fusi�n y cambio de gradiente t�rmico.

Para la elaboraci�n de l�minas de Tetra Pak se procedi� de acuerdo a las recomendaciones de ECUAPLASTIC (2021):

�      Se recolect� envases de Tetra Pak suficientes para elaborar las tres l�minas necesarias para los prototipos.

�      Se separ� los componentes de los envases Tetra Pack en sus tres componentes cart�n, aluminio y pl�stico, para posteriormente lavarlos y secarlos al sol de manera indirecta.

�      Despu�s se tritur� el material reciclado hasta generar fibras, las cuales se empaquetaron en moldes de pl�stico, para evitar que se desprendan o las fibras se separen.

�      Los moldes se prensaron a una temperatura de 180�C y con una presi�n m�xima de 1500 PSI durante 20 minutos. A partir de este proceso, los componentes del Tetra Pak se funden formando la mezcla entre el aluminio, pl�stico y cart�n.

�      Posteriormente se colocaron las planchas en agua fr�a para que tomen dureza y rigidez.

�      Para la elaboraci�n del Tetra Pak se obtuvo un tablero ECOPAK para exteriores de dimensiones 2,44 m x 1,22 m de la empresa ECUAPLASTIC SOLUTIONS S.A. BIC, el cual se adecu� a las dimensiones de 1,025m x 1,028m con espesores de 0,50 cm; 0,60 cm y 1,00 cm, con lo cual se fabricaron los tres prototipos. Para ello, se requirieron los siguientes materiales: Flex�metro o Calibrador (pie de rey); 4 apoyos de hierro de 92 cm de altura; 4 latas de aluminio medianas y Cemento.

�      Finalmente, se ubicaron las l�minas con dimensiones de 1,025m x 1,028m en sus tres espesores ya descritos, el tablero se ubic� sobre cuatro columnas de hierro, con una altura de 92 cm cada una, las cuales contaban con un soporte elaborado con envases de aluminio y rellenos de hormig�n, para simular una mesa para lograr aplicar los pesos correspondientes y calcular la flecha m�xima de cada l�mina, obteniendo el producto final como se observa en la figura 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

Figura 1: Prototipo de l�mina cubierta con Tetra Pak

 

Para el ensayo para calcular la masa del tablero de Tetra Pak, se calcul� mediante la diferencia entre el peso en conjunto del investigador y la cubierta, y el peso de �nicamente el investigador. Para el ensayo de punto de flecha m�xima se fundament� en la norma ASTM D143-94 �Determinaci�n de la resistencia a flexi�n para madera� (No existe norma nacional que regularice este tipo de material), con la cual se determin� la carga m�xima que soport� el tablero de Tetra Pak hasta el punto de resistencia m�xima. Los materiales empleados fueron: 4 discos de 2,5 kg o 2 discos de 5 kg; 6 adoquines de hormig�n con pesos desde 6,8 kg a 8,7 kg y una tablilla de madera, como se observa en la figura 2.

 

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

Figura 2: Discos y adoquines utilizados en los ensayos

Se hicieron seis ensayos para determinar la flecha m�xima para cada una de las tres l�minas de Tetra Pak. Los ensayos se realizaron dividiendo el Tetra Pak en cuatro cuadrantes y se coloc� marcas en el centro de masa de cada una de ellas para simular una carga uniformemente. Para la identificaci�n de los centros de masa, el tablero fue dividido en cuatro cuadrantes, marcando el centro de masa de cada uno de ellos y el centro de masa general del tablero. En cada punto marcado se aplic� la carga distribuida a lo largo de su superficie hasta que la l�mina falle. Las cargas aplicadas en kilogramos fueron: 10; 20; 35,2; 43,2; 68,3; 81,9 y 102.

Los pesos se distribuyeron de la manera siguiente:

�      En la primera carga de 10 kg, se aplicaron cuatro discos de 2,5 kg cada uno, distribuidos en cada cuadrante de la cubierta plana de Tetra Pak, como se muestra en la figura 3.

 

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

Figura 3: Distribuci�n de la carga de 10kg en las l�minas de Tetra Pak

 

�      Para el segundo caso se aplic� una carga de 20 kg, distribuidos en las l�minas de la siguiente manera: cuatro discos de 2,5 kg y dos discos de 5 kg, colocados el centro de masa general del tablero, como se exhibe en la figura 4.

 

 

 

 

 

 

 

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

Figura 4: Distribuci�n de la carga de 20kg en las l�minas de Tetra Pak

 

�      Para el tercer caso se aplic� una carga de 35,2 kg. Las cargas se distribuyeron usando cuatro discos de 2,5 kg en cada centro de masa de cada una de los cuadrantes; dos de 5 kg y dos adoquines de concreto de 6,8 kg y 8,4 kg respectivamente.

�      Para el cuarto caso correspondiente a la carga de 43,2 kg, se emplearon cuatro discos de 2,5 kg, dos discos de 5 kg y tres adoquines de concreto.

�      En un quinto caso se aplic� una carga de 68,3 kg, fraccionadas las cargas con cuatro discos de 2,5 kg, en sus centros de masa, dos discos de 5 kg y seis adoquines de concreto, como se muestra en la figura 5. De igual manera se utilizaron discos y adoquines para lograr las cargas de 81,9 kg y 102 kg respectivamente.

 

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

Figura 5: Distribuci�n de la carga de 20kg en las l�minas de Tetra Pak

En la medici�n de la flecha m�xima de la cubierta de Tetra Pak ya establecida, se integr� una tabla de madera de 1cm de peralte, la cual no permite el pandeo en la periferia ubicada en x=0,50m y=0,50 m, y se acerca a la correcta instalaci�n de techos del material usado. Esta tabla no se encuentra cargada, y su �nica carga es su peso propio.

Adem�s, para lograr establecer una l�nea completamente vertical y medir el valor de la deflexi�n correcta del tablero Tetra Pak, se utiliz� una plomada, la cual emplea la gravedad para establecer una l�nea recta.

Luego de establecer el procedimiento para la medici�n de la flecha m�xima de la cubierta en estudio, se realiz� una modelaci�n en el programa ETABS (programa empleado para el an�lisis estructural y el dimensionamiento de estructuras). Con el uso de esta herramienta se model� el prototipo utilizando las mismas dimensiones y caracter�sticas de los soportes y de las l�minas de Tetra Pak (1,025 m x 1,028 m), con los espesores en estudio.

Para el proceso de simulaci�n se utiliz� un m�dulo de elasticidad 1100 MPa, el cual es un valor medio entre los proporcionados en la literatura de ensayos realizados de este material y similares. Para realizar el c�lculo de la densidad a cada uno de los tableros, para ello ya obtenida la masa de cada uno de ellos, se procede a calcular el volumen del mismo.

Para eso, se tienen las dimensiones de los tableros determinadas con un flex�metro y el espesor del mismo se midi� con el uso de un calibrador pie de rey. Se determin� a partir de las secciones de 1,025m x 1.028m y un espesor de 0,005 m, resultando un volumen de 0,0052685 m³. Con los datos antes medidos, se procedi� al c�lculo de la densidad aplicando la siguiente ecuaci�n:

Ecuaci�n 1

Donde, �se refiere a la densidad, m a la masa del tablero y v al volumen del mismo. Donde se deben reemplazar cada uno de los datos para obtener cada una de las densidades del mismo.

En relaci�n al ensayo de resistencia a la flexi�n, se utiliz� una prensa hidr�ulica, la aplicaci�n de la carga progresiva es fundamental para poder observar cuando el material empieza una deformaci�n no proporcional a la carga. Para calcular el m�dulo de elasticidad de acuerdo a este ensayo, es necesario basarse en el concepto de curva: carga vs alargamiento y curva esfuerzo vs. deformaci�n, usando principios como la Ley de Hooke, esfuerzo y deformaci�n. Para ello, se utilizaron las ecuaciones 2 y 3, y la figura 6:

Ecuaci�n 2

D�nde:

𝜖 = Deformaci�n,

ς = Alargamiento, y

Lo= Longitud inicial

 

Ecuaci�n 3

Donde

𝐹 = 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎,

K= constante, y

x= alargamiento

 

Figura 6: Curva Esfuerzo vs Deformaci�n

 

Nota: La figura 6, muestra los puntos de l�mite de proporcionalidad, esfuerzo de fluencia y esfuerzo �ltimo. Recuperado de �Prototipo de cubiertas ecol�gicas en base de Tetrabrik y pl�stico (PET) reciclados para el �rea de la construcci�n�, Flores, 2020.

Seg�n los principios con lo que se elabora una curva de esfuerzo vs. deformaci�n se puede llegar a obtener el m�dulo de elasticidad que es el par�metro de inter�s de la investigaci�n. La ecuaci�n general de una l�nea recta est� dada por la ecuaci�n 4:

𝑦 = 𝑚 ∗ 𝑥

Ecuaci�n 4

Remplazando los valores seg�n la curva esfuerzo deformaci�n llegamos a obtener la siguiente ecuaci�n:

𝜎 = 𝐸 ∗ 𝜖

Ecuaci�n 5

D�nde:

𝜎 = 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜,

E= m�dulo de elasticidad, y

ϵ= deformaci�n.

Teniendo claro la ecuaci�n, mediante ensayos con cargas progresivas se determina el punto donde se termina el l�mite el�stico y comienza la zona de cadencia. Este punto es importante ya que va a indicar cu�l es la carga m�xima que soporta los prototipos, sin llegar a tener una deformaci�n permanente con diferentes dosificaciones de materiales del Tetra Pak.

Para realizar el ensayo de contenido de humedad, se usaron dos planchas Tetra Pak, de las cuales se registr� su peso en seco, para posteriormente sumergirlas en agua por 24 horas y determinar el peso y su porcentaje de absorci�n de agua; esta propiedad del material va a depender de la dosificaci�n.

Para el ensayo de gradiente t�rmico, se escalar� para poder obtener valores que se acerquen a la realidad. Las mediciones se realizaron en un ambiente ventilado y alturas de entrepiso simulando el exterior de ambientes tropicales donde se aplicar� este tipo de techo. Se tom� una medida en la ma�ana y otra al medio d�a utilizando el term�metro digital.� Y se utiliza la siguiente ecuaci�n:

𝛿 = 𝑇𝑓 � 𝑇i

Ecuaci�n 6

D�nde:

𝛿 = Gradiente t�rmico

𝑇𝑓= Temperatura final

𝑇i = Temperatura inicial

An�lisis y discusi�n de los resultados

Los resultados se describen luego de medir la masa del tablero de Tetra Pak, de acuerdo al procedimiento se�alado se observa en la tabla 1:

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 7: Masa de los tableros de Tetra Pak

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

 

Luego del ensayo de la flecha m�xima, se obtuvieron los siguientes resultados como se muestra en la tabla 2, para las distintas l�minas fabricadas de Tetra Pak, y con sus diferentes espesores.�

 

Figura 8: Comportamiento de la flecha m�xima en lo tablero de Tetra Pak

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

 

En cuanto, a la l�mina de espesor de 0,50 cm con un sobre carga de 68,3kg y un peso propio de 6,60 kg, alcanz� una deflexi�n de 40 mm, y se dej� de ensayar ya que, el material no colapsa, sin embargo si presenta fallas de deformaci�n, evidenciando que sobrepas� su valor de m�dulo de elasticidad, como se evidencia en la figura 7.

 

 

 

 

 

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

Figura 8: Deformaci�n de la plancha de Tetra Pak aplicando 68,3 kg

 

Con respecto a la l�mina de espesor de 0,6 cm, su deflexi�n m�xima antes del punto de rotura alcanz� un peso de 81,9 kg, registrando una deflexi�n de 40 mm, como se describe en la tabla 2. La tercera l�mina de espesor 1,00 cm, alcanz� una deflexi�n m�xima de 41 mm con un peso de 102 kg. En la figura 8, se revelan las fallas que presentaron las l�minas de tetra Pak, luego de la aplicaci�n de cargas.

 

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

��������������������������������������������� Figura 9: Fallas de las l�minas de Tetra Pak

 

Para los resultados de la modelaci�n en ETABS, se observan en la tabla 3.� Esta simulaci�n se realiz� para todos los casos expuestos anteriormente con sus diferentes cargas.

 

 

Figura 10: Comportamiento de la flecha m�xima en los tableros mediante la modelaci�n en ETABS

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

 

La figura 9, muestra la aplicaci�n de 20 kg de carga en la simulaci�n de las l�minas de Tetra Pak, en donde se colocaron las cargas del mismo modo como se realiz� en la realidad, en los distintos casos.

 

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

Figura 11: Ubicaci�n de las cargas puntuales con 20 kg

 

En la figura 10, se presenta el caso 5, es decir, la simulaci�n con carga de 68,3 kg, donde se aplican cargas de 2,5 kg distribuidas uniformemente en la superficie de la plancha, y con una carga extra en el centro de gravedad, sumando un total de 68,3 kg.

 

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

Figura 12: Deflexi�n de la plancha de Tetra Pak con 68,3 kg, simulada en ETABS

 

Como se observ� en la tabla 3, los materiales tienen diferentes comportamientos bajo distintas fases de carga, y en el comportamiento el�stico, la carga es proporcional a la deformaci�n, es decir que cuando el material es cargado en fases, el comportamiento es lineal durante este trayecto; la constante resultante se la conoce como m�dulo de elasticidad. Cuando se supera esta fase, se llega a un punto de quiebre donde ya no es proporcional la deformaci�n con la carga; en este punto se puede observar que deja de ser una l�nea recta se torna una curva que tiende tener una orientaci�n horizontal, la carga no aumenta, pero la deformaci�n va a seguir aumentando, a este estado se le conoce como estado pl�stico (elastopl�stico) del material.

En el caso del an�lisis por elementos finitos, como tambi�n se expone en la� tabla 3, las cargas se distribuyeron uniformemente a lo largo por metro cuadrado sobre toda la superficie de la plancha, con una carga total de 68,3 kg, luego de 81,9 kg y finalmente de 102 kg. Este m�todo fue aplicado para comprender la deformaci�n en el techo de Tetra Pak a una escala menor, y adem�s permite representar diferentes escenarios, ya que la cubierta de este material se divide en un n�mero finito de partes. Gracias a estas divisiones, el problema se vuelve m�s espec�fico y permite que el software lo resuelva con m�s exactitud.

As�, lo que se pretende lograr con este m�todo es analizar un elemento estructural a una escala menor a lo convencional para as� identificar �reas de posibles concentraciones de esfuerzos, deformaciones o fatiga, que permitan la discretizaci�n de elementos finitos con comportamientos y propiedades definidas. Los elementos finitos est�n conectados entre s� por nodos; mientras que el conjunto de todos los nodos se conoce como malla. La precisi�n de este m�todo de an�lisis depende de la cantidad de nodos y elementos, del tama�o y los tipos de elementos por malla. Por esto mismo, entre m�s divisiones tenga, m�s precisos ser�n los resultados.

En relaci�n a los resultados del ensayo de densidad realizados a los tableros se muestran en la tabla 4:

 

Figura 13: Densidades de cada una de las l�minas de Tetra Pack

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

 

Los resultados del ensayo de resistencia a la flexi�n registrada para cada l�mina se revelan en la tabla 5. De igual manera en la figura 11, se observan las gr�ficas Carga vs Deformaci�n, donde un primer punto de cada gr�fica significa que la carga no aumenta proporcionalmente, pero la deformaci�n sigue creciendo, a este punto se le llamar� cadencia. Y finalmente al segundo punto de cada gr�fica marcado con un c�rculo es la m�xima carga soportada por el prototipo antes de rotura o fallo.

 

Figura 14: Resistencia a la flexi�n de las l�minas de Tetra Pak

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

 

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

Figura 15: Grafica de Carga vs Deformaci�n de cada lamina de Tetra Pak

 

El m�dulo de elasticidad obtenido de las l�minas de estudio se presenta en la tabla 6:

 

Figura 16: M�dulos de elasticidad de las l�minas de Tetra Pak

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

 

En la tabla 7, se muestran los resultados del contenido de humedad de las l�minas de Tetra Pak.

 

Figura 17: Contenido de humedad de las l�minas de Tetra Pak

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

 

A continuaci�n, en la tabla 8 se exhiben los resultados del gradiente t�rmico de las tres l�minas de Tetra Pak.

 

Figura 18: Gradiente t�rmico de las l�minas de Tetra Pak

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

 

Para finalizar, se hace una contrastaci�n con otro material que se utiliza tambi�n para cubiertas de techo, como es el fibrocemento. En la tabla 9, se observa la comparaci�n de la cubierta fabricada con Tetra Pak con las propiedades del fibrocemento seg�n la norma NTE INEN 1320.

 

Figura 19: Comparaci�n de las cubiertas Tetra Pak con otros materiales

Nota: (--) Caracter�sticas que no se contempla en la norma. Fuente: Elaboraci�n propia, 2022

 

Como se ha determinado en esta investigaci�n, para los par�metros de densidad y porcentaje de humedad cumple con las normas INEN 1320; en cuanto a la flecha m�xima y gradiente t�rmico no se pudo comparar debido a la inexistencia de estos par�metros en la norma, y el m�dulo de elasticidad del Tetra Pak no cumpli� con el valor requerido. Por lo tanto, tomando en cuenta �nicamente los tres par�metros que contempla la norma, se dice que las l�minas de Tetra Pak cumplen con especificaciones t�cnicas en un 75%.

 

Conclusiones����

El proceso de fabricaci�n de las l�minas con Tetra Pak se considera relativamente sencillo, el cual consta de estas fases; clasificaci�n, limpieza y secado, triturado, prensado, enfriamiento y corte. De estos, el �nico proceso que se considera complicado es el prensado, ya que es necesario el uso de una prensa mec�nica. La construcci�n de los prototipos con las tres l�minas prensadas de Tetra Pak de diversos espesores fue un proceso sencillo, ya que se fabric� con materiales reciclables; estos tienen un costo aproximado de $10 cada uno.

Las caracter�sticas t�cnicas analizadas en la presente investigaci�n fueron ensayo de masa, densidad, flecha m�xima, flexi�n, gradiente t�rmico y absorci�n de agua, de lo cual se puede concluye lo siguiente:

�      En el ensayo de flecha m�xima, la l�mina que present� el mayor valor fue la tercera de espesor de 1,00 cm, llegando a su etapa elastopl�stica, donde se evidenci� fallas en las l�minas de Tetra Pak por separaci�n de las fibras, es decir que a medida que se aumenta la carga, est� ya no es proporcional la deformaci�n.

�      En el ensayo de flexi�n se determin� el m�dulo de elasticidad de las tres l�minas, de las cuales la tercera con un espesor de 1,00 cm, present� mayor m�dulo de elasticidad.

�      La densidad disminuy� en el tablero 3, debido a que el prensado es menos eficiente, generando una menor cohesi�n dentro del material, por lo que la densidad descender�.

�      El porcentaje de absorci�n de humedad de los tres prototipos fue disminuyendo con respecto a un ascenso de la densidad, esto debido a que en el caso de que l�minas presenten mayor densidad, estas poseen mayor espacio vac�o para ser ocupado por agua.

Al final, se compararon los valores de las caracter�sticas t�cnicas obtenidas con la norma INEN 1320, la cual estipula los datos de las caracter�sticas del fibrocemento, de los cuales se puede mencionar que en el ensayo de flexi�n, el m�dulo de elasticidad de las l�minas de Tetra Pak es mucho menor en relaci�n a las cubiertas de fibrocemento, por lo que no se recomienda su uso en construcciones que suponen un gran esfuerzo ya que frente a altas cargas presenta grandes deformaciones longitudinales.

En cuanto al ensayo de flecha m�xima no se pudo comparar con lo establecido en la norma ya que no se establece valor. Con respecto a la densidad, �nicamente la l�mina 1 y 3 cumplen con el valor estipulado en la norma, las cuales pueden ser usadas eficazmente, y seg�n los ensayos de gradiente t�rmico, los resultados muestran que es ligeramente similar para las tres l�minas de Tetra Pak. Finalmente, la primera y segunda l�mina con espesores de 0,5 cm y 0,6 cm son las que cumplen con la mayor parte de los requisitos de la norma y puede presentar varios beneficios al usuario al momento de ser usada en la construcci�n.

 

 

Referencias

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7.      G�mez, M. y Fern�ndez, L. (2017). Determinaci�n de los esfuerzos m�ximos y de cedencia del polialuminio. https://docplayer.es/97456598-Determinacion-de-los-esfuerzos-maximos-y-de-cedencia-del-polialuminio.html

8.      Gonz�lez, J. (2021). El 42% del d�ficit de viviendas est� en Guayas, Manab� y Los R�os. El comercio. https://www.elcomercio.com/actualidad/ecuador/deficit-viviendas-guayas-manabi-los-rios.html

9.      Hern�ndez, R. y Mendoza, C. (2018). Metodolog�a de la investigaci�n. Las rutas cuantitativa, cualitativa y mixta, Ciudad de M�xico, M�xico: Editorial Mc Graw Hill Education, A�o de edici�n: 2018, ISBN: 978-1-4562-6096-5, 714 p.

10.  Lara, M. (2016). Evaluaci�n de un Aislante T�rmico y Ac�stico, Fabricado con Envase de Tetra Pack y Rollo Libre de Lana de Vidrio. http://repositoriobibliotecas.uv.cl/bitstream/handle/uvscl/2921/Lara%20Engelhardt%2C%20Mario_Evaluaci%C3%B3n%20de%20un%20aislante%20t%C3%A9rmico%20y%20ac%C3%BAstico%2C%20fabricado%20con%20envase%20de%20Tetra%20Pack%20y%20rollo%20libre%20de%20lana%20de%20vidrio.pdf?sequence=1&isAllowed=y

11.  Mere, R. (2014). Elaboraci�n y evaluaci�n de placas aglomeradas a base de polietileno de alta densidad reciclado y envases de tetra pak. http://repositorio.unsa.edu.pe/bitstream/handle/UNSA/2919/MTmejura025.pdf?sequence=1&isAllowed=y

12.  Mora, J. (2017). Los libros, aporte bibliogr�fico, las bellas artes e investigaciones hist�ricas. Nari�o: Pasto.

13.  NTE INEN 1320:2014. L�minas Onduladas De Asbesto Cemento. Requisitos Norma T�cnica Ecuatoriana.� https://www.normalizacion.gob.ec/buzon/normas/nte_inen_1320.pdf

14.  Ocampo, L. (2021). El d�ficit de vivienda en Ecuador, no solo es un problema num�rico sino de calidad. El Tel�grafo.� https://www.eltelegrafo.com.ec/noticias/actualidad/44/deficit-vivienda-ecuador-problema-numerico-calidad

15.  Prefectura del Guayas (S/f.). Demograf�a. https://guayas.gob.ec/demografia/

 

 

 

 

 

 

 

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