1 UNIVERSIDAD DE COLIMA ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN DE TABLEROS AGLOMERADOS A BASE DE FIBRA DE COCO Y CEMENTO TRABAJO CON EL CARÁCTER DE T E S I S QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN ARQUITECTURA P R E S E N T A MARTHA ANGELICA NOVOA CARRILLO Director de Tesis: Dr. Miguel Elizondo Mata Asesores: M.C. Francisco Fuentes Talavera M.C. Julio de J. Mendoza Jiménez Dr. Adolfo Gómez Amador COQUIMATLAN, COLIMA JULIO DEL 2005.
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TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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UNIVERSIDAD DE COLIMA
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN DE TABLEROS AGLOMERADOS A BASE DE FIBRA DE COCO Y
CEMENTO
TRABAJO CON EL CARÁCTER DE
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN ARQUITECTURA
P R E S E N T A
MARTHA ANGELICA NOVOA CARRILLO
Director de Tesis: Dr. Miguel Elizondo Mata
Asesores: M.C. Francisco Fuentes Talavera
M.C. Julio de J. Mendoza Jiménez Dr. Adolfo Gómez Amador
COQUIMATLAN, COLIMA JULIO DEL 2005.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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AGRADECIMIENTOS: A CONACYT por la oportunidad de obtener una beca para realizar el estudio de Maestría. Al Departamento de Madera, Celulosa y Papel, por su apoyo incondicional, y por el tiempo que muy amablemente me otorgaron. Muy especialmente al MC. Francisco Javier Fuentes Talavera, por todos sus conocimientos transmitidos, por confiar en mi y por brindarme su amistad. Al Dr. Miguel Elizondo Mata, por guiarme durante todo mi trabajo de tesis y por el ánimo que me brindaba. Al MC. Julio de Jesús Mendoza, por su paciencia y su apoyo. A la Universidad de Colima por tener líneas de investigación que brinden un bienestar ecológico. A mi Familia y todas las personas que estuvieron cerca de mi apoyándome. Y principalmente a Dios.
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INDICE
1.- INTRODUCCIÓN 1
2.- OBJETIVOS 6
3.- HIPÓTESIS 6
4.- JUSTIFICACIÓN DEL TEMA 7
5.- MARCO TEÓRICO
5.1 LA CONSTRUCCIÓN Y EL MEDIO AMBIENTE 10
5.2 DIFERENTES TIPOS DE TABLEROS
5.2.1 Tableros de partículas 15
5.2.2 Tableros de fibras 15
5.2.3 Tableros contrachapados 16
5.3.3 Tableros de cemento-material lignocelulósico 16
5.3 INVESTIGACIONES RELACIONADAS CON TABLEROS 18
ELABORADOS DE MATERIALES ALTERNATIVOS
5.4 MATERIAS PRIMAS
5.4.1 La Palma de Coco 29
5.4.2 La Fibra de coco y sus características 35
5.4.3 El Cemento 38
6.- DESARROLLO EXPERIMENTAL
6.1.- MATERIALES Y MÉTODOS
6.1.1 Obtención de materia prima 43
6.1.2 Desintegrado de material fibroso y 44
Clasificación de partículas
6.2.- DISEÑO EXPERIMENTAL
6.2.1 Variables de estudio 48
6.2.2 Combinación de variables 49
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6.3 ELABORACIÓN DE TABLEROS CEMENTO-ESTOPA DE COCO
6.3.1 Preparación de mezclas 50
6.3.2 Formación del tablero 54
6.3.3 Prensado del tablero 56
6.3.4 Curado y fraguado del tablero 57
6.4 EVALUACIÓN MECÁNICA DE LOS TABLEROS
6.4.1 Comportamiento a flexión 61
- Resistencia 63
- Módulo de elasticidad 64
6.4.2 Comportamiento a compresión 70
6.4.3 Graficas de Esfuerzo-Deformación 75
7.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN
7.1 Análisis del diseño experimental
7.1.1 Tablas de resultados 84
7.1.2 Efecto de las variables sobre las
propiedades a flexión 91
7.1.3 Efecto de las variables sobre las
propiedades de compresión 95
8.- COMPARACION CON OTRAS INVESTIGACIONES 98
9.- CONCLUSIONES 99
10.- RECOMENDACIONES 100
11.- BIBLIOGRAFÍA 101
12.- APENDICE
a.- Fotografías 107
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1.- INTRODUCCIÓN
México es un país de gente joven ya que la mitad de la población nació
después de 1975 y por lo tanto dichos habitantes en esta década requerirán
de vivienda, se estima con base en el crecimiento demográfico del país y en el
mercado potencial de vivienda de 1999 (1, 000,000 unidades), por lo que en
los próximos 10 años será necesario construir el equivalente a las ciudades
de México, Monterrey y Guadalajara mas dos veces.
Esto nos índica que el problema de la vivienda en México cada día adquiere
mayor importancia dentro de las necesidades de los ciudadanos, cientos de
familias requieren de una vivienda, en donde puedan realizar sus actividades
diarias, por lo tanto esta demanda origina una construcción irracional, en
suelos no aptos para la construcción, muchas de las construcciones con una
mala calidad por falta de supervisión, y que de cierta manera debido a la
necesidad de los usuarios estas son habitadas, siempre y cuando tengan la
posibilidad económica de adquirir una vivienda.
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Tomando en cuenta la gran demanda de construcción de vivienda y la
necesidad también, de desarrollo de nuevos materiales de construcción, en el
presente trabajo, se investiga la manufactura y evaluación de un tablero a
partir de la combinación de fibra de coco con el cemento, mismo que pudiera
tener propiedades idóneas para su uso en la construcción.
Es importante destacar la relevancia de esta investigación en muchos
aspectos, principalmente en la utilización de la fibra de coco, que en este
caso es un material de desecho; además colaboramos a la utilización de
esquilmos agrícolas en la búsqueda de elementos que estén enfocados a la
construcción de vivienda económica, ayudando posiblemente a abatir costos
con las mismas características de algunos paneles que están en el mercado,
teniendo como ventaja la contribución al aspecto ecológico y económico.
Lo anterior redundaría en la economía de los usuarios, en donde no solo en
el sector más encarecido de la sociedad se reflejaría el principal beneficio.
En el mercado existen diversos tipos de paneles y aglomerados que ofrecen a
los usuarios una cantidad interesante de opciones para cada necesidad, y
las características indispensables para la utilización en la construcción.
Las características principales con las que puede contar un tablero para ser
útil en el área de la construcción y tener probabilidades de un estudio mas
profundo, en donde se analizan mas variantes a resolver, son obtenidas
mediante el ensayo de resistencia la flexión, densidad y resistencia a la
humedad.
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Esta investigación es el inicio de un proyecto que pretende al menos conocer
las características de los paneles cemento-coco, con la ventaja que se esta
utilizando una materia prima que en su mayoría es desperdicio de otras
actividades y que se convertiría en material de construcción mediante
procesos ambientales amigables.
En México al momento de elegir materiales para su vivienda se opta por los
materiales convencionales, sabemos que el tablero aglomerado aun no
abarca una gran área dentro del ámbito de la construcción, y aun menos el
tablero elaborado a base de material reciclado o esquilmos agrícolas.
Pero es una lucha constante para que nuestras próximas generaciones
crezcan con la conciencia de la utilización de materiales alternativos y tengan
la posibilidad de vivir en una sociedad con más respeto a su entorno natural.
El presente trabajo se basa prácticamente en la elaboración de los tableros
aglomerados con mayor o menor proporción de mezcla cemento-fibra (C-F),
agregado inerte (arena) y agua, partiendo de un diseño experimental, que
permite determinar las proporciones y el numero de tableros a realizar,
continuando con una serie de ensayos mediante los cuales determinaremos
sus propiedades físico-mecánicas, con el objetivo de obtener datos precisos
que sirvan como base para su aplicación en el campo de la edificación de
vivienda.
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Estos tableros se elaboraron y caracterizaron en el Dpto. de Madera,
Celulosa y Papel “Ing. Karl Augustin Grellmann” de la Universidad de
Guadalajara, mediante la colaboración y asesoría del M. C. Fco. Fuentes
Talavera, asesor de esta tesis.
En este trabajo se enfoco principalmente a estudiar la relación entre las
proporciones de mezcla de (F) coco y (C) cemento con las propiedades
resultantes de los tableros, por lo que otras formas y variables de elaboración
de estas, serán objeto de investigaciones posteriores con el ánimo de mejorar
los resultados alcanzados.
Lo importante de este tipo de estudios es que día a día se suman más
profesionistas interesados en la obtención de materiales alternativos que
sean útiles en la construcción y que por otro lado mantengan en vigor el
cuidado de nuestra naturaleza.
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Figura 1 Tableros de fibra - cemento elaborados en este trabajo de tesis.
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2.- OBJETIVOS
General:
• Generar por medio de la combinación de fibra de coco y cemento un
material cuyas propiedades puedan ser apropiadas para su uso en la
construcción de vivienda.
Particular:
• Conocer las propiedades físico-mecánicas del tablero cemento-fibra de coco.
• Proponer posibles usos en el campo de la Arquitectura.
3.- HIPÓTESIS
El aglomerado a base de fibra de coco y cemento, es un material cuyas
características físicas y mecánicas lo hacen susceptible de utilizarse en
diversos elementos que conforman etapas de la edificación de vivienda.
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4.- JUSTIFICACIÓN DEL TEMA
La principal aportación de esta tesis de Maestría es el conocimiento que
genere demostrando las bondades de la palma de coco en combinación con el
cemento para el desarrollo de nuevos materiales para la construcción;
aprovechando el estudio y la experiencia en el uso y el manejo de esta planta
tropical.
La relevancia de este proyecto radica no únicamente en la utilización de
esquilmos agrícolas aplicados en la construcción, uno de sus propósitos es
crear una conciencia ecológica, ir construyendo día a día una educación en
los seres humanos a utilizar materiales alternativos y así evitar destruir
nuestros ecosistemas.
Hacia 1940 el uso del tablero fibra-cemento se extendía por Europa, pero
hasta la segunda mitad del siglo XX llego a ser utilizada mundialmente1. Actualmente, cada día mas, se racionaliza el uso de los recursos naturales,
incrementando el uso de materiales para la construcción a base de fibras
naturales, en varios países, el uso de materiales alternativos para la
construcción de vivienda representa un status, pues en algunas ocasiones el
material llega a ser más caro que los materiales convencionales para la
construcción, debido además a que son productos elaborados mediante
procesos no agresivos ambientalmente hablando.
2 Word Technology, oct 1998 v125 i8 p26
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Por lo anterior, es lógico pensar que el desarrollo Tecnológico para la
producción y utilización de materiales alternativos para la edificación de
vivienda, tiene un doble beneficio para los usuarios.
Para la fabricación de tableros aglomerados no solo se utiliza la fibra de
coco, existen numerosas investigaciones en diferentes países en donde
combinan algunas otras fibras naturales que ofrecen una alternativa para
elementos utilizados en la construcción como lo son la fibra de Yute, Kenaf,
bagazo de caña, vástago de plátano, agave y lechuguilla entre otros.
México es uno de los primeros cinco productores de fibra de coco a nivel
mundial, por lo que su uso como materia prima para la producción de
elementos que contengan fibra de coco no esta fuera de la realidad, Por
fortuna nuestro país en general y en especifico el estado de Colima cuenta
con los recursos naturales a la espera de ser aprovechados en la producción
de diversos productos asociados a la edificación de la vivienda.
Figura 2 Plantío de palmeras de coco, carretera Armería-Colima.
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Los esquilmos agrícolas son poco aprovechados en la industria, pero pueden
ser una alternativa que podría ofrecer salidas a la pequeña y mediana
empresa, involucrando elementos claves para los sistemas de producción, la
integración, la optimización de los ciclos de producción con mínimas
perdidas, buen aprovechamiento de las fibras, ya que actualmente son
escasos sus usos y sabemos se puede lograr una alta productividad.
Además de producir un satisfactor que puede servir para obtener viviendas
dignas, ambientalmente integrales y aun costo factible.
El conocimiento integral de las propiedades físicas y químicas de la estopa
de coco, implica la oportunidad de emprender un camino que cada día
acercara a conocer sus verdaderas potencialidades, y sin duda permitirá
explorar un potencial importante a nivel mundial, no solo en el campo
Arquitectónico sino en otras ramas de la ciencia.
Por otra parte como ya se ha mencionado la producción de estos paneles
presupone un factor ambiental positivo, pues como es sabido, en la
fabricación de materiales para la construcción hay procesos altamente
contaminantes y con un mal consumo energético.
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5.- MARCO TEORICO 5.1- LA CONSTRUCCIÓN Y EL MEDIO AMBIENTE Con el paso del tiempo la preocupación por el medio ambiente en el que
habitamos así como la necesidad de una vivienda digna y sustentable han
adquirido mayor fuerza dentro de la sociedad, dando paso a múltiples
propuestas por parte de organismos gubernamentales, así como de expertos
en el área de la construcción, con el objetivo de satisfacer la necesidad de los
usuarios, permitiendo un acercamiento no solo de comprensión teórica, sino
también de manera práctica.
En México existen diversos organismos que otorgan financiamiento para la
construcción de vivienda. (tabla no. 1)
El Infonavit (Instituto de Nacional de Fomento a la Vivienda) por ejemplo en
su programa de labores y financiamiento para el 2005 expresa que su
principal reto nacional en materia de vivienda consiste en satisfacer la
creciente demanda habitacional de esta población. Por lo tanto incrementa a
375 mil créditos su meta para este año. Cabe mencionar que el 56% de los
créditos se canalizaran a trabajadores que ganan menos de 4 veces salarios
mínimos.2
En este contexto, el Gobierno Federal se ha planteado como meta para el año
2006, alcanzar la edificación y financiamiento de 750 mil viviendas. 3
La parte mas utilizada de la palmera de coco es sin duda alguna su madera,
los usos dentro de la construcción son ilimitados, aunque esto genera un
daño a las plantaciones y es una causa de la disminución de los plantíos.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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5.4.2- La Fibra de Coco y sus Características
“La Fibra de coco pertenece a la familia de las fibras duras como el
henequén. Se trata de una fibra compuesta por celulosa y leño que posee
baja conductividad al calor, resistencia al impacto al impacto, a las bacterias
y al agua. Su resistencia y durabilidad lo hace un material adecuado para el
mercado de la construcción para usarlo como material de aislamiento
térmico y acústico”, explica Jaime Piña, experto en el estudio del cocotero en
el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias
(INIFAP).
La fibra de coco se puede definir de forma cilíndrica, pared delgada, extremos
redondos; tiene pequeños vasos sementados y largos, vasos anulares en
espiral. Presenta un alto contenido de lignina, bajo porcentaje de celulosa y
pentosanos y un elevado porcentaje de cenizas.13
Figura 5 La fibra de coco posee una alta elasticidad y es factible a blanquear.
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La composición química promedio de la estopa de coco, resultados del
estudio elaborado en el valle de Tecoman, por el Departamento de Madera,
Celulosa y papel, universidad de Guadalajara.¡Error! Marcador no definido.
Lignina 42.5%
Celulosa 32.3%
Pentanosa 14.7%
Grasas saponificables 5.1%
Grasa insaponificables 0.7%
Cenizas 3.5%
Proteínas 1.2% = 100%
Elementos minerales en las cenizas
(Referidos al % total)
MnO 0.195
K2O 0.059
Na2O 0.003
SiO 2 0.701
Debido a que no se dispone del dato sobre el rendimiento neto de fibra de
coco, solo es posible hacer una estimación de la cantidad total de fibra
disponible, en base a la suposición aproximada de que el 10% del peso del
coco corresponda a fibra disponible. 18
18 Trabajo publicado en AMATL Boletín de difusión del Instituto de Madera, Celulosa y Papel de la Universidad de Guadalajara. México. Vol. II, Numero 4, Oct-Dic. 1988.pp 2-7
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Usos
La estopa del coco (las fibras del mesocarpio) se usa para hacer colchones,
cuerdas, alfombras, brochas, bolsas, productos artesanales y en algunos
países se usa para la confección de asientos de carros. Las fibras más largas
se utilizan para hacer cepillos y escobas.
El procesamiento de la estopa produce el polvo de estopa, el cual se usa en
muchas regiones como material de empaque, en la manufactura de tableros
de partículas y como material aislante.
Como fertilizante se ha observado que la incorporación de polvo de estopa a
la mezcla de tierra usada en viveros induce un desarrollo radical más
acelerado en comparación al uso de otras formas de materia orgánica y ese
efecto se puede atribuir a la liberación de compuestos fenólicos del polvo de
estopa.
Actualmente ha encontrado mucha demanda como sustrato de cultivo por
sus extraordinarias propiedades físicas y su facilidad de manejo, así como su
carácter ecológico, de tal forma que en la Universidad del Valle, en Colombia
se realizan estudios para utilizar esta fibra como posible alternativa para
remplazar materias primas para la industria del papel. 19
19 Boletín AUPEC, Agencia Universitaria del Periodismo, Jenny Andrea Velez Vidal
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5.4.3- El Cemento Es un material con propiedades adhesivas y cohesivas las cuales dan la
capacidad de aglutinar otros materiales para formar un todo, sólido y
compacto.
Su uso se remonta a la antigüedad, desde la época de los egipcios, griegos y
romanos, ellos iniciaron por mezclar arena, agua y piedra triturada, por lo
que se puede decir que este fue el primer concreto de la historia.
El cemento se obtiene a partir de la mezcla de materiales calcáreos y
arcillosos, así como de otros que contengan sílice, aluminio y óxidos de fierro.
Es un mineral finamente molido, usualmente de color grisáceo extraído de
rocas calizas, que al triturarse hasta convertirse en polvo y ser mezclado con
agua, tiene la propiedad de endurecer.
Su fabricación consiste en la trituración fina de la materia prima, mezclada
en ciertas proporciones y calcinada en un horno rotatorio de gran dimensión,
a una temperatura de 1400 ºC, donde el material se sintetiza y se funde
parcialmente formando bolas conocidas como clinker, que cuando se enfría el
material, se tritura hasta obtener un polvo fino al que se le añade un poco de
yeso para obtenerse, como producto final, el cemento Pórtland. También
existen otros tipos de cementantes, como los cementos naturales y los
cementos de alta alúmina.
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Cemento Pórtland
Actualmente se tiene bien establecido el uso del cemento, siendo el más
común el denominado Pórtland.
El cemento Pórtland debe su nombre a la semejanza, en color y calidad, con
la piedra de Pórtland, una caliza obtenida de una cantera en Dorset,
Inglaterra. Este cemento empezó a ser desarrollado por Joseph Aspin, en
1824.
La definición del Cemento Pórtland Compuesto, según la Norma Oficial
Mexicana, dice que es conglomerantes hidráulico que resulta de la
pulverización de clinker frió, a un grado de finura determinado y al cual se le
añaden sulfato de calcio natural, o agua y sulfato de calcio natural.
Según el grado de trituración, el cemento puede alcanzar un peso especifico
bastante elevado.
Existen varios tipos de cemento dependiendo de su so especifico. En relación
con su color general, se encuentran los cementos grises blancos.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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La clasificación general para diferentes tipos de cemento de acuerdo con su
propósito específico es la siguiente:
Tabla no. 3.- Tipos diferentes de cemento
Cemento tipo 1(Para todos los propósitos). Se usa este tipo de cemento para
mezclas de concreto en las que no se requieren de propiedades especiales,
sobre todo cuando los elementos estructurales no están expuestos a la
acción de sulfatos.
Cemento tipo 2(Resistente a los sulfatos) Este cemento tiene un propósito
especifico. Se recomienda su uso en estructuras que van estar expuestas a al
acción de cantidades no muy importantes de sulfatos.
Cemento tipo 3(De resistencia rápida). Este cemento logra alcanzar a la
resistencia en poco tiempo (una semana o quizá menos) y nos permite
optimizar tiempos de construcción. Se usa en pisos, caminos, baqueta, etc.
TIPO CARACTERISTICAS
1 Todo propósito
2 Resistentes a sulfatos
3 Resistencia rápida
4 Bajo calor de hidratación
5 Resistencia a la acción de sulfatos pesados
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Cemento tipo 4 (De baja temperatura de hidratación). Este tipo de cemento
se usa primordialmente en estructuras masivas, tales como presas, donde
las temperaturas que se desarrollan durante el fraguado puedan dañarlas.
Cemento tipo 5 (De alta resistencia a los sulfatos) Se usa en estructuras
expuestas a la acción de sulfatos como, por ejemplo, el agua del subsuelo,
que tiene gran contenido de este material.20
Sus usos
El cemento es un elemento muy útil en la construcción, en la mayoría de los
casos insustituible en muchos trabajos. Cuando lo mezclamos con agua
formamos una lechada que utilizamos para los techos de las construcciones.
En combinación con arena y agua podemos obtener un mortero para
utilizarse en el pegado de ladrillo, tabique, tabicón, piedra, de igual manera
se puede utilizar como aplanado en muros interiores y exteriores. Cuando
mezclamos el cemento con grava, arena y agua formamos el concreto.
Como podemos observar el cemento nos sirve para pegar (tabique, block, etc),
lechear azoteas, fabricar tabique, aplanar, de igual manera se utiliza para
fabricar mosaicos, muebles de baño, tuberías, pisos de rodamiento vehicular,
6.3 ELABORACIÓN DE TABLEROS CEMENTO-ESTOPA DE COCO 6.3.1. PREPARACION DE MEZCLAS
Se elaboraron muestras de 25 cm x 5 cm. x 1.2 cm. en base al Diseño, que
dio como resultado 9 tableros base fibra de coco y cemento, considerando
que de cada arreglo se obtuvieron cuatro probetas, por lo tanto se tiene un
total de 36 muestras que fueron sometidas a las pruebas físico-mecánicas.
El agua representa el 20% del aglutinante (cemento).
A la mezcla se le agrega por cada 90 gr. de estopa de coco 242.00 mililitros
de agua, para compensar el agua absorbida por la estopa de coco.
Arena 50º% del aglutinante (cemento).
Considerando proporciones similares para lograr un concreto de Fc= 150
kg/cm2
Los porcentajes para cada probeta de esta primer corrida de acuerdo al
diseño Factorial Fraccional.
Para transformar los porcentajes de la tabla anterior se realizó una operación
en donde se determinó el peso total de la suma de las cuatro probetas que
conforman un tablero, el cual representa el 100% de la masa, y de tal forma
mediante una ecuación matemática utilizando la densidad propuesta, se
obtuvo la proporción correspondiente a la fibra, cemento, arena y agua para
cada arreglo.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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Se transformo el porcentaje en peso utilizando las siguientes formulas:
1.- V= a x b x c
2.- Densidad ( ℓ )= m/V
3.- m= Densidad ( ℓ ) x V
En donde:
V= Volumen
m= masa
Por lo tanto:
Si la Densidad ( ℓ ) = 1.2 g/cm3
V= 5 cm X 25 cm X 1.2 cm= 150 cm3
m= Densidad ( ℓ ) x V
m= 1.2 g/cm3 x 150 cm3 =180 gr.
El resultado nos indica que una probeta de 5 cm x 25 cm x 1.2 cm. pesa 180
gr. con la densidad propuesta.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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Basándonos en las proporciones
determinadas en el diseño del
experimento para cada tablero,
utilizamos una balanza digital y
pesamos cada material (cemento,
arena, fibra, y agua), colocándolos en
recipientes de manera independiente.
De esta modo mezclamos en seco, el
cemento y la fibra, tratando de
impregnar ambos ingredientes,
dispersando en su mayoría las
núcleos de fibra que se forman.
Es de suma importancia el cuidado
del mezclado manual pues así se
lograra una homogeneidad en la
mezcla al momento de agregar el
agua y la arena.
Figura 14 Mesa de elaboración
Figura 15 Mezcla en seco de la fibra y el cemento.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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Posteriormente utilizamos el
mezclador de acero inoxidable y a
medida que se mezcla la pasta y se
hace más homogénea, vamos
incorporando lentamente el agua y la
arena, hasta mezclar los ingredientes
perfectamente. Se va realizando la
mezcla de un tablero e
inmediatamente su formación, pues de
acuerdo la naturaleza de los materiales
no es posible realizar todas las
combinaciones y dejar la formación del
colchón al final.
El tiempo de mezclado fue de
aproximadamente dos minutos, cabe
mencionar que la dosificación de las
mezclas influyó en cierto modo, pues
algunas proporciones requirieron menos
tiempo lógicamente porque tenían un
porcentaje menor de fibra, los tableros
con un grado mayor de fibra si ocuparon
del tiempo estimado para lograr su
homogeneidad.
Figura 17 Mezclador rotatorio de acero inoxidable.
Figura 16 Mezcla en seco de la fibra y el cemento.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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6.3.2- FORMACIÓN DEL TABLERO
Iniciamos esta fase de la elaboración colocando un plástico del tamaño de la
lámina de acero sobre la misma, para que al momento de sacar las probetas
del molde estas no se peguen. A continuación se colocan los moldes sobre el
plástico, así en el momento en que esta lista la mezcla depositarla de
inmediato, mediante un proceso continuo, el cual permite mantener
uniforme la distribución de la fibra y un nivel del conglomerado dentro de las
hormas, para ser prensado.
Figura 18 y 19 Acomodo de los moldes, podemos observar que se colocan cuatro moldes para cada proporción.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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Se cuidó que el molde sea cubriera totalmente para llegar a obtener una
muestra completamente uniforme, sin dejar vacíos que generaran burbujas
de aire, pues estas a su vez pueden ocasionar una menor resistencia en el
resultado de las pruebas aplicadas. Posterior a esto se colocó otro plástico y
la lámina de acero sobre las probetas previamente llenas, de tal manera esta
lista para pasar a la prensa.
Figura 20 Los moldes en los que se acomoda la mezcla, se realizó con detalle para evitar que se perdiera el agua contenida si se oprimía demasiado.
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6.3.3- PRENSADO DEL TABLERO
Sobre una prensa de resistencia eléctrica con
placas de 50 cm. X 50 cm. Se realizó esta fase
que complementa el proceso de elaboración.
El tablero se prensa en frío durante 10
minutos de la siguiente manera:
Figura 21 y 22 El tablero se coloca sobre la prensa de resistencia eléctrica aplicando presión de 30 bars durante 10 minutos.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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Se colocan en la prensa las láminas con las
probetas elaboradas, procurando su acomodo en el centro para lograr una
presión uniforme, se acciona una palanca para ejercer la presión hasta
llegar hasta los 30 bars.
Transcurridos los diez minutos se suspende la presión y las laminas de acero
son retiradas, colocándolas en el área de trabajo en donde se iniciara el
proceso de curado y fraguado. El prensado influye en algunas propiedades
tecnológicas del producto, como lo son la densidad del tablero, y la relación
entre la resistencia a la flexión y tensión perpendicular.
6.3.4- CURADO Y FRAGUADO DEL TABLERO
Una vez ubicadas las probetas en el área de trabajo se inicia el proceso de
curado y fraguado, así pues consiste en depositarle manualmente pequeñas
cantidades de agua sobre las probetas para que no se reseque el concreto y
aparecen grietas. Las probetas se dejaron dentro de cada molde.
El fraguado se va dando gradualmente desde el momento en que se esta
realizando la mezcla para la elaboración de las muestras.
Las pruebas de laboratorio se realizaran a los 28 días cuando el concreto
alcance su máxima resistencia, y así lograr resultados satisfactorios para
nuestras necesidades de uso.
Figura 23 Prensa eléctrica
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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Figura 24 y 25 Las probetas se colocan en la mesa de trabajo para dar inicio al curado.
Figura 26 y 27 Es necesarios desmoldar las probetas retirar en el momentos en que se retiran de la prensa, así evitamos posibles fracturas en el momentos de desprenderlos de los moldes.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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La necesidad de curar proviene del hecho de que la hidratación del cemento
sólo se logra en capilares llenos de agua. Por eso es necesario evitar la
pérdida de humedad de los capilares causada por la evaporación.
Figura 28 Posterior al llenado de los moldes se sugiere limpiarlos perfectamente y retira todo residuo de mezclas anteriores.
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6.4- EVALUACIÓN MECÁNICA DE LOS TABLEROS
Las pruebas físico-mecánicas se realizaron en el Instituto de Madera,
Celulosa y Papel “Ing. Karl Augustin Grellmann” de la Universidad de
Guadalajara, bajo la supervisión del M. C. Francisco Fuentes Talavera.
Figura 29 Tableros en etapa de fraguado.
Figura 30 Laboratorio del Depto. de Madera, Celulosa y papel, Universidad de Guadalajara, México.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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6.4.1- Comportamiento a Flexión
Se realizo la preparación de las muestras, registrando los datos de sus
características físicas como dimensión y peso.
Se asigna una clave a cada las probetas
para registrar sus propiedades físicas,
y de esta manera llevar un orden de la
información que se obtenga
individualmente.
Se utiliza un vernier o pie de rey para tomar las medidas de ancho, largo y
espesor de las muestras, así
mismo para pesar cada probeta
se utilizó una balanza analítica.
Figura 31 Asignación de claves para las probetas.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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Figura 33 Con el pie de rey se toman las medidas de las probetas, para archivar sus datos.
Figura 32 Pie de rey o Vernier
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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Figura 34 Los resultados son analizados para detectar variaciones en sus medidas.
- Resistencia
El mecanismo usado para realizar las
pruebas fue una maquina universal con
capacidad de 5 toneladas, marca Karl
Frank de origen Alemana. La cual
transmitir la fuerza a una velocidad
constante y además nos permite sacar
gráficamente la relación Fuerza-
Deformación.
De acuerdo a la Norma DIN (52362) La resistencia al flexión (RF) se define
como el cociente del momento Flexionante (M), producido por la fuerza
máxima (FM) aplicada, y el momento de resistencia del material (w).
La formula para determinar la resistencia a la flexión es la siguiente:
RF = M/W = 3 x Fx LS = N/ mm2
2 x b x h2
Figura 35 Balanza analítica digital para determinar el peso último de la probeta.
Figura 36 Maquina Universal, capacidad de 5 toneladas marca Frank.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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Donde:
RF= resistencia a la flexión (N/mm2)
M = momento de flexión
W = momento resistente
F = Fuerza máxima de ruptura (N)
Ls = Claro, distancia entre los soportes (mm).
b = ancho de la probeta (mm)
h = altura de la probeta (mm).
El ancho de la probeta para cualquier tipo de tablero es de 50 mm. Por su
parte el largo total es determinado por la suma del claro 200+50 .
La muestra se coloca sobre dos soportes y se aplica una carga en la parte
media de la distancia entre los apoyos, concentrada y distribuida
uniformemente, a una velocidad constante hasta que se presente el
rompimiento.
Se recomienda utilizar apoyos con soportes cilíndricos en combinación con
placas deslizables, cuando se trata solo de determinar la resistencia, el claro
entre soportes puede llevar una distancia de 200 mm.
- Módulo de elasticidad
Para la determinación del modulo de elasticidad se aplica:
BF x L
MEF=
4 x b x E3 x Bf
MEF = modulo de elasticidad por flexión
BF = cualquier diferencia de fuerza en newton en el campo
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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de deformación elástica.
Bf = la correspondiente deformación a centro
de la probeta de la diferencia de fuerza (BF) en mm.
Ls = distancia entre los soportes (mm).
b = ancho de la probeta (mm)
E = espesor de la probeta (mm)
Figura 37,38,39 y 40 Posición en la cual se colocan las probetas para aplicar la fuerza y determinar la resistencia a la flexión y el modulo de elasticidad.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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La deformación se representa colocando
un extensómetro en las caras radiales del
material, de las cuales en conjunto con la
carga de aplicación se obtienen una
grafica, siendo los ejes de referencia,
fuerza contra deformación, que después
se utilizaran para los cálculos
correspondientes.
A la realización de este ensayo se
obtienen graficas de comportamiento del
material, el modulo de elasticidad y
resistencia del material se expresa en N/
mm2. El ensayo a la flexión determina el
modulo de elasticidad y la resistencia a la
flexión.
Figura 43 Maquina Universal.
Figura 41 Muestra a la que se le aplico a carga.
Figura 42 Se observa que solo presento ruptura sin llevar a una deformación visible.
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Tabla 5 Características Físicas de las probetas TABLERO DE ESTOPA DE COCO Y CEMENTO
Tablero T-1 (Elaborado Fibra 15%-Cemento 50%)
Probeta R.
Flexión MOE Densidad Ancho Largo Espesor Peso F
Max F2 F1 D2 D1 no. N/mm² N/mm² g/cm³ mm mm mm gr N mm mm Mm mm
Tablero T-8 (Elaborado Fibra 5%-Cemento 50%) Probeta R. Compresión Densidad
no. N/mm² g/cm³
T-8ª 17.10 1.71
T-8B 18.92 1.80
Promedio 18.01 1.76
Desv estándar 1.29 0.06
coef. Variación 7.15 3.54
Tablero T-9 (Elaborado Fibra 5%-Cemento 40%)
Probeta R. Compresión Densidad
no. N/mm² g/cm³
T-9ª 20.00 1.73
T-9B 20.00 1.76
Promedio 20.00 1.74
Desv estándar 0.00 0.02
coef. Variación 0.00 1.30
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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7.1.2 Efecto de las variables sobre las propiedades a flexión
Figura 48 Influencia de la fibra en la composición del tablero.
Grafica de Pareto
+ -
0 1 2 3 4 5 6
A
B: Cemento
A: Fibra
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXION Tableros Fibra de Coco-Cemento
Resistencia A la Flexión n/mm2
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXION Tableros Fibra de Coco-Cemento
Efecto del material
Fibra5.0 15.0
Cemento 40.0 60.0
0
1
2
3
4
5
6
Resistencia A la Flexión n/mm2
Figura 49 El efecto de la fibra en el tablero permite mas opciones de combinaciones.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
93
5 7 9 11 13 15
Fibra
4044
4852
56 60
Cemento
0
1
2
3
4
5
6
Resistencia A la Flexión n/mm2
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXION
Tableros Fibra de Coco-Cemento
Grafica de Superficie de respuesta
Figura 50 La grafica muestra la influencia de los materiales interactuando entre si, en donde las tendencias manifiestan que a mayor cantidad de cemento y menor fibra produce una resistencia a la flexión mas elevada. De a cuerdo a esta graficala proporción 5% fibra-60% cemento es la que resulta con una resistencia mas alta que ninguna otra proporción.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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Grafica de Superficie de Respuesta
Fibra
Cemento
MOE
5 7 9 11 13 15 40 44
48 52
56 60 -
140
340
540
740
940
MODULO DE ELASTICIDAD
Tableros Fibra de Coco-Cemento
Figura 51 La grafica determina con cual proporción obtenemos un módulo de elasticidad mayor, a mayor fibra mayor modulo de elasticidad.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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7.1.3 Efecto de las variables sobre las propiedades de compresión
Grafica de Pareto
Efecto del material
+ -
0 2 4 6 8
B:Cemento
AB
A:Fibra
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION
Tableros Fibra de Coco-Cemento
Figura 52 En el ensayo a compresión El efecto de la mezcla de los dos materiales Es positivo, aunque no significativo. independientes tienen influencia y efecto diferente, predominando la fibra de coco.
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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Figura 53 La fibra tiende a proporcionar todas las variables, la resistencia a la compresión no es alterada si la proporción de cemento esta dentro del rango de 40% - 60%.
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION
Tableros Fibra de Coco-Cemento
Grafico de Efectos Principales
Compresión N/mm²
Fibra % 5.0 15.
Cemento %40.0 60.
0
3
6
9 12
15 18
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ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION
Tableros Fibra de Coco-Cemento
Figura 54 Efecto de la proporción de fibra y cemento sobre la Resistencia a Compresión.
Grafica de Superficie de Respuesta
Fibra % Cemento %
Compresión N/mm²
5 7 9 11 13 15 40
44 48
5256 60
0
4
8
12
16
20
TABLEROS AGLOMERADOS FIBRA DE COCO-CEMENTO
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8.0- COMPARACION CON OTRAS INVESTIGACIONES
a) Yonquist (S.f.)
Fabricio Gómez Rosales
b) “Tableros de fibra de Agave y Cemento. Tesis de Maestría en
Ciencias de la Arquitectura. C.U.A.A.D. Universidad de