PROPOTIPI DE VIVIENDA SOCIAL CON LADRILLOS DE PAPEL RECICLADO.pdf

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E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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INTRODUCCION

El desarrollo de la actual civilización genera gran deterioro del medio ambiente; puntos clave en tal detrimento son el dispendio energético y la emisión de contaminantes. La industria de la construcción representa una de las que generan mayor impacto ambiental, razón por la que es necesario el generar y utilizar materiales y componentes constructivos de baja energía incorporada y fácil reintegración al medio ambiente al final de su vida útil. Investigaciones actuales en el campo de los materiales compuestos dirigen sus esfuerzos en el uso de materias primas alternativas. Una posibilidad la representan algunas técnicas tradicionales utilizadas en México, de uso en construcción vernácular, como son morteros de cal y aditivos como el alumbre o el mucílago de nopal. Estas aplicaciones son de tipo empírico, y aún cuando su eficacia está comprobada con hechos, éstas carecen de sustento científico. Dicha posibilidad puede ser complementada con materias primas de desecho y/o susceptibles de reciclaje, aprovechándolas en la generación de nuevos elementos, para así disminuir el impacto que produce el explotar y producir nuevas fuentes de insumos equivalentes para generar bienes similares. Esta investigación encuentra sustento en la constante necesidad de crear materiales alternativos a los convencionales, que ofrezcan posibilidades en cuanto a sus características, y aplicabilidad en el diseño y construcción de espacios habitables. Las materias primas reciclables poseen en su ciclo un desgaste y diferente aprovechamiento a medida que se incrementa el número de ocasiones en que éstas se vuelven a utilizar. Las materias degradadas, cuyo aprovechamiento es limitado en la industria de


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recuperación, pueden ser susceptibles de uso en el tipo de material que en este trabajo se plantea. El papel es una de tales materias, pues en sus procesos las fibras de celulosa que lo forman se degradan de manera constante, con lo que el aprovechamiento es limitado, por lo que se pueden aprovechar las demás propiedades de las fibras que se mantienen en niveles aceptables como son su baja densidad y alta resistencia térmica, en la formación de un material susceptible de aplicarse como aislante térmico; aunado a ello, el uso de aglutinantes y aditivos de uso tradicional


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I.

DESCRIPCIÓN GERERAL

El presente trabajo se realiza con el uso de fibras de papel periódico, cal hidratada, y alumbre, fueron elegidos como materia prima para probar su factibilidad técnica de formar un material compuesto (ladrillo), dicho ladrillo se emplea en la construcción de la vivienda social.

LUGAR DE EJECUCIÓN El presente trabajo se realizará en el departamento de investigación de la FICA Cayhuayna cuya ubicación política corresponde. Región

: Huánuco

Provincia

: Huánuco

Distrito

: Pillco marca

Lugar

: Departamento de investigación de la FICA

POSICIÓN GEOGRÁFICA Latitud Sur

: 9º 2´ 00”

Longitud Oeste

: 76º 11` 28”

: 1920 msnm

Altitud Las características climáticas de la zona son: Temperaturas que oscilan entre 18 – 24 °C y una humedad relativa de 60%. Las características del suelo son: francos con bajos contenidos de materia orgánica y nutriente NPK.


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II.

MARCO TEORICO

A. EL PAPEL La materia prima de la que se parte para la obtención de papel es la celulosa, que se encuentra en la pulpa de la madera. La composición del papel depende de la variedad de madera empleada. Cuanto mayor sea el porcentaje de celulosa, el papel resulta de mejor calidad.

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE PASTA DE PAPEL Para producir pasta de papel es necesario extraer celulosa de la pulpa de la madera. Según el procedimiento empleado, se tendrá pasta mecánica, semiquímica o química. Para obtener pasta mecánica se parte de la madera previamente descortezada y se corta a trozos entre 60 y 120 cm de longitud. Los fragmentos de madera, impregnados de agua, se trituran mediante muelas de madera, impregnados de agua, se trituran mediante muelas que giran en el sentido de las fibras. A continuación, se añaden blanqueadores a base de cloro y la mezcla se bate son agitadores del agua y al posterior secado en cámaras de vacío o con aire caliente. E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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Con este procedimiento se alcanza un rendimiento elevado, pero la pasta resulta de baja calidad, y se emplea en la fabricación de papel de periódico. En la obtención de pasta de papel semiquímica se utilizan algunos productos químicos, aunque en pequeñas proporciones. En este procedimiento, la madera, una vez desmenuzada, se lleva a una caldera donde es sometida a una cocción controlada en presencia de sosa cáustica y sulfato de sodio. De este modo se elimina parte de la lignina y se obtiene pasta de calidad deseada, aunque también se estropea gran cantidad de celulosa, con lo que el rendimiento es menor. A partir de este punto, el proceso es similar al de la pasta mecánica. Si la cocción y la presión en la caldera son intensas, la pasta se denomina pasta química. El proceso tiene como misión eliminar totalmente la lignina y los demás componentes, y obtener la celulosa casi pura. Con este proceso se consigue una pasta de gran calidad, pero el rendimiento es muy bajo. Los inconvenientes de la fabricación de pasta de papel se deben a los productos químicos empleados: Por otra parte, desprenden olores desagradables, por lo que la instalación de fábricas cerca de las ciudades está prohibida. Otro grave problema es la eliminación de los residuos, que suelen tener carácter fuertemente contaminante. De hecho, aunque se intenta recuperar algunos de ellos para la fabricación de aceites y lubricantes, el problema no está resuelto. Finalmente, cabe añadir el problema de la deforestación, asociado a la tala indiscriminada de árboles para obtener materia prima.

FABRICACIÓN DEL PAPEL Una vez se tiene la pasta de papel, la primera operación consiste en el proceso de refino. Las fibras de celulosa que constituyen la pasta se desmenuzan hasta que adquieren el tamaño deseado, según el tipo de papel que quiere conseguirse. E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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A continuación, se añaden los pigmentos, los colorantes y las colas, y se procede al batido de la mezcla. La misión de estos aditivos es hacer el papel opaco, darle el tono de color deseado y proporcionarle algo de impermeabilidad frente al agua, aunque sólo la suficiente para permitir en determinados casos la escritura con tinta. El proceso de fabricación propiamente dicho es continuo y consta de varias fases: tamizado, secado, y satinado.

Tamizado. La pasta de papel se va depositando sobre una malla metálica o de plástico donde comienza a escurrir el agua y empiezan a compactarse las fibras. A continuación, la pasta pasa sobre unas cajas de aspiración encargadas de eliminar la mayor cantidad de agua posible.

Prensado. Un rodillo marcador hace avanzar la hoja y, a la vez, si se desea, imprime en el papel la marca de agua o filigrana del fabricante. Ésta puede verse colocando el papel a contraluz.

Secado. El papel pasa a continuación por una serie de rodillos escurridores, cuya misión es eliminar por completo el agua y los productos químicos que aún


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contiene. Posteriormente, llega a un horno de aire caliente de donde sale prácticamente seco.

Satinado. Por último, el papel pasa por varias calandrias, que son rodillos de acero perfectamente pulidos, encargados de alisar y satinar el papel.

TIPOS DE PAPEL Se clasifican en tres grandes categorías, atendiendo a su gramaje o densidad en g/m2: cartón, cartulina y papel: 

El cartón tiene un gramaje superior a 400 g/m2

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La cartulina oscila entre 150 y 400 g/m2, según espesores.

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El papel presenta un gramaje inferior a 150 g/m2. Existe una gran variedad de tipos de papel, en función de sus aplicaciones.

Algunos de los más conocidos con: 

Papel para escritura. Presenta calidades y gramajes muy diversos. En el proceso de fabricación se le añade cola con el fin de hacerlo apto para la escritura.

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Papel alisado para impresión. Su superficie no es totalmente fina y no tiene cola, por lo que la escritura no es cómoda. Se emplea en la prensa diaria.

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Papel satinado para impresión. Es liso al tacto pero tampoco tiene cola. No admite escritura, pero si impresión.

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Papel manila. Muy fino y satinado por una cara. Se emplea para envoltura en paquetería.

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Papel de barba. En su proceso de fabricación se utilizan trapos, por los que presenta un gramaje muy elevado y tiene gran duración y resistencia. Resulta muy útil tanto para dibujo como para escritura.


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Papel moneda. Contiene cola y también se emplean trapos en su fabricación. Es un papel resistente y muy flexible. Dispone de una marca de agua característica que permite identificar los billetes fabricados con él.

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Papel de fotografía. Una de sus caras contiene una sustancia a base de sales de plata capaz de impresionarse por la luz. Comercialmente, el papel se presenta en rollos de papel continuo o en

formatos predeterminados, que suelen ser ligeramente mayores que la norma DIN, la cual determina el formato de papel para cada uso.

Tamaños normalizados de papel según la norma DIN Formato

Dimensiones (mm)

DIN A0

841 x 1 189

DIN A1

594 x 841

DIN A2

420 x 594

DIN A3

297 x 420

DIN A4

210 x 297

DIN A5

148 x 210

DIN A6

105 x 148

DIN A7

74 x 105

DIN A8

52 x 74

EL PAPEL RECICLADO 7.000 periódicos pesan alrededor de una tonelada, lo que equivale a tres metros cúbicos de madera, o lo que es lo mismo, 13 árboles de tamaño medio. Por E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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ello, cuando arrojamos a la basura nuestro papel usado, condenamos a muerte a millones de árboles.

Aunque disfruta de una trayectoria ascendente, en general el mercado del papel reciclado no acaba de asentarse y desarrollarse en nuestro país, y ello es debido fundamentalmente a dos actitudes paralelas pero asociadas: 

La falta de hábito recuperador en la sociedad urbana.

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El culto a la falsa apariencia inmaculada. En este sentido, se valora más si la ropa es más blanca, en lugar de sí está más limpia, si el pan es más blanco, en lugar de ser más integral en su aporte alimenticio o si el papel es más blanco, en lugar de ser reciclado. Estas actitudes fomentan el abuso de elementos, erróneamente calificados de

10 calidades, en detrimento de otros calificados tradicionalmente de 20 categorías, lo que trae como consecuencia un desgaste excesivo de los recursos naturales y una presión excesiva sobre la Naturaleza. Otro problema añadido es la dificultad enorme para establecer sistemas integrales de recuperación de residuos aprovechables, como el papel, el plástico, metales, materia orgánica, muebles, etc. Ello es debido fundamentalmente a la falta de voluntad por parte de responsables políticos para potenciar el reciclado y E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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establecer infraestructuras adecuadas, el desconocimiento, y a veces la mal entendida comodidad, de los ciudadanos, la falta de inversiones que canalicen la materia prima recuperada, y los intereses económicos de influyentes grupos industriales, que no permiten el nacimiento o desarrollo de formas de producción diferentes a las ya establecidas. Para alcanzar una adecuada gestión de los residuos urbanos es imprescindible encontrar un justo equilibrio entre...

Pensamiento

Actitud ecológica

ecológico Residuos urbanos Prestación

Rentabilidad

adecuada de

económica

servicios sociales

PROPIEDADES Durabilidad del papel. La durabilidad expresa principalmente la capacidad del papel para cumplir sus funciones previstas durante un uso intensivo y continuado, sin referencia a largos periodos de almacenado. Un papel puede ser durable (al resistir un uso intensivo durante un tiempo corto) pero no permanente (debido a la presencia de ácidos que degradan lentamente las cadenas celulósicas).

Estabilidad dimensional. Capacidad de un papel o cartón para retener sus dimensiones y su planidad cuando cambia su contenido en humedad, por ejemplo, bajo la influencia de variaciones en la atmósfera circundante. Un alto contenido en hemicelulosas promueve el hinchamiento de las fibras y su inestabilidad.


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Mano. Término aplicado a un papel que expresa la relación entre su espesor y el gramaje. Su valor disminuye cuando aumentan la compactación y la densidad de la hoja

Permanencia. Se refiere a la retención de las propiedades significativas de uso, especialmente la resistencia mecánica y el color, después de prolongados períodos. Un papel puede ser permanente (retiene sus características iniciales) pero no durable, debido, por ejemplo, a su baja resistencia inicial.

Resiliencia. Capacidad del papel para retornar a su forma original después de haber sido curvado o deformado. La presencia de pasta mecánica en la composición confiere dicha propiedad.

Carteo. Combinación de tacto y sonido que produce una hoja de papel cuando se agita manualmente. En nuestro departamento día a día se gastan bastas cantidades de papel que el fin que con lleva se da a tres causas en las escuelas: 

Mal uso del papel: ustedes como estudiantes sabrán que muchos por presentación o estética dejamos una vasta cantidad de margen, y la parte de atrás ni la usamos, estudios que lo demuestran dicen que el papel debe usarse lo más que se pueda pero no lo hacemos.

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Desperdiciar papel: también como estudiantes, y que pasamos por muchas etapas en donde una de ellas es de molestar, nos gusta quitar las hojas del cuaderno hacerlas bolita y tirarla a compañero de adelante, causando barullo y falta de respeto pero sobre todo desperdiciando papel en cantidades altas.

RECOLECCIÓN DE PAPEL: Para la recolección del papel se comenzó en la misma institución CEIBA la iniciativa de reciclar y de separar el papel; para ello se comunicó a todas las áreas. También nos comunicamos con IXMUCANE organización aliada a CEIBA, se elaboró una solicitud explicando el motivo del porque queríamos que nos E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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apoyaran con el aporte de pape y pues también se llegó a un acuerdo para la donación de 10 cajas de papel.

FIBRAS DE CELULOSA. La celulosa es el más abundante de los compuestos naturales de carbono. Es producida como resultado de la fotosíntesis de las plantas. Constituye el principal componente de la pared celular de la madera, paja, pasto, fibras liberianas, y pelos de semillas. La celulosa se usa como componente del papel y cartón, dada sus características de forma fibrosa y por consiguiente una elevada resistencia a la tensión, y su alta insolubilidad en agua caliente y fría. La celulosa es un carbohidrato, y por consiguiente tiene relación con los azúcares. Es un polisacárido, lo cual indica que en su molécula existen muchas unidades de azúcar (Libby, 1967, p. 79). La estructura del papel, está compuesta básicamente por fibras en su mayoría, y por arcilla y pigmentos, y además a su peso se le añade la humedad (Marúm, 1989, p. 21). La madera utiliza las fuerzas de adhesión de polímeros intercelulares para mantener unidas las fibras que la constituyen, y es en el proceso de fabricación de la pulpa, donde se rompe este enlace para obtenerla, y separar los residuos fibrosos de los que no lo son (Marúm, 1989, p. 27). La pulpa de celulosa posee características que no están relacionadas con el proceso de fabricación y son: propiedades químicas, como es el contenido de lignina y hemicelulosas, y las condiciones mismas de la celulosa en la fibra; y propiedades físicas como la resistencia a tensión y a la flexión, las cuales son determinadas por la geometría de las fibras, constituida por su longitud, diámetro y espesor de sus paredes. En el tema del papel, la resistencia que le es otorgada depende del largo de las fibras. La resistencia al rasgado del papel tiene una correlación lineal con la longitud de las fibras: más longitud, más resistencia (Marúm, 1989, p. 40). Así también, tal resistencia depende de la unión que se dé entre fibras, la cual aumenta al ser mayor la longitud de éstas, aunque eso solo se da de forma ligera; tal es el caso de la resistencia a la tensión. Parece haber una E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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contradicción en tal aspecto, pues en un papel dicha resistencia es mejorada cuando las fibras del papel son refinadas, pero eso implica que disminuya su longitud. La rigidez en el papel es también afectada por la longitud de sus fibras, pues al ser más cortas, ésta cualidad aumenta; y viceversa, en aquellos papeles donde se utilizan fibras más largas, donde la flexibilidad, además de la compresividad, son mayores (Marúm, 1989, p. 41). Se puede observar como las fibras en el papel actúan de la misma manera que en teoría funciona el refuerzo fibrilar en un material compuesto debido a sus características morfológicas. Un punto de consideración es el hecho de que las propiedades de la celulosa están determinadas por el método que se utilice para hacer la pulpa, puesto que al emplearse procedimientos que sean agresivos, las fibras pueden degradarse (Marúm, 1989, p. 43). En caso de ser utilizada la celulosa de papel y cartón para la elaboración de materiales compuestos, deben contemplarse las posibles repercusiones de usar sustancias químicas o procesos que puedan afectar de tal manera a las fibras y que el material no pueda alcanzar los requerimientos físicos y mecánicos requeridos.

B. CAL HIDRÁULICA Material conglomerante, pulverulento e hidratado que se obtiene calcinando calizas que contienen arcillas (sílice y alumina), a una temperatura casi de fusión, para que se forme el óxido cálcico libre necesario para permitir su hidratación y, al mismo tiempo, deje cierta cantidad de silicatos de calcio deshidratados que den al polvo sus propiedades hidráulicas. Las cales hidráulicas, después de amasadas con agua, se endurecen en aire, y también en el agua, siendo ésta última propiedad las que las caracteriza. Las cales hidráulicas se clasifican en 3 tipos:


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Las cales a emplear en la estabilización de suelos vienen definidas por la Norma UNE-EN 459-1 “Cales para la construcción. Parte 1: Definiciones, especificaciones y criterios de conformidad”. Se trata de Norma armonizada para las Cales para la Construcción, incluyendo, por supuesto, las obras de ingeniería civil. Para la estabilización de suelos, se emplean las cales aéreas.

PROPIEDADES DE LAS CALES Hidraulicidad Es la relación entre los silicatos y aluminatos respecto al óxido de calcio Índice de hidraulicidad= (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 [arcilla] / CaO + MgO [caliza]). (tantos por ciento, peso, de los distintos componentes, antes de la cocción). De menor a mayor índice de hidraulicidad: -Cal aérea -Cal débilmente hidráulica -Cal medianamente hidráulica -Cal hidráulica normal -Cal eminentemente hidráulica

Densidad La densidad real de la cal aérea es del orden de 2,25 kg/dm3. Para las cales hidraúlicas oscila entre 2,5 y 3,0 kg/dm3. La densidad de conjunto de las cales puede estimarse en torno al 0,4 kg/dm3. para las cales aéreas y de 0,5 a 0,9 kg/dm3. para las hidráulicas.


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Fraguado El fraguado de la cal es un proceso químico; consiste en la evaporación del exceso de agua empleado en amasar la pasta, seguido de una sustitución del agua por el CO2 de la atmósfera, pasando de nuevo del hidróxido al carbonato cálcico. Como el anhídrido carbónico seco no reaccionaría con el hidróxido cálcico seco, es necesario que exista algo de humedad presente. El tiempo de fraguado de las cales aéreas no se especifica en las normas españolas, pero puede afirmarse que se trata de un conglomerante de fraguado lento. En las cales hidráulicas no solo se produce la carbonatación del hidróxido cálcico sino también la hidratación de los silicatos y aluminatos presentes. El fraguado de cualquier tipo de cal hidráulica no debe comenzar antes de 2 horas ni terminar después de 48 horas.

Estabilidad de volumen La cal sufre un aumento de volumen una vez colocada en obra (varios meses después). Se acusa en grietas horizontales del enlucido coincidiendo con las juntas de los ladrillos. Las causas más frecuentes de este aumento de volumen son: -Presencia de magnesio sin hidratar. Su hidratación es muy lenta y puede suceder meses después de ser colocada en obra con la consabida expansión. -La existencia de cal libre (sin hidratar) al realizar la fábrica . Al apagarse después aumenta de volumen.

C. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN BASADOS EN FIBRAS. En la variedad de materiales para construcción que utilizan fibras de distintos tipos para su formación, son aquellos que se basan en celulosa o que poseen una matriz cementosa, funcionen o no como aislante térmico, los que se incluyen en este apartado. De acuerdo a la norma ASTM C 168 (ASTM, 1995, s.p.), sobre la terminología estándar relacionada con materiales aislantes térmicos, las fibras celulósicas son un E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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aislante que se compone principalmente de celulosa, usualmente derivadas de papel, cartón, o madera con o sin aglutinantes para su unión; los materiales compuestos que se basan en este tipo de materiales son del tipo de aislante de fibras celulósicas. En cuanto a la forma de los materiales aislantes térmicos, estos son algunos que pueden relacionarse con el tipo de material o elemento que se espera obtener: 

El aislante en bloque es aquel que se elabora en unidades rectangulares.

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El aislante en panel es un aislante térmico hecho en unidades rectangulares que tienen un grado de flexibilidad relacionada con sus dimensiones geométricas.

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Los acabados de cemento son una mezcla de materiales secos fibrosos o en polvo, o ambos, que al mezclarse con agua desarrollan una consistencia plástica, y cuando son aplicados y se secan, forman una superficie protectora relativamente dura.

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Los aislantes de cemento son una mezcla de materiales granulares, en hojuela, fibrosos o en polvo secos que cuando se mezclan con agua desarrollan una consistencia plástica, y cuando son aplicados y secan, forman una cubierta coherente que produce una resistencia substancial a la transmisión de calor. La norma ASTM C 208 (ASTM, 1995, s.p.), sobre especificaciones estándar para

tableros aislantes de fibras celulósicas, establece que un tablero aislante de este tipo de fibras es un panel de textura fibrosa, homogéneo, hecho de fibras lignocelulósicas (por lo general madera) y que tiene una densidad comprendida entre 497 kg/m³ y 160 kg/m³ (31lb/pie³10lb/pie³). Este tipo de tableros, se caracterizan por tener una unión integral, la cual es producida por el entrelazamiento de las fibras, pero que no se ha consolidado bajo calor y presión en una etapa separada en la fabricación. Pueden agregarse otro tipo de materiales durante el proceso para mejorar algunas de sus propiedades. Existen 6 tipos de paneles aislantes en los comprendidos en esta especificación: E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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Tipo I. Tablero de amortiguamiento de sonido, para uso en ensamblado de muros para controlar la transmisión del sonido.

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Tipo II. Tablero de aislamiento para techo, para uso en varios sistemas de techado. a) Grado 1. Uso primario en techos compuestos. b) Grado 2. Uso primario en techos sencillos.

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Tipo III. Tableros y paneles para cielo raso. a) Grado 1. No acústico, para uso como muros decorativos o recubrimiento de cielo raso. b) Grado 2. Acústico, para uso decorativo, absorción de sonido en muros o recubrimiento de cielo raso.

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Tipo IV. Recubrimiento en muros. a) Grado I. Regular, para uso como recubrimiento de muros en construcciones de marcos. b) Grado 2. Estructural, para uso como recubrimiento en construcciones de marcos. Cuando se instala de acuerdo a las normas, provee una adecuada resistencia de carga para uso como muros de apoyo exteriores.

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Tipo V. Tablero de respaldo, para uso detrás del acabado exterior en muros donde no existen requerimientos estructurales.

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Tipo VI. Cubierta de azotea, para varios tipos de techos y cielo rasos.

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En ocasiones estos materiales pueden tener otras aplicaciones. Los tableros aislantes de fibras celulósicas deben ser manufacturados de fibras

lignocelulósicas refinadas o parcialmente refinadas, por procesos de entrelazado o moldeado, en paneles homogéneos. Se pueden agregar otros materiales para mejorar su dureza y resistencia al agua, además de acabados superficiales para productos decorativos y recubrimientos especiales que le dan resistencia al fuego. En la Tabla 2.3, se presentan las propiedades físicas deseables en tableros aislantes de fibras celulósicas.


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D. RESISTENCIA MECANICA Y FISICA La resistencia mecánica de un material es su capacidad de resistir fuerzas o esfuerzos. También se incluyen fuerzas de tención compresión, de impacto. Los tres esfuerzos básicos son: 

Esfuerzo de compresión:

Es aquel que tiende aplastar el material del miembro de carga y acortar al miembro en sí. Donde las fuerzas que actúan sobre el mismo tienen la misma dirección, magnitud y sentidos opuestos hacia dentro del material. Como se muestra en la siguiente figura. Y viene dado por la siguiente fórmula:

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Esfuerzo cortante:

Este tipo de esfuerzo busca cortar el elemento, esta fuerza actúa de forma tangencial al área de corte. Como se muestra en la siguiente figura. Y viene dado por la siguiente fórmula:


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E. MÉTODO DE ANÁLISIS. Cuando de trabaja en la caracterización de materiales compuestos, es necesario utilizar métodos estadísticos para visualizar a mayor profundidad los fenómenos que las generan. Según Bojórquez (2005), en el análisis de las características de materiales donde en la variación de las mismas existan dependencias no lineales, se pueden utilizar modelos de segundo orden, en la forma de ecuaciones cuadráticas, cuya forma general para k factores es:

Donde, para el caso específico de dos variables, la ecuación es:

La variación en los factores para este tipo de modelos debe hacerse por lo menos en tres niveles, superior (+1), medio (0), e inferior (-1), con lo cual según Bojórquez (2005) y otros autores, se obtiene suficiente rigor .


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Cuando se analizan factores y se requiere el estudio a fondo de uno de ellos, se utilizan modelos multitabla en un hexágono, en el cual, se hace el diseño de las proporciones de las mezclas, donde se varía el primer factor en cinco niveles (del que se requiere un estudio mas amplio) y el segundo en tres. Así pues en la tabla se traza un hexágono, donde sus vértices indican las proporciones de cada variable, y el centroide de la figura se repite cuatro veces, para determinar el error del experimento. En el gráfico, se ubican en el eje de las abcisas las proporciones de fibras de papel y cal hidratada, y en el eje de las ordenadas las proporciones de alumbre y cal hidratada; es así que se obtienen 10 tipos de mezclas. En el Gráfico 2.1, se presenta un ejemplo de multitabla en un hexágono utilizado en este trabajo.


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III.

PROCESO CONSTRUCTIVO

A. OBRAS PRELIMINARES 

CERCO Descripción: Se trata de la construcción de un cerco provisional con esteras y palos, con la finalidad de no tener obstrucción durante los trabajos que se ejecutan y además la de brindar protección.

Materiales: -

Estera

-

Palos de Eucalipto

-

Alambre

-

Clavos

Proceso Constructivo: Se delimitará el perímetro a colocar el cerco de esteras; en primer lugar se ubicarán los palos de eucalipto, en una distancia en que se pueda fijar las esteras y conforme su dimensión, se unirán esteras con carrizos en lotes de tres unidades y se amarraran con alambre para asegurarlas mejor; posteriormente se fijarán las esteras en los palos de eucalipto.

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CARTEL DE IDENTIFICACIÓN DESCRIPCIÓN Comprende la confección total del cartel del proyecto de 1.20 m. X 0.80 m. De acuerdo al diseño y los colores estipulados en el grupo este proceso constructivo incluye el trabajo de instalación del cartel de obra.


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B. OBRAS PRELIMINARES 

LIMPIEZA DE TERRENO MANUAL Definición Este proceso constructivo comprende la eliminación de todo tipo de material orgánico e inorgánico del terreno donde se construirá el proyecto.

Descripción Se realizó la limpieza y preparación del terreno, dejando limpio y nivelado para la ejecución de todos los trabajos. Se eliminarán toda clase de arbustos, raíces, hierbas, escombros y cualquier material no aprovechable que impida o sea inconveniente para el desarrollo de las labores de construcción. La ejecución de este proceso constructivo se realizará manualmente.

Materiales y equipos a utilizar


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Se utilizarán estacas de madera para definir el área que se tiene que limpiar

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El equipo básico para la ejecución de los trabajos deberá ser sólo herramientas menores como rastrillo, picos, lampas, y carretillas tipo bugís, etc.

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TRAZO Y REPLANTEO Descripción Comprende el plasmado de los dibujos de planos al terreno, respetando las medidas indicadas. indicadas. En el replanteo replanteo de los planos en el terreno y nivelado se fijan los ejes de referencia y las estacas de nivelación. Las demarcaciones de los ejes y niveles deben ser exactos, claras, seguras y estables, y sitios desde los cuales se pueden continuar los ejes y niveles hacia las otras edificaciones proyectadas. proyectadas.

Ejecución: Se marcará los ejes y a continuación se marcará las líneas del ancho de las cimentaciones en armonía con los planos, estos ejes deberán ser aprobados por el Ingeniero, antes que se inicie con las excavaciones. Sobre las cerchas preparadas e instaladas convenientemente y bien aseguradas, fijadas en el terreno, se nivelará el cabezal colocándolas a más de un metro con respecto al nivel asignado a la construcción y cruzando esta marca horizontal se hará la muesca de cuyo vértice se grabará una línea vertical que será el eje determinado en el plano, queda así materializado el nivel y el eje. Para trasladar el eje al terreno se tenderá un cordel de la muesca de una cercha a la correspondiente, se tiempla bien el cordel y con la plomada colgada del cordel se referirá al terreno los ejes.


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Materiales a Utilizar 

Estacas de Madera: Se utilizará exclusivamente madera locall, pudiendo ser de eucalipto o madera montaña corriente, pero que garantice los trabajos de marcado inicial de las obras. Las estacas serán de 2” x 2” y las vallas de 2” x 1 1/2”. Para afianzar las vallas se requieren de clavos de 2 1/2” o 3”.

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Yeso: Se usará para realizar el trazado de los cimientos corridos, zapatas, etc., antes de la ejecución de los trabajos de excavación.

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Cordel: Es un insumo que se utiliza para alinear los trazos y permitiendo el trazo de las líneas con yeso. Debe ser de material resistente para soportar la tensión durante los trabajos.


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C. MOVIMIENTO DE TIERRAS 

NIVELACION DE TERRENO. Descripción: Este proceso constructivo comprende la nivelación del área de trabajo y apisonado manual de acuerdo a los niveles de terreno los cuales serán ejecutadas según el terreno.

Ejecución: Podrá realizarse con pisones manuales de un pie cúbico de concreto. Terminados los trabajos trabajos de fundación, fundación, sobre la nivelación o declive general indicado en los planos, se deberá preparar el terreno para recibir el falso piso y piso terminado correspondiente, para obtener los niveles de piso terminado, y los declives indicados en los planos.


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EXCAVACIONES PARA CIMIENTOS CORRIDO Definición Comprende las excavaciones a realizarse manualmente, debiendo tener las zanjas las dimensiones y profundidades de acuerdo a lo mencionado en el plano respectivo.

Descripción La ejecución de estas partidas se realizara paralelamente y en forma manual, respetando los trazos marcados en el terreno y llegando a los niveles mencionados en los planos respectivos. Toda excavación deberá quedar perfilada y libre de material suelto.

Ejecución: El fondo de toda excavación para cimentación debe quedar limpio y parejo, se deberá retirar el material suelto.


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Si la resistencia fuera menor a la contemplada con el cálculo y la capa Freática y sus posibles variaciones caigan dentro de la profundidad de las excavaciones, el Contratista notificará de inmediato y por escrito al Ingeniero quien resolverá lo conveniente.


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D. OBRAS SIMPLES

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CIMIENTO CORRIDO Descripción: Llevarán cimientos corridos los muros que se apoyan sobre el terreno y serán de tierra y piedra laja, la dosificación que deberá respetarse, asumiendo el dimensionamiento propuesto.

Ejecución Únicamente se procederá al vaciado cuando se haya verificado la exactitud de la excavación como producto de un correcto replanteo. Sólo podrá emplearse agua potable o agua limpia de buena calidad, libre de impureza que pueda dañar la mezcla; se humedecerá las zanjas antes de llenar los cimientos y no se colocará las piedras sin antes haber depositado una capa de mezcla de por lo menos 10 cm. de espesor. Las piedras deberán quedar completamente rodeadas por la mezcla sin que se torne los extremos.


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SOBRECIMIENTO Descripción: Llevarán sobrecimiento todos los muros siendo el dimensionamiento especificado en los planos respectivos, debiendo respetarse los estipulados en éstos en cuanto a proporciones, materiales y otras indicaciones.

Ejecución: La cara superior del sobrecimiento deberá ser lo más nivelado posible, lo cual garantizará el regular acomodo de los ladrillos del muro.


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

ENCOFRADO Y DESENCOFRADO EN SOBRECIMIENTOS Descripción: Esta partida comprende los trabajos de encofrado para la construcción de sobrecimientos, asi como el desencofrado una vez transcurrido el tiempo de encofrado.

Ejecución: El encofrado a usarse deberá estar en óptimas condiciones garantizándose con éstos alineamiento, idénticas secciones, economía, etc. El encofrado podrá sacarse a los 4 días de haberse llenado el sobrecimiento. Luego del fraguado inicial se curará este por medio de constantes baños de agua durante 3 días como mínimo.


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E. MURO DE LADRILLO DE CABEZA

GENERALIDADES La Obra de albañilería es el proceso constructivo que por sus dimensiones modularas permiten la ejecución de muros portantes La resistencia a la compresión de la albañilería está en relación directa de: 

Calidad de su elaboración.



Resistencia a la intemperie.



Perfección geométrica.



Adhesividad a la mezcla o mortero



Calidad de la mano de obra.

El Mortero: El mortero cumpla en la albañilería las funciones de: 

Enlazar las unidades de albañilería de manera de absorber sus irregularidades.



Consolidación de las unidades para formar un elemento rígido y no un conjunto de piezas sueltas.

El espesor de las juntas depende: 

La perfección de las unidades



Trabajabilidad del mortero



Calidad de mano de obra.

A pesar de que el mortero y el concreto se elaboran con los mismos ingredientes, las propiedades necesarias en cada caso son diferentes. Mientras que para el concreto la propiedad fundamental es la resistencia, para el mortero es la adhesividad con la unidad de albañilería. l.-

Para ser adhesivo, el mortero tiene que ser trabajable, retenido y fluido.

2.-

El mortero se preparó con cal hidratada, arena y la máxima cantidad


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posible de agua, sin que la mezcla segregue. El agua proveerá trabajabilidad, la cal retentividad y fluidez 3.-

La trabajabilidad del mortero debe conservarse durante el proceso de asentado.

Por esta razón, toda mezcla que haya perdido trabajabilidad deberá reemplazarse. Dependiendo de condiciones regionales de humedad y temperatura, el replanteo puede hacerse hasta 1.5 y 2 horas después de mezclado el mortero. 1.-

Usar solamente cemento tipo I y cal hidraulica normalizada.

2.-

La arena deberá ser limpia, libre de materia orgánica y con la siguiente granulometría:

-------------------------------------------------------------------------------------------

MALLA ASTM Nº

% QUE PASA

-------------------------------------------------------------------------------------------4

100

8

95 - 100

100

25 (Máximo)

200

10 (Máximo)

-------------------------------------------------------------------------------------------3.-

El agua será fresca, limpia y bebible. No se usará agua de acequia u otras que contenga materia orgánica

4.-

En los planos y/o especificaciones deberá encontrarse especificadas las proporciones del mortero, o una referencia a los tipos de mortero


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reglamentados M, S o N en caso de no haber especificación usar morteros tipo M.

Ejecución: La ejecución de la albañilería será prolija. Los muros quedarán perfectamente aplomados y las hiladas bien niveladas, guardando uniformidad en toda la edificación. Se mojarán con agua los ladrillos en forma tal que no absorban el agua del mortero. No se permitirá agua vertida sobre el ladrillo puesto en la hilada anterior en el momento de la colocación del nuevo ladrillo. Si el muro se va a levantar sobre los sobrecimientos se mojará la cara superior de éstos. El procedimiento será levantar simultáneamente todos los muros de una sección, colocándose los ladrillos ya mojados sobre una capa completa de mortero extendida íntegramente sobre la anterior hilada, reciente de mortero. El espesor de las juntas será 1.5 cm. promedio con un mínimo de 1.2 cm. y máximo de 2 cm. Se dejarán tacos de madera en los vanos que se necesitan para el soporte de los marcos de las puertas o ventanas. Los tacos serán de madera seca, de buena calidad y previamente alquitranados; de dimensiones 2" x 3" x 4” para los de cabeza, llevarán

alambres o clavos salidos por tres de sus caras para asegurar el anclaje con el muro. El número de tacos por vanos no será menor de 6, estando en todos los casos supeditados el número y ubicación de los tacos a lo que indiquen los planos de detalles. El ancho de los muros será el indicado en los planos. El tipo de aparejo será tal que las juntas verticales sean interrumpidas de una a otra hilada, ellas no deberán corresponder ni aún estar vecinas al mismo plano vertical, para E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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lograr un buen amarre. En las secciones de cruce de dos o más muros se asentarán los ladrillos en forma tal, que se levanten simultáneamente los muros concurrentes. Mitades o cuartos de ladrillos se emplearan únicamente para el remate de los muros. En todo caso la altura máxima de muro que se levantará por jornada será de l/2 altura. Una sola calidad de mortero deberá emplearse en un mismo muro o en los muros que se entrecrucen. El asentado de ladrillos en general, será hecho prolijamente y en particular se pondrá atención a la calidad del ladrillo, a la ejecución de las juntas, al aplomo del muro y perfiles de derrames, a la dosificación, preparación y colocación del mortero así como la limpieza de las caras expuestas de los ladrillos.


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F. ESTRUCTURAS DE MADERA Y COBERTURA Generalidades Las piezas de madera a usarse estructuralmente, deberán tener un veteado razonable, exactas en sus dimensiones, estar libre de nudos grandes "sueltos" ó "muertos" ó de grupos de nudos situados de tal manera que puedan disminuir la resistencia de la pieza. Así mismo, estar libre de agujeros de nudos, o podridos, no se permitirá el uso de madera con evidentes signo de descomposición o picaduras (ataque de hongos, polillas, termitas, etc). La madera deberá estar seca, con contenido de humedad entre 5 y 20%, dependiendo de las condiciones climáticas. Debe tenerse muy en cuenta, que de usarse madera húmeda, el proceso de secado es subsecuente y por lo tanto producirá tensiones internas que se traducen en deformaciones de la configuración original y contracciones de la sección de las piezas, por lo que la supervisión determinará su remoción en caso de observarse fallas aún cuando éstas no hayan sido verificadas y/o aprobadas para su uso en las construcciones de maderas. Propiedades de la Madera

El Contratista deberá adquirir madera que cumpla con los requisitos mínimos E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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en cuanto a forma exacta y humedad deseables. Estos estarán basados en resultados de ensayos con probetas pequeñas, libres de defectos y que hayan sido realizados de acuerdo con las normas del Comité Panamericano de Normas Técnicas (COPANT), y de la American Society For Testing and Materiales. (ASTM - 143). Protección de la Madera Toda madera, en área donde su deterioro pueda afectar la seguridad estructural, deberá ser tratada de acuerdo a un método aprobado que asegure su durabilidad. Se evitarán espacios cerrados en el guardado de la madera y en caso de existir dichos espacios, estos serán previstos de una ventilación adecuada para asegurar la preservación de la madera Complementaciones

Los conectores deberán ser productos de diseños manufacturados, siendo necesaria la buena presentación de las formas exactas en sus dimensiones y de libres de defectos estructurales.

Impermeabilización de madera

La impermeabilización de madera con pintura asfáltica es un proceso que se le realiza a la madera para mantener a la misma protegida de los daños del agua y la humedad, y esto es muy importante teniendo en cuenta que la madera es uno de los materiales mas utilizados en construcción por su estética y el buen gusto que otorgan, pero a la vez no se trata de un material muy resistente especialmente cuando se trata de un clima húmedo en el que se encontrará. Es por esto que siempre se le realiza un proceso con algún material impermeabilizante, para que resulte un material mas resistente y no presente los típicos daños que le pueden causar la humedad a la madera, como goteras manchas y en algunos casos también pudrimiento o rotura de la misma. E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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Cuando hablamos de impermeabilización de madera con pintura asfáltica, todos

saben

a

lo

que

nos

referimos

cuando

hablamos

de

la

impermeabilización de la madera, es decir, realizarle un proceso a este material para que no pueda ser penetrado ni afectado por el contacto con el agua o la humedad, pero la pintura asfáltica es un material que no es tan conocido, especialmente por quienes no saben acerca del tema de construcciones o reparaciones. La pintura asfáltica es un material que constituye un excelente aislante hidrófugo y se trata de una solución asfáltica que puede ser utilizada como protección anticorrosiva en chapas o metales, en fibrocemento, hormigón y por supuesto en madera, aunque por supuesto existen otros usos o superficies en los cuales se puede aplicar. De todas maneras, la impermeabilización en madera con pintura asfáltica se puede realizar de una manera muy simple.


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40

G. REVOQUES, ENLUCIDOS GENERALIDADES Comprende:

los

trabajos

de

acabados

factibles

de

realizarse

en

sobrecimientos, tarrajeo primario rayado, tarrajeo en muros interiores y exteriores, , derrames en puertas y ventanas con proporciones definidas de mezcla con el objeto de presentar una superficie de protección e impermeabilización y tener un mejor aspecto.

Los revestimientos se

ejecutarán en los ambientes indicados en los cuadros de acabados y/o planos de detalles.

Yeso Agua: El agua a ser usada en la preparación de mezclas para tarrajeos deberá ser potable y limpia; en ningún caso selemitosa, que no contenga soluciones


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químicas u otros agregados que puedan ser perjudiciales al fraguado, resistencia y durabilidad de las mezclas. 

TARRAJEO PRIMARIO RAYADO Descripción: La superficie a cubrirse

en el tarrajeo debe tratarse previamente con el

rascado y eliminación de salientes demasiado pronunciadas, posteriormente se limpiara y humedecerá convenientemente el paramento. El trabajo esta constituido por una primera mezcla con la cual se conseguirá una superficie más o menos plana vertical, pero de aspecto rugoso listo para aplicar el tarrajeo determinado en el cuadro de acabado o indicado en los planos.

Ejecución: Las proporciones de las mezclas a usarse en el tarrajeo primario, pueden ser ¼, 1/5, 1/6, 1/7 de acuerdo a lo determinado, se someterá a un curado continuo de agua por un espacio mínimo de 2 días y no se procederá a ponerle la capa de tarrajeo final, sin que haya transcurrido el periodo de curación señalado por el intervalo de secamiento.


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H. PISO DE CAL Y ARENA Materiales

Arena: La arena que se empleará no deberá ser arcillosa. Será lavada, limpia bien graduada, clasificada uniforme desde fina a gruesa. Estará libre de partículas de arcilla, materia orgánica, salitre y otras sustancias químicas. Cuando la arena esté seca, pasará la criba N° 8, no más de 80% la criba N° 30, no más de 20% pasará la criba Nº 50 y no mas del 5% pasara la criba Nº 100. Si se quiere hacer el cribado en una sola malla (U.S) toda la arena fina estando seca, deberá pasar por la malla U.S. Standard Nº 8.

Agua: El agua a ser usada en la preparación de la mezcla y en el curado deberá ser potable y limpia, en ningún caso selenitosa. No contendrá sustancias químicas en disolución u otros agregados que puedan ser perjudiciales al fraguado, resistencia y durabilidad de la mezcla.

Preparación del sitio: Se efectuará una limpieza general de los falsos pisos, contrapisos o losas estructurales donde se van a ejecutar pisos de cemento. En el caso de que dicha superficie no fuera suficientemente rugosa, se tratará con una lechada de cemento puro y agua, sobre la que se verterá la mezcla del piso, sin esperar que fragüe.

Ejecución: Se seguirá el mismo procedimiento del piso de concreto El piso será acabado con una capa de 1.5 cm. de espesor, de mezcla de cemento arena fina en proporción 1:2. La forma y dimensiones de las bruñas


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será usual en veredas, e irán compartidas en cuadros de dimensión indicada en planos. La superficie será pulida con llana metálica.

Curado: Después de que la superficie haya comenzado a fraguar se iniciará un curado con agua pulverizada, durante 5 días por lo menos. Como procedimiento alternativo, podrá hacerse el curado con el agente especial que haya sido aprobado previamente, aplicándolo en la forma y cantidad recomendada por el fabricante del producto.


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46

I. CARPINTERIA DE MADERA 

PUERTA DE MADERA Descripción: Se colocarán puertas de madera en los ambientes principales

Ejecución: Se hará con piezas de madera tornillo y superficies de triplay, cuidando en el acabado, terminadas. Las uniones serán encoladas. Se aceptarán el empleo de clavos para fijar las planchas de triplay a los bastidores de madera. Todas las puertas que se detallan en los planos deberán ser construidas conservando todas las características adecuadas para obtener una buena calidad. Deben incluir sus componentes en madera de cedro nacional y madera terciada, etc., tal como se señala en los planos respectivos.

J. VIDRIOS Descripción: Se colocarán vidrios en las ventanas Los vidrios seran semi dobles nacionales, color cristalino. Una vez colocados se sujetarán con silicona.


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IV.

ENSAYO DE LABORATORIO

En el presente capítulo se describe el proceso experimental que se llevó a cabo para cumplir con los objetivos planteados en el proyecto de investigación. Primero se explica en resumen lo que consistió esta etapa; se trata también el proceso de preparación de la materia prima utilizada; en el apartado sobre el diseño de mezclas, se describe el proceso que se siguió para llegar a la definición de las mezclas con que se trabajaría; también se llevó a cabo una caracterización de la materia prima y se explica en su apartado correspondiente; en la parte de elaboración de las mezclas se describe el proceso y observaciones derivadas del mismo; en la parte de pruebas aplicadas se describe el proceso que se a las muestras.

RESUMEN DE LA INVESTIGACION.

En principio se contempló elaborar varias mezclas de fibras de papel periódico, cal hidraulica y alumbre, a las cuales se les realizarían varias pruebas para ser caracterizadas. Las pruebas que se realizaron a las muestras fueron: resistencia a la compresión, resistencia a la flexión, densidad, contenido de humedad, absorción, resistencia a la compresión ante saturación, y conductividad térmica. El diseño de las mezclas se realizó por medio de un modelo multitabla en un hexágono, utilizado por Bojórquez (2005, p. 28). En el siguiente diagrama se hace un resumen del experimento:


48

Figura 3.1. Diagrama del método del experimento. Fuente: Autor.

PREPARACIÓN DE MATERIA PRIMA.

La materia prima base a utilizar fue el papel periódico, el cual para evitar contaminación y tener uniformidad en la muestra, se adquirió con un distribuidor comercial1. Para incorporar el papel periódico a la mezcla del material compuesto, fue necesario el realizar varios procesos para su preparación. Esta parte del proceso se realizó en las instalaciones del taller de cerámica de la Facultad de Arquitectura y Diseño de la Universidad de Colima, ubicada en Coquimatlán, Colima; las partes subsecuentes del proceso se realizaron en las instalaciones del laboratorio de suelos de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de Colima, ubicada en el mismo campus. Se inició con el proceso de separación de las fibras del papel periódico, o lo que se conoce como


49

elaboración de la pulpa2. Se pesó el total del papel periódico adquirido, (Figura 3.2) y se fragmentó a mano en partes de 0.05x0.05m aproximadamente, depositándolo después en tinas de remojo para su saturación con agua durante 3 días (Figura 3.3). Las condiciones climáticas promedio del lugar fueron de 27º C y 70% de HR.

Figura 3.2. Paca de papel periódico adquirida con un distribuidor comercial. Fuente: Autor.


50

Figura 3.3. Papel periódico en tina de remojo. Fuente: Autor.

Terminado el tiempo de saturación, se procedió a elaborar la pulpa de papel. Se utilizó como equipo de desfibrado, una lavadora de ropa de capacidad aproximada de 20 litros, con sistema de agitador central (Figura 3.4). Se colocaron en varias ocasiones, entre 1.5 a 2.0 kg del papel periódico saturado de agua en la lavadora, y se rellenó el resto de la tina con agua; se agitó el papel periódico por espacio de 2 horas a velocidad nominal del equipo y se retiró la tinta disuelta que flotó hacia la superficie. Cada carga de pulpa se filtró a través de una funda de tela de algodón, con lo que se retiró el exceso de agua mediante el exprimido (Figura 3.5).


51

Figura 3.4. Lavadora de ropa, utilizada para desfibrar el papel periódico. Fuente: Autor.

Figura 3.5. Pulpa de papel periódico después de retirar el exceso de agua. Fuente: Autor.

Una vez exprimido, se procedió a desmoronar el material3 (Figura 3.6). El paso siguiente en el proceso fue el mineralizado y secado de la materia prima4; este


52

procedimiento tiene el objetivo de evitar el ataque de microorganismos a la materia orgánica, al hacer inerte a las fibras de celulosa por medio de la carbonatación de la cal hidraulica (Bojórquez, 1999). De acuerdo con la American Society of Civil Engineers y Salas (1986; 1992; apud Bojórquez, Luna y Gallegos, 2000, p. 16), se requiere 10% de cal con respecto al peso del material seco, para mineralizar las fibras de material orgánico. La cal se aplicó con cernidor en varias capas, para batir después a mano hasta homogeneizar la mezcla. Posterior a ello, se colocó el material sobre 2 repisas de concreto de 1x2m, las cuales se cubrieron con polietileno para proteger las fibras de papel periódico de posible contaminación (Figura 3.7). Se esparció una capa de 0.04m del material en proceso de mineralizado sobre las repisas para el secado; se dejó durante 15 días, y por las condiciones climáticas adversas de alta humedad relativa y lluvias, se movió hacia un espacio cerrado, donde se colocó un ventilador de manera intermitente para secar el material, por espacio de 15 días adicionales, hasta que la humedad contenida en el papel mineralizado fue imperceptible (Figura 3.8).

Figura 3.6. Material desmoronado a mano, con cal agregada. Fuente: Autor.


53

Figura 3.7. Repisas de concreto para el secado inicial. Fuente: Autor.

Figura 3.8. Material en proceso de secado final. Fuente: Autor. Para completar el proceso de preparado de materias primas, la cal hidraulica y el alumbre utilizados fueron adquiridos con distribuidores comerciales locales. La cal hidraulica en presentación de saco de 25 kg, se utilizó directamente sin ningún tratamiento. El alumbre, por su presentación en roca, fue pulverizado finamente en un mortero de porcelana para poder ser disuelto en el agua e incorporarlo en las mezclas (Figuras 3.9 y 3.10).


54

Figura 3.9. Alumbre adquirido con un distribuidor comercial. Fuente: Autor.

Figura 3.10. Alumbre pulverizado en mortero de porcelana. Fuente: Autor.

CARACTERIZACIÓN DE MATERIA PRIMA. Se hicieron pruebas a las fibras de papel mineralizado para conocer su granulometría y absorción instantánea de agua. La prueba de granulometría se hizo basada en las normas ASTM C 331 (ASTM, 1995, s.p.), sobre especificaciones E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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estándar para agregados ligeros para unidades de mampostería de concreto, y la ASTM C 332 (ASTM, 1995, s.p.), sobre especificaciones estándar para agregados ligeros para concreto aislante; la de absorción se basó en la norma ASTM C 1185 (ASTM, 1995, s.p.), sobre métodos estándar de pruebas para hojas planas de fibrocemento sin asbesto. Para determinar la granulometría, se utilizaron mallas estándar para este tipo de pruebas. Se tomó una porción del material a analizar y se pesó en báscula de precisión. Después se vertió el material en la torre de mallas (Figura 3.11), para agitarla durante 5 minutos, y que las partículas se asentaran en cada una (Figura 3.12). A continuación se presenta la Tabla 3.1, con los porcentajes y tamaños de malla correspondientes a la granulometría del material. Tabla 3.1. Granulometría de la materia prima.

Malla

1"

3/4" 1/2" 5/16"

16

20

30

40

60

resto Total

Papel

0.00 0.00 7.2444.52 7 7.3

0.37 0.55 0.13 0.21 3.39 18

(g) %

0.00 0.00 3.9124.06 4 3.95 0.20 0.30 0.07 0.11 1.83 10 Fuente: Elaboración propia.


56

Figura 3.11. Apariencia de las partículas de fibras de papel. Fuente. Autor.


57


58

Figura 3.12. Material retenido en una de las mallas. Fuente: Autor.


59

Para determinar la absorción instantánea, se depositaron tres porciones del material a analizar en recipientes de aluminio de 0.05 m de diámetro por 0.01 m de alto; se pesó en seco en una báscula de precisión y se agregó agua hasta cubrirlo por completo; después de 2 minutos, el material se escurrió sin aplicar presión en una malla número 60, hasta que dejara de gotear. Se depositaron las muestras en recipientes de vidrio, y se pesaron junto con el material saturado (Figura 3.13), y se metieron al horno de secado a 90º C por 24 horas. Los resultados de esta prueba se muestran en la Tabla 3.2.

Tabla 3.2. Absorción de las partículas de fibras de papel


60

Fuente: Elaboración propia..

De las pruebas realizadas en este apartado se concluyó que se utilizaría el agregado de la fibra de papel que fuera menor a 0.0127 m (½ pulgadas), debido a los porcentajes elevados de tamaño en el material, y puesto que son dimensiones adecuadas para la correcta conformación de las mezclas. Respecto a la absorción que tienen las fibras de papel, se observó que el problema de secado de la pasta de cal por la adición de las fibras de papel, se debió a la afinidad de este tipo de refuerzo con el agua, que es aproximadamente del 29% de su peso seco, lo cual significa que parte del agua que se agrega al material compuesto se necesita para saturar las fibras de papel.

DISEÑO DE MEZCLAS.

Para probar el material compuesto, se realizó un diseño de muestras, basado en el modelo multitabla en un hexágono, utilizado por Bojórquez (2005), en su trabajo con cemento Pórtland y fibras de caoba. En éste, se relacionan en una tabla las diferentes proporciones de dos de las variables con respecto a una; para este trabajo, inicialmente se establecieron mezclas con proporciones agua - cal hidratada, con proporciones papel - cal hidratada, donde se definió como 1, a la proporción de la cal hidratada. Así pues, para el diseño de las mezclas, las


61

variables que se manejaron fueron: Proporción de cal hidratada, Proporción de fibras de papel periódico, Proporción de alumbre, y Proporción de agua. En el inicio del diseño, se probó la capacidad de las mezclas de formar una masa homogénea. Basado en el modelo multitabla en un hexágono, se hicieron las primeras mezclas de agua, cal hidraulica y fibras de papel periódico, para determinar los rangos de proporciones con los que se trabajaría, para después tener una referencia y poder variar las proporciones de alumbre en la mezcla. Así también, se probaron los métodos de secuencia de incorporación y mezclado de los componentes, que es factor importante en su conformación. Es importante mencionar, que las proporciones para el diseño y elaboración de las mezclas, se hicieron en peso. La primera secuencia de mezclas se basó en el trabajo de Bojórquez (2005), pero se sustituyeron los componentes que se usaron, por cal hidraulica y por las partículas fibrosas de papel periódico. En estas primeras mezclas, se probó la secuencia de mezclado en el orden de las fibras de papel periódico, agua y cal hidratada. El Gráfico 3.1 fue el utilizado. 1.5

11

12

13

14

15

a = agua

p = papel

1.0

6

7

8

9

10

0.5

1

2

3

4

5

c = cal

p/c 0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Gráfico 3.1. Multitabla utilizada para la primera secuencia de mezclas. Fuente: Elaboración propia.


62

Se inició con la mezcla 1, proporción agua-cal 0.5, y con tal, se aumentaron las proporciones cal-papel desde 0.5 hasta 2.5, y así sucesivamente con las proporciones agua-cal 1.0 y 1.5, con lo cual se tuvieron las siguientes observaciones: La relación aguacal 0.5 no logra formar una pasta si no grumos secos, por lo que el aumentar cualquier proporción de papel-cal no serviría; por tanto, se descarta tal proporción y todas sus combinaciones con papel (combinaciones 1 a 5). La relación agua-cal 1.0 logra una pasta fluida que muestra adherencia, pero al agregar 0.5 de papel, esta se vuelve grumosa y el papel se aprecia solo recubierto de manera superficial con lechada de cal; resultó obvio que el aumentar la proporción de cal-papel sería inútil. Se aceptó entonces la proporción 1 de agua-cal, pero no el uso de 0.5 de papel-cal; de esto derivó el pensar utilizar proporciones cal-papel iguales o inferiores a 0.5 y con mayor cantidad de agua; así pues, se descartaron las demás combinaciones con papel (combinaciones 6 a 10). La relación agua cal 1.5, logra una lechada de cal muy fluida, que al agregársele el papel en 0.5, sucede lo mismo que el caso anterior. Todas las mezclas (combinaciones 11 a 15) fueron descartadas (Figura 3.14). Se probaron dos tipos de orden de incorporación de los agregados. El primero consistió en mezclar el agua con el papel, y después se incorporó la cal, lo que dio por resultado una mezcla grumosa, donde la cal no alcanzaba a hidratarse por completo; requirió agregarse más agua, pero ya excedía la cantidad estipulada. En el segundo, se formó primero la matriz del compuesto con agua y cal hidratada, a lo que una vez incorporados en forma de pasta, se agregó la fibra de papel; aun cuando resultó un orden adecuado, existe el problema de que la pasta de cal se seca por la absorción de las fibras del papel (Figura 3.15).


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Figura 3.14. Consistencia grumosa y sin homogeneidad de las muestras de la primera secuencia. Fuente: Autor.

Figura 3.15. Apariencia de la mezcla por la incorporación ultima de la cal. Fuente: Autor.

De la primera secuencia de mezclas, se concluyó que era necesario manejar proporciones cal-papel inferior a 0.50, que fue la proporción donde se observó la E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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formación de una mezcla cercana a la homogeneidad. Así también, se vio que debido a que el papel absorbe una cantidad significativa de agua, era necesario elevar las proporciones de agua-cal, para lo que se tuvo en cuenta que las proporciones 1.0 y 1.5 de este tipo, resultaron ser adecuadas. En la segunda secuencia de mezclas, se hicieron las adecuaciones a la multitabla derivadas de las observaciones que se hicieron en la primera secuencia. El rango de proporciones papel-cal varió entre 0.1 y 0.5, y el rango de proporciones agua-cal se conservó entre 1.0 y 1.55. En ésta ocasión se incorporó el hexágono, donde solo se probaron las muestras de los vértices y del centroide del mismo, a los cuales se les asigna una numeración que va del 1 al 106. La tabla utilizada fue la que se muestra en el Gráfico 3.2. 2

1.5

3

a = agua

p = papel

1.25

1

78 109

4

c = cal

1.0

6

5 p/c

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Gráfico 3.2. Multitabla en un hexágono utilizada en la segunda secuencia de mezclas. Fuente: Elaboración propia.


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Se inició con la mezcla 1, y se continuó en orden ascendente, para lo cual se conservó el orden de incorporación de los agregados que resultó más apropiado en la primera secuencia de muestras: cal, agua, y después papel. De este procedimiento se tuvieron las siguientes observaciones: con la mezcla 1 se formó una pasta moldeable y suave, con buena incorporación con el papel, y con poco revenimiento aparente7 (Figura 3.16). Si se reduce la cantidad de agua de esta mezcla hasta a proporción 1.0 de agua-cal, se obtiene una pasta más dura y adherente, moldeable y sin revenimiento (Figura 3.17).

Figura 3.16. Mezcla con incorporación adecuada de sus agregados. Fuente: Autor.


66

Figura 3.17. Mezcla homogénea, con menor contenido de agua. Fuente: Autor.

Con la muestra 2 se formó una pasta moldeable, no adherente, sin revenimiento aparente. Con la muestra 3 sucedió lo mismo que con las mezclas de la primera secuencia, se hacen grumos, lo que es probable se deba a que es más cantidad de papel. La muestra 4 tampoco formó una mezcla homogénea, de igual modo se formaron grumos. La muestra 5 no forma una mezcla homogénea, tuvo el mismo comportamiento que la 3 pero más seca (Figura 3.18). La muestra 6 formó una pasta moldeable, no pegajosa, y sin revenimiento aparente. Las muestras 7, 8, 9, y 10 tampoco formaron una mezcla homogénea, se hacen grumos; pero si su contenido de agua se eleva a la relación 1.5, se vuelve una pasta un poco seca, moldeable y adherente, sin revenimiento aparente. Con estas pruebas, se constató lo que comentan Mattews et al (2000), sobre otras variables que influyen en las características que tendrá un material compuesto. El mínimo de la fracción de volumen de la matriz a utilizar en el material compuesto, dependerá de la naturaleza de ésta, pues de ser inferior a la cantidad requerida para formar una estructura con el refuerzo, la consolidación


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del material se vuelve insostenible. Del mismo modo la uniformidad y distribución del refuerzo, estuvo condicionada por el tamaño de partícula que debía utilizarse para formar una mezcla homogénea.

Figura 3.18 Consistencia grumosa de las mezclas con mayor contenido de papel. Fuente: Autor.

En el siguiente gráfico, se muestran con círculos negros los tipos de mezcla que funcionaron mejor en la incorporación homogénea de sus agregados: 2

1.5

$

$

3

a = agua

p = papel

1.25

1

78 $ 109

1.0

6

$

4

c = cal

5 p/c

0.1


0.2

0.3

0.4

0.5

68

Gráfico 3.3. Muestras que resultaron más adecuadas en la segunda secuencia de muestras. Fuente: Elaboración propia.

De la segunda secuencia de mezclas, se concluyó que el rango adecuado de proporción de papel-cal es entre 0.1 y 0.3. También se observó que las mezclas con más papel, requerían más agua para poder formarse, por lo que se decidió a elevar el rango de proporciones aguacal desde 1.25 a 1.75. Así pues, el modelo base de mezclas con el que se trabajó fue el siguiente:

a/c 2

1.75

3

a = agua

p = papel

1.50

1

78 109

4

c = cal

1.25

6

5 p/c

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Gráfico 3.4. Modelo multitabla en un hexágono base, con variación de la proporción de agua. Fuente: Elaboración propia. En la siguiente tabla se muestran las proporciones correspondientes a las muestras con variación del agua: E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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Tabla 3.3. Proporciones de mezclas con variación de agua.

Muestra

Cal

Relacion

Relacion

hidratada

papel/cal

agua/cal

M1

1

0.10

1.50

M2

1

0.15

1.75

M3

1

0.25

1.75

M4

1

0.30

1.50

Fuente: Elaboración Propia.

Después de definir los rangos de las mezclas básicas, se procedió a precisar aquellas en las que el alumbre se incorpora como una variable más, y el agua se mantiene como constante. El rango de proporciones papel-cal se mantuvo entre 0.1 y 0.3, y se planteó establecer el rango de alumbre-cal a partir de la proporciones utilizadas en la elaboración de pinturas de cal e impermeabilizantes tradicionales adicionados con alumbre. La proporción de inicio es 0.048 de alumbre con respecto a la cal como la proporción media, y el rango se definió con el máximo y mínimo, 0.06 y 0.02 respectivamente. La proporción de agua tuvo un máximo de 1.75 con respecto a la cal hidratada, pero se procuró agregar la menor cantidad de ésta, para mantener las mezclas lo más secas posibles y evitar la sobresaturación. Entonces, el modelo con el que se trabajó para las mezclas donde se incorpora el alumbre como variable fue la siguiente:

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Gráfico 3.5. Modelo multitabla en un hexágono base, con variación de la proporción de alumbre. Fuente: Elaboración propia.

. E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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En la siguiente tabla se muestran las proporciones correspondientes a las muestras con variación del alumbre: Tabla 3.4. Proporciones de mezclas con variación de alumbre.

Muestra

Cal

Relacion

Relacion

hidratada

papel/cal

alumbre/cal

M1

1

0.10

0.04

M2

1

0.15

0.06

M3

1

0.25

0.06

M4

1

0.30

0.04

Fuente: Elaboración Propia.

ELABORACIÓN DE LAS MUESTRAS.

Las muestras o unidades de análisis con las que se trabajó, se produjeron de acuerdo a cada uno de los modelos que se definieron en el diseño de las mezclas. El diseño de las probetas estuvo basado en las diferentes normas que regulan cada una de las pruebas, pero se requirió hacer adaptaciones a su geometría y proceso de manufactura, debido a las características del material a analizar y por la disponibilidad de equipo. A continuación se describe el proceso que se siguió para la elaboración de los diferentes tipos de muestras. El primer paso fue pesar los agregados en una báscula de precisión, cal hidratada, papel mineralizado, alumbre y agua, de acuerdo a las proporciones que se definieron; el papel a ser usado fue pasado por una malla de 0.0127m (½ pulgadas) para seleccionar el material antes de pesarlo. Para preparar la mezcla se depositó la cal hidraulica en una tina de plástico. Se utilizaron 2/3 partes del agua a utilizar en cada mezcla, para preparar una solución con el alumbre pulverizado. Se vertieron el agua, y posteriormente el alumbre en polvo en una botella de plástico de capacidad de 2 litros, la cual


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poseía una tapa con rosca; se agitó la botella a mano por espacio de 5 minutos, hasta que los cristales de alumbre se disolvieran por completo y no existieran precipitados en el fondo9. Después, la solución de alumbre se agregó a la cal hidraulica en la tina, y basado en la norma ASTM C 305 (ASTM, 1995, s.p.), sobre prácticas estándar para el mezclado mecánico de pastas y morteros de consistencia plástica, se batió a mano con una espátula de lámina durante 5 minutos, para después bajar de los lados de la tina la mezcla que se acumulara por la acción del batido con una espátula de hule flexible, lo cual permitía conservar toda la pasta junta y homogénea10 (Figura 3.19). Una vez preparada la matriz de pasta de cal, se agregaba el refuerzo de fibras de papel periódico y se repetía el proceso de mezclado anterior, pero se agregó el agua restante gradualmente hasta obtener la consistencia requerida en la mezcla11 (Figura 3.20).


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Pasta a base de cal hidráulica y solución de alumbre. Fuente: Autor.


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Mezcla en proceso de incorporado de las fibras de papel. Fuente: Autor.

Una vez preparada la mezcla, se siguió con la elaboración de las muestras con base en la norma ASTM C 109 (ASTM, 1995, s.p.), sobre el método estándar de prueba para la resistencia a la compresión de morteros de cemento hidráulico. El procedimiento que se indica corresponde a moldes para cubos de 0.05x0.05x0.05 m (2x2x2 pulgadas), pero se adaptó para usarse con los tres tipos de molde que se utilizaron. Las muestras para las pruebas de resistencia a la compresión, densidad, contenido de humedad, absorción, y resistencia a la compresión ante saturación, se elaboraron con moldes para cubos de 0.05x0.05x0.05 m (2x2x2 pulgadas), marca ALCON, con las especificaciones de acuerdo a la norma; para elaborar la muestra se colocaron tres capas iguales de la mezcla, y se apisonó 32 veces por E.A.P. DE ARQUITECTURA - 2016

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capa con una varilla lisa y redonda para eliminar los espacios de aire. Se usó una regleta metálica de 0.0381 m (1 ½ pulgadas) para dar el acabado final de la superficie (Figura 3.21). Las muestras para la prueba de resistencia a la flexión, se elaboraron en un molde metálico triple de manufactura especial donde cada muestra fue de 0.15x0.05x0.025 m (6x2x1 pulgadas) (Figura 3.22), y las muestras para las pruebas de conductividad térmica también se hicieron en un molde metálico especialmente manufacturado de 0.20x0.15x0.025m (8x6x1 pulgadas) (Figura 3.23); se colocaron tres capas en el molde para elaborar cada mezcla, y se apisonó de igual manera que en las primeras muestras para eliminar los espacios de aire; se usó una regleta metálica para dar el acabado superficial final.

Las muestras, 24 horas después de elaboradas y alcanzado el fraguado inicial, se desmoldaron y colocaron en un cuarto húmedo, de acuerdo a la norma ASTM C 511 (ASTM, 1995, s.p.), sobre especificaciones estándar para gabinetes húmedos, cuartos húmedos y tanques de almacenaje de agua usados para el curado de especimenes de prueba, durante 14 días, para después de ese período sacarse, y


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terminar de curar en condiciones exteriores hasta cumplir 28 días para ser probadas12

Pruebas aplicadas. Como parte del desarrollo del experimento, se realizaron las siguientes pruebas a las muestras elaboradas.

Resistencia a la compresión. La prueba de resistencia a la compresión se llevó a cabo conforme a la norma ASTM C 109 (ASTM, 1995, s.p.), sobre la resistencia a la compresión de cubos de mortero de cemento. Se utilizó una máquina de pruebas universal mecánica, marca ELE, de la serie Digital Tritest (sistema de tornillo, capacidad máxima 20 toneladas nominales., velocidad nominal 1.5mm/min, sistema de medición de la fuerza por medio de anillo, velocidad controlada electrónicamente). Para la prueba se utiliza la muestra en cubo de 0.05x0.05x0.05 m (2x2x2 pulgadas), la cual se midió con Vernier, marca Caliper (de acero inoxidable, longitud máxima de 15 cm, precisión 0.002 mm), en sus tres dimensiones, tres veces en cada una, para determinar las dimensiones promedio. La muestra se rectificó levemente en las caras sobre las cuales se aplicaría la fuerza, con una lija fina adherida a una superficie plana14. A la máquina se le colocaron calzas rectificadas para dar la altura para la prueba, y a la muestra se le colocó un cabezal rectificado en la parte superior, con una hendidura superior cóncava para tener una aplicación uniforme de la fuerza. La prueba se llevó acabo al aplicar la fuerza a una velocidad nominal uniforme de 1.5 mm/min, y se registró la fuerza última a la que el material falló15 (Figura 3.25). Los resultados obtenidos de estas pruebas se muestran en el Capítulo 4, “Resultados, análisis y discusión”.


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Contenido de humedad Las pruebas de contenido de humedad y absorción se llevaron a cabo basadas en la norma ASTM C 1185 (ASTM, 1995, s.p.). Para la prueba se utiliza la muestra en cubo de 0.05x0.05x0.05 m (2x2x2 pulgadas), la cual se pesó en báscula de precisión, y se midió con Vernier en sus tres dimensiones por triplicado para determinar sus dimensiones promedio. Después, se colocó en el horno de secado eléctrico). Después se sacó del horno y se pesó seco, se dejó enfriar a temperatura ambiente, y se sumergió en una tina con agua durante 24 horas; se requirió colocarlos en una bolsa de polietileno con orificios y contrapesos para mantenerlos sumergidos sin colocarles un peso encima y sin que se tocaran entre si (Figura 3.28). Pasado el tiempo de inmersión y saturación de las muestras, se sacaron de la tina, y se retiró cuidadosamente el exceso de agua superficial de cada muestra con un paño húmedo y se pesaron nuevamente. Después los especimenes saturados fueron sometidos a una prueba de resistencia a la compresión de acuerdo a la


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norma ASTM C 109 (ASTM, 1995, s.p.)16. Los resultados obtenidos de estas pruebas se muestran Capítulo 4, “Resultados, análisis y discusión”.


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V.

CONCLUSIONES

Para poder plantear la conclusión de este trabajo, se cumplieron varias etapas, a fin de contar con un fundamento sólido y objetivo. En los siguientes párrafos, se realiza un balance de los resultados obtenidos en comparación con lo que los diversos autores señalan.se evalúan los aciertos y deficiencias observadas en el método y desarrollo de la investigación, también surgieron interrogantes a raíz de este trabajo y para finalizar se plantea un panorama general a futuro sobre la investigación en materiales compuestos (ladrillo de papel).



En la actualidad 7.000 periódicos pesan alrededor de una tonelada, lo que equivale a tres metros cúbicos de madera, o lo que es lo mismo, 13 árboles de tamaño medio. Por ello, cuando arrojamos a la basura nuestro papel usado, condenamos a muerte a millones de árboles. Es por eso con el reciclaje de papel periodo estamos bajando los índice de contaminación ambiental.



Al hacer la comparación con lo establecido en el marco teórico, por la características físicas mecánicas de las mezclas generadas, están pueden estar dentro de materiales compuestos funcionales. La combinación de materias primas elegidas como la cal obedeció a los criterios básicos para el diseño de un material compuesto; se buscó con la caracterización individual da las fibras de papel periódico, cal hidráulica y alumbre. Obtener nuevas características en conjunto que propiciaran un material con posible uso como aislante térmico en la construcción.



Los resultados obtenidos en las pruebas aplicadas proporcionan un panorama de las características que posee el material compuesto, y que pueden ser comparables con las que la bibliografía establece como lineamientos, los cuales nos una visión de que el ladrillo de papel es un


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alternativa que se puede aplicar en la construcción y a esto se suma su menor costo pues se emplea material reciclado. 

Por el uso de materias primas como las fibras de celulosa, el material compuesto puede estar en la categoría de los materiales de construcción basados en fibras, pues la norma ASTM C 168 (ASTM, 1995, s.p.), establece que las fibras de celulosa son derivadas por lo general de papel, cartón o madera. Por sus características físicas y mecánicas, así como por su método de elaboración y agregados, de acuerdo a la norma antes mencionada, el material compuesto puede situarse entre los aislantes en bloque, acabados de cemento, y aislantes de cemento. Por el contrario, por las densidades que alcanza, no los tableros de fibras de celulosa, pues sobrepasa los 497 kg/m³ que establece como máximo la norma ASTM C 208 (ASTM, 1995, s.p.).


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VI.


ANEXOS

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PROPOTIPI DE VIVIENDA SOCIAL CON LADRILLOS DE PAPEL RECICLADO.pdf

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