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Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas
de emergencia
Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas
de emergencia
Jorge Enrique Cruz BenedettiProfesor Titular
Universidad Pontificia Bolivariana - Monterí[email protected]
1Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Viviendas de EmergenciaViviendas de Emergencia
l Albergues temporales utilizados en situaciones decatástrofes naturales
l Área de construcción entre 9 y 25 m2l Desarrolladas en un solo nivell Elaboradas en madera natural
l Albergues temporales utilizados en situaciones decatástrofes naturales
l Área de construcción entre 9 y 25 m2l Desarrolladas en un solo nivell Elaboradas en madera natural
2Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Viviendas de EmergenciaViviendas de Emergencia
3Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Países desarrollados
Viviendas de EmergenciaViviendas de Emergencia
4Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Países sub-desarrollados
Viviendas de EmergenciaViviendas de Emergencia
5Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Países desarrollados
Madera Plástica Madera Plástica
Producto obtenido de plástico desechado.
l Proceso de fabricación:ÆAcopio desechos plásticosÆLavado (eliminación materia orgánica)ÆTrituraciónÆFundición (aplicación de calor)ÆVertido en moldes
Producto obtenido de plástico desechado.
l Proceso de fabricación:ÆAcopio desechos plásticosÆLavado (eliminación materia orgánica)ÆTrituraciónÆFundición (aplicación de calor)ÆVertido en moldes
6Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Madera Plástica Madera Plástica
Comenzó a fabricarse hace aproximadamente veinte años enlos países de Europa central, es un material reciclado yreciclable. Existen en el mercado productos que proceden dematerial reciclado al 100 % o mezclados con plástico virgen al75 % y 50 %. La composición de este material resultante esvariada; el componente principal es plástico, al que se sumaaluminio y fibra de celulosa como contaminante procedente deltetrabrik, y se le adicionan aditivos para conseguir colores,estabilidad y otras propiedades.
Comenzó a fabricarse hace aproximadamente veinte años enlos países de Europa central, es un material reciclado yreciclable. Existen en el mercado productos que proceden dematerial reciclado al 100 % o mezclados con plástico virgen al75 % y 50 %. La composición de este material resultante esvariada; el componente principal es plástico, al que se sumaaluminio y fibra de celulosa como contaminante procedente deltetrabrik, y se le adicionan aditivos para conseguir colores,estabilidad y otras propiedades.
7Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Madera Plástica Madera Plástica
8Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Tipos de madera plásticaTipos de madera plásticaMadera 100% de plástico reciclado:
La madera 100% de plástico reciclado se obtiene al reciclar PEAD(polietileno de alta densidad) y otros materiales termoplásticos. La ventajade este tipo de madera plástica es que tiene todas las propiedades delplástico y sus propiedades mecánicas se pueden garantizar con mayorcerteza.
Madera plástica con relleno de madera y/o fibras:
Combinación de madera natural y plástico reciclado. No tiene la mismavida útil que el producto hecho con plástico reciclado al 100%. Además, lamadera plástica con mezcla de madera se degrada, tal como lo hacen losproductos de madera natural.
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Ventajas Madera Plástica Ventajas Madera Plástica Ventajas:l Abundancia de la materia primal Bajo impacto ambientall Baja densidadl Gran durabilidad (no la atacan hongos ni se pudre)l Facilidad de Procesamiento (similar a la madera
natural)l Baja combustibilidadl Buena resistencia
Ventajas:l Abundancia de la materia primal Bajo impacto ambientall Baja densidadl Gran durabilidad (no la atacan hongos ni se pudre)l Facilidad de Procesamiento (similar a la madera
natural)l Baja combustibilidadl Buena resistencia
10Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Utilización de la madera plásticaUtilización de la madera plástica
En nuestro medio se utiliza para elaborar:
Postes para cercas de fincas, polines para construcción,estibas, tapas de alcantarillas, rejillas para sumideros,pisos para camiones, mangueras de riego, juegosinfantiles, casetas de almacén, garitas de vigilancia,canecas, bancas de parques, jardineras, tejas, muellespequeños, etc.
11Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Utilización de la madera plásticaUtilización de la madera plástica
12Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Agricultura - Ganadería
Utilización de la madera plásticaUtilización de la madera plástica
13Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Industria
Utilización de la madera plásticaUtilización de la madera plástica
14Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Mobiliario urbano
Utilización de la madera plásticaUtilización de la madera plástica
15Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Construcción
Beneficios al usar madera plásticaBeneficios al usar madera plástica
l Al utilizar madera plástica para viviendas deemergencia:ÆSe reduce la generación de residuos a través del
aprovechamiento en proyectos sociales devivienda.ÆPreserva el medio ambiente al evitar el envío de
estos desperdicios a los rellenos sanitarios.ÆPueden volverse a reciclar una vez que termine su
vida útil.
l Al utilizar madera plástica para viviendas deemergencia:ÆSe reduce la generación de residuos a través del
aprovechamiento en proyectos sociales devivienda.ÆPreserva el medio ambiente al evitar el envío de
estos desperdicios a los rellenos sanitarios.ÆPueden volverse a reciclar una vez que termine su
vida útil.
16Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Clasificación PlásticosClasificación PlásticosNombre Abreviatura
(opcional)Número de
identificación
Polietilen-tereftalato PET o PETE 1
Polietileno de alta densidad
PEAD o HDPE 2
Policloruro de vinilo o Vinilo
PVC o V 3
Polietileno de baja densidad
PEBD o LDPE 4
Polipropileno PP 5
Poliestireno PS 6Otros Otros 7
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Utilización de Productos PlásticosUtilización de Productos Plásticos
Se utilizan para elaborar:
Cables, alambres, bolsas industriales, botellas, tapas,muebles, superficies deportivas, embalajes, partes deautomóviles, cubiertas de construcción, carcasas deequipos electro-domésticos, geo-membranas, hilos,jeringas desechables, fibras para tapicería, pañalesdesechables, baldes, cajas de batería, perfilería paramarcos de puertas y ventanas, catéteres, bolsas desangre, radiografías, etc., etc.
18Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Utilización de Productos PlásticosUtilización de Productos Plásticos
Los más utilizados en la fabricación de la mayoría de losenvases son:
• Polietilen-tereftalato PET
• Polietileno de alta densidad PEAD
• Polietileno de baja densidad PEBD
• En menor proporción el polipropileno PP, y otros.
19Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Tiempo de degradaciónTiempo de degradación
20Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Tipo de plástico Tiempo (años)Polietilen-tereftalato PET 100 a 1000
Polietileno de alta densidad PEAD 300
Polietileno de baja densidad PEBD 150
Polipropileno PP 1000
MetodologíaMetodología
• Ensayos de productos (probetas de Ecoformas)
• Modelación estructural del modelo arquitectónico
• Comprobación de deriva y deflexiones por carga vertical
• Comprobación de los elementos estructurales deacuerdo al Título G de la NSR-98
21Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Modelo arquitectónicoModelo arquitectónico
Un móduloVarios módulos
22Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Ensayo de ProductosEnsayo de Productos
lNorma ASTM (American Society for TestingMaterials)
ÆEnsayos:• Compresión: D6108-03.• Flexión: D6109-05.• Peso específico: D6111-03.
ÆProbetas: 50x50 mm y 95x95 mm.
lNorma ASTM (American Society for TestingMaterials)
ÆEnsayos:• Compresión: D6108-03.• Flexión: D6109-05.• Peso específico: D6111-03.
ÆProbetas: 50x50 mm y 95x95 mm.
23Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Ensayo de ProductosEnsayo de Productos
ÆEn el caso de materiales que fallan a compresión porfractura (estallido), la resistencia a la compresión tiene unvalor muy definido. Los materiales que no fallan encompresión por estallido no exhiben un punto de fluencia,la resistencia a la compresión es arbitraria dependiendo delgrado de distorsión que es considerada como fallacompleta. Para madera sintética, el esfuerzo a unadeformación unitaria dada es de 3% (0.03 pulg/pulg[mm/mm]).
ÆEn el caso de materiales que fallan a compresión porfractura (estallido), la resistencia a la compresión tiene unvalor muy definido. Los materiales que no fallan encompresión por estallido no exhiben un punto de fluencia,la resistencia a la compresión es arbitraria dependiendo delgrado de distorsión que es considerada como fallacompleta. Para madera sintética, el esfuerzo a unadeformación unitaria dada es de 3% (0.03 pulg/pulg[mm/mm]).
24Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Ensayo de ProductosEnsayo de Productos
El ensayo no puede ser considerado significativo paradiseño de ingeniería en aplicaciones que difierenampliamente de la escala de carga-tiempo del ensayoestándar. Tales aplicaciones requieren pruebas adicionalestales como impacto, creep y fatiga.
El ensayo no puede ser considerado significativo paradiseño de ingeniería en aplicaciones que difierenampliamente de la escala de carga-tiempo del ensayoestándar. Tales aplicaciones requieren pruebas adicionalestales como impacto, creep y fatiga.
25Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Ensayo de ProductosEnsayo de Productos
Probetas
26Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Ensayo de ProductosEnsayo de Productos
Peso específico
27Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Ensayo de ProductosEnsayo de Productos
Ensayo de compresión28Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Ensayo de ProductosEnsayo de Productos
Ensayo de flexión
29Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Ensayo de ProductosEnsayo de Productos
Ensayo de compresión
30Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
0
5
10
15
20
25
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016
Esfu
erzo
Deformación
Ensayo de compresión
6C
7C
8C
9C
10C
Ensayo de ProductosEnsayo de Productos
Ensayo de flexión
31Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
Esfu
erzo
Deformación
Ensayo de flexión
6A
7A
8A
9A
10A
Ensayo de ProductosEnsayo de Productos
Probeta Densidad(gr/cm3)
Módulo Elástico
Compresión (Mpa)
Módulo Elástico Flexión(Mpa)
Módulo Rotura
Compresión(Mpa)
Módulo Rotura Flexión(Mpa)
50x50 mm 0.85 558 132 15.20 6.34
95x95 mm 0.89 334 234 7.83 8.47
32Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Ensayo de ProductosEnsayo de Productos
Relación modular madera natural vs. madera plástica:
E(mn)= ~ 12.000 MpaE(mp)= ~ 400 Mpa
η= 30
Deflexiones son 30 veces mayores
33Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Modelo EstructuralModelo Estructural
lElementos estructuralesÆColumnas: 20x20 cmÆVigas: 7.5x15 cm, 15x25 cm y 15x30 cmÆUniones: ángulo 4”x4”x1/4” con dos pernos Φ16 mm por
unión
lElementos no estructuralesÆRecubrimiento para muros en lámina de madera plástica
espesor 10 mm
lMódulo Elástico utilizado: 450 Mpa
lElementos estructuralesÆColumnas: 20x20 cmÆVigas: 7.5x15 cm, 15x25 cm y 15x30 cmÆUniones: ángulo 4”x4”x1/4” con dos pernos Φ16 mm por
unión
lElementos no estructuralesÆRecubrimiento para muros en lámina de madera plástica
espesor 10 mm
lMódulo Elástico utilizado: 450 Mpa
34Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Vista anterior Vista posterior
Modelo EstructuralModelo Estructural
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Comportamiento EstructuralComportamiento Estructural
Deformada cargas verticales Deformada cargas de viento
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Comportamiento EstructuralComportamiento Estructural
lDeflexión vertical máxima por cargasverticales: 2.54 cmlDeriva por cargas de viento (50 kph):ÆSentido X: 1.09%ÆSentido Y: 0.33%
lDeriva según NSR-98: 1.0%
lDeflexión vertical máxima por cargasverticales: 2.54 cmlDeriva por cargas de viento (50 kph):ÆSentido X: 1.09%ÆSentido Y: 0.33%
lDeriva según NSR-98: 1.0%
37Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Comportamiento EstructuralComportamiento Estructural
Solicitaciones más desfavorables
lCumplen con el Título G de la NSR-98
Solicitaciones más desfavorables
lCumplen con el Título G de la NSR-98
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Comparativo de costos *Comparativo de costos *Madera naturalMadera natural
39Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
ITEM DESCRIPCIÓN UN CANT V/UNIT. V(PARCIAL
1 Columna Sección 15x15 m 52 728 37,830
2 Viga Sección 10 x 20 m 145 640 92.800
3 Vigueta Sección 7,5 x 15 m 49 353 17,273
Total 147,903
* Precios a septiembre 2009
Comparativo de costos *Comparativo de costos *Madera plásticaMadera plástica
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ITEM DESCRIPCIÓN UN CANT V/UNIT. V(PARCIAL
1 Columna Sección 15x15 m 52 15,950 829,400
2 Viga Sección 10 x 20 m 145 14,200 2´059.000
3 Vigueta Sección 7,5 x 15 m 49 7,975 390,775
Total 3´279,775
* Precios a septiembre 2009
ConclusionesConclusionesl Es posible construir el modelo de vivienda de emergencia de dos
niveles propuesto en éste documento con las seccionesrelacionadas.
l El costo del mismo comparado a uno idéntico de madera natural esde alrededor de 22 mayor, sin entrar a ponderar el valor agregadode la duración y ausencia de mantenimiento de la madera plástica.
l No se puede garantizar la homogeneidad de los módulos deelasticidad o ruptura de la madera plástica debido al proceso defabricación, en el cual no hay una selección del tipo de plástico areciclar ni aplicación de presión en el momento del vaciado.
l Es posible construir el modelo de vivienda de emergencia de dosniveles propuesto en éste documento con las seccionesrelacionadas.
l El costo del mismo comparado a uno idéntico de madera natural esde alrededor de 22 mayor, sin entrar a ponderar el valor agregadode la duración y ausencia de mantenimiento de la madera plástica.
l No se puede garantizar la homogeneidad de los módulos deelasticidad o ruptura de la madera plástica debido al proceso defabricación, en el cual no hay una selección del tipo de plástico areciclar ni aplicación de presión en el momento del vaciado.
41Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
RecomendacionesRecomendaciones
l Para el uso específico de la madera plástica como elementoestructural, se hace indispensable seleccionar durante laetapa de acopio el tipo de plástico que se va a utilizar para laelaboración de las piezas estructurales, de manera que seutilice uno solo o una mezcla con la misma proporción.
l Con el fin de garantizar las propiedades mecánicas de lamadera plástica, se deberá implementar un proceso devaciado bajo presión y extracción de aire que garantice unporcentaje de vacíos mínimo.
l Para el uso específico de la madera plástica como elementoestructural, se hace indispensable seleccionar durante laetapa de acopio el tipo de plástico que se va a utilizar para laelaboración de las piezas estructurales, de manera que seutilice uno solo o una mezcla con la misma proporción.
l Con el fin de garantizar las propiedades mecánicas de lamadera plástica, se deberá implementar un proceso devaciado bajo presión y extracción de aire que garantice unporcentaje de vacíos mínimo.
42Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti
Gracias por su atención.Gracias por su atención.
43Elementos estructurales y no estructurales en plástico reciclado aplicados en viviendas de emergencia - I.C. J. Enrique Cruz Benedetti