Innovación de Productos 2

Programa de la asignatura: INNOVACIÓN DE PRODUCTOS 2 Diseño y materiales sustentables Síntesis conceptual de la asignatura: La asignatura DISEÑO Y MATERIALES SUSTENTABLES da una visión, desde la investigación, la teoría, y la experimentación del desarrollo de aspectos de tecnología sustentable, particularmente orientada hacia las cuestiones de innovación. En este contexto, la tecnología de materiales se referencia a las externalidades de tipo social, económico y ambiental con el fin de acercarnos a la experimentación. Se propone un ámbito de intercambio de impresiones, inquietudes, interrogantes, y también experiencias y expectativas sobre las relaciones que se establecen entre la composición y la materia, para descubrir la cuestión de la innovación. Los contenidos de la asignatura se dividirán en las siguientes etapas: La primera, será la presentación del ámbito teórico de los conceptos de ambiente, arquitectura y materiales.  En segunda instancia serán presentadas dos propuestas, la primera sobre un caso aplicado de investigación, desarrollo, gestión y transferencia de tecnología de nuevos materiales con cáscaras de maní y/o otros insumos de reciclado  Finalmente se apuesta por la generación de una metodología innovadora que permita la experimentación de la composición y la materia desde el paradigma de la sustentabilidad. 

Se cierra el curso con reflexiones acerca de cómo enfrentar los desafíos tecnológicos actuales (y por venir) de manera ambientalmente sustentable, socialmente adecuada, y económicamente competitiva partiendo del entendimiento de la materia y su composición creativa. Objetivo general: Definir aspectos relativos a la innovación en los procesos de desarrollo de tecnologías sustentables a través de la multiplicidad de discursos y soportes creativos que desarrollen un panorama plural sobre el concepto de sustentabilidad. Objetivos particulares: 1) Reconocer el paradigma de sustentabilidad tecnológica 2) Re considerar el impacto de las tecnologías de construcción en el medio 3) Reflexionar sobre el concepto de materia/material 4) Caracterizar antecedentes de gestión de tecnologías sustentables 5) Promover orientaciones para la elaboración de trabajos finales con afinidad a la temática de la innovación en materiales sustentables. Contenidos: El paradigma sustentable. Materia, materiales, tecnología y ambiente La composición de materiales como herramienta de innovación en las tecnologías Gestión de tecnología sustentable Cáscaras de maní en materiales y componentes para construcción Metodología: Exposición participativa Discusión por grupos Seminarios de integración entre los diferentes grupos

Interpretación personal y/o grupal de los contenidos de la asignatura (ver criterios y formas de evaluación) *Presentar para el taller material de distinta rigidez y resistencia, mejor en pequeñas unidades (palitos de madera, bombillas plásticas, cintas de papel, esferas de poliestireno expandido, plastilina, plástico, fibras naturales, mallas metálicas, alambres galvanizados, etc.), pegamento para moldear y unir el material elegido, tijeras, cutter, etc. Calendario de actividades: Día 1 (primera mitad de la mañana) Presentación. Introducción. La noción sustentable Arquitectura y materiales MATERIA y materiales Día 1 (segunda mitad de la mañana) Materiales Presentación de casos prácticos. Desarrollo de paneles de cascaras de maní y/o otros insumos de reciclado. Presentación de casos Día 1 (tarde) Práctico. Objetivo: Caracterizar, en fichas monográficas, una selección de materiales reciclados a través del estudio de sus propiedades físicas, geométricas, químicas, etc. con el fin de establecer su naturaleza y posibles aplicaciones. Los procesos como materia de innovación tecnológica Composición/Materia-Materiales/ Innovación Práctico. Objetivo: Desarrollar una propuesta metodológica de desarrollo de insumos reciclados. A partir de la experimentación con la materia y el material, y su caracterización, se propondrá un ejercicio de composición para el diseño de: 1. Objeto arquitectónico 2. Obra artística 3. Objeto con función practica Día 2 Repaso metodológico de las experiencias mostradas. Nuevos planteos. Identificación de alternativas superadoras. Desarrollo del ejercicio practico Día 3 (mañana) Presentación de casos experimentales de materiales de innovacion. Día 3 (segunda mitad de la mañana y primer segmento de la tarde) Puesta en común de estado de avance de los prácticos Día 3 (segunda mitad de la tarde) Coloquio general. Evaluación Criterios y formas de evaluación: – Monografía sobre materia/materiales. Su naturaleza y efectos – Propuesta de diseño de objetos con residuos reciclados

– Propuesta de composición en base a insumos reciclados Condiciones para obtener regularidad: De acuerdo al Reglamento de la Maestría, el maestrando obtiene la regularidad de los cursos cumpliendo los siguientes requisitos: - Asistencia al 80% de las clases. - Aprobación del 100% de los trabajos prácticos y/o parciales. - Los cursos deberán estar aprobados con una calificación no inferior a 7 (siete) puntos sobre 10 (diez) puntos. Bibliografía: Bibliografía básica BERRETTA, H.; GATANI, M.; GAGGINO, R; ARGÜELLO, R: Ladrillos de plásticos reciclados. Una propuesta para vivienda social. p. 170. EDITORIAL: Nobuko SA. y Centro Experimental de Vivienda Económica / Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas / Agencia Nacional de Ciencia y Tecnología / Buenos Aires, 2008 JOHN Vanderley: Reciclagem de residuos naConstrucao Civil: Contribución a una metodología de investigación y desarrollo. Tesis presentada en la Escuela Politécnica de la Universidad de San Pablo para la obtención del Título de Libre Docente. San Pablo, 2002. WESTON, Richard: Materiales, forma y arquitectura. Edit BLUME. Barcelona, 2003 GATANI, Mariana: Nuevos materiales con cáscaras de maní reciclado post industrial. Avances y perspectivas en Cuadernos de Graduados. Editorial: Facultad de Arquitectura. Universidad Nacional de Córdoba. Córdoba, 2008 Bibliografía Complementaria Monografías de arquitectura, tecnología y construcción. Tectonica 11 – Madera (1) Revestimientos Edic. ATP Ediciones. GATANI, Mariana; Humberto Gallo: Suelocemento: Material con aptitud para la fabricación de componentes mixtos para la construcción de viviendas. Revista: Tecbahia – Revista Bahiana de Tecnología. Volumen 15 Número 2. San Salvador de Bahía, 2000 GATANI, Mariana: Ladrillos de Suelocemento: técnica tradicional o innovación racionalizada?.Revista INFORMES DE LA CONSTRUCCIÓN, Volumen 51 Número 466. Madrid / 2000 GATANI, Mariana: La vivienda semilla. Una alternativa de vivienda para los sectores más carenciados. Revista TECNOLOGÍA Y CONSTRUCCIÓN Volumen 17 Número 1- IDEC.IFA (Instituto de Investigación de Arquitectura) - Facultad de Arquitectura y Urbanismo de la Universidad de Zulia – Caracas, 2001 GATANI, Mariana: “Semilla”.O un proceso de búsqueda sociohabitacional. Revista: VIVIENDA POPULAR Número 13– Universidad de la República - Facultad de Arquitectura – Montevideo, 2002 GATANI,Mariana: Análisis metodológico de la gestión de tecnología para vivienda. Boletín del Instituto de la Vivienda INVI Número: 48. Editorial: Universidad de Chile – Facultad de Arquitectura y Urbanismo. Santiago de Chile, 2004 GATANI, Mariana: Gestión, tecnología y vivienda social. Punto y seguido. Boletín del Instituto de la Vivienda INVI. Número:50. Universidad de Chile – Facultad de Arquitectura y Urbanismo. Santiago de Chile, 2004 GATANI, Mariana: Gestión y tecnología para viviendas. Acerca de tecnologías alternativas. Boletín del Instituto de la Vivienda INVI. Número: 55. Universidad de Chile – Facultad de Arquitectura y Urbanismo. Santiago de Chile, 2005 GATANI, M.; BERRETTA; H.: Vivienda y Progresividad. Viviendas Semilla en Montevideo.

Re-Vista Al Habitat. 2006 GATANI, M.; ARGÜELLO, R.: “Materiales compuestos de cáscaras de maní y cemento. Influencia de diferentes tratamientos químicos sobre las propiedades mecánicas”, Revista Materiales de Construcción / Editorial Instituto Torroja - Consejo Superior de Investigaciones Científicas. 10 Pag.Madrid, 2009.

RECICLAR/ REUSAR Por Mariana Gatani

Arquitecta, Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño .Universidad nacional de Cordoba (1990), Doctorado en Ciencias del Diseño, FAUD, UNC, 2010. Investigadora adjunta de CONICET, Docente investigador de la FAUD, UNC. Ha dirigido proyectos de Secretaria de Ciencia y Tecnología UNC. Ministerio de Ciencia y Tecnología, y CONICET.Tiene numerosas publicaciones en su especialidad y ha patentado en 2008 Paneles de cáscaras de maní, producto de sus trabajos de investigación.

Sustentabilidad: un paradigma Estamos inmersos en una naturaleza antropizada, modificada, superficial o segunda naturaleza. De las relaciones que se establezcan entre sociedad y naturaleza dependerán nuestros recursos futuros. Tal relación está mediada por la presencia de la producción o procesamiento de los recursos naturales, que hacen posible el desarrollo humano. Las necesidades culturales, fundamentalmente urbanas, demandan servicios y bienes. El acceso equitativo a los bienes y servicios se llama desarrollo. En la relación ambiente y desarrollo,…” el alcance de un status adecuado de desarrollo sustentable requiere la negociación y el equilibrio entre tres distintos y cotidianos procesos de desarrollo: económico, social y natural”1. De lo que se trata es rescatar y validar las relaciones entre sociedad y naturaleza entendiendo que ésta sólo es posible dentro de una relación de equilibrio o de sustentabilidad. Alejada del fundamentalismo ecológico o verde, la sustentabilidad natural amplía su concepto involucrando la sustentabilidad tecnológica. Al referirse a sustentabilidad natural (SN) Roberto Fernández expresa: Se trata de “sustentabilidad ecológica o natural propiamente dicha y una sustentabilidad tecnológica (o propia de su segunda naturaleza). Ello supone reconocer las calidades de la antropización, o bien como el KN (capital natural primario) puede ser potenciado, enriquecido o revalorado mediante un KT (capital natural secundario o tecnológico). Decimos que hay KT como capital agregado al KN cuando se ha verificado un bajo o nulo impacto regresivo”. El concepto de sustentabilidad es ampliamente debatido en las agencias técnicas y políticas que, sin embargo, no encuentra su correlato en las prácticas sociales y económicas. A partir de la Cumbre sobre Medio Ambiente en Río de Janeiro de 1992, el desarrollo sustentable ha sido considerado paradigma del desarrollo. Desde entonces, el enfoque se plantea como alternativa viable para enfrentar los problemas graves y crecientes de América Latina, tales como el inadecuado manejo y conservación de los recursos naturales, la creciente miseria y exclusión de gran parte de la población;y los problemas de salubridad y alojamiento, particularmente de los habitantes urbanos informales de las grandes ciudades.

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FERNÁNDEZ, Roberto Cuadernos de Trabajo de la Maestría de Hábitat y Vivienda. Módulo Nuevos Instrumentos de gestión urbana. La perspectiva ambiental. UNMdP, UNR, 2001 FERNÁNDEZ, Roberto. Ciudad: la cuestión ambiental. Buenos Aires, 2001

En uno de los documentos base de la Conferencia de Río de Janeiro de 1992 y en la proposición de la Agenda Local 21, Peter Nijkamp2 alude a tres esferas de sustentabilidad: económica, social y ecológica. Los fines/objetivos propios de cada una son: productividad, bienestar social e integridad /funcionalidad respectivamente. Los fines/objetivos compartidos son equidad/eficiencia para el par social-económico, sustentabilidad productiva para el par económico-ecológico y habitabilidad para el par social-ecológico, y un fin/objetivo compartido por las tres dimensiones es la sustentabilidad ambiental.

La gestión de tecnología sustentable Desde la perspectiva del ambiente construido, el asunto de tecnología, gestión y ambiente responde al paradigma emergente que vincula el desarrollo de tecnologías a los procesos económicos, sociales y naturales-tecnológicos contextuales, entendiendo que la perspectiva sustentable es el soporte para el desarrollo. En relación al desarrollo de tecnología para la arquitectura, el concepto de sustentabilidad implica concebir el desarrollo tecnológico más allá de los aspectos técnicos, para considerar prioritarios la preservación del ambiente, eficiencia económica y alta consideración socio-cultural sobre el medio donde la tecnología será inserta. El uso de materiales para construcción con bajo impacto ambiental es una tendencia creciente. Los grandes volúmenes de materiales que maneja el sector de la construcción implican demandas de insumos de gran escala, a veces asociadas a alto consumo energético, utilización de recursos no renovables, y procedimientos contaminantes para el medio ambiente.

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NIJKAMP, P. Regional sustainable development and natural resourse use, WB Annual Conference on Development Economics, Washington, 1990

La búsqueda y desarrollo de materiales sustentables están relacionados con la disponibilidad de materia prima y componentes productivos para la producción del material, características del equipamiento y de la mano de obra interviniente, características energéticas del proceso de producción del material, características ecológicas del proceso de producción, comportamiento del material producido y el impacto sociocultural del material o producto. Se observa además que, frecuentemente un residuo sin problemas se convierte en insostenible cuando aparece en grandes volúmenes, cuando se presenta donde no debe estar, cuando se mezcla o se asocia con lo que no debe o cuando está en el momento que no debe. (Seoánez Calvo, 1986). De modo que, una de las razones más importantes para la innovación tecnológica sustentable está justificada en la sustitución de materias primas no renovables por otras más abundantes que no tienen una disposición final sustentable. El agregado de insumos considerados residuos en otras áreas constituye un recurso de producción sustentable que da destino a importante cantidad de deshechos que son reutilizados. Así, alivia la acumulación y el tratamiento de los mismos por procedimientos perjudiciales con impacto ecológico negativo, tales como la quema a cielo abierto o el enterramiento sanitario. La consideración de tecnologías ecológicamente eficientes promueven el paso de sistemas de producción /consumo lineales a circulares. Además, la escala temporal de un problema ambiental se vincula a las causas que le dieron origen, a su complejidad actual y a las proyecciones de sus efectos a futuro. El Subcomité MAB 11 /Argentina propone dos variables claves para abordar la problemática ambiental: el análisis de la vigencia o momento de ocurrencia del problema y la evaluación de su reversibilidad en el largo, mediano o corto plazo.

La cuestión de la sustentabilidad constructiva En el sector de la construcción existe una marcada inercia hacia el uso de materiales y componentes de probada tradición, sin plantear su origen, producción, ni los efectos de su aplicación. Los primeros materiales utilizados por el hombre para construir sus viviendas fueron los ofrecidos por la naturaleza como piedra, paja, troncos de árboles, pieles y tierra. Con algunos de esos materiales el hombre ha sido capaz de construir muy bella arquitectura que hoy desafían el devenir de la historia, tales como las pirámides de Egipto, palacios de Babilonia, la arquitectura de las civilizaciones griega y romana, castillos, monasterios, catedrales y tantos otros monumentos fantásticos. Gran parte de este patrimonio cultural ha sido destruido por la irracionalidad de algunos y no por los fenómenos naturales.

Con la revolución industrial, en el siglo XVII, comenzaron a aparecer los materiales de construcción que hoy son implícitamente conocidos como materiales de construcción convencionales, o industrializados. Aunque muchas veces la construcción industrializada presenta escaso desempeño desde el punto de vista del confort. Tener una casa construida con bloques cerámicos, acero, u hormigón, pasó a ser un símbolo de modernidad. Según Barbosa (2005), no cabe duda que con los materiales industrializados pueden ser realizadas construcciones fantásticas, muchas veces imposibles de ser construidas con materiales tradicionales. En tanto, estas tecnologías de producción presentan ciertas características que merecen ser citadas para motivar su análisis:  Emisión de gas carbónico y otros poluentes es resultado del proceso de fabricación de materiales industrializados que consumen oxígeno y liberan anhídrido carbónico, y muchos otros poluentes responsables de las lluvias ácidas que damnifican la tierra.  Consumo de energía de los materiales industrializados exigen enormes cantidades de energía. Es el caso del acero, la industria cerámica, el aluminio.  Generación de residuos. La fabricación de materiales de construcción produce convencionales produce enorme cantidad de residuos. La producción de acero produce una gran cantidad de escoria, sólo en parte aprovechada por la industria del cemento. La industria de la cerámica roja genera descartes de volúmenes de productoimportantes durante el propio proceso de producción, comercialización y transporte. Los métodos constructivos tradicionales producen gran cantidad de escombros, difíciles de ser reincorporados la Naturaleza. Son dispuestos irregularmente en terrenos baldíos, enterramiento clandestino o depósitos en la vía pública. Esto último a riesgo de provocar inundaciones, y la proliferación de roedores e insectos. 

Otros problemas ambientales. Tales como la tala de bosque nativo para la generación de energía calórica de cocción de ladrillos y/o cerámica, impactando en proceso de desertificación regional. El elenco de materiales más frecuentemente empleados son de reducido espectro. Así, el acero y el cemento constituyen los insumos más frecuentes en las obras de arquitectura. Su producción es de alta dependencia energética. Luego, los materiales como la madera, el yeso, los áridos (arenas y gravas), así como materiales pétreos, son recursos naturales. La mayoría de ellos, son recursos abundantes y renovables a largo plazo. Los insumos plásticos empleados en la construcción son de reducida escala, aplicándose en conductos e instalaciones principalmente, y en revestimientos con escasa magnitud. Pinturas y aditivos son los ítems de mayor innovación, con activa presencia de la industria química. Por lo demás, existe un débil desarrollo del sector de los materiales, debido quizás a la fuerte tradición constructiva del ladrillo y el hormigón armado. Éstos últimos son el componente y el material de la construcción tradicional de mayor presencia en las

obras de arquitectura, y expresan de manera más representativa la alta incidencia de la mano de obra del “artesano en extinción”. Sin embargo el carácter polivalente de estos ítems resuelve en espesores adecuados casi todos los requerimientos habitacionales: estanqueidad, confort térmico y acústico, aislación hidrófuga y capacidad portante. En nuestro país, existe confianza incipiente en el uso de semiproductos, aunque su uso generalizado va en aumento. Con ello nos referimos a tableros, telas, chapas, tubos. Paneles conformados en base a derivados de la madera, o aquellos derivados de la industria del envase “tetra brick”, constituyen los ejemplos más destacados.

Materia y materiales: la cuestión de la innovación Un informe de Internacional Environmental Technology Centre dependiente de Naciones Unidas3 señala la importancia de la investigación y desarrollo de técnicas de construcción con enfoque ambiental y económico en orden a diseñar edificios e infraestructura que sean sostenibles, saludables y accesibles, así como alentar la innovación en diseños y sistemas de construcción. El mismo informe señala que el concepto de sustentabilidad constructiva ha evolucionado durante varias décadas4, inicialmente referido al aspecto de los recursos limitados -no renovables-, especialmente energía, y cómo reducir el impacto sobre el medioambiente natural. El énfasis estaba puesto en aspectos técnicos tales como materiales, componentes de edificación, tecnologías de construcción y energía en relación a los conceptos de diseño. Más recientemente, ha crecido la apreciación sobre el significado de los aspectos no tecnológicos. Es ahora reconocido que la sustentabilidad económica y social es importante, así como los aspectos del patrimonio cultural del ambiente construido. Vanderley John (USP, 2003) plantea que en cualquier sociedad, la cantidad de residuos generados supera la cantidad de bienes consumidos. Así la sociedad industrial, al multiplicar la producción de bienes, ha agravado este proceso. Para el autor, el desarrollo sustentable requiere una reducción del consumo de materias primas naturales no renovables. El cierre del ciclo productivo, generando nuevos productos a partir del reciclaje de residuos, es una alternativa insustituible. Una metodología de desarrollo de materiales sustentables debe incorporar aspectos ambientales, de desempeño del producto, durabilidad en el tiempo, interacción con la industria generadora del residuo, como así también aspectos sociales. Materiales con post residuos La incorporación de deshechos de origen agroindustrial constituye una importante fuente de recursos para el sector de la construcción. Respecto de desechos de carácter orgánico sobre base cementicia, caben citar las experiencias en el Instituto Torroja, en el Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), y actualmente en la Escola Politécnica de la Facultad de Ingeniería. En Laboratorio de Construçoes e Ambiença, y en el grupo de materiales para Biosistemas de la

3InternacionalEnviromental Technology Centre – Division of Technology, Industry and Economics – United Nations EnviromentProgramme (UNEP) 4 Edificación y Construcción Sustentable http:/www.unep.or.jp/itec/Activities/Urban/sustainable_bldg_const.asp

Universidad de São Paulo, con abundante producción de trabajos con fibras naturales de coco, de sisal, de bagazo de caña de azúcar y residuos de la industria de la madera. El Dr. Ing. Ind. Salas Serrano y su equipo de investigación en el Torroja, desarrollaron hace un par de décadas bloques de cemento para cerramientos verticales, incorporando cáscaras de arroz como agregados vegetales.5 A nivel local, la utilización de las cáscaras de maní en la elaboración de materiales y componentes constituye una oportunidad para el sector de la arquitectura y el diseño, atendiendo la problemática del sector manicero.

Aplicaciones de paneles de cascras de maní: Dra. Mariana Gatani, DI Victoria Granero, Arq. Josefina Lerda Fig 3: Imágenes de cascaras de maní Residuos urbanos e industriales pueden aplicarse a prácticas no tradicionales para el desarrollo del sector construcciones. En cada medio, la abundancia de residuos sólidos urbanos (RSU) y/o residuos provenientes de la industria del calzado, de los polímeros, de pinturas, de embalajes, de la agroindustria son oportunidades para desarrollar y promover materiales que despertaran la atención de productores, diseñadores y sociedad de los próximos años.

PET: CEVE

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Blousse: Ms Marcela Coppari

SALAS SERRANO, Julián. La industrialización posible de la Vivienda Latinoamericana, Editorial Escala. Bogotá, 2000

Fig 4: Imágenes de blousse y pet

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Ainstein, Luis et al, 1983, Problemática ambiental urbana. Documento MAB- 11, Argentina, Ficha 31, DDU/SVCA, Buenos Aires. AGOPYAN V., SAVASTANO H. JR: “Uso de materiales alternativos a base de fibras vegetales para cubiertas en Brasil” Anales de Workshop Reciclagem e Reutilizacao de Residuos como materiais de construcao civil. Departamento de Engenharia Civil. PCC – USP. Sao Paulo, 1997 Boletín CYTED, Proyecto XIV.3, Ed Arte Nuevo, Asunción, Paraguay 1997Barbosa , Normando. Acerca de los materiales de construccion. Anales Simposio Non Conventional Materials and Technologies. Rio de Janeiro, 2005 BERRETTA, Horacio. Vivienda y Promoción para las mayorías. Ed. Humanitas. Buenos Aires, 1995 CIB. Agenda 21 para a construcaosustentável. Traducao do Velatorio CIB. Publicacao 237. Trad. De I. Goncalves y otros. Escola Politécnica da USP. Departamento de Engenharia de Construcao Civil. San Pablo, 2000. 1 FERNÁNDEZ, Roberto Cuadernos de Trabajo de la Maestría de Hábitat y Vivienda. Módulo Nuevos Instrumentos de gestión urbana. La perspectiva ambiental. UNMdP, UNR, 2001 FERNÁNDEZ, Roberto + TIPU: Arquitectura y Ciudad. Del proyecto al ecoproyecto. Buenos Aires, 2003 Gatani, Mariana. Informe Proyecto de Investigación. PROCESOS DE ADOPCION TECNOLÓGICA PARA VIVIENDAS. Diagnóstico acerca de la aplicación de materiales y componentes no tradicionales en la construcción. Córdoba, 2004 InternacionalEnviromental Technology Centre – Division of Technology, Industry and Economics – United Nations EnviromentProgramme (UNEP) JOHN, Vanderley; CALVACANTE ROCHA, J.Utilizacao de Residuos naConstrucao Habitacional. CotetaneaHabitare. Programa de tecnología da Habitacao. Porto Alegre , 2003 LEVY, J. P.: “Les betons de sciures de bois”, Ed en Batir, 1952 MANCHE, H.: “Les mortiers de sciures de bois”, Ed en Révue des Materiaux, 1953 NIJKAMP, P. Regional sustainable development and natural resourse use, WB Annual Conference on Development Economics, Washington, 1990 PARICIO, Ignacio. La construcción de la arquitectura. Tomo 1. Las técnicas. Barcelona, 1995 SALAS SERRANO, Julián. La industrialización posible de la Vivienda Latinoamericana, Editorial Escala. Bogotá, 2000 Selección de ediciones CIID (Centro Internacional de Investigaciones para el Desarrollo) Selección de Ediciones del Boletín del Cemento Portland, del Instituto del Cemento Portland Argentino. Seoanez Calvo, M: Tratado de Reciclado y recuperación de productos de los presiduos, Ediciones Mundi Prensa, Mexico, 2000 WOODDROOF, J.G: Peanuts. Production, Processing, Products. AVI Publishing Company. Connecticut, 1983

Los materiales de construcción MARIANA GATANI*

La historia de la arquitectura es la historia del hábitat humano. La manera en que el hombre tuvo la necesidad de refugiarse de las inclemencias del tiempo y de la agresión de animales y tribus fue determinando, en un principio, la manera en que construyó su hábitat. Según la escuela de Semper, las técnicas y los materiales de construcción mucho influyeron en la respuesta arquitectónica que el hombre dio en cada tiempo y en cada lugar. Inicialmente, y por varios siglos, fueron los materiales naturales los que dieron la forma, la técnica y la calidad del hábitat construido. El hombre echó mano a los materiales del lugar, y en la forma en que le eran provistos por la naturaleza. Se trate de paja, madera o tierra, eran usados sin mediar ninguna técnica de tratamiento ni para su obtención, ni para su puesta en servicio. Posteriormente, el descubrimiento del fuego, la rueda y el desarrollo del conocimiento humano permitieron el uso de los mismos materiales naturales, pero con técnicas perfeccionadas. Así apareció la arquitectura de mayores dimensiones, y más tarde la incorporación del metal en las técnicas de construcción. En la arquitectura romana se encuentra el primer antecedente del uso de un material artificial: el hormigón. Usado en el Panteón, el hormigón llegó a la arquitectura y la construcción de canales, acueductos y puentes para no retirarse. La revolución industrial introduce en el sector de la construcción el acero y el vidrio. Son materiales artificiales, resultado de la industrialización de materiales de origen natural. El desarrollo industrial del sector ha permitido la evolución de estos materiales convirtiéndolos en protagonistas de la arquitectura de este tiempo. Los materiales sintéticos irrumpen en el escenario de la construcción en la segunda mitad del siglo pasado. La incorporación de materiales sintéticos tales como plásticos, es frecuente encontrarla en mobiliario, cortinas y accesorios, sin estar totalmente desarrollado su uso en paneles y elementos de resistencia mecánica. La evolución de las técnicas y los materiales se ha desarrollado de modo paralelo a la conservación de técnicas y materiales pasados. Así, conviven en el repertorio de la construcción materiales y técnicas de evolución junto a aquellos más artesanales, con una larga lista de matices intermedios. Podemos reconocer que a pesar del tiempo transcurrido desde las sociedades primitivas hasta hoy, todavía podemos encontrar técnicas y materiales usados desde tiempos remotos. El sector de la construcción puede resultar conservador y tradicional si se lo compara con otros sectores de la producción. Los medios de producción han cambiado, se han introducido materiales nuevos como el acero y el hormigón, y otros como el vidrio se producen en tamaños antes inimaginables. Sin embargo, muchos de los materiales de construcción fundamentales (madera, tierra cocida, piedra) ya empleados en las civilizaciones antiguas, se siguen usando con escasa innovación tecnológica. Las condiciones socio-económicas y políticas influyen sobre las decisiones tecnológicas. En el sector materiales, las condiciones de producción, escala e impacto han variado considerablemente. En las sociedades urbanas, la predominancia de los materiales industrializados del siglo XIX es una tendencia. La primera mitad del siglo XX marcó un cambio importante para la historia de la arquitectura. La reconstrucción de Europa después de las guerras, definió una nueva *

MARIANA GATANI, arquitecta – investigadora CONICET. Docente FAUDi – UNC- Miembro Red CYTED : Residuos agro industriales: Fuente sostenible de materiales de construcción.

manera de construir, la pre fabricación. Europa desvastada, con una urgente necesidad de alojamiento de personas y reconstrucción de edificios institucionales significó una demanda que la construcción prefabricada pudo resolver. Numerosas plantas de prefabricados se erigieron por los países Europeos, que luego de la disminución de la demanda y al no poder sostener su producción, fueron desapareciendo. En A Latina, la prefabricación pesada, normalmente a base de cemento, llegó sin mucha razón y por eso duró tan poco. Plantas instaladas en Cuba, no llegaron a funcionar en la plenitud de su capacidad, debido entre otras razones, al alto costo del cemento en los países que no lo producen. En tanto. ocurrió que en algunos países de A Latina, surgieron pequeñas fabricas o emprendimientos populares que tomaron de la prefabricación las ventajas de economía y la producción en serie, y se aplicaron en obras de viviendas individuales, normalmente asociadas a bajo costo o desarrollo comunitario. Ejemplos de ello son las tecnologías desarrolladas por CEVE en Argentina, FUNDASAL en San Salvador, SERVIVIENDA en Colombia, Hogar de Cristo en Chile. Hoy, es necesario plantear alternativas. El uso de los materiales naturales retira de la naturaleza y en grandes cantidades el soporte mismo del planeta: tierra, piedras, madera. Simultáneamente, la producción de materiales industrializados, resultado del procesamiento de los materiales naturales ha alcanzado tal nivel de impacto, que hoy constituye un verdadero problema ambiental. No cabe duda que con los materiales industrializados pueden ser realizadas construcciones fantásticas, muchas veces imposibles de ser construidas con materiales naturales. En la arquitectura moderna, encontramos ejemplos que son lecciones de arquitectura en los claustros de las más prestigiosas universidades. En tanto, algunas de estas tecnologías de producción presentan ciertas características que merecen ser citadas para motivar su análisis. Algunas de estas características poco convenientes son listadas por el Prof Normando Perazzo Barbosa, de la Universidad de Joao Pessoa (Brasil): 9 Emisión de gas carbónico y otros poluentes como resultado del proceso de fabricación de materiales industrializados que consumen oxígeno y liberan anhídrido carbónico, y muchos otros poluentes responsables de las lluvias ácidas que damnifican la tierra. La fabricación de cemento Pórtland es uno de los mayores emisores de CO2 en la atmósfera. Esta emisión está implícita en su proceso de fabricación. En términos resumidos, el cemento Pórtland proviene de la calcinación de arcilla con cal (carbonato de calcio). Durante esa quema, ocurre la descarbonatación de la cal según la reacción: CaCO3 + calor =CaO + CO2 9 El consumo de energía de los materiales industrializados es alto. Es el caso del acero, la industria cerámica, y el aluminio! Para producir acero, es preciso temperaturas por sobre 1800 ºC. Se calcula que la energía insumida en la producción de una varilla de 12,5 mmm sea del orden de 80 kWh, que es el consumo de una familia modesta. El aluminio exige 20 veces más de energía para producir la misma sección. Una bolsa de cemento de 50 kg necesita de 55 kWh. La temperatura de los hornos llega a 1450 ºC. Para producir azulejos y revestimientos cerámicos son exigidos potentes equipamientos para el moldeo, secado y cocción de estos materiales. Tiene lugar a temperaturas superiores a 1200 ºC Así, si se tiene encuentra la enorme cantidad de estos materiales producidos en el mundo moderno (la producción de acero está por sobre lo 800 millones de tn anuales),

se puede tener una idea del consumo desenfrenado de energía exigido para la fabricación de materiales industrializados. 9 Generación de residuos. La fabricación de materiales de construcción convencionales produce enorme cantidad de residuos. La producción de acero causa una gran cantidad de escoria, sólo en parte aprovechada por la industria del cemento La industria de la cerámica roja genera descartes de volúmenes importantes durante el propio proceso de producción, comercialización y transporte. Los métodos constructivos tradicionales producen gran cantidad de escombros, difíciles de ser reincorporados a la Naturaleza. Habitualmente, son dispuestos irregularmente en terrenos baldíos, en enterramiento clandestino, o depositados en la vía pública. Esto último, a riesgo de provocar inundaciones, y la proliferación de roedores e insectos. Otros problemas ambientales. El panorama se agrava con las consideraciones regionales. Una importante cantidad de suelo cultivable, moldeado y cocido, conforma buena parte de nuestras ciudades. Córdoba y gran parte de la región pampeana de nuestro país exhibe una mayoritaria construcción con ladrillos de tierra cocida. En la región de la pampa húmeda se producen 30 millones de ladrillos de barro al mes. Los tradicionales ladrillos son el resultado del moldeado y horneado de suelo fértil mezclado con deshechos orgánicos. Su forma de producción, a partir de la extracción de tierra vegetal (humus), y posterior quema en hornos a cielo abierto constituye un problema ambiental que se puede corregir: - Desertificación del suelo - Contaminación atmosférica por el humo y gases generados - Uso de bosque nativo talado en las proximidades de los cortaderos de ladrillos para la generación de energía calórica de cocción de ladrillos - Empleo de mano de obra informal y mal remunerada Además, en la producción de ladrillos de tierra cocida, las consecuencias ecológicas son severas: se utiliza sólo la capa superficial del suelo de la región más fértil del país. Según el biólogo Raúl Montenegro, los ladrillos comen tanto suelo como los viveros y las fábricas de cerámicos. En ambientes templados y tropicales, la formación de 25 mm. de suelo demanda entre 700 y 1100 años. En algunos ambientes, la formación de 1 cm. de suelo requiere 10 0000 años de trabajo eco sistémico. En realidad una actividad consuntiva, agrega Montenegro, debería hacerse en tanto garantice, vía algún mecanismo, que el sistema neutralice, o digiera, el impacto. 9

Hoy podemos decir que el panorama del sector de los materiales de construcción se ha ampliado, y que existen materiales no tradicionales (en desarrollo y por desarrollar) cuya técnica necesita evolucionar. Los materiales tradicionales, y aquellos que siendo tradicionales son usados de manera no tradicional, podrían ser reemplazados por materiales nuevos que incorporen insumos considerados deshechos en otros sectores industriales. Así, no solo se resolvería la disposición de los residuos sino que además podrían ser procesados con técnicas no contaminantes para el ambiente, y uso intensivo de mano de obra. Materiales sustentables Bajo el enfoque que relaciona el desarrollo de tecnología para construcción, la gestión de insumos, y la preservación del medio ambiente, el desarrollo de nuevos materiales en base a residuos responde al paradigma emergente de sustentabilidad tecnológica. Este nuevo paradigma en construcción vincula el desarrollo de tecnologías a los

procesos económicos, sociales y naturales contextuales, entendiendo que la perspectiva medioambiental es el soporte sustentable para el desarrollo. El problema de la sustentabilidad es considerado una de las principales discusiones de esta primera parte del siglo XXI. La percepción es que la acción humana está causando efectos sobre la Tierra no previstos por la naturaleza. La ciencia viene reuniendo considerable cantidad de evidencias de que el calentamiento global, la desertificación y el inadecuado manejo de los residuos resultantes de las actividades del hombre son ejemplos de consecuencias que deben ser revertidas. No existe un adecuado desarrollo de la tecnología que resuelva estos problemas, y a menos que la tendencia cambie, la vida en el planeta será cada vez más difícil. Materiales con cáscaras de maní En el Área de Desarrollo y Experimentación de Tecnologías para Viviendas, desde hace varios años se trabaja en la búsqueda de materiales formulados a partir de la incorporación de deshechos de origen urbano y agroindustrial. Uno de ellos tiene el propósito de proponer acciones que demuestren las posibilidades del empleo de cáscaras de maní en nuevos materiales de construcción, amigables con el ambiente, económicamente viables y técnicamente eficientes. Las cáscaras de maní constituyen un residuo sobre abundante en la provincia de Córdoba. En esta parte del país se cosecha el 95 % de la producción nacional manicera. Considerado una industria en expansión, Córdoba provee al mercado mundial unos 400.000 tn/ año de maní. Aproximadamente, el 30 % del total (150 000 tn/año) corresponde a las cáscaras, que hasta el momento no tiene valor comercial La cáscara de maní es muy liviana. Su Pe es aprox. 100 kg /m3. La dimensión de la “caja de maní“ depende de la variedad. La utilizada denominada runner es la que contiene de dos a tres granos cada una. Su tamaño no supera los 2,5 cm de largo, 1,5 cm de ancho y 1 cm de espesor. En relación a materiales de construcción, son conocidas algunas aplicaciones de las cáscaras de maní: - como agregado de cenizas para aditivar cementos puzolánicos. - La Universidad de Georgia ha patentado un procedimiento para el uso de cáscara de maní para la extracción de una sustancia química sustituto parcial de resinas fenólicas, que es usada como adhesivo. - En la Universidad Nacional de Río Cuarto (Córdoba – Argentina) paneles aglomerados fueron desarrollados con empleo parcial de cáscara de maní y virutas de maderas, usando adhesivo fenólico. Los resultados de la experiencia determinaron que la proporción óptima de agregado cáscara de maní era el 30 % sobre el total de partículas. Como resultados emergentes de los proyectos PICT 13 11608/02 y 33128/06, se han producido ladrillos y bloques elaborados con cáscaras de maní, cemento y aditivos químicos. Y también paneles de cielorraso elaborados con cáscaras de maní y resina poliéster. Se moldearon ladrillos y bloques de geometría y tamaño similar a los tradicionales ladrillos de tierra cocida y bloques de concreto: - Ladrillos de 25 cm de largo, 12 cm de ancho y 5 cm de espesor. Peso: 1,66 kg. (Fig 1) - Bloques de 39 cm de largo, 19 cm de altura y 19 cm de ancho. Peso: 2,72 kg., - Bloques de 39 cm de largo, 13 cm de altura y 19 cm de ancho para tabiques y techo. Peso: 2,10 kg. (Fig 2 y 3 ).

Se estima que la utilización de este tipo de elementos de mampostería “de cáscara de maní” en cerramientos proveen buenos niveles de aislación térmica; bajo peso de carga; y manipulación y puesta en obra sencillas, según la ya conocida técnica de la mampostería de ladrillos y bloques. Sin embargo, los valores de absorción de agua obtenidos estiman que su uso podría ser más adecuado en tabiques o paramentos interiores. Los resultados obtenidos en probetas con cáscaras – resina fueron aplicados en placas de cielorraso con bastidores de perfiles metálicos cada 50 cm. 9 Placas de 0,48 x 1,60 x 0,05 cm. P. aprox.: 1,2 kg. (Fig 4 y 5) Su aplicación fue evaluada con satisfactorio resultado estético y buen comportamiento como placas aislantes de temperatura. Agradecimientos A la orientación del Arq. Horacio Berretta Al equipo de investigación integrado por el Dr. Ricardo Arguello, Ing. Químico Sebastián Sesín, Sra. Soledad Bustamante, Sr. Luis Sosa y Sr. Miguel Gonzáles. Al Centro Experimental de Vivienda Económica, Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, y al Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas por el soporte a la investigación Al Laboratorio de Ensayos del Departamento de Estructuras- FCEFyN – UNC y al Taller de investigación y Diseño Estructural – FAUDi- UNC, donde se efectuaron los ensayos mecánicos de probetas y componentes

Materiales de Construcción Vol. 60, 298, x-xx abril-junio 2010 ISSN: 0465-2746 eISSN: 1988-3226 doi: 0000000000000

Nota Técnica:

Materiales compuestos de cáscaras de maní y cemento. Influencia de diferentes tratamientos químicos sobre las propiedades mecánicas Technical Note:

Effect of chemical treatments on the mechanical properties of peanut shell and cement blends M. Gatani(*), R. Argüello(*), S. Sesín(*) Recepción/Received: 00-IX-00 Aceptación/Accepted: 00-XII-00 Publicado online/Online publishing: 00-XII-00

RESUMEN

SUMMARY

La abundante disponibilidad de residuos de la agroindustria local (Córdoba, Argentina), ha promovido el desarrollo de nuevos materiales para la construcción. Este trabajo de investigación se desarrolla a partir de la utilización de cáscara de maní como agregado en mezclas de cemento a fin de conocer las propiedades obtenidas en relación al tratamiento de dicho agregado, para la producción de materiales de construcción.

An abundance of agri-food waste in the area around Cordoba, Argentina, has driven the development of new construction materials. This study explored the applicability of peanut shells as additions in cement blends and the suitability of the properties of the resulting mixes for use in construction materials.

Los ensayos demostraron mejoras en las propiedades mecánicas de las probetas realizadas con cemento y cáscaras previamente tratadas con cal viva (CaO), también en aquéllas aditivadas con silicato de sodio y sulfato de aluminio.

The mechanical properties of the specimens were observed to improve when the shells were previously treated with quicklime (CaO) or when sodium silicate and aluminium sulfate were added to the blend.

Si bien los materiales resultantes no tienen las propiedades mecánicas de los morteros y hormigones tradicionales, parecen interesantes para ser aplicadas en componentes de construcción livianos y de uso no portante.

While the resulting materials did not exhibit the same mechanical properties as traditional mortars and concretes, they do appear to be apt for use in lightweight and non-bearing structures.

Palabras clave: materiales con cáscaras de maní, uso de residuos agroindustriales, materiales compuestos de cáscaras de maní y cemento, material de bajo costo, propiedades mecánicas.

K e y w o r d s : materials containing peanut shells, use of agri-food waste, peanut shell and cement materials, lowcost materials, mechanical properties.

(

*) Centro Experimental de Vivienda Económica (CEVE)–Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (CONICET). Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCYT). Agencia Córdoba Ciencia (ACC) (Córdoba, Argentina). Persona de contacto/Corresponding author: [email protected]

M. Gatani et al.

1. INTRODUCCIÓN Existe una cantidad importante de residuos que origina la industria que podrían ser reutilizados. Por la escala de producción, y la capacidad de consumir materiales, el sector de la construcción es una alternativa válida para dar destino a residuos que mayoritariamente no tienen una disposición final sustentable. Ejemplos son los residuos de demolición, residuos plásticos (PET, polietileno, polipropileno o sus mezclas), neumáticos fuera de uso, entre otros. Los residuos de la agroindustria, por su ubicación, tienen escasa aplicación. Existe un mercado limitado para el empleo de cáscaras de maní como alimento de ganado, camadas de aves de corral y relleno de briquetas. Como usos adicionales, tenemos: camadas para mascotas, medio de cultivo de hongos, vehículo de pesticidas y fertilizantes, absorbentes de aceites derramados y carbón activado (1). En Ia provincia de Córdoba (Argentina) se cultiva el 95% de la producción nacional de maní, estimada en 700.000 t/año (2). La tercera parte de esta cantidad corresponde a la cáscara o caja, que es separada en las plantas seleccionadoras y procesadoras de maní. La disposición corriente de las cáscara de maní es la incineración o la utilización como combustible de calderas. Semejante volumen de cáscaras de maní a eliminar tiene un alto impacto ambiental. Debido a que en ocasiones, las cáscaras son sometidas a quema a cielo abierto, se producen grandes cantidades de CO2 y micro partículas en suspensión (humos). Otra consecuencia es la inutilización del suelo y degradación del área destinada a la quema1. Además, hay un impacto económico importante, debido a los costos de transporte, acopio, y los específicos, debidos a la incineración (3). De manera que la disponibilidad de cáscaras de maní es, en la provincia de Córdoba, abundante, concentrada y sin valor de mercado, y constituye un potencial recurso para ser utilizado en materiales de construcción. En Brasil, las fibras de coco y sisal constituyen verdaderas “canteras” o fuentes de recursos que son estudiadas para su aplicación como reemplazo de las fibrillas de asbestos en la producción de paneles de techo (4-7). El uso de fibras vegetales en nuevos materiales de construcción ha sido estudiado como refuerzo en

1

126

Una de las empresas procesadoras y seleccionadoras de maní consultadas estimó una superficie de campo entre 1 Ha y 2 Ha destinada para la quema permanente del residuo cáscaras de maní.

porcentajes de 2-3% en masa en matrices cementicias (6). Las características de estos materiales nuevos vienen dadas por el menor peso específico, y también por unos valores satisfactorios de resistencia a tracción e impacto, mayor control de fisuración, y mejor comportamiento dúctil a la rotura. Por otro lado, algunos aspectos de desempeño de estas fibras tienden a ser insatisfactorios en comparación con las fibras sintéticas, tales como reducida adherencia con la base cementicia y baja durabilidad en presencia de un medio alcalino y humedad (7). Existen tratamientos químicos, de naturaleza acida o alcalina, de los agregados vegetales para mejorar su compatibilidad con el cemento. También, tratamientos térmicos del tipo pirolisis. Es conocido que los tratamientos alcalinos provocan alteraciones estructurales en los principales componentes botánicos de los agregados vegetales (extractivos solubles, celulosa, hemicelulosa, lignina). Todos ellos son susceptibles de sufrir reacciones de rotura en su estructura química. La magnitud de estas alteraciones depende de la naturaleza del álcali utilizado, y los tiempos y temperaturas a los que es sometido el sustrato (8). Los efectos de los tratamientos ácidos sobre las fibras vegetales (9) varían con la naturaleza y concentración del ácido, y de la temperatura. En este trabajo, no se efectúan tratamientos ácidos para modificar la estructura química de los componentes de las cáscaras. Que, en el caso de utilizar compuestos azufrados, se podría presumir la presencia de lignosulfonatos como subproducto de las reacciones químicas Los tratamientos térmicos de pirolisis conducen a la degradación parcial de las hemicelulosas, celulosa y lignina, en ese orden, dependiendo de las temperaturas y de los tiempos de reacción (10). En este trabajo se presentan algunas de las posibilidades del desarrollo de nuevos materiales de construcción en base a cemento y cáscara de maní en relación de 1: 6 v/v. El artículo se compone de 5 partes. Después de la introducción, en el segundo apartado, se caracterizan los materiales utilizados: el tipo de cemento y composición química de las cáscaras, así como los tipos de tratamientos empleados y/o aditivaciones formuladas. En la parte experimental, se describen los métodos y procedimientos empleados para la caracterización óptica de las cáscaras, ensayo de tracción directa, compresión simple y determinación de densidad. En la cuarta parte se presentan los resultados obtenidos, antes de la discusión de los mismos. Finalmente, se enumeran las conclusiones.

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Materiales compuestos de cáscaras de maní y cemento. Influencia de diferentes tratamientos químicos sobre las propiedades mecánicas

Effect of chemical treatments on the mechanical properties of peanut shell and cement blends

2. MATERIALES 2.1. Aglomerante El aglomerante utilizado es cemento Portland con Filler calcáreo CPF 40, marca MINETTI (11). La composición química del cemento de referencia se describe en la Tabla 1.

Ojo, traducir tablas?

Proporción (% masa) Mínimo-máximo

CaO

58-66

SiO2

18-26

Al2O3

4-12

Fe2O3 + FeO

1-6

MgO

1-3

SO3

0.5-.5

K2O + Na2O

≤1

2.2. Agregado: cáscaras de maní Las cáscaras de maní empleadas presentan una composición variada. Éstas llegan desde las plantas de acopio, selección y procesamiento del grano. Es destacable la presencia de humus o tierra vegetal, e insectos que son incorporados durante el momento de la cosecha y/o transporte del maní. Del total de la cosecha de maní, se estima su composición porcentual en la Tabla 5.

Tabla 1 / Table 1 Composición química del cemento. …………………………………………………………… Compuesto

calcáreo, está limitado a 20% (12). Sus características son descriptas según el protocolo de análisis físicos, químicos y mecánicos del cemento Portland con Filler calcáreo Minetti CPF40 origen Planta CD Sur (Malagueño) Tablas 2, 3 y 4 (13).

En términos generales, la composición química de un agregado vegetal depende de la variedad, la región y el clima donde se cultiva (1). Existen variedades de maní, lo que influye en la diversidad y cantidad porcentual de algunos de los componentes químicos de la cáscara.

El cemento fillerizado es el producto que se obtiene de la molienda de clinker Portland y material calcáreo, con la adición de pequeñas cantidades de yeso (SO4Ca.2H2O) como regulador del fraguado. El contenido de material

Cabe destacar que, los compuestos químicos que se mencionan en el análisis están en función de la metodología analítica aplicada, y de los objetivos de la investigación.

Tabla 2 / Table 2 Protocolo de análisis químicos. ……………………………………………………………

Ojo, traducir tablas?

Análisis químicos

Unidad

Valor medio

Requisitos IRAM 50 000

Pérdida por calcinación (IRAM 1504)

%

5,60

≤12,00

Residuo insoluble (IRAM 1504)

%

2,59

≤ 5,00

Trióxido de azufre (SO3) (IRAM 1504)

%

2,70

≤ 3,50

Óxido de magnesio (MgO) (IRAM 1504)

%

3,26

≤ 6,00

Tabla 3 / Table 3 Protocolo de ensayos químicos. ……………………………………………………………

Ojo, traducir tablas?

Ensayos fisicos

Unidad

Valor medio

Requisitos IRAM 50 000

Retenido tamiz 75µ (IRAM 1621)

%

4,27

≤ 15,00

Superficie específica Blaine (IRAM 1623)

m2/kg

355

≥ 250

Expansión en autoclave (IRAM 1620)

%

0,16

≤ 1,00

Tiempo de fraguado Inicial (IRAM 1619) Final

minutos horas

146 05:02

≥ 45 ≤ 10

Tabla 4 / Table 4 Protocolo de ensayos mecánicos. ……………………………………………………………

Ojo, traducir tablas?

Ensayos mecánicos

Unidad

Valor medio

Requisitos IRAM 50 000

Resistencia a la compresión 2 días (IRAM 1622) 28 días

MPa MPa

21,71 41,83

≥ 10 ≥ 40 y ≤ 60

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M. Gatani et al.

Tabla 5 / Table 5 Composición del maní recolectado. …………………………………………………………… Ojo, traducir tablas?

Composición

Porcentajes

Tierra

hasta 2%

Tallo

hasta 1%

Grano

hasta 75%

Cáscara

hasta 25%

peso, esta relación no es constante, ya que los tratamientos previos realizados en las cáscaras, particularmente la adición de cal, modifican el pe del agregado al momento de la dosificación. No obstante, medidas las cáscaras en estado natural, la relación cáscaras-cemento es de 0,76 (g/g). b) Tratamientos y/o aditivos

Autores como Woodroof (1) y Yeboah et al. (14) han descrito la composición química de la cáscara de maní. La cáscara está formada aproximadamente por 95% de materia orgánica y 5% de minerales presentes en las cenizas (generalmente Si, Ca, Mg, K, Al, P, S, Cl). La bibliografía muestra que la composición química de la cáscara de maní está formada principalmente por celulosa, lignina y hemicelulosa (8). Contiene además otros polisacáridos, lípidos, proteínas, minerales, azúcares libres, resinas (Tabla 6).

Los tratamientos fueron realizados según los siguientes criterios: lavado, recubrimiento con cal viva (óxido de calcio) o aditivación química. Seis diferentes tratamientos de cáscaras de maní fueron ensayadas a fin de conocer el comportamiento mecánico de las mezclas de cemento-cáscaras: cáscara de maní natural, cáscara de maní lavada con agua pura, cáscara de maní pretratada con cal viva (hidróxido de calcio), cáscara de maní aditivada con silicato de sodio, cáscara de maní aditivada con silicato de sodio + sulfato de aluminio, y cáscara de maní aditivaza con sulfato de aluminio (Tabla 7).

Tabla 6 / Table 6 Composición química de la cáscara de maní. …………………………………………………………… Contenido

Cantidad %

Humedad

8-10%

Proteína cruda

6-11%

Grasa

1-2%

Celulosa

35-45%

Hemicelulosa

23-30%

Lignina

27-33%

Ceniza

2-4%

Extractivos

14%

• •

• Se determina además el peso específico de las cáscaras, a fin de caracterizar la granulometría de las partículas. En el tipo de agregado utilizado en este trabajo, las cáscaras de maní empleadas poseen un pe del orden de 120 kg/m3.

2.3. Preparación de las mezclas • a) Relación aglomerante-agregado • Para la realización de las probetas se utilizó la relación constante 1:6 v/v cemento-cáscaras de maní. Medida en

Condición 1: cáscara de maní natural. Condición 2: cáscara de maní natural lavada con agua. Se sumergió la cáscara de maní en agua pura, en cantidad necesaria hasta que el agua la cubriera totalmente y se mantuvo por 1/2 hora. Posteriormente se eliminó el agua dejando escurrir el sobrante. Esta operación se repite dos veces más. Se deja secar al exterior, durante 96 h a temperatura ambiente de 22 ºC. Condición 3: cáscara de maní pretratada con cal. Se humedece la cáscara con agua hasta saturarla. Por cada kg de cáscara se utiliza 1,4 l de agua. Posteriormente se impregna la cáscara humedecida con 0,75 kg de cal viva molida (OCa). Se dejó en envase herméticamente cerrado durante 48 h, para que la cal se apague con la humedad de la cáscara y no del ambiente. Condición 4: incorporación de silicato de sodio al 2,5% P/V en el agua de amasado Condición 5: incorporación de silicato de sodio al 2,5% P/V y sulfato de aluminio al 2,5% P/V en el agua de amasado. Se trabajó con dos sales solubles

Tabla 7 / Table 7 Dosificaciones utilizadas de morteros con cáscaras de maní enteras. …………………………………………………………… Cáscara de maní

Serie de probetas

V (dm3)

1 2

128

Cemento

Ojo, traducir tablas?

Agua (l)

Aditivo

5,90

10

No contiene

5,90

8,60

No contiene

5

5,90

5,4

Cal viva: 3,36 kg relación v/p 12%

4,50

5

5,90

8

Silicato de Na al 2,5% (6.370 cm3)

30

4,50

5

5,90

8

Silicato de Na ( 160 g) y (SO)3Al2 (160 g)

30

4,50

5

5,90

10,5

Sulfato de Al al 2,5%: 160 g

P (kg)

V (dm3)

P (kg)

30

4,50

5

30

4.,50

5

3

30

9,19

4

30

5 6

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Materiales compuestos de cáscaras de maní y cemento. Influencia de diferentes tratamientos químicos sobre las propiedades mecánicas

Effect of chemical treatments on the mechanical properties of peanut shell and cement blends

•

que, al ser puestas en contacto unas con otras, se produce la precipitación de silicato insoluble. Para lograr la impregnación con silicatos insolubles, se procedió experimentalmente en dos etapas. La primera impregnación se realizó utilizando silicato de sodio al 2,5% P/V, agregado a la cáscara del maní hasta lograr que el material absorba toda la solución. Posteriormente, se agregó una solución de sulfato de Al al 2,5% P/V para que reaccione con el silicato anteriormente agregado. Condición 6: incorporación de sulfato de aluminio al 2,5% P/V en el agua de amasado.

c) Relación agua-cemento (W) La relación agua/cemento fue una variable que se modificó según el tipo de tratamiento de las cáscaras de maní y/o aditivo empleado en las mezclas. El criterio utilizado fue de carácter experimental. No fue una relación prefijada, sino que se determinó según las condiciones de absorción de los agregados. Cáscaras de maní pretratadas fueron menos absorbentes de agua que las cáscaras en estado natural. Para las mezclas de cemento y cáscaras enteras, W varió entre 1 y 1,44.

3.2. Ensayos mecánicos 3.2.1. Ensayo de resistencia a tracción directa A fin de estudiar la compatibilidad cemento-cáscara se ensayaron las probetas, para determinar la resistencia a tracción directa. De esta manera se pensó en establecer valores que midan la cohesión del ligante con el agregado de cáscara de maní. No existe una norma específica que describa este procedimiento, pero por el tipo de material se adoptó una forma de vincular elementos a las muestras que permitieran aplicar una fuerza de tracción directa y lograr una rotura para determinar la resistencia de ese material. Se tomó como referencia la Norma IRAM 1622 (15). Los método especificados en las diferentes normas existentes para otros materiales pueden diferir entre sí en la manera de preparar las muestras para aplicar la fuerza pero el principio físico es el mismo en todos los casos. T=P/A T: Resistencia a la tracción P: Carga Máxima de rotura a tracción A: Sección de la muestra ensayada

d) Preparación de las probetas Se moldearon 4 probetas cilíndricas de 100 mm de diámetro y 200 mm de altura (785 cm3) por cada mezcla propuesta, para la realización del ensayo de tracción. Se moldearon 5 probetas más de la misma medida, de las cuales se analizaron 4 muestras a la edad de 28 días para ensayos de resistencia a compresión, y la probeta restante se utilizó para determinación de densidad y absorción de agua.

El método consiste en la elaboración de probetas cilíndricas de 100 mm de diámetro y 200 mm de altura, según las dosificaciones descritas, y luego curadas durante 28 días. Posteriormente se realiza el encabezado cementicio con cemento-arena 1:2 en ambos extremos, a fin de fijar un inserto metálico de Ø 4,2 mm, desde donde se coloca la mordaza de la prensa.

La mezcla se realizó de forma manual, y las probetas fueron moldeadas por compactación manual. Se curaron durante 28 días en cámara con condiciones de atmósfera controlada, a una temperatura estimada en 20 ºC.

Las probetas se ensayaron con prensa universal modelo Ibertest UIB-60, con mordazas de tracción de carga controlada (la carga en el tiempo se aplica constante). Las probetas se ensayaron a tracción directa, hasta la rotura de las mismas.

3. MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES

Todas las muestras fueron ensayadas con más de 28 días de edad. Se ensayaron 6 series de 4 probetas cada una. Cada serie se corresponde con la dosificación y aditivos descritos.

3.1. Caracterización óptica del agregado 3.2.2. Ensayo de compresión simple La descripción morfológica de la cáscara de maní fue realizada con la técnica de observación a través de una lupa trinocular Arcano y las imágenes fueron registradas con una cámara fotográfica digital Moticam 1000 (1,6 MPixel). Las muestras fueron observadas con luz visible normal no polarizada. La observación e imágenes fueron tomadas en el Centro de Investigación de Materiales y Metrología (CIMM) de Córdoba (Argentina).

La Norma de referencia fue IRAM 1546 (16). El tipo de material a ensayar impidió ajustarse a las condiciones del encabezado (mortero de azufre a 130 ºC), debido a que en estas condiciones el material se alteraba o se rompían las cabezas. Estas últimas se realizan para lograr una buena distribución de la carga a través de una placa de poliestireno, que al deformarse más que la muestra permitía rellenar las irregularidades de éstas; y luego calcular según:

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M. Gatani et al.

T=P/A T: Resistencia a la compresión P: Carga Máxima de rotura a compresión A: Sección de la muestra ensayada El ensayo consiste en someter probetas de 100 mm de diámetro x 200 mm de altura. Las probetas se ensayaron encabezadas con mortero cementicio 1:2 (cementoarena) en los primeros 2 cm de altura de la probeta de cada lado. Además se añadió una placa de poliestireno expandido de 20 mm de espesor a fin de asegurar el reparto homogéneo de las cargas. El objeto de este ensayo fue medir la capacidad de resistencia mecánica comparada de las diferentes probetas. Se ensayaron 4 probetas por cada aditivación, a la edad de 28 días. Cabe destacar, que no se realizaron ensayos de resistencia a los 7 días debido al retardo en el tiempo de fraguado del cemento en las mezclas con agregados cáscaras sin aditivos, cuya resistencia era muy escasa. Las probetas fueron ensayadas con una prensa Ibertest UIB-60 con 600 kg de capacidad máxima. La escala utilizada fue de 1/10. 3.2.3. Ensayo de densidad El tipo de material impidió el secado en estufa a 100 ºC como se especifica en la Normas de bloques, ladrillos u hormigón. Por lo tanto se adoptó como peso seco el obtenido después de tener un tiempo determinado las muestras al aire en ambiente natural.

Figura 1. Aspecto de las cáscaras de maní a granel. Figure 1. ……………………………

La superficie externa de la cáscara natural de maní es rugosa, con estructura de celdas. Está multifacetada como si fueran “casquetes”. La textura superficial externa se parece a una superficie vitrificada, muy delgada y frágil, que se desprende con facilidad (Figura 2). Por debajo de ella existe una red, a modo de armadura o malla, que constituye el soporte de la primera capa. Se trata de una red interna fibrilar o de refuerzo, conformada por una malla hiperbólica con estructura ramificada, que le aporta rigidez estructural a la caja. Esta estructura de fibras está adherida a la capa interna, sobre la que deja surcos impresos. La última capa, la interna, es de aspecto más poroso, y de composición más compacta que la capa externa.

Para la medición del volumen la mayoría de los procedimientos existentes para bloques, ladrillo, hormigón, áridos, etc., utilizan el principio de Arquímedes. Pero este material flota por su baja densidad (