UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA … · 2020. 9. 15. · caso de la semilla de chontilla (bactris maraja), tagua (Phytelephas macrocarpa), cuesco

UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

Proyecto de Investigación

“ESTUDIO DE LA ELABORACIÓN DE PIEDRAS DECORATIVAS A PARTIR

DE SUBPRODUCTOS DE LA INDUSTRIA ALIMENTARIA [SEMILLA DE

CHONTILLA (bactris maraja), TAGUA (Phytelephas macrocarpa), CUESCO DE

PALMA AFRICANA (elaeis guineensis) Y CÁSCARA DE COCO SECO (cocos

nucifera)]”

Autores

Kevin Eduardo Castro Arias

Gabriel Aron Santos Villena

Director de Proyecto de Investigación

Juan Alejandro Neira Mosquera PhD

Quevedo - Los Ríos - Ecuador

2018

Proyecto de Investigación previo a

la obtención del título de Ingeniero

Industrial.

ii

DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS

Yo, Kevin Eduardo Castro Arias, declaro que la investigación aquí descrita es de mi

autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación

profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este

documento.

La Universidad Técnica Estatal de Quevedo, puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este documento, según lo establecido por la Ley de Propiedad

Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.

f. ______________________

Kevin Eduardo Castro Arias

C.C. # 1206132712

iii

DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS

Yo, Gabriel Aron Santos Villena, declaro que la investigación aquí descrita es de mi

autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación

profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este

documento.

La Universidad Técnica Estatal de Quevedo, puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este documento, según lo establecido por la Ley de Propiedad

Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.

f. ______________________

Gabriel Aron Santos Villena

C.C. # 1206687871

iv

CERTIFICACIÓN DE CULMINACIÓN DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

El suscrito, Juan Alejandro Neira Mosquera PhD, Docente de la Universidad Técnica

Estatal de Quevedo, certifica que los estudiantes Castro Arias Kevin Eduardo y Santos

Villena Gabriel Aron, realizaron el Proyecto de Investigación de grado titulado





nucifera)]”, previo a la obtención del título de Ingeniero Industrial, bajo mi dirección,

habiendo cumplido con las disposiciones reglamentarias establecidas para el efecto.

______________________

Juan Alejandro Neira Mosquera PhD.

DIRECTOR DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

v

CERTIFICADO DEL REPORTE DE LA HERRAMIENTA DE

PREVENCIÓN DE COINCIDENCIA Y/O PLAGIO ACADÉMICO

Ing. Juan Alejandro Neira Mosquera PhD en calidad de Director del Proyecto de

Investigación titulado “ESTUDIO DE LA ELABORACIÓN DE PIEDRAS

DECORATIVAS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE LA INDUSTRIA

ALIMENTARIA [SEMILLA DE CHONTILLA (bactris maraja), TAGUA

(Phytelephas macrocarpa), CUESCO DE PALMA AFRICANA (elaeis guineensis) Y

CÁSCARA DE COCO SECO (cocos nucifera)]”, me permito manifestar a usted y por

intermedio al Consejo Académico de Facultad lo siguiente:

Que, los estudiantes KEVIN EDUARDO CASTRO ARIAS y GABRIEL ARON

SANTOS VILLENA, egresados de la Facultad de Ciencias de la Ingeniería, ha cumplido

con las correcciones pertinentes, e ingresado su Proyecto de Investigación al sistema

URKUND.

__________________________________________

Ing. Juan Alejandro Neira Mosquera PhD.

DIRECTOR DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

vi

CERTIFICADO DE APROBACIÓN POR TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN

UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN





nucifera)]”

Presentado a la Comisión Académica como requisito previo a la obtención del título de

Ingeniero Industrial.

Aprobado por:

______________________________

Ing. Luis Enrique Mera Chinga

Presidente Del Tribunal

______________________________ ______________________________

Ing. Rogelio Manuel Navarrete Gómez Ing. Robert William Moreira Macías

Miembro Del Tribunal Miembro Del Tribunal

QUEVEDO – LOS RÍOS – ECUADOR

2018

vii

AGRADECIMIENTO

A Dios Padre,

La Universidad Técnica Estatal De Quevedo,

PhD. Juan Alejandro Neira Mosquera,

Mi Familia,

Ing. Freddy Espinoza,

Industria “Piedra Pacific”.

Castro Arias Kevin Eduardo

viii

AGRADECIMIENTO

Santos Villena Gabriel Aron

En primera instancia agradezco a mis

padres y hermanos por sus enseñanzas y

consejos a lo largo de todo el camino, por

estar pendientes de mi formación ética y

moral, aconsejándome en seguir adelante y

cumplir con mis objetivos.

ix

DEDICATORIA

A Dios Padre,

mi abuela,

mi madre,

con respeto y cariño.

Castro Arias Kevin Eduardo

x

DEDICATORIA

Santos Villena Gabriel Aron

El presente trabajo es dedicado a mis

padres que siempre han estado

apoyándome en los buenos y malos

momentos de mi vida, por ser ese pilar

fundamental a lo largo de mi formación

personal y profesional.

xi

RESUMEN

Debido a los niveles actuales de contaminación, se plantea como alternativa el

aprovechamiento de subproductos de la Industria agropecuaria para la obtención de

materiales de construcción, para esto y debido a la predisposición y costos ínfimos se

pretende aprovechar subproductos del procesamiento de productos agrícolas, como es el

caso de la semilla de chontilla (bactris maraja), tagua (Phytelephas macrocarpa), cuesco de

palma africana (elaeis guineensis) y cáscara de coco seco (cocos nucifera), esto a fin de

disminuir la huella de carbono, contaminación ambiental (debido a la explotación de los

recursos naturales no renovables). Para la investigación se aplicó un diseño factorial

AxB+1 con tres repeticiones, teniendo como factor A (subproductos agroindustriales), en

el factor B se comprobaron tres tipos de proporciones para la fabricación de las piedras y

como testigo una mezcla estándar utilizada por la empresa Piedra Pacific de Quito-

Ecuador. Se realizó el análisis de la resistencia a la flexión, el porcentaje de absorción de

agua y el peso, estas pruebas se la realizaron en un laboratorio de estudios de suelos y

rocas. El tratamiento que más se acerca al testigo en la resistencia a la flexión es la semilla

de chontilla con una proporción de 20% de cemento, 50% de polvo de arena azul y 30%

del subproducto, en el caso de la absorción de agua el que tuvo un mayor porcentaje fue el

cuesco de palma africana y en el peso la tagua obtuvo un menor valor. Se concluye que el

mejor tratamiento es la semilla de chontilla porque presentó una mayor resistencia, peso

adecuado y con respecto a la absorción de agua no mostró diferencias con los demás

tratamientos por lo que se recomienda utilizar este subproducto debido a que presenta

mejores resultados que el testigo investigado.

Palabras claves:

Resistencia a la flexión, absorción de agua, diseño experimental AxB+1, dosificación.

xii

ABSTRACT

Due to the current levels of contamination, the use of by-products of the agricultural

industry for obtaining construction materials is considered as an alternative, for this reason

and due to the predisposition and minimum costs, it is intended to take advantage of

byproducts of the processing of agricultural products, as is the case of chontilla seed

(bactris maraja), tagua (Phytelephas macrocarpa), African palm (elaeis guineensis) and dry

coconut shell (cocos nucifera), in order to reduce the carbon footprint, environmental

pollution (due to to the exploitation of non-renewable natural resources). For the research,

a factorial design AxB + 1 with three repetitions was applied, having as factor A (agro-

industrial byproducts), factor B checked three types of proportions for the manufacture of

the stones and as a witness a standard mixture used by the company Pacific Stone of Quito-

Ecuador. The analysis of the resistance to flexion, the percentage of water absorption and

the weight were carried out, these tests were carried out in a soil and rock studies

laboratory. The treatment that comes closest to the control in the resistance to bending is

chontilla seed with a proportion of 20% cement, 50% blue sand powder and 30% by-

product, in the case of water absorption the that had a higher percentage was the African

palm coconut and in the weight the tagua obtained a lower value. It is concluded that the

best treatment is chontilla seed because it showed greater resistance, adequate weight and

with respect to water absorption showed no differences with the other treatments so it is

recommended to use this byproduct because it has better results than the witness

investigated.

Keywords:

Flexion resistance, water absorption, experimental design AxB + 1, dosage.

xiii

ÍNDICE GENERAL

DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS ................................................. ii

DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS ................................................ iii

CERTIFICACIÓN DE CULMINACIÓN DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN ........... iv

CERTIFICADO DEL REPORTE DE LA HERRAMIENTA DE PREVENCIÓN DE

COINCIDENCIA Y/O PLAGIO ACADÉMICO .......................................................................... v

CERTIFICADO DE APROBACIÓN POR TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN ..................... vi

AGRADECIMIENTO .................................................................................................................... vi

AGRADECIMIENTO .................................................................................................................. viii

DEDICATORIA .............................................................................................................................. ix

DEDICATORIA ............................................................................................................................... x

RESUMEN ....................................................................................................................................... xi

ABSTRACT .................................................................................................................................... xii

CÓDIGO DUBLIN ...................................................................................................................... xviii

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 1

CAPÍTULO I .................................................................................................................................... 2

CONTEXTUALIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................... 2

1.1. Problema de investigación ........................................................................................ 3

1.1.1. Planteamiento del problema ............................................................................................ 3

1.1.2. Diagnóstico del problema ................................................................................................. 3

1.1.2.1. Impacto ambiental del procesamiento de frutas y vegetales ......................................... 4

1.1.2.2. Cáscara de coco seco: Contaminante ambiental ............................................................ 4

1.1.2.3. Cuesco de palma como contaminante ambiental ........................................................... 4

1.1.3. Pronóstico .......................................................................................................................... 5

1.1.4. Formulación del problema de investigación ................................................................... 5

1.1.5. Sistematización del problema .......................................................................................... 5

1.2. Objetivos .................................................................................................................. 6

1.2.1. Objetivo General ............................................................................................................... 6

1.2.2. Objetivos Específicos ........................................................................................................ 6

1.3. Planteamiento de las hipótesis ......................................................................................... 7

1.3.1. Nulas (H0) .......................................................................................................................... 7

1.3.2. Alternativas (Ha) ............................................................................................................... 7

1.4. Justificación .............................................................................................................. 8

CAPÍTULO II ................................................................................................................................... 9

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA INVESTIGACIÓN .................................................. 9

xiv

2.1. Marco Conceptual ................................................................................................. 10

2.1.1. Piedra aglomerada ......................................................................................................... 10

2.1.1.1. Productos ........................................................................................................................ 10

2.1.1.2. Procesos de fabricación .................................................................................................. 11

2.1.2. Chontilla .......................................................................................................................... 12

2.1.2.1. Usos y mercados ............................................................................................................. 13

2.1.3. Tagua ............................................................................................................................... 13

2.1.3.1. Producción de la tagua ................................................................................................... 14

2.1.3.1.1. La tagua en el mundo ..................................................................................................... 14

2.1.3.1.2. Demanda de tagua en el Ecuador ................................................................................. 14

2.1.4. Palma africana ................................................................................................................ 14

2.1.4.1. El cuesco como agregado ............................................................................................... 15

2.1.4.2. Cuesco de palma africana .............................................................................................. 15

2.1.5. Coco ................................................................................................................................. 15

2.1.5.1. Características del producto: cáscara de coco ............................................................. 16

2.1.6. Cemento .......................................................................................................................... 16

2.1.6.1. Cemento Portland .......................................................................................................... 16

2.1.6.2. Cementos hidráulicos mezclados .................................................................................. 17

2.1.7. Carbonato de calcio ........................................................................................................ 18

2.1.7.1. Variedades comerciales .................................................................................................. 18

2.1.7.2. Proceso de obtención del carbonato de calcio molido ................................................. 18

2.1.8. Agregados ........................................................................................................................ 19

2.1.8.1. Propiedades principales de los agregados gruesos ...................................................... 19

2.1.8.2. Propiedades principales de los agregados finos ........................................................... 19

2.1.9. Características de los pigmentos ................................................................................... 19

2.2. Marco referencial ................................................................................................... 20

2.2.1. Piedras artificiales: morteros y hormigones. El cemento como máximo

representante de estos materiales de construcción ...................................................... 20

2.2.1.1. Historia de los aglomerantes hidráulicos en morteros y hormigones ......................... 22

2.2.1.2. Período antiguo (Mesopotamia 6000 a.C.-Roma 200 a.C.) .......................................... 22

2.2.1.3. Período moderno (Reino Unido 1756-actualidad) ........................................................ 22

2.2.2. Residuos agroindustriales como adiciones en la elaboración de bloques de

concreto no estructural ................................................................................................... 23

2.2.3. Diseño y prueba experimental de bloques ecológicos a base de materiales

orgánicos e inorgánicos .................................................................................................. 24

CAPÍTULO III ............................................................................................................................... 25

xv

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................................... 25

3.1. Localización ............................................................................................................ 26

3.2. Tipo de Investigación .............................................................................................. 26

3.2.1. Investigación Diagnóstica ............................................................................................... 26

3.2.2. Investigación Exploratoria ............................................................................................. 26

3.2.3. Investigación de Campo .................................................................................................. 26

3.2.4. Investigación Experimental ............................................................................................ 26

3.3. Métodos de investigación ......................................................................................... 27

3.3.1. Método empírico-analítico ............................................................................................... 27

3.3.2. Método científico .............................................................................................................. 27

3.4. Fuentes de recopilación de información ................................................................... 27

3.5. Diseño de la investigación ........................................................................................ 27

3.6. Instrumentos de investigación ................................................................................. 28

3.6.1. Diseño estadístico de la investigación ............................................................................. 28

3.7. Tratamiento de los datos.......................................................................................... 29

3.7.1. Medición experimental .................................................................................................... 29

3.8. Talento y recursos materiales .................................................................................. 30

3.8.1. Talento humano ................................................................................................................ 30

3.8.2. Herramientas y Equipos .................................................................................................. 30

3.9. Procedimental.......................................................................................................... 30

3.9.1. Subproductos agroindustriales ....................................................................................... 30

3.9.2. Materiales adicionales ....................................................................................................... 31

CAPÍTULO IV ............................................................................................................................... 33

RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................................................... 33

4.1.1. Evaluación de la resistencia a la flexión, contenido de agua e índice de

peso de cuatro subproductos vegetales ......................................................................... 34

4.1.1.1.1. Resultados con respecto a los factores de estudio ........................................................ 36

4.1.2. Comparación de las diferentes proporciones de conglomerantes (cemento

portland tipo 1 blanco y carbonato de calcio tipo B), piedra azul y los

subproductos agroindustriales en la elaboración de las piedras ................................ 38

4.1.3. Establecimiento de los rendimientos de los subproductos mediante

balance de materiales...................................................................................................... 40

4.1.3.1. Proceso de elaboración de piedras artificiales decorativas.......................................... 40

4.1.3.1.1. Recepción de materia prima. ......................................................................................... 40

4.1.3.1.2. Mezclado .......................................................................................................................... 40

4.1.3.1.3. Moldeado ......................................................................................................................... 40

4.1.3.1.4. Reposo .............................................................................................................................. 40

xvi

4.1.3.1.5. Desmoldar. ....................................................................................................................... 41

4.1.3.1.6. Empaquetado. ................................................................................................................. 41

4.1.3.2. Diagrama de flujo de la elaboración de piedras artificiales decorativas .................... 41

4.1.3.3. Balance de materia para el proceso de preparación de subproductos ....................... 43

4.1.3.4. Resultados de las pruebas de tukey (p

xvii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Descripción de los factores de estudio los cuales serán parte para

elaborar las piedras. ........................................................................................................ 28

Tabla 2: El esquema del análisis de varianza. ............................................................................... 28

Tabla 3: Combinación de los tratamientos para obtención de las piedras decorativas. ................ 29

Tabla 4: Herramientas, equipos e instrumentos de medición usados en la

elaboración de la piedra.................................................................................................. 30

Tabla 5: Análisis de resistencia a la flexión. ................................................................................. 34

Tabla 6: Análisis de absorción de agua. ........................................................................................ 35

Tabla 7: Diferencia de peso. .......................................................................................................... 36

Tabla 8: Descripción de la simbología del diagrama de flujo. ...................................................... 41

Tabla 9: Resistencia a la flexión. .................................................................................................. 44

Tabla 10: Absorción de agua........................................................................................................... 44

Tabla 11: Peso ................................................................................................................................. 45

Tabla 12: Costo-beneficio ............................................................................................................... 50

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 1: Muestra la prueba de tukey (p

xviii

CÓDIGO DUBLIN

Título:

“ESTUDIO DE LA ELABORACIÓN DE PIEDRAS DECORATIVAS A PARTIR DE

SUBPRODUCTOS DE LA INDUSTRIA ALIMENTARIA [SEMILLA DE



nucifera)]”

Autores: Castro Arias Kevin Eduardo, Santos Villena Gabriel Aron.

Palabras claves: Resistencia

a la flexión

Absorción de

agua Diseño experimental AxB+1 Dosificación

Fecha de publicación:

Editorial: Quevedo UTEQ 2018

Resumen:

Debido a los niveles actuales de contaminación, se plantea como alternativa el

aprovechamiento de subproductos de la Industria agropecuaria para la obtención de

materiales de construcción, para esto y debido a la predisposición y costos ínfimos se

pretende aprovechar subproductos del procesamiento de productos agrícolas, como es el

caso de la semilla de chontilla (bactris maraja), tagua (Phytelephas macrocarpa), cuesco

de palma africana (elaeis guineensis) y cáscara de coco seco (cocos nucifera), esto a fin

de disminuir la huella de carbono, contaminación ambiental (debido a la explotación de

los recursos naturales no renovables). Para la investigación se aplicó un diseño factorial

AxB+1 con tres repeticiones, teniendo como factor A (subproductos agroindustriales),

en el factor B se comprobaron tres tipos de proporciones para la fabricación de las

piedras y como testigo una mezcla estándar utilizada por la empresa Piedra Pacific de

Quito-Ecuador. Se realizó el análisis de la resistencia a la flexión, el porcentaje de

absorción de agua y el peso, estas pruebas se la realizaron en un laboratorio de estudios

de suelos y rocas. El tratamiento que más se acerca al testigo en la resistencia a la

flexión es la semilla de chontilla con una proporción de 20% de cemento, 50% de polvo

de arena azul y 30% del subproducto, en el caso de la absorción de agua el que tuvo un

mayor porcentaje fue el cuesco de palma africana y en el peso la tagua obtuvo un menor

valor. Se concluye que el mejor tratamiento es la semilla de chontilla porque presentó

una mayor resistencia, peso adecuado y con respecto a la absorción de agua no mostró

diferencias con los demás tratamientos por lo que se recomienda utilizar este

subproducto debido a que presenta mejores resultados que el testigo investigado.

Abstract: Due to the current levels of contamination, the use of by-products of the

agricultural industry for obtaining construction materials is considered as an alternative,

for this reason and due to the predisposition and minimum costs, it is intended to take

advantage of byproducts of the processing of agricultural products, as is the case of

chontilla seed (bactris maraja), tagua (Phytelephas macrocarpa), African palm (elaeis

guineensis) and dry coconut shell (cocos nucifera), in order to reduce the carbon

footprint, environmental pollution (due to to the exploitation of non-renewable natural

resources). For the research, a factorial design AxB + 1 with three repetitions was

applied, having as factor A (agro-industrial byproducts), factor B checked three types of

proportions for the manufacture of the stones and as a witness a standard mixture used

by the company Pacific Stone of Quito-Ecuador. The analysis of the resistance to

flexion, the percentage of water absorption and the weight were carried out, these tests

were carried out in a soil and rock studies laboratory. The treatment that comes closest to

the control in the resistance to bending is chontilla seed with a proportion of 20%

cement, 50% blue sand powder and 30% by-product, in the case of water absorption the

that had a higher percentage was the African palm coconut and in the weight the tagua

obtained a lower value. It is concluded that the best treatment is chontilla seed because it

showed greater resistance, adequate weight and with respect to water absorption showed

no differences with the other treatments so it is recommended to use this byproduct

because it has better results than the witness investigated.

Descripción: 91 hojas : dimensiones, 29 x 21 cm + CD-ROM 6162

URI:

1

INTRODUCCIÓN

Se estima que a nivel mundial se desecha hasta una tercera parte de los alimentos para el

consumo humano, generándose residuos desde el cultivo de la materia prima hasta su

comercialización. En los últimos años, ha aumentado el interés en el aprovechamiento de

residuos en diferentes ámbitos debido al bajo costo, a su alta disponibilidad, y a la

necesidad de reducir el impacto ambiental causado [1].

El desarrollo industrial conlleva al incremento en generación de residuos los cuales se han

convertido en una problemática tanto ambiental como económica para las empresas ya que

éstas se deben responsabilizar de los altos costos que genera su disposición final [1].

Actualmente, la industria busca nuevos procesos de producción que sean más eficientes y

que generen bajo impacto en el medio ambiente. Dentro de estos nuevos procesos se ha

encontrado la necesidad de disminuir la explotación de los recursos naturales

aprovechando los residuos generados en la industria [1].

Debido a la problemática actual sobre la contaminación ambiental provocada por los

residuos vegetales, se plantea en el siguiente trabajo de investigación el aprovechamiento

de los mismos, como es el caso de la semilla de chontilla, la tagua, el cuesco de palma

africana y la cáscara de coco seco para la elaboración de piedras artificiales decorativas,

beneficiando al entorno, ya que se elaborará un nuevo producto sano y ecológico

reduciendo así la sobreexplotación de los recursos naturales no renovables, los cuales son

utilizados para fabricar la mayoría de los materiales de construcción. Las piedras

artificiales hoy en día son la tendencia en lo que respecta a la decoración de espacios de

casas, es decir, cuenta con un gran mercado en nuestro país, ya que el producto es muy

económico, resistente, absorbedor de humedades y tiene un aspecto agradable, además de

que vienen de distintos tamaños y formas, ganando día a día clientes interesados.

Del mismo modo, el aprovechamiento de estos residuos o subproductos, no solo contribuye

a disminuir la explotación de recursos sino también la contaminación y degradación del

ecosistema, evitando una disposición final inadecuada como es el caso de las quemas, el

uso en rellenos sanitarios o el vertimiento a fuentes hídricas [1].

2

CAPÍTULO I

CONTEXTUALIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

3

1.1. Problema de investigación

1.1.1. Planteamiento del problema

El problema radica en que se utilizan de forma enorme los medios naturales no renovables

para el desarrollo de los materiales de construcción lo que causa agotamiento de suelos, la

contaminación del viento, etc., trayendo consecuencias en pérdidas de biodiversidad y

deforestación; por otra parte, las industrias alimenticias en el país ocasionan casi a diario

subproductos agroindustriales que no son aprovechados y por lo tanto desperdiciados, lo

que contribuye a la contaminación del ambiente, ya que los mismos tardan demasiado

tiempo en descomponerse en el entorno, como es el caso de la cáscara de coco seco.

Desafortunadamente hay poca utilización de subproductos agrícolas en la construcción, y

se debe a que se desconoce sus propiedades y beneficios, a la falta de confianza que se les

tiene principalmente por su resistencia relacionándolos así con una baja calidad; por lo que

también el uso de estos subproductos es limitado debido a la falta de investigación para

lograr un producto natural, consistente, elegante y armonioso con la naturaleza, y aunque

en tal caso, no vaya a brindar la adecuada tenacidad a los materiales constructivos, podría

dotar de elegancia y estilo distinto, generando una nueva tendencia en la construcción y

decoración moderna de estructuras, principalmente habitacionales.

1.1.2. Diagnóstico del problema

En el transcurso de las últimas décadas, diferentes corrientes del pensamiento y grupos

sociales vienen señalando las graves consecuencias del uso que el hombre moderno hace

de los recursos naturales y el medio ambiente y de los peligros que la actividad productiva

a escala actual entraña para la supervivencia de las diferentes especies que habitan el

planeta [2].

Cada vez, con mayor frecuencia, se pone de manifiesto una crisis en el medio ambiente

natural expresada en la escasez de recursos naturales, el aumento de la contaminación, los

problemas con la capa de ozono y, como uno de los indicios de mayor impacto a la vida

4

humana, el cambio climático; que, por la forma como afecta la salud y la vida en el

planeta, es tema obligado en medios políticos, gubernamentales y sociales [2].

1.1.2.1. Impacto ambiental del procesamiento de frutas y vegetales

El procesamiento de las frutas y vegetales compromete en gran medida las aguas residuales

y los residuos sólidos. Las primeras son altas en sólidos suspendidos, azúcares, harinas,

agentes de blanqueado, sales e, incluso, residuos de pesticidas. Los segundos comprenden

desechos de los procesos mecánicos de separación y preparación como semillas, hojas,

tallos y cáscaras, además de las unidades descartadas (por defectos físicos o biológicos) y

en general no se emplean como alimento para animales [3].

1.1.2.2. Cáscara de coco seco: contaminante ambiental

Por medio de un pequeño muestreo, dado que no existen datos actuales se conoció que los

desperdicios del coco como cáscara nunca han sido aprovechados, de hecho hasta el 2016

estos son botados en basureros municipales o públicos y a veces de forma irresponsable en

vertientes de agua, bosques o lugares alejados, no aptos para recibir estos elementos [4].

1.1.2.3. Cuesco de palma como contaminante ambiental

Así mismo de la totalidad de la fruta fresca se obtiene como desecho el 5% de cuesco, el

cual actualmente se lo utiliza como material para decoración de jardines y

fundamentalmente para colocarlo sobre carreteras lastradas como agregado, existen

iniciativas para formar briquetas de carbón con este material para exportación, sin embargo

éste tiene que competir con briquetas de rápida combustión y más que todo debido a la

importante inversión que se requiere para fabricar este producto. Es vital anotar que este

residuo proveniente de la extracción de aceite de palmiste sería la materia prima

fundamental para la generación de energía eléctrica ya que actualmente la mayor parte de

este material no tiene una aplicación directa y en lo que se ha convertido es en una fuente

de contaminación ambiental al ser un emisor de CO2 [5].

5

1.1.3. Pronóstico

De continuar con la sobreexplotación de los recursos naturales no renovables, se irán

agotando los mismos, causando el deterioro y contaminación del ambiente actual, la

afectación de los suelos y por ende traerá como consecuencia el alto costo de materiales

destinados a la construcción. Con la acumulación del desperdicio vegetal se contaminará el

entorno, pudiendo ocasionar infecciones por la contaminación de las fuentes hídricas

debido a la emanación de sustancias tóxicas que pueden estar disueltas.

Es por los motivos anteriores, que se planteará la idea de reutilizar los subproductos

vegetales para la elaboración de piedras artificiales decorativas para el revestimiento de

paredes, dándose de esta manera, una alternativa de solución a estos residuos que actúan

como contaminantes y a la vez que se propondrá reducir el manejo de los recursos

naturales no renovables, los cuales forman parte de la composición y estructura de los

materiales constructivos, ya que se trabajaría con subproductos que son ocasionados a

diario por la acción del hombre y por industrias agrícolas.

1.1.4. Formulación del problema de investigación

¿La falta de investigación acerca de las utilidades de los subproductos vegetales (la cáscara

de coco seco, la tagua, cuesco de palma africana, la semilla de chontilla) no permite el

desarrollo de nuevos productos destinados a la construcción y decoración de estructuras,

principalmente habitacionales?

1.1.5. Sistematización del problema

¿Los subproductos vegetales (la semilla de chontilla, la tagua, cuesco de palma africana, la

cáscara de coco seco), cuentan con las propiedades físicas adecuadas para la fabricación de

piedras decorativas?

¿Con la combinación de los conglomerantes, los subproductos de la industria agrícola y

piedra azul, se obtendrá la cohesión física adecuada en composición y estructura en el

producto?

6

¿El uso de distintos subproductos agroindustriales traerá diferencias de calidad?

¿El uso de distintas dosificaciones de subproductos repercutirá en el costo y la capacidad

del proceso de producción de las piedras artificiales decorativas?

1.2. Objetivos

1.2.1. Objetivo General

Estudiar las propiedades de la semilla de chontilla (bactris maraja), tagua (Phytelephas

macrocarpa), cuesco de palma africana (elaeis guineensis) y la cáscara de coco seco (cocos

nucifera) para la elaboración de piedras decorativas.

1.2.2. Objetivos Específicos

Evaluar la resistencia a la flexión, contenido de agua y diferencia de peso de cuatro

subproductos vegetales.

Comparar diferentes proporciones de conglomerantes (cemento portland tipo 1 blanco

y carbonato de calcio tipo B), piedra azul y los subproductos agroindustriales en la

elaboración de las piedras.

Establecer rendimiento de los subproductos mediante balance de materiales.

Determinar costos y capacidad productiva del proceso de elaboración de las piedras

artificiales decorativas.

7

1.3. Planteamiento de las hipótesis

1.3.1. Nulas (H0)

H0 = La utilización de subproductos (cuesco de palma africana, la tagua, semilla de

chontilla y la cáscara de coco seco) no influye en las características de calidad de las

piedras decorativas.

H0 = Los diversos porcentajes en la combinación de subproductos agroindustriales (cuesco

de palma africana, la tagua, la semilla de chontilla y la cáscara de coco seco), con los

conglomerantes (cemento portland tipo 1 y carbonato de calcio tipo B) y piedra azul, no

influye en las características de calidad de las piedras decorativas.

H0 = Las diferentes mezclas de los tratamientos no son propicias para la fabricación de las


1.3.2. Alternativas (Ha)

Ha= La utilización de subproductos (cuesco de palma africana, la tagua, semilla de

chontilla y la cáscara de coco seco) influye en las características de calidad de las piedras.

Ha= Los diversos porcentajes en la combinación de subproductos agroindustriales (cuesco

de palma africana, la tagua, la semilla de chontilla y la cáscara de coco seco), con los

conglomerantes (cemento portland tipo 1 y carbonato de calcio tipo B) y piedra azul,

influye en las características de calidad de las piedras decorativas.

Ha= Las diferentes mezclas de los tratamientos son propicias para la fabricación de las


8

1.4. Justificación

En la actualidad la utilización de los recursos naturales está llevando al daño del

ecosistema, esto se debe a que son recursos naturales no renovables por lo que su

explotación a gran escala lleva a esta problemática; otro problema que se medita es el

desperdicio que tiene la industria alimenticia al momento de realizar sus procesos

productivos, estos subproductos pueden ser orgánicos como inorgánicos.

Hoy en día se está procurando reutilizar los subproductos agroindustriales que ocasionan

estas empresas como materia prima para el desarrollo de nuevos materiales constructivos,

debido a la cantidad de desperdicios que se encuentran a las afueras de las ciudades,

botaderos, y no son aprovechados.

La utilización de los desperdicios vegetales puede significar ahorro económico para la

empresa que los utiliza, y se debe a que son subproductos ya procesados, permitiendo de

esta manera, la elaboración de nuevos productos de calidad y de menor costo, enfocados al

campo de dicha empresa.

Este estudio, acerca de la utilización que se les puede dar a ciertos tipos de desperdicios,

deja abierta una puerta para posibles investigaciones futuras, ya que mediante la misma

también se indaga sobre la explotación de medios naturales no renovables, que actualmente

está afectando al entorno.

9

CAPÍTULO II

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA INVESTIGACIÓN

10

2.1. Marco Conceptual

2.1.1. Piedra aglomerada

Bajo el término Piedra Aglomerada se engloban los elementos arquitectónicos

complementarios a los productos de recubrimiento, y que se obtienen mediante moldeo.

Inicialmente se fabrican en forma de bloques o losas, que pueden ser cortados para

transformarse en placas, baldosas, encimeras y elementos similares. Generalmente en la

industria se le suele aplicar a estos productos tratamientos químicos posteriores, para

obtener mejores condiciones de acabado [6].

La piedra artificial aglomerada con resinas ha tenido una buena acogida comercial,

especialmente enfocada a su utilización en encimeras para baños y cocinas. El atractivo de

estos productos se debe al bajo coste de fabricación y la capacidad de mecanizado [6].

Destacando que las prestaciones mecánicas que estos ofrecen, así como la facilidad de

corte compiten directamente con las piedras naturales y cerámicos. Además permite

aportar una gran gama de colores, texturas y acabados, haciéndolo muy llamativo en el

mercado [6].

2.1.1.1. Productos

Los productos que se obtienen a nivel industrial utilizan aglomerantes y cargas minerales,

así como aditivos y colorantes [6]. No hay disponibles datos concretos a cerca de las

proporciones y cantidades de los elementos que se producen, pero podemos tratar a rasgos

generales cada una de estas materias primas [6]:

Agregados: Los agregados o minerales son de origen natural, con diferentes

granulometrías. Trabajan con sílices y cuarzo, y que estos son prácticamente el 90% de

la composición total del producto. La naturaleza, las dimensiones y la escala

granulométrica de los agregados, se eligen en función de los aspectos estéticos y en

base a las características físicas mecánicas que se desean obtener. Lo que lleva a

11

considerar, si la granulometría de los agregados es determinante en las propiedades

mecánicas del producto final [6].

Aglutinante y aditivos: El aglutinante que se usa, es resina poliéster. Los aditivos son

componentes que se añaden en pequeñas cantidades a las pastas para obtener

determinados resultados [6].

Colorantes: Las pastas se pueden colorear añadiendo pigmentos. Los colorantes junto

con las dimensiones de los agregados, son de gran importancia para ofrecer al cliente

una gran variedad cromática y estética [6].

2.1.1.2. Procesos de fabricación

Los procesos de fabricación a nivel industrial de piedra aglomerada, pueden variar

dependiendo de muchos factores, como puede ser la calidad de las materias primas, los

procesos de conformado, los acabados que se llevan a cabo, etc. A continuación se

describirá un proceso básico de producción, para nombrar y definir las etapas importantes

[6].

Recepción de materias primas: El proceso comienza con la recepción de las materias

primas, áridos de origen natural, resinas y aditivos [6].

Almacenamiento: El almacenamiento de las partículas se realiza herméticamente para

evitar la contaminación por adición de impurezas [6].

Control de calidad: Antes de proceder a la mezcla de las materias primas, se realiza

un control de calidad de las mismas. Para garantizar las condiciones de resistencia

mecánica, pureza y granulometría. De esta forma se garantiza cumplir con los

estándares de calidad estipulados por la empresa [6].

Mezcla: Una vez aceptados los controles de calidad, se procede a mezclar las materias

primas y obtener la masa. Que estará compuesta de los áridos, resinas y aditivos.

Además del pigmento para aportar el color deseado, y la protección anti bacterias, uno

de los puntos fuertes de este tipo de producciones [6].

12

Prensa: La masa obtenida pasa por una prensa en la que una serie de rodillos le

aportan una determinada presión. Durante el paso por la prensa, la masa está sujeta a

un control continuo de pesos, para garantizar la uniformidad y buena distribución de la

mezcla [6].

Aspiración de vacío y vibración: Tras el paso por la prensa, la masa sufre aspiración

de vacío y vibración de forma simultánea, para conseguir una compactación y eliminar

bolsas de aire y burbujas [6].

Curado: El curado de la masa consta de dos etapas, una fase inicial de horneado

durante 30 minutos a 100ºC, para agilizar el curado de la pieza. Posteriormente se deja

enfriar durante 24 horas [6].

Acabado: Puesto que la pieza una vez curada no es del todo uniforme, se procede a un

calibrado de la misma. Y además con el fin de obtener las condiciones estándar de

brillo, se realiza un proceso de pulido, usando discos y fresas [6].

Almacenamiento: Para proceder a su almacenamiento se adaptan las medidas a las

solicitadas por el cliente [6].

Control de calidad y embalaje: Por último se realiza un control de calidad final, para

asegurar las características solicitadas por el cliente y se procede al embalaje de la

misma para ser distribuida [6].

2.1.2. Chontilla

La chontilla está presente en el occidente de Venezuela, la costa caribeña de Colombia, la

costa pacífica y las estribaciones andinas occidentales de Colombia y Ecuador, así como en

las estribaciones andinas orientales y la Amazonía de Perú, Bolivia y los estados brasileros

de Acre, Rondonia, Amazonas, Mato Grosso y Pará. En Ecuador se encuentra en bosques

húmedos tropicales y subtropicales de la Costa, a 50–1300 m de altitud y en bosques

semisecos de las provincias de Manabí, El Oro, Loja y Los Ríos [7].

13

2.1.2.1. Usos y mercados

La chontilla (variedad chichagui) tiene una menor importancia por sus usos. Sus frutos se

comercializan eventualmente en los mercados locales de Chone, Calceta, Quinindé y

Quevedo. Son de menor tamaño que los del chontaduro y con ellos se prepara un alimento

típico de esta región denominado “borroque”, para lo cual se procede a la cocción del fruto

y la separación de la pulpa de la semilla. También se reporta el uso de esta variedad para la

fabricación de chicha de chontilla en el noroeste de Ecuador [7].

2.1.3. Tagua

La palmera tiene un aspecto muy singular, se caracteriza por tener un tronco rastrero del

cual parten numerosas raíces adventicias, de hasta 6 m, arqueado y ascendente sólo en una

breve porción terminal, donde se desarrolla una densa corona de hojas pinnadas, erectas, de

hasta 6 m. Las flores son unisexuales, sobre individuos distintos (dioicos); las masculinas

se reúnen en espádices no ramificados, largos y cilíndricos, las femeninas en glomérulos,

muy pequeños y compactos. En la maduración dan origen a una infrutescencia globosa,

constituida por un conjunto de frutos (drupas) parcialmente concrescentes, con 6-9

semillas. Las semillas contienen un tejido nutritivo (albúmen), inicialmente lechoso,

comestible y de sabor agradable, que al madurar se vuelve durísimo y muy similar al marfil

animal [8].

El fruto que se forma crece lentamente y contiene de 200 a 210 semillas grandes, las cuales

están envueltas en una sustancia húmeda y olorosa que se comen las ardillas. Las semillas

son blancas y muy duras, de allí el nombre de marfil vegetal [8].

La semilla una vez madura y seca se convierte en la tagua: un material duro de color y

textura similar al marfil del colmillo de los elefantes, por lo que se le llama “marfil

vegetal”. La tagua es un material noble que se lo puede cortar, tallar y pulir para hacer

objetos decorativos o utilitarios entre los cuales los botones tienen una larga historia en el

Ecuador [8].

14

El nombre científico de la planta es Phytelephas aequatorialis o denominada también

Phytelephas macrocarpa. La planta normalmente crece en los bosques húmedos tropicales

de la región del pacífico, específicamente en Panamá, Colombia y Ecuador [8].

La tagua, corozo o denominado también como marfil vegetal es la almendra celulósica

compleja de la semilla teniendo un color blanco, duro, pesada, lisa y opaca donde adquiere

brillo con el pulimiento. La tagua crece de forma silvestre en bosques, denominados como

cadeales [8].

2.1.3.1. Producción de la tagua

2.1.3.1.1. La tagua en el mundo

En la actualidad se exporta productos a base de tagua a países como Italia, Estados Unidos,

Alemania, Japón, Corea y España. Nuestro país exporta la tagua en forma de animales

(forma circular para producir los botones) las cuales son clasificadas de acuerdo a su

tamaño y colocadas en sacos para la exportación. Estos contienen entre 45 y 80 kilos cada

uno, el proceso de pelado, corte, torneado, clasificación y empaque, tiene un control de

calidad constante en la producción de discos de tagua que nos distingue como fabricantes

[8].

2.1.3.1.2. Demanda de tagua en el Ecuador

La producción de tagua en el año 2012 se obtuvo exportaciones de $ 6.4 millones. Además,

la demanda de tagua interna es mínima debido a que los botones de tagua son utilizados en

ropa de costura, existen una diversidad de modelos, colores y tamaños donde la mayoría

tienen impreso el logotipo que los identifica [8].

2.1.4. Palma africana

El racimo de palma africana que se utiliza para el proceso de extracción de aceite está

conformado por el raquis o tusa y la fruta la cual está constituida por la pulpa de donde se

extrae el aceite rojo de palma y la fibra, y la nuez que a su vez se encuentra constituida por

15

la almendra de la cual se extrae el aceite de palmiste y se encuentra recubierta por el

cuesco [5].

2.1.4.1. El cuesco como agregado

El cuesco posee una alta resistencia, de hecho su desprendimiento en el racimo se da solo

por el calentamiento en hornos y su trituración por altos procesos industrializados. La

razón principal de utilizar este tipo de agregado en la composición de la mezcla de

concreto es que actúe como material de relleno haciendo más económica la mezcla y que

proporcione su resistencia como elemento esencial a la compresión, además que controle el

cambio volumétrico en el fraguado al pasar de un estado plástico ha endurecido [5].

Existe la necesidad de buscar alternativas para un reciclado eficiente del cuesco,

actualmente las cantidades de producción son alarmantes, y las extractoras de aceite, del

lugar donde se generan estos residuos han intentado resolver el problema de manera

instintiva más que de forma técnica o han aplicado diferentes alternativas según la

oportunidad del momento [5].

2.1.4.2. Cuesco de palma africana

Se refiere a la cáscara que recubre la almendra y a las fibras resultantes del proceso de

prensado del fruto. El uso de este residuo agroindustrial como combustible no solo

contribuye con el tratamiento de residuos del proceso de obtención del aceite de palma,

sino que ayuda a disminuir la emisión de gases de efecto invernadero provenientes de los

combustibles fósiles [9].

2.1.5. Coco

El coco es el fruto de la planta denominada cocotero es originario del Asia, de donde se ha

extendido a todo el mundo. La forma de diseminación por el mundo es todavía incierta, sin

embargo, las teorías asociadas a su distribución en zonas pobladas por el hombre son las

más aceptadas. Su forma es redondeada, presenta una cáscara externa, correosa o fibrosa,

de 4 ó 5 centímetros de espesor, con pelos fuertemente adheridos a la nuez [10].

16

En la parte interna del fruto se encuentra un compartimiento cerrado de capa dura, llamado

nuez de coco; dentro de ésta, se descubre la semilla conformada por una pulpa blanca

comestible y un líquido ligeramente opaco, conocido como agua de coco [10].

2.1.5.1. Características del producto: cáscara de coco

Sus principales componentes son la celulosa y lignina. Esta última, provee la resistencia y

rigidez a la fibra. Se encuentra dentro de la categoría de fibras fuertes igual que el

henequén, pita, agave y abacá. Otra de sus características es ser bajo conductor de calor,

así como, ser resistente al impacto de las bacterias y el agua. Estas características, hacen

que la fibra de coco sea un material versátil que puede ser utilizado en cuerdas, colchones,

alfombras, cepillos, entre otros [11].

Adicionalmente, puede ser utilizada para combustible casero, secado de copra, y otros usos

semiindustriales (produce 3600 a 4600 kCal/kg). También se usa como fertilizante, ya que

compensa la pérdida de elementos mayores, particularmente potasio, así como materia

orgánica. Finalmente, como “agrotextil” es conocido por sus beneficios para el cultivo de

hortalizas y otras especies [11].

2.1.6. Cemento

La palabra cemento define un material aglomerante que tiene propiedades de adherencia y

cohesión, las cuales le permiten unir fragmentos minerales entre sí, para formar un todo

compacto con resistencia y durabilidad adecuadas. Esta definición no sólo abarca los

cementos propiamente dichos, sino una gran variedad de materiales aglomerantes como las

cales, los asfaltos y los alquitranes [12].

2.1.6.1. Cemento Portland

Se fabrica generalmente a partir de materiales minerales calcáreos, tales como caliza,

alúmina y sílice, que se encuentran como arcilla en la naturaleza. En ocasiones es necesario

agregar otros productos para mejorar su composición química, siendo el más común el

óxido de hierro [12].

17

Todo cemento Pórtland que se utilice para la elaboración de morteros, debe cumplir con la

norma ASTM C-150 “Standard Specification for Portland Cement” (Especificación

estándar para cemento Pórtland), que los clasifica de la siguiente manera [12]:

Tipo I: destinado a obras en general, que le exigen propiedades especiales [12].

Tipo II: destinado a obras expuestas a la acción moderada de los sulfatos y a obras en

donde se requiere moderado calor de hidratación [12].

Tipo III: desarrolla altas resistencias iniciales [12].

Tipos IV: desarrolla bajo calor de hidratación [12].

Tipo V: ofrece alta resistencia a la acción de los sulfatos [12].

2.1.6.2. Cementos hidráulicos mezclados

Es frecuente el uso de cementos a base de clinker Pórtland y una proporción de otro

material que aunque no tenga propiedades cementantes por sí mismo, las desarrolla cuando

se mezcla con el cemento Pórtland, como las escorias de hornos, puzolanas, cenizas

volcánicas. Estos cementos hasta ciertos límites en la proporción del material a adicionar,

resultan en cuanto a calidad similar al cemento Pórtland. Se encuentran definidos en la

norma ASTM C-595 “Standard Specification for Blended Hydraulic Cements”

(Especificación estándar para cementos hidráulicos mezclados), la cual reconoce cinco

tipos para usos generales y aplicaciones especiales, usando escoria de alto horno o

puzolana, con cemento Pórtland, clinker de cemento Pórtland o cal hidratada, estos son

[12]:

a) Cemento Pórtland con escoria de alto horno [12].

b) Cemento Pórtland puzolánico [12].

c) Cemento de escoria [12].

d) Cemento Pórtland modificado con puzolana [12].

e) Cemento Pórtland modificado con escoria [12].

18

2.1.7. Carbonato de calcio

El carbonato de calcio es un tipo de material calcáreo, con contenido de calcita por sobre el

80% en su composición [13].

2.1.7.1. Variedades comerciales

Carbonato de calcio molido: Producto obtenido de la molienda del mineral caliza [13].

Carbonato de calcio precipitado: Compuesto químico que se obtiene mediante el proceso

de carbonatación, el cual consiste en pasar dióxido de carbono en forma de gas a una

solución de lechada de cal [13].

2.1.7.2. Proceso de obtención del carbonato de calcio molido

Extracción: Se desmonta el área a trabajar y se remueve la capa superior de la tierra,

posteriormente se perfora aplicando el plan de minado diseñado, se realiza la carga de

explosivos y se procede a la voladura primaria, moneo, tumbe y rezagado, carga y acarreo

a planta de trituración [13].

Chancado: Los trozos son puestos en las quebradoras con el fin de reducir su tamaño y

facilitar la siguiente etapa que corresponde a la molienda [13].

Molienda: El producto triturado es introducido a los molinos para reducir aún más el

tamaño del grano del carbonato de calcio hasta convertirlo en polvo, así como preparar la

granulometría requerida por el usuario [13].

Clasificación: El producto obtenido en la molienda contiene varios tamaños de partículas

por lo que es necesario separarlas y remover las sustancias extrañas [13].

Envase y Embarque: El carbonato de calcio es envasado a través de una tolva de envase

en bolsas de papel, de hule o cargado directamente en carros para su entrega a granel [13].

19

2.1.8. Agregados

Los agregados que se utilizan en la preparación de los hormigones hidráulicos son: áridos

gruesos y áridos finos y estos deben ser, partículas limpias, duras, resistentes, durables y

libres de productos químicos, revestimiento de arcilla u otros materiales finos en

cantidades que puedan afectar la hidratación y la adherencia de la pasta de cemento [14].

2.1.8.1. Propiedades principales de los agregados gruesos

Las principales propiedades que deben cumplir los agregados gruesos son: granulometría,

forma de la partícula, textura, propiedades físicas y mecánicas como el peso volumétrico,

peso específico, absorción, resistencia a la abrasión y las características térmicas [14].

2.1.8.2. Propiedades principales de los agregados finos

Se considera agregado fino al material pasante del tamiz INEN 4.75 mm (No. 4) y puede

ser arenas naturales, arenas producto de la trituración, o una mezcla de ambas; las

propiedades principales que deben cumplir son granulometría y módulo de finura, así

como también su contenido orgánico [14].

2.1.9. Características de los pigmentos

Los pigmentos son materiales sólidos en forma de pequeñas partículas. Aquellos

pigmentos empleados para obtener los colores usados en las obras de arte pictóricas están

formados por granos muy finos de sustancias inertes, normalmente insolubles. Debido a

esto requieren de un vehículo oportuno, el aglutinante, para poder fijarse al soporte. El

pigmento, dispersado en el medio fluido, da a la película terminada su color y su poder

cubriente [15].

Los siguientes son algunos atributos de los pigmentos que determinan su idoneidad para

ciertos procesos de manufactura y aplicaciones [15]:

Color: Tono lleno [15]

20

Subtono o tono diluido [15]

Fuerza o poder colorante [15]

Solidez a la luz solar [15]

Resistencia química [15]

Resistencia a la temperatura [15]

Acción anticorrosiva [15]

Opacidad o transparencia [15]

Absorción de aceite [15]

Tamaño y forma de partícula [15]

Humectación y dispersión [15]

Toxicidad [15]

Precio [15]

2.2. Marco referencial

2.2.1. Piedras artificiales: morteros y hormigones. El cemento como

máximo representante de estos materiales de construcción

Las piedras pueden clasificarse en piedras naturales y artificiales [16]. El término piedra

natural es aplicado a todos los materiales de roca que han sido extraídos de canteras o

minas para ser utilizados en la construcción o uso industrial [16]. La piedra artificial es un

producto especial manufacturado y, en ocasiones, de aspecto similar a la piedra natural

[16]. Una de las piedras artificiales más corrientes es la obtenida con restos de la piedra de

machaqueo mezclados con cemento Portland (a veces coloreado) y agua [16].

El origen de la piedra artificial se localiza en Mesopotamia [16]. Su uso suplía la falta de

piedra natural en la región y la carencia de herramientas adecuadas para su extracción y

trabajado posterior, además su coste económico era mucho más reducido [16].

Los morteros están formados por un aglomerante, un árido (tamaño arena) y agua [16]. Los

hormigones tienen, además, un segundo tamaño de árido, la grava [16]. Los áridos

(tamaños arena y grava) proceden generalmente de materiales granulados o de machaqueo,

de naturaleza sedimentaria, metamórfica y/o ígnea, localizados en ríos, playas y/o minas

21

[16]. Los aglomerantes son muy variados, siendo los más comunes: la cal aérea que da

origen a morteros y hormigones comunes, y la cal hidráulica y el cemento, que originan los

morteros y hormigones hidráulicos [16].

La cal aérea es una cal grasa procedente de la calcinación a 1000ºC y durante 3-4 días, de

calizas puras con 1300ºC) y

durante menos de 8 horas, de calizas puras y arcillas (20-25%), dosificadas. El cemento

“Portland” es el cemento artificial más conocido en la actualidad [16].

22

2.2.1.1. Historia de los aglomerantes hidráulicos en morteros y hormigones

Dentro de la historia de los aglomerantes en morteros y hormigones se pueden distinguir

dos grandes períodos [16]:

2.2.1.2. Período antiguo (Mesopotamia 6000 a.C.-Roma 200 a.C.)

Este período se caracteriza por utilizar aglomerantes hidráulicos elaborados con mezclas

naturales de materias primas y donde los tratamientos térmicos se encuentran ausentes

[16].

Morteros: En Mesopotamia (4000-3000 a.C.) las cales previamente apagadas eran

mezcladas con tierras, dando origen a morteros que eran utilizados en los enfoscados [16].

En Roma (200 a.C.) Vitrubio recoge en sus tratados de arquitectura como las cales

apagadas eran mezcladas con puzolanas para producir el llamado “cemento romano”, el

cual era empleado como mortero en el revestimiento de los muros [16].

Hormigones: En Roma (200 a.C.) a las cales apagadas y a las puzolanas, en una

proporción 1:2, se añadían áridos gruesos dando origen al llamado “Mortero

Concrecionado” u “Opus Caementiciun” [16]. Su uso se centró en la construcción de obras

públicas y muros en general [16].

2.2.1.3. Período moderno (Reino Unido 1756-actualidad)

Este período se caracteriza por emplear aglomerantes hidráulicos elaborados con mezclas

naturales y artificiales de materias primas y donde los tratamientos térmicos son

imprescindibles [16]. En 1756, el ingeniero inglés John Smeaton, descubrió que las calizas

impuras (margas) resistían la acción del agua del mar [16]. Estos nuevos materiales

recibieron el nombre de “Cales Hidráulicas" [16]. En 1796, el inglés Parker, elevó la

temperatura de cocción de las margas, aumentando su hidraulicidad y velocidad de

fraguado con respecto a las cales hidráulicas [16]. Estos nuevos materiales se denominaron

“Cementos Naturales” o “Cementos Parker” [16].

23

En 1814, el químico francés Louis Vicat, establece las bases para la preparación de los

aglomerantes artificiales (“cementos artificiales”), al calcinar mezclas dosificadas de

arcilla y cal [16]. En 1824, el maestro de obras Aspdin, patenta la fórmula del “Cemento

Artificial Portland” [16]. La escoria recocida de los hornos y su molienda daba un producto

de fraguado lento, alta hidraulicidad y enorme resistencia [16]. En 1845, se inició la

producción industrial del Cemento Artificial Portland. Se cambia la dosificación caliza:

arcilla y se alcanzan tª>1300ºC en los hornos [16].

En 1875, se abren nuevas fábricas en Alemania y Francia, y en 1880, los hornos verticales

son sustituidos por hornos horizontales [16].

El empleo de estos nuevos aglomerantes, tanto en forma de mortero como de hormigón, se

centró principalmente en la construcción civil: faros, puertos, canales, depósitos, etc. Su

uso en la edificación tardó un tiempo debido a que era considerado un material poco o nada

estético [16].

2.2.2. Residuos agroindustriales como adiciones en la elaboración de

bloques de concreto no estructural

En la actualidad la investigación, la transferencia de tecnologías, los nuevos materiales de

ingeniería y la utilización de los residuos industriales generados tienen un papel importante

para el desarrollo, al generar innovación y mejora que fortalecen la producción de

productos y la prestación de servicios amigables con el medio ambiente [17]. La obtención

de cemento para fabricar concreto implica un alto consumo energético y grandes emisiones

de gases, lo que lo convierte en un material costoso y contaminante [17]. La industria del

cemento, a escala mundial, tiene el 2 % del consumo global de energía y el 5 % del

consumo global de energía industrial, lo que genera aproximadamente una tonelada de

CO2 por cada tonelada de clinker dependiendo de la eficiencia de la planta [17].

El empleo de estas adiciones como sustituto de cierto porcentaje de cemento disminuye el

costo medioambiental de la construcción, al reducir parte de la generación de CO2 y

explotación minera necesarias para la producción de cemento, además de mejorar la

gestión de los residuos y evitar su disposición en botaderos [17].

24

En la investigación se evaluó el aprovechamiento de la cascarilla de arroz, las ceniza de la

cascarilla de arroz y las ceniza de las centrales térmicas como adiciones residuales en

bloques ecológicos de mampostería dadas las ventajas que ofrecen, permitiéndonos

avanzar en el conocimiento de las características físicas, químicas y mecánicas de las

adiciones [17].

2.2.3. Diseño y prueba experimental de bloques ecológicos a base de

materiales orgánicos e inorgánicos

Este artículo describe el diseño y prueba experimental de bloques ecológicos a base de

materiales orgánicos e inorgánicos [18]. Para el desarrollo de este proyecto, se formularon

dos diseños experimentales para la fabricación de bloques especificando las dimensiones

de los bloques, proporciones, materiales, y peso de los mismos, para luego llevar esos

diseños a la realidad y fabricar 8 bloques para cada diseño experimental [18].

Posteriormente se realizaron las pruebas de resistencia a la compresión de los bloques

ecológicos basándonos en la Norma Técnica Panameña DGNTICOPANIT 163-2001 de

muestreo y ensayo para bloques de hueco de concreto, y así poder determinar si los

bloques ecológicos cumplían con los requisitos de resistencia a la compresión para bloques

no estructurales, ya que por sus dimensiones entran en esta categoría, así como lo establece

la Norma Técnica Panameña DGNTI-COPANIT 1612001 [18].

Finalmente, los resultados demostraron que las dimensiones de los bloques cumplen en

gran parte con requisitos en cuanto a dimensiones que deben cumplir los bloques de 4” x

18” para uso no estructural, y según los resultados de resistencia a la compresión, los

bloques sobrepasan los requisitos de resistencia a la compresión con tan solo 20 días de

curado, teniendo una resistencia mucho más superior a lo esperado y propuesto [18].

25

CAPÍTULO III

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

26

3.1. Localización

El desarrollo de este proyecto de investigación se lo realizó en la Industria “Piedra

Pacific”, situada en la parroquia Amaguaña sector San Fernando de la ciudad de Quito-

Ecuador.

3.2. Tipo de Investigación

3.2.1. Investigación Diagnóstica

Se utilizó este tipo de investigación para identificar la causa del por qué se están agotando

los medios naturales que son utilizados con fines constructivos y no se aprovechan los

subproductos agroindustriales que son desperdiciados en la agricultura o por industrias

alimentarias.

3.2.2. Investigación Exploratoria

Se hizo este tipo de investigación ya que no se cuenta con estudios antes realizados sobre

la aportación de subproductos agrícolas en lo que es la elaboración de piedras decorativas

artificiales, que funciones harían en la composición de tal manera que no llegue afectar la

calidad del producto.

3.2.3. Investigación de Campo

Mediante la presente investigación se tomó los datos del secado y de la granulometría de

las muestras para de esta forma hacer la debida evaluación bajo distintos parámetros.

3.2.4. Investigación Experimental

Mediante la investigación experimental se trabajó con una variable dependiente mientras

se manipulaba y experimentaba con las demás variables independientes.

27

3.3. Métodos de investigación

3.3.1. Método empírico-analítico

Este método se utilizó para visualizar las distintas pruebas de mezclado de cada

subproducto con los demás materiales constructivos para determinar cuál es la medida

óptima por cantidad de los mismos utilizando modelos de análisis estadísticos en la

combinación de la fase de elaboración.

3.3.2. Método científico

Utilizado en la comprobación de hipótesis que se formuló en base al tema de investigación

mediante la experimentación de campo que se hizo en el área de producción de la

compañía y la evaluación de los criterios de estudio en cuanto al aspecto del producto

decorativo.

3.4. Fuentes de recopilación de información

Fuentes primarias: La observación de laboratorio, de equipo.

Fuentes secundarias: Los artículos de investigación, páginas web, tesis afines al tema del

proyecto, métodos de ensayo para la evaluación de las propiedades físicas del producto.

3.5. Diseño de la investigación

Para el estudio experimental del proceso de fabricación de piedras decorativas a partir de

los subproductos agroindustriales utilizando conglomerantes y piedra azul, teniendo en

cuenta un testigo, se planteó un diseño de bloques completamente al azar con arreglo

factorial AxB + 1, con los niveles A=4 y B=3, teniendo como resultado un total de 13

tratamientos, con 3 repeticiones. Se aplicó este diseño para la comprobación de las

hipótesis de estudio mediante los procesos de planeación y conducción de las

combinaciones de subproductos agrícolas con los conglomerantes y demás materiales de

tal manera se pueda hacer la comparación de resultados al final de la elaboración.

28

Tabla 1: Descripción de los factores de estudio los cuales serán parte para elaborar las

piedras.

FACTORES DE ESTUDIO SIMBOLOGÍA DESCRIPCIÓN

Factor A: Subproductos agroindustriales. a0 Semilla de chontilla

a1 Cuesco de palma africana

a2 Cáscara de coco seco

a3 Tagua

Factor B: % de combinación de los

conglomerantes (cemento portland tipo 1

blanco y carbonato de calcio tipo B), piedra

azul y subproductos agroindustriales.

b0 20% - 50% - 30%

b1 20% - 40% - 40%

b2 20% - 30% - 50%

Testigo

Piedra decorativa de Industria PIEDRA

PACIFIC (la línea machalilla)

T 20% (cemento portland tipo

1 blanco y carbonato de

calcio tipo B), 45% (piedra

azul), 35% (cascajo de piedra

pómez)

Elaborado por: Castro K.; Santos G. (2018).

3.6. Instrumentos de investigación

3.6.1. Diseño estadístico de la investigación

Tabla 2: El esquema del análisis de varianza.

FUENTE DE VARIACIÓN GRADOS DE LIBERTAD

Tratamientos 12

Factor A 3

Factor B 2

Testigo vs Resto 1

Replicas 2

A*B 6

Error experimental 24

Total 38


29

3.7. Tratamiento de los datos

Para la formulación de los tratamientos se hizo las combinaciones, considerando:

subproductos de la Industria Agrícola; % de combinación de los conglomerantes (cemento

portland tipo 1 blanco y carbonato de calcio tipo B), piedra azul y los subproductos.

Además se consideró como testigo, las características de la piedra decorativa (machalilla)

de Industria PIEDRA PACIFIC.

Tabla 3: Combinación de los tratamientos para obtención de las piedras decorativas.

Nº Tratamientos Descripción

1 a0b0 La semilla de chontilla + (20% - 50% - 30%)



4 a1b0 Cuesco de palma africana + (20% - 50% - 30%)



7 a2b0 La cáscara de coco seco + (20% - 50% - 30%)



10 a3b0 La tagua + (20% - 50% - 30%)

11 a3b1 La tagua + (20% - 40% - 40%)

12 a3b2 La tagua + (20% - 30% - 50%)

13 testigo 20% (cemento portland tipo 1 blanco y carbonato de calcio

tipo B) + 45% piedra azul + 35% cascajo de piedra pómez.


3.7.1. Medición experimental

Peso.

Resistencia a la flexión.

Absorción de agua.

30

3.8. Talento y recursos materiales

3.8.1. Talento humano

Los investigadores que desarrollaron este proyecto.

El Director del Proyecto de Investigación.

Administradores De La Industria Piedra Pacific.

Entre otros.

3.8.2. Herramientas y Equipos

Tabla 4: Herramientas, equipos e instrumentos de medición usados en la elaboración de la

piedra.

Herramientas Equipos Otros Instrumentos

de medición

Mezcladora Compresor Computadoras Flexómetro

Bailejo Horno Cámara de fotos Escuadra

Tamiz Desecador Pen drive

Pala Balanza Lápiz

Brocha Prensa CBR Impresoras

Tabla de madera Estufa de secado Calculadoras

Molde de aluminio Amoladora con

disco de corte

Cubeta Picadora de pasto

Pincel Secadora de cacao

Bolsas herméticas Mesa vibratoria


3.9. Procedimental

3.9.1. Subproductos agroindustriales

Cuesco de palma africana

31

La tagua

La semilla de chontilla

La cáscara de coco seco

3.9.2. Materiales adicionales

Piedra azul

Cemento portland

Agua

Carbonato de calcio tipo A-B

El aceite de oliva para cocina

Pigmentos de distintas tonalidades

Para la elaboración de piedras decorativas se realizaron 38 experimentos, para los cuales se

emplearon: de 400 a 800 gramos de piedra azul (dependiendo del subproducto que se esté

utilizando), 1200 gramos de cemento portland, 1 kilo de agua, 10 gramos de carbonato de

calcio tipo B, 4 gramos de aceite de oliva (para la preparación del molde) y 6 gramos de

pigmento de cualquier tonalidad mezclado con 6 gramos de carbonato de calcio tipo A, por

cada tratamiento. Para la obtención de piedras decorativas se hicieron diversas tareas y

procedimientos que se señalan a continuación:

Paso 1: La recolección de los distintos subproductos agroindustriales antes mencionados

como la materia prima para la etapa de fabricación.

Paso 2: Se procede la deshidratación de los subproductos puestos de manera

independientes en moldes de aluminio posteriormente haber tomado su peso efectuando la

balanza para luego transportarlos hacia la estufa de laboratorio donde permanecerán el

tiempo que sea necesario hasta que tengan la humedad de 15%.

El procedimiento anterior se repite empleando la secadora de cacao para deshidratar los

subproductos en grandes cantidades.

32

Paso 3: Finalizada la fase anterior se transportan los subproductos al proceso de picado, en

la cual, el subproducto pasa las veces que sean convenientes hasta obtener el tamaño de 1

cm. de diámetro el material triturado, excepto la semilla de chontilla y el cuesco de palma

los cuales no pasan por este asunto.

Paso 4: Se procede a realizar la combinación de los subproductos de forma independiente

y colectiva con los materiales adicionales de la siguiente manera:

Se coloca agua en la cubeta acto seguido se pone el o los subproductos luego se añade la

piedra azul a la mezcla aumentándole algunas cantidades de agua, después de tener una

masa congruente se añade el cemento portland tipo 1 blanco y carbonato de calcio tipo B,

teniendo estos productos en la cubeta hasta que estén disueltos. Se mezcla el carbonato de

calcio tipo A con la tonalidad de la pigmentación y se pone a la pasta.

Paso 5: Antes de poner la mezcla en los moldes se ubica el aceite vegetal con pincel para

tener una mayor facilidad para desmoldar cuando finalice el secado.

Paso 6: Se sitúa la mezcla en los moldes y se emplea una mesa vibradora para su

compactación dejando secar así con el viento.

La mezcla queda en reposo algún tiempo, se desmolda la piedra decorativa con cuidado

para terminar con el proceso secado. Para la instalación de la piedra artificial se utiliza el

bondex plus.

33

CAPÍTULO IV

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

34

4.1. Resultados

4.1.1. Evaluación de la resistencia a la flexión, contenido de agua y

diferencia de peso de cuatro subproductos vegetales

4.1.1.1. Resultados con respecto al análisis de subproductos para la elaboración de

piedras artificiales

Tabla 5: Análisis de resistencia a la flexión.

Fuente Suma de

Cuadrados Gl

Cuadrado

Medio Razón-F Valor-P

EFECTOS PRINCIPALES

Tratamientos 1,63 12 0,13583333 65,2 2,18**

Factor A 0,82 3 0,27333333 131,2 3,01**

Factor B 0,28 2 0,14 67,2 3,4**

Testigo vs resto 0,48 1 0,48 211,11 4,26**

repeticiones 0,0015 2 0,00075 0,36 3,4

INTERACCIONES

AB 0,06 6 0,01 4,8 2,51*

Residuos 0,05 24 0,00208333

Total 6,0214 38


Interpretación: En la tabla 5 (anova) se muestran los resultados del análisis estadístico del

ensayo de la resistencia a la flexión con un nivel de confianza del 95%, donde se encontró

diferencia altamente significativa en los tratamientos, en el factor a (subproductos

agroindustriales), en el factor b (dosificaciones) y en el testigo vs el resto, en el caso de la

interacción del factor a con el factor b se encontró diferencia significativa, cabe mencionar

que los resultados se lo obtuvieron en MPa.

En el caso de las repeticiones no se encontró ningún tipo de diferencia, por lo que existió

normalidad en la toma de datos y es confiable seguir con el experimento.

35

Tabla 6: Análisis de absorción de agua.

Fuente Suma de

Cuadrados Gl

Cuadrado


EFECTOS PRINCIPALES

Tratamientos 126,66 12 10,56 242,7586207 2,18**

Factor A 43,89 3 14,63 336,3218391 3,01**

Factor B 14,04 2 7,02 161,3793103 3,4**

Testigo vs resto 59,12 1 59,12 1359,08046 4,26**

repeticiones 0,11 2 0,055 1,264367816 3,4

INTERACCIONES

AB 9,62 6 1,603333333 36,85823755 2,51**

Residuos 1,044 24 0,0435

Total 2930,62 38


Interpretación: En la tabla 6 se muestran los resultados del análisis de absorción de agua,

los cuales se reflejan en porcentaje (%) donde se trabajó con un nivel de confianza del

95%, obteniéndose que en los tratamientos, en el factor a (subproductos agroindustriales),

factor b (dosificaciones), interacción ab y en el testigo vs el resto, se encontró diferencia

altamente significativa.

En el caso de las repeticiones no se encontró ningún tipo de diferencia, por lo que existió

normalidad en la toma de datos y es confiable seguir con el análisis estadístico por lo que

se continúa con el experimento.

36

Tabla 7: Diferencia de peso.

Fuente Suma de

Cuadrados Gl

Cuadrado


EFECTOS PRINCIPALES

Tratamientos 314221,44 12 26185,12 123,2811177 2,18**

Factor A 91006,08 3 30335,36 142,8206969 3,01**

Factor B 27540,6 2 13770,3 64,83139946 3,4**

Testigo vs resto 193370,02 1 193370,02 910,3976683 4,26**

repeticiones 560,358 2 280,179 1,31909956 3,4

INTERACCIONES

AB 2304,67 6 384,1116667 1,808420797 2,51

Residuos 5097,641 24 212,4017083

Total 10374323,87 38


Interpretación: En la tabla 7 se muestran los resultados de las diferencias de peso de los

factores, donde se trabajó con un nivel de confianza del 95% y se encontró diferencia

altamente significativa en los tratamientos, factor a (subproductos agroindustriales), factor

b (dosificaciones) y en el testigo vs el resto, en el caso de la interacción axb no se encontró

ninguna diferencia.

Con respecto a las réplicas no se

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UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA … · 2020. 9. 15. · caso de la semilla de chontilla (bactris maraja), tagua (Phytelephas macrocarpa), cuesco