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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ TESIS PROFESIONAL QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGIENERO QUÍMICO INDUSTRIAL PRESENTA: SAMANTA ANGELES COLÍN ORIENTADOR: M. en C. SERGIO HERNÁNDEZ GARRIDO MÉXICO, D.F., MAYO DE 2015 SECRETARIA INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE EVALUACIÓN Y SEGUIMIENTO ACADÉMICO DE EDUCACION PUBLICA T-057-14 México, D. F., 12 de mayo del 2014. A la C. Pasante: SAMANTA ANGELES COLÍN Boleta: 2007320024 Carrera: IQI Generación: 2007-2011 Mediante el presente se hace de su conocimiento que este Departamento acepta que el C. M. en C. Sergio Hernández Garrido, sea orientador en el tema que propone usted desarrollar como prueba escrita en la opción Tesis Individual, con el título y contenido siguiente: "Elaboración de ladrillos a partir de neumáticos de reusó". Resumen. Introducción. 1.- Los neumáticos en la fabricación de ladrillos. 11.- Elaboración de ladrillos a partir del granulado de neumáticos usados. 111.- Pruebas y evaluación del producto terminado. IV.- Análisis de resultados. Conclusiones y recomendaciones. Referencias. Anexos. Se concede un plazo máximo de un año, a partir de esta fecha, para presentarlo a revisión por el Jurado asignado. M. en C. Álvaro de Jesús Cruz Presidente de la Academia de Química Orgánica y Polímeros. c. c. p.- Control Escolar. GATA/rcr INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE EVALUACIÓN Y SEGUIMIENTO ACADÉMICO SECRETARIA DE EDUCACION PUBLICA México, D. F., 29 de enero del 2015. A la C. Pasante: SAMANTA ANGELES COLÍN PRESENTE Boleta: 2007320024 Carrera: IQI T-057-14 Generación: 2007-2011 Los suscritos tenemos el agrado de informar a usted, que habiendo procedido a revisar el borrador de la modalidad de titulación correspondiente denominado: "Elaboración de ladrillos a partir de neumáticos de reusó" encontramos que el citado Trabajo de Tesis Individual, reúne los requisitos para autorizar el Examen Profesional y PROCEDER A SU IMPRESIÓN según el caso, debiendo tomar en consideración las indicaciones y correcciones que al respecto se le hicieron. c.c.p.- Expediente GATA/rcr Atentamente JURADO M -enC.~e ecretari ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín a Samanta RECONOCIMIENTOS Al Instituto Politécnico Nacional Por darme la oportunidad de concluir mi formación profesional. A la ESIQIE Por generarme conocimientos, fortalezas y guiarme a lo largo de este camino. A la ESIA Por su apoyo en la realización de las pruebas mecánicas. Especialmente al Departamento de Formación Terminal e Integral y a los Laboratorios de Pavimentos y Terracerías y de Resistencia de Materiales ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín b Samanta AGRADECIMIENTOS A mis padres y hermanos Por estar a mi lado a lo largo de este camino, por su ayuda y consejos en cada paso de la elaboración de este proyecto. Por acompañarme en los momentos fáciles y en los difíciles y brindarme su mano en cada una de mis decisiones. A Ana Victoria Muñoz Trejo Por su amistad aportaciones durante la elaboración inicial de este trabajo. Al Sr. Apolinar Sánchez Urban Por su apoyo en la proporción del material empleado a lo largo de la elaboración de este proyecto. Al M. en C. Sergio Hernández Por su guía y apoyó en la realización de este proyecto. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín c Samanta ÍNDICE NOMENCLATURA ...................................................................................................... i RESUMEN……… ....................................................................................................... ii INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... iii CAPÍTULO I.- LOS NEUMÁTICOS EN LA FABRICACIÓN DE LADRILLOS I.1 Estadísticas de desperdicios de los neumáticos...................... 1 I.2 Componentes y propiedades de los neumáticos ..................... 2 I.3 Características y usos del ladrillo .............................................. 3 I.4 Aglomerantes ............................................................................. 10 CAPÍTULO II.- ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DEL GRANULADO DE NEUMÁTICOS USADOS II.1 Localización de la materia prima ........................................... 12 II.2 Selección de aglomerantes ..................................................... 15 II.3 Elaboración de los ladrillos ...................................................... 35 CAPÍTULO III.- PRUEBAS Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO TERMINADO ................................................................................. 37 III. 1 Determinación de la absorción de agua .............................. 37 III.2 Resistencia a la compresión .................................................. 47 III.3 Comportamiento frente al mortero ......................................... 51 III.4 Comportamiento a la flama .................................................... 52 CAPÍTULO IV.- ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................... 55 IV.1 Elaboración de los ladrillos .................................................... 55 IV.2 Pruebas .................................................................................... 55 ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín d Samanta CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES .................................................... 58 REFERENCIAS ........................................................................................................ 60 ANEXOS Anexo 1 Identificación de la arcilla ................................................ 62 Anexo 2 Absorción de agua ........................................................... 64 Anexo 3 Resistencia a la compresión ........................................... 67 Anexo 4 Cálculo del promedio de los resultados obtenidos en las pruebas realizadas.................................................................... 69 ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín i Samanta NOMENCLATURA %A = absorción de agua enporcentaje A = volumen de agua absorbida referido al volumen aparente del espécimen b = base de la muestra a = ancho de la muestra Cb = absorción máxima inicial F = carga máxima fb = resistencia a la compresión Ip = índice plástico LL = límite líquido LP = límite plástico M = masa M1 = peso del ladrillo sumergido MA = peso del polvo de caucho reciclado Ma = masa de agua Maa = peso ahogado MB = peso del mortero MC = peso de la arcilla ME = masa del ladrillo o espécimen mi = contenido de agua en las muestras del LP mn = contenido de agua en las muestras del LL Ms = masa seca del espécimen Msss = masa saturada y superficialmente seca MT = masa de la muestra humedad MTOTAL = peso del ladrillo propuesto MTSH = masa de la muestra húmeda S = superficie de la cara sumergida Área transversal del espécimen ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín ii Samanta RESUMEN Actualmente se generan alrededor de 28 millones* de neumáticos de desecho en la República Mexicana, debido a su composición tardan más de 100 años en degradarse, generando así su acumulación en diversos lugares, principalmente en tiraderos. Debido a la repelencia al agua que presenta el caucho y su resistencia a los impactos se propone la elaboración de ladrillos a través del reciclado del caucho que compone los neumáticos. En el capítulo uno se describe el destino de los neumáticos una vez que han cumplido con su vida útil, sus principales componentes y las propiedades que presentan los elastómeros. Se describe brevemente la historia de los ladrillos, su composición y los diferentes tipos de ladrillos que existen. Finalmente se explica que son los aglomerantes, su clasificación general y su uso. La obtención del polvo de caucho reciclado de los neumáticos y la selección de los aglomerantes para la elaboración del ladrillo se describe en el capítulo dos, realizando pruebas con mortero y arcilla en diferentes proporciones. Al terminar las pruebas de selección de los aglomerantes se optó por la arcilla y se elaboró un ladrillo con 60% en peso de polvo de caucho reciclado y 40% en peso de arcilla. Una vez obtenido el prototipo se realizaron pruebas para verificar su comportamiento ante la flama, su resistencia al calor, el porcentaje de agua que absorbe, su resistencia a la compresión y su comportamiento con el mortero, con la finalidad de saber si el ladrillo cumple con la norma NMX-C-404. Las pruebas se describen en el capítulo tres. Los resultados alcanzados se analizaron en el capítulo cuatro, obteniéndose que el ladrillo propuesto tiene baja absorción de agua, presenta baja resistencia a la compresión pero absorbe la fuerza que se le aplica, tiene adherencia con el mortero, presenta resistencia al calor, pero baja resistencia a la flama. Finalmente se puede concluir que una alternativa de uso para los neumáticos es la elaboración de ladrillos a través del granulado de caucho proveniente de éstos, empleando la arcilla como aglomerante. * Tomado de Marco Hernández (2013), Revista transportes y turismo [1] ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín iii Samanta INTRODUCCIÓN Los neumáticos empezaron a fabricarse en 1888, cuando el veterinario cirujano Belfast, Jhon Boyd Dunlop lo patentó. Originalmente el neumático fue diseñado para una bicicleta. Siete años después un joven mecánico de nombre Henry Ford acababa de ensamblar uno de los primeros automóviles empleándolos como ruedas. Están conformados principalmente de hule natural y/o sintético, nylon, acero, aditivos como cargas reforzantes, negro de humo, ablandadores, antioxidantes, agentes vulcanizantes, entre otros, y se fabrican con el fin de desarrollar diferentes funciones, por esta razón se construyen de diferentes componentes. Actualmente se generan grandes cantidades de neumáticos en desuso, la mayoría proviene de automóviles, y por su composición química, tardan más de 100 años en degradarse de manera natural, esto ocasiona su acumulación en los vertederos ocasionando el asentamiento del agua de lluvia, y al paso del tiempo el agua estancada atrae a los insectos, generando su reproducción. Estos insectos son fuentes de contagio para los seres humanos, como el mosquito portador del dengue. Una alternativa es la incineración de neumáticos, pero las emisiones contienen monóxido de carbono, dióxido de carbono, óxido de azufre, óxido de nitrógeno, hollín, negro de humo e hidrocarburos, lo cual representa un riesgo para la salud, además los restos que quedan depositados en el suelo dañan la flora y fauna. Otra alternativa es el reciclado físico, que consiste en la recuperación del caucho en forma de gránulos o polvo, acero, fibra de vidrio y nylon. Éste es el método más limpio para eliminar este residuo. Debido a las propiedades impermeables del caucho, durabilidad, resistencia al impacto, resistencia a la humedad y su facilidad para moldear, se propone elaborar ladrillos a partir de éste material, para lo cual se realizara el acopio de la materia prima, un pretratamiento, se buscara una formulación apropiada para moldear ladrillos y evaluar sus propiedades de acuerdo a los métodos propuestos en la Norma NMX-C-404 y pruebas de comportamiento al calor, la flama y al mortero. Como resultado se obtuvo un ladrillo elaborado con polvo de caucho y arcilla, el cual presenta buen comportamiento a las propiedades evaluadas, con excepción de la resistencia a la compresión, siendo menor que la de un ladrillo convencional. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 1 Samanta CAPÍTULO I.- LOS NEUMÁTICOS EN LA FABRICACIÓN DE LADRILLOS En este capítulo se menciona de manera general las características físicas y químicas de los neumáticos, su composición y el destino final de uso que tienen. Al mismo tiempo se da un breve conocimiento de las características, tipos y usos de los ladrillos. A su vez se abarca la clasificación y uso de los aglomerantes. I.1 Estadísticas de desperdicios de los neumáticos En la República Mexicana se generan alrededor de 28 millones de llantas de desecho [1] que van a parar a cualquier lugar. En la tabla I.1 se muestran cuáles son las llantas que tienen mayor consumo. Siendo de mayor volumen de desperdicio las de automóvil. [2] Tabla I.1 Tipo de llanta y porcentaje de uso [2] Porcentaje de uso Tipo de llanta 91 Camiones pesados, camionetas, carros 9 Aviones, equipos de construcción, motocicletas En la tabla I.2 se pueden apreciar los lugares a donde van a parar las llantas en desuso. Tabla I.2 Destino de la llanta [2] Porcentaje (%) Destino 91 Tiraderos sin control 5 Renovado 2 Generación energética 2 Centro de acopio ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 2 Samanta I.2 Componentes y propiedades de los neumáticos Deacuerdo a su uso los neumáticos pueden variar en tamaño y diseño, sin embargo su composición es muy similar [3], como se muestra en la tabla I.3. Tabla I.3 Composición de los neumáticos para autos y camiones [3] Caucho 45-47% Negro de carbono 21.5-22% Acero 16.5-25% Composición Textil 5.5% (solo para autos) Óxido de zinc 1-2% Azufre 1% Aditivos 5-7.5% Metales Trazas de cobre, cadmio y plomo Poder calorífico 32-34MJ/kg Temperatura de auto-ignición 400ºC Peso Entre 6.5-11kg (vehículos livianos) Entre 50-80kg (camiones) Los elastómeros o cauchos son materiales poliméricos cuyas dimensiones pueden variar según sea el tipo de esfuerzo al que son sometidos, volviendo a su forma cuando el esfuerzo se retira. [4] En general los cauchos tienen una alta elongación, de rápida recuperación sobre una amplia gama de temperaturas y resistencia cohesiva, con flexibilidad necesaria para amortiguar golpes e impactos, impermeabilidad a gases y agua (su repelencia al agua no es absoluta, absorbe una mínima cantidad de esta), baja densidad específica, sus composiciones relativamente no son afectadas por el oxígeno, ácidos, bases y varios disolventes orgánicos y otras sustancias químicas, cuenta con buenas propiedades eléctricas y un notable comportamiento contra desgaste abrasivo. [5] Los tipos de cauchos más empleados en la fabricación de los neumáticos son: [4] ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 3 Samanta Cauchos naturales (NR) Estireno-butadieno (SBR) Polibutadienos (BR) Polisopreno (IR) La combinación se realiza a modo que los cauchos naturales proporcionen elasticidad y los sintéticos estabilidad térmica. Esta mezcla favorece la durabilidad y la capacidad de adaptarse a las exigencias del tránsito. [4] En el proceso de vulcanización, el caucho pasa de ser un material termoplástico a un material elastomérico, cambiando las posibilidades de deformación [4] y su resistencia a los cambios de temperatura. [5] El nylon da soporte a la presión generada en la llanta y el acero da resistencia al peso[2]. La adición de cargas le dan cuerpo y rigidez, utilizándose negro de humo y arcillas modificadas. [4] I.3 Características y usos del ladrillo El ladrillo es uno de los materiales de construcción más antiguo, ya que se fabrica tal vez desde hace 12000 años. Los egipcios y los babilonios elaboraban cierto tipo de tabique, más tarde, a principio de la era cristiana, los romanos y los chinos fabricaron y utilizaron un ladrillo similar al moderno. A la caída del imperio romano se perdió este arte en Europa, reapareciendo a mediados del siglo XIII. La manufactura del ladrillo comenzó en Estados Unidos de América hacia mitad del siglo XVII, y en el siglo XIX completó el principio de producción mecanizada. [5] A través de los años se han ido modificando los materiales de construcción del ladrillo, se le adicionó arcilla, la cual da mayor durabilidad al producto, y el calor mejora notablemente la dureza. También se han adicionado materiales como la cerámica y la sílice. El ladrillo proporciona buen aislamiento e impermeabilidad, y no requiere el uso de pintura, ya que este nunca pierde su color natural. [6] Se puede definir el ladrillo o tabique como una pequeña unidad de construcción que puede ser sólida o tener hasta 25% de huecos. Generalmente es un bloque rectangular ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 4 Samanta formado por sustancias inorgánicas, no metálicas de origen mineral y endurecido por acción de calor o por acción química.[5] En base a estas características, el ladrillo puede dividirse en las siguientes categorías: [5] 1) Fabricados de arcilla, estos se cuecen para lograr el endurecimiento del material. 2) Fabricados de materiales cementicos, endurecen por acción química. Este grupo incluye los ladrillos de arena y cal. 3) El adobe, es un antecesor del ladrillo cocido, este se seca y endurece al sol. Los acabados en la superficie son comunes en todos los tipos de ladrillo [5], figura I.1: Acabado liso o terso: superficie plana como la forma del molde durante la manufactura. Superficie escariada: superficie acanalada como sale del molde, esto aumenta la adhesión hacia el mortero, yeso o estuco. Superficie peinada: superficie alterada por ralladuras paralelas para producir una textura deseada o aumentar la adhesión hacia el mortero, yeso o estuco. Acabado rugoso: superficie cruzada en su totalidad por cortes de alambre, entre otros, para proporciónale una textura deseada o adhesión. La textura es la calidad de la superficie, independiente al color, varía desde fina hasta gruesa, con grados intermedios. La textura se puede introducir en el proceso de manufactura y puede ser marcada, rugosa, acortezada, grabada, martillada y de escultura. [5] Peinada Lisa Rugosa Figura I.1 Acabado superficial de un ladrillo En la tabla I.4 se muestran las características típicas de algunos ladrillos. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 5 Samanta Tabla I.4 Características típicas de algunos tabiques [7] Geometría de la pieza Resistencia a comprensión (fp) [kg/cm2] Coeficiente de variación (Cv) Peso volumétrico (γ) Tabique rojo de barro recocido hecho a mano - - - Tabique extruido de barro perforado verticalmente 35-115 150-430 a 420-570 10-30 11-25 a 12-22 1.30-1.50 1.65-1.96 a 2.08-2.13 Tabique extruido de barro macizo 375-900 5-16 1.73-2.05 Tabique extruido de barro con huecos horizontales 75-80 a 50-80 13-18 a 16-30 1.25-1.32 a 1.69-1.78 El tamaño del ladrillo varía de acuerdo al fabricante y a las distintas limitaciones relativas a altura, longitud y espesor dispuesto en los reglamentos locales, estatales y federales. En la figura I.2 se muestran las dimensiones aproximadas de los ladrillos. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 6 Samanta ≥ 2.0cm ≥ 6.0cm ≥ 26cm ≥ 26cm ≥ 13cm Ladrillo ≥ 13cm Tabique10cm = a 15cm ≥ 26cm ≥ 25cm Adobe Figura I.2 Dimensiones de un ladrillo [7] La norma NMX-C-404-ONNCCE Bloques, tabiques o ladrillos y tabicones para uso estructural establece las dimisiones nominales mínimas que un tabique de barro debe cumplir, las cuales son: 5cm de alto, 10cm de ancho y 19cm de largo con una tolerancia de ±3mm en cualquier dimensión. El área neta de pieza hueca debe ser por lo menos el 50% del área total. [8] Tipos de ladrillos [5] De acuerdo a la categoría los tipos de ladrillos son los siguientes: - Ladrillos fabricados de arcilla: Ladrillo para construcción: Se obtiene en forma sólida y hueca y se dividen en tres grados: SW: Exposición rigurosa a precipitaciones intensas y condiciones de congelación. MW: Exposición a humedad regular y condiciones menores de congelación. NW: Exposición a humedad mínima y condiciones de congelación mínima. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 7 Samanta Ladrillo para fachadas o vista: Se obtiene en forma sólida y hueca, empleándose en muros, divisiones exteriores e interiores. Se dividen en grado SW y MW. De acuerdo a su acabado se clasifican en: FBX: Alto grado de perfección mecánica, reducida gama de colores y variación de tamaño. FBS: Amplia gama de colores y mayor variación de tamaño. FBA: Ausencia de uniformidad de tamaño, color y textura. Ladrillo hueco: Su área neta de sección transversal mínima es igual al 60% de la superficie de apoyo, se emplea en muros, divisiones exteriores e interiores. Se divide en grado SW y MW. De acuerdo a su acabado se clasifican en: HBX: Alto grado de perfección mecánica, reducida gama de colores y variaciones mínimas de tamaño. HBS: Amplia gama de colores y mayor variación de tamaño. HBB: Falta de uniformidad cuanto a tamaño, color y textura. HBA: Seccionado y manufacturado, falta de uniformidad de tamaño, color y textura. Ladrillo vidriado para fachadas y vistas: Se fabrica sólido o hueco. Su compresión es igual al grupo SW. Se divide en dos grados: S: Uniones de mortero relativamente delgadas. SS: Variaciones pequeñas de dimensión de la cara W. Se clasifica en dos tipos: Tipo I: Una sola cara, usadas en terminaciones donde solo queda una cara expuesta. Tipo II: Dos caras, usadas en terminaciones donde quedan expuestas ambas caras. Ladrillo refractario: Empleado para revestir el hogar de la chimenea, hornos para barbacoa y calderas. Ladrillo de formas especiales: Fabricados para cada trabajo en particular, en la figura I.3 se muestran diferentes formas especiales de un ladrillo. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 8 Samanta Figura I.3 Formas especiales de un ladrillo [5] Ladrillo para piso: Es duro, denso y resistente a ácidos, empleado en construcciones industriales. Ladrillo para pavimento: Es muy denso y duro, se fabrica de arcilla refractaria, semirefractaria o de lutita. UN TABIQUE ESQUINERO EXTERNO CUADRADO PARA REMATE ESQUINER O INTERIOR CUADRADO PARA REMATE ESQUINERO EXTERNO REDONDE PARA REMATE INGLETE ESQUINERO IZQUIERDO O DERECHO DOS TABIQUES JUNTA UN TABIQUE RETORNO INTERIOR DE ESQUINA ESQUINERO INTERNO REDONDO ALTURA DEL CIERRE DE HILDARA ESQUINERO INTERNO CUADRADO ESQUINERO DOBLE ESQUINERO EXTERNO CUADRADO PARA REMATE ESQUINERO UN TABIQUE ALTURA DEL CIERRE DE HILDARA CABECERO DE ESQUINA LARGUERO DE ESQUINA ESQUINERO INICIADOR IZQUIERDO O DERECHO UN TABIQUE ÁNGULO INTERIOR ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 9 Samanta - Ladrillos fabricados de acabados ceménticos: Ladrillo de arena y cal: formado de una mezcla de arena y cal, su color es gris perla, puede variar de color utilizando óxidos minerales. Presenta resistencia a la congelación y a los ácidos, cuenta con menor resistencia al fuego que el ladrillo cocido. En la figura I.4 se muestran los tipos de ladrillos antes mencionados. Figura I.4 Tipo de ladrillos LADRILLO COCIDO LADRILLO HUECO LADRILLO REFRACTARIO LADRILLO DE ARENA Y CAL LADRILLO VIDRIADO LADRILLO PARA PAVIMENTO LADRILLO DE CAL Y CAÑAMO LADRILLO PARA PISO ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 10 Samanta I.4 Aglomerantes Los materiales aglomerantes son aquellos que, en estado pastoso y con consistencia variable, tienen la propiedad de moldearse, de adherirse fácilmente a otros materiales, de unirse y protegerse entre sí, endurecerse y alcanzar resistencias mecánicas considerables. [9] En la figura I.5 se muestran algunos ejemplos de materiales aglomerantes. Figura I.5 Materiales aglomerantes En general los materiales aglomerantes se clasifican en: [9] Aglomerantes aéreos: son aquellos que solo endurecen al ser expuestos al aire, dando morteros no resistentes al agua. Comprenden el yeso, la cal y la magnesia. Yeso Cal Magnesia Cemento Puzolanas Alquitrán Cal hidráulica http://www.ecured.cu/index.php/Agua http://www.ecured.cu/index.php/Yeso http://www.ecured.cu/index.php/Cal http://www.ecured.cu/index.php?title=Magnesia&action=edit&redlink=1 ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 11 Samanta Aglomerantes hidráulicos: aquellos que se endurecen en forma pétrea tanto en el agua como en el aire, pertenecen a este grupo las cales hidráulicas y los cementos. Se incluyen las puzolanas, que por sí solas tienen poca o ninguna calidad aglomerante, pero si se mezclan con cal, endurecen o fraguan mejorando sus características en presencia de agua. [10] Materiales hidrocarbonados: Lo forman hidrocarburos más o menos líquidos o viscosos, que endurecen por enfriamiento o evaporación de sus disolventes, como el alquitrán y el betún. Los aglomerantes sirven para unir o pegar elementos simplesen una obra, como los tabiques, para revestir o aplanar superficies con el fin de protegerlas o decorarlas y para fabricar piedras artificiales como tejas y ladrillos. [9] Con el fin de reducir la cantidad de neumáticos de desecho en el medio ambiente y debido a las propiedades que presenta el caucho como durabilidad, resistencia al impacto, resistencia a la humedad, a su facilidad para moldear y principalmente a que es un material impermeable se propone elaborar ladrillos a partir de este material. Para la elaboración de ladrillos se empleará en mayor cantidad los neumáticos de automóvil cuya composición se muestra en la tabla I.5. Tabla I.5 Composición de los neumáticos para automóvil [11] Componentes Composición en %w Caucho natural 14 Caucho sintético 27 Negro de humo 28 Acero 14-15 Otros aditivos 16-17 Para llevar a cabo este proyecto se adaptó en casa un espacio con horno de ladrillo para cocer los ladrillos, un horno eléctrico que sirvió para el secado de estos, y para realizar alguna de las pruebas de propiedades tales como absorción de agua y resistencia al fuego. http://www.ecured.cu/index.php/Agua http://www.ecured.cu/index.php/Aire http://www.ecured.cu/index.php?title=Cementos&action=edit&redlink=1 http://www.ecured.cu/index.php/Cal ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 12 Samanta CAPÍTULO II.- ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DEL GRANULADO DE NEUMÁTICOS USADOS Para obtener un ladrillo a partir de un neumático de desecho se requiere separar el caucho que lo compone, en este capítulo se describirá de manera breve la técnica empleada para una llanta, a su vez se seleccionará un material que ayude a moldear el polvo de caucho para obtener el producto deseado. II.1 Localización de la materia prima El polvo de caucho reciclado se puede obtener por medio de la trituración mecánica de los neumáticos, en donde este es pulverizado en trozos pequeños, se separa el acero del hule por medio de una banda magnética y finalmente se separa la fibra de nylon. También se puede obtener por medio de la trituración criogénica, en la cual se enfría el hule a -120ºC con nitrógeno líquido y posteriormente por impacto se obtienen pequeños trozos de los cuales se separa el acero, nylon y hule. [2] En la elaboración de este trabajo el polvo de caucho reciclado se obtiene a través de las vulcanizadoras, en las cuales se lija el neumático con ayuda de una carda, obteniendo así trozos pequeños de hule, como se muestra en la figura II.1. Figura II.1 Polvo de caucho ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 13 Samanta El procedimiento se describe en las siguientes figuras (figura II.2, figura II.3 y figura II.4), en el cual la carda se hace pasar por el neumático con el fin de ir raspando la superficie de este y obtener polvo de caucho. Figura II.2 Neumático usado y la carda Figura II.3 Raspado del neumático con ayuda de la carda Figura II.4 Obtención del polvo de caucho ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 14 Samanta El tamaño de partícula del polvo de caucho obtenido por este método no es uniforme, por lo que se emplea un tamiz para separar las partículas con tamaño de 4X4mm (ver figura II.5). Figura II.5. Separación del polvo A demás de lijar el neumático con la ayuda de la carda, se emplea un rallador de neumáticos para obtener un material fino en tiras con dimensiones alrededor de 4X22mm, como se observa en la figura II.6. Figura II.6 Ralladura de polvo ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 15 Samanta II.2 Selección de aglomerantes En la literatura se mencionan los materiales aglomerantes, entre los cuales se encuentran el yeso, cemento, cal, hidróxido de magnesia, hormigón, betún, alquitrán, arcilla y gravas. Para la selección del aglomerante se realizaran pruebas empleando solamente el mortero y la arcilla, debido a que el mortero es el material más empleado para la construcción, mientras que arcilla es la más común utilizada en la elaboración de los ladrillos. 1. Pruebas de mortero con polvo de caucho. Los morteros son mezclas plásticas aglomerantes, que resultan de la combinación de arena y agua con un cementante que puede ser cemento, cal, yeso, o una mezcla de estos materiales. [12] Para la obtención del aglomerado se realiza una mezcla entre el mortero y el polvo de caucho, el método de elaboración se describe a continuación: 1.1) Pesar el mortero y el polvo de caucho, de acuerdo al porcentaje en peso requerido de cada material. 1.2) Agregar los materiales en un recipiente y mezclarlos con agua, usar únicamente la cantidad necesaria de agua para realizar la mezcla. 1.3) Una vez uniforme la mezcla colocarla en un molde de madera mientras se va compactando el material. 1.4) Dejar secar 24h, durante ese tiempo rociar con agua el aglomerado para evitar que se cuartee. 1.5) Una vez seco el aglomerado retirar del molde y registrar sus características. Este método se emplea para elaborar cada una de las muestras de aglomerado mortero-polvo de caucho reciclado, variando únicamente el porcentaje en peso de ambos compuestos. En la siguiente figura se observa el diagrama de bloques correspondiente. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 16 Samanta Figura II.7 Diagrama de bloques para la elaboración del aglomerado mortero -caucho Se probaron muestras de aglomerado mortero-polvo de caucho reciclado en proporciones del 20 al 80% en peso de polvo de caucho a condiciones ambientales. Las proporciones de 10 y 90% en peso de polvo de caucho reciclado no se consideran debido a que, en el caso del aglomerado con 10% en peso de polvo de caucho es más quebradizo que el aglomerado de 20% en peso de polvo de caucho. En el caso del 90% en peso de polvo de caucho el aglomerado es más débil y se desmorona con mayor facilidad que el aglomerado de 80% en peso de polvo de caucho. En la figura II.8, se observa el desarrollo del método para la obtención del aglomerado mortero – polvo de caucho. Figura II.8 Método de elaboración del aglomerado mortero-caucho Moldeado Mortero Agua Reposar 24 h Mezclado Desmoldar Polvo de caucho Agua Pesar el caucho y mortero Agregar agua y mezclar Colocar en el molde Dejar secar 24h ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín17 Samanta La proporción del mortero empleado corresponde al 30% de cemento y 70% de arena, la arena es cernida antes de usarcé en una malla de 1mm. Los moldes empleados para la elaboración de las pruebas mortero – polvo de caucho reciclado, son de madera (figura II.9). Se emplearon dos moldes de diferente medida 18X10X6.5cm (medida interior 15X6.9X4cm) y 9.9X5.9X3.9cm (medida interior 8.9X5X2.3cm). Figura II.9 Moldes empleados en el aglomerado mortero-polvo caucho En la tabla II.1 se muestran las muestras elaboradas del aglomerado mortero-polvo de caucho reciclado, describiendo las características físicas de cada uno de estos. La nomenclatura empleada en la tabla II.1 es: MA = Peso del polvo de caucho reciclado MB = Peso del mortero. 18X10X6.5cm 9.9X5.9X3.9cm ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 18 Samanta T a b la I I. 1 A g lo m e ra d o d e m o rt e ro -p o lv o d e c a u c h o r e c ic la d o O b s e rv a c io n e s D u ro N o s e d e s m o ro n a S e q u ie b ra f á c il m e n te D u ro N o s e d e s m o ro n a S e q u ie b ra f á c il m e n te D u ro N o s e d e s m o ro n a S e q u ie b ra f á c il m e n te D u ro N o s e d e s m o ro n a S e q u ie b ra f á c il m e n te P e s o d e M o rt e ro M B = 1 2 0 g M B = 1 0 5 g M B = 9 0 g M B = 8 2 .5 g P e s o d e c a u c h o M A = 3 0 g M A = 4 5 g M A = 6 0 g M A = 6 7 .5 g M u e s tr a 1 : 2 0 % M u e s tr a 2 : 3 0 % M u e s tr a 3 : 4 0 % M u e s tr a 4 : 4 5 % M u e s tr a % ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 19 Samanta T a b la I I. 1 A g lo m e ra d o d e m o rt e ro -p o lv o d e c a u c h o r e c ic la d o ( C o n t. ) O b s e rv a c io n e s D u ro N o s e d e s m o ro n a S e q u ie b ra f á c il m e n te D u ro N o s e d e s m o ro n a S e r o m p e fá c ilm e n te S e d e s m o ro n a p o c o A lg o s u a v e S e r o m p e f á c ilm e n te S e r o m p e fá c ilm e n te S e d e s m o ro n a p o c o S u a v e P e s o d e M o rt e ro M B = 7 5 g M B = 6 7 .5 g M B = 2 4 g M B = 2 1 g P e s o d e c a u c h o M A = 7 5 g M A = 8 2 .5 g M A = 3 6 g M A = 3 9 g M u e s tr a % M u e s tr a 5 : 5 0 % M u e s tr a 6 : 5 5 % M u e s tr a 7 : 6 0 % M u e s tr a 8 : 6 5 % ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 20 Samanta T a b la I I. 1 A g lo m e ra d o d e m o rt e ro -p o lv o d e c a u c h o r e c ic la d o ( C o n t. ) O b s e rv a c io n e s S e r o m p e fá c ilm e n te D u ro y s e d e s m o ro n a m u y p o c o S e d e s m o ro n a u n p o c o , e s s u a v e , s i s e a p lic a u n p o c o d e f u e rz a s e q u ie b ra S e d e s m o ro n a N o c u e n ta c o n re s is te n c ia P e s o d e M o rt e ro M B = 1 8 g M B = 1 5 g M B = 1 2 g P e s o d e c a u c h o M A = 4 2 g M A = 4 5 g M A = 4 8 g M u e s tr a % M u e s tr a 9 : 7 0 % M u e s tr a 1 0 : 7 5 % M u e s tr a 1 1 : 8 0 % ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 21 Samanta La cantidad de agua utilizada para la realización de la mezcla entre el mortero y el polvo de caucho reciclado varía de 30 a 60g, de acuerdo a la porción de mortero empleado, y una vez que se seca el aglomerado es nula. En general se puede observar que el mortero y el polvo de caucho dan un material que tiende a quebrarse con facilidad. 2. Pruebas de arcilla con polvo de caucho. La arcilla es un material que cuando está húmedo es plástico y duro cuando se le cuece al fuego, está formada por minerales finalmente divididos, principalmente silicatos de aluminio, de estructura cristalizada laminar. [5] La obtención de la arcilla se realiza escarbando la tierra, se alcanza una profundidad aproximada de 70cm. Una vez alcanzada esta altura se rasga la tierra para aflojarla, y poder sacar la arcilla con mayor facilidad (figura II.10). Figura II.10 Escarbado de la tierra para obtener la arcilla Existen suelos que al ser remodelados, cambiando su contenido de agua si es necesario, adoptan una consistencia característica que se denomina plástica, estos suelos han sido llamados arcillas. La plasticidad es una propiedad que ha servido para clasificar suelos. [13] En función del grado de humedad de un suelo existen diversos estados de consistencia: [14] Líquido: el suelo es un líquido viscoso sin capacidad resistente. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 22 Samanta Plástico: el suelo es fácilmente moldeable, presentando grandes deformaciones. Semisólido: el suelo deja de ser moldeable, se quiebra y se desquebraja antes de cambiar de forma. Sólido: su volumen no varía con los cambios de humedad. La humedad correspondiente a los puntos de transición entre cada uno de estos estados definen los límites líquido, plástico y de retracción (ver figura II.10). [14] Figura II.10. Estados de consistencia de un suelo [14] Para conocer estos límites existen dos procedimientos de ensayos: los límites de Atterberg [14] y el equivalente de arena, siendo más preciso el primer ensayo. Atterberg fue el primero que relacionó el grado de plasticidad de un suelo con su contenido de agua, expresado en función al peso seco de la muestra. De los límites anteriormente mencionados, interesa la determinación del límite líquido y plástico, ya que estos presentan una alta deformación del suelo. El método para determinar ambos límites se describe a continuación: [13] 1) Cernir la tierra con un tamiz malla No. 40, para obtener un tamaño de partícula de 0.425mm. 2) Saturar la tierra cernida con agua y dejar reposar durante 24h. 3) Una vez reposada la tierra saturada tomar una porción de la tierra para la determinación del límite líquido y plástico (LP). a) Límitelíquido (LL), ver figura II.12: Estado líquido Estado plástico Estado semisólido Estado sólido Límite plástico Límite líquido Límite de retracción ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 23 Samanta a.1) En la determinación del límite líquido se emplea la Copa de Casagrande, en la cual se coloca una porción de la tierra saturada a partir de la mitad de la copa y con ayuda de una espátula se esparce el material de manera descendente hacia los lados, como se muestra en la figura II.12. a.2) Con un ranurador hacer una abertura en la parte central de la muestra colocada en la copa. a.3) Inmediatamente accionar la manivela del aparato para hacer caer la copa a razón de dos golpes por segundo, y registrar el número de golpes necesarios para lograr que los bordes inferiores de la ranura se pongan en contacto en una longitud de 13mm. a.4) Tomar aproximadamente 10g de material de la porción cerrada de la ranura y pesar la muestra húmeda (MTSH), en una charola previamente pesada (MT). a.5) Secar la muestra a 105ºC durante 14h y pesar la muestra seca (MTSS). a.6) El material restante se reintegra a la muestra saturada y se vuelve a humedecer, para volver a hacer la prueba hasta completar 4 repeticiones. a.7) El número de golpes en la copa de Casagrande deben ser de 10 a 30, siendo necesario obtener dos valores por arriba de 25 y dos por abajo. a.8) Graficar los puntos correspondientes a cada determinación, representando en el eje de las abscisas el número de golpes y en el de las ordenadas los contenidos de agua (mn). a.9) Para obtener el contenido de agua se realizan los cálculos para obtener el porcentaje de agua en las muestras, obteniendo la masa de agua (Ma) y la masa seca (MSS), ver anexo 1. a.10) Trazar una línea recta que una aproximadamente los puntos graficados (curva de fluidez) y obtener el límite plástico correspondiente a 25 golpes. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 24 Samanta b) Determinación del límite plástico (Lp): b.1) Hacer una esfera de 12mm de diámetro aproximadamente con la tierra saturada. b.2) Moldear la esfera con los dedos, para que pierda agua, formando un cilindro. b.3) Hacer girar el cilindro con los dedos de las manos sobre una placa de vidrio u plástico para reducir su diámetro a 3mm aproximadamente. b.4) Si al alcanzar el diámetro de 3mm el cilindro no se rompe en tres secciones, volver a unificar el material en una esfera y repetir los pasos del b.1 al b.3, hasta que el material se rompa en tres segmentos al alcanzar dicho diámetro. b.5) Colocar los fragmentos en una charola, previamente pesada (MT), y tomar el valor de la masa húmeda (MTSH), posteriormente poner a secar la muestra en un horno a 105ºC durante 14h. b.6) Una vez seco el material pesarlo y registrar la masa seca (MTSS). b.7) Calcular la masa del agua (Ma), la masa seca (MSS) y el contenido de agua (mi), ver anexo 1. b.8) Repetir los pasos para obtener otra muestra. b.9) Calcular el promedio del contenido de agua de ambas muestras (Lp). 4) Una vez conocidos el límite líquido y el límite plástico se determina el índice plástico (IP). En la figura II.11 se muestra el diagrama de bloques correspondiente a la determinación del límite líquido, mientras que en la figura II.12 se muestra el desarrollo del procedimiento. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 25 Samanta Figura II.11. Diagrama de bloques para la determinación del límite líquido y plástico Tamizado Maya No 40 Tierra Agua Reposar 24h Copa Casagrande Hacer una esfera 12mm de diámetro MTSH Secado a 105◦C durante 14h MTSS Graficar wn vs No golpes LL Ln Secar formando un cilindro ¿Se troza a los 3mm de diámetro? Si MTSH Secado a 105◦C durante 14h MTSS LP IP Repetir 2 veces Repetir 4 veces Li Repetir No ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 26 Samanta Figura II.12 Ensayo de límites de consistencia de Atterberg M u e s tr a e n l a c o p a d e C a s a g ra n d e C ili n d ro t ro z a d o E s fe ra 1 2 m m C ili n d ro T a m iz a d o M u e s tr a c e rn id a M u e s tr a s a tu ra d a M u e s tr a u n id a H u m e c ta c ió n d e la m u e s tr a L im it e l íq u id o In ic ia n d o l o s g o lp e s P re p a ra c ió n d e l a m u e s tr a L im it e p lá s ti c o P e s o m u e s tr a h ú m e d a P e s o m u e s tr a s e c a P e s o m u e s tr a s s e c a s S e c a d o 1 0 5 ºC /1 4 h ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 27 Samanta Al finalizar el desarrollo de las pruebas se realizan los cálculos necesarios para obtener el contenido de agua en las muestras. Los cálculos se muestran en el Anexo 1. a) Los resultados del límite líquido, se presentan en la tabla II.2 Tabla II.2 Resultados del Límite líquido No de golpes Tara No MTSH (g) MTSS (g) Ma (g) MT (g) MSS (g) mn (%) 39 X19 23.2 19.8 3.4 10.5 9.3 36.55 30 5 24.6 19.7 4.9 6.1 13.6 36.02 27 X16 26.1 21.2 4.9 7.7 13.5 36.29 21 X25 21.6 17.7 3.9 7.4 10.3 37.86 11 X14 21.7 17.2 4.5 6.4 10.8 41.66 Para determinar del contenido de agua a los 25 golpes se grafica el número de golpes contra el contenido de agua, y se traza una línea recta entre los valores obtenidos de las muestras (figura II.15). Figura II.13 Gráfica número de golpes vs Contenido de agua Con la ecuación de la recta obtenida se calcula el contenido de agua en la muestra a los 25 golpes. 𝑦 = −0.1915𝑥 + 42.578 Donde x corresponde a los 25 golpes, mientras que y es el contenido de agua. y = -0.1915x + 42.578 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 C O N T E N ID O D E A G U A ( % ) NÚMERO DE GOLPES ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 28 Samanta 𝑦 = −0.1915(25) + 42.578 𝑦 = 37.79% b) Los resultados del límite plástico, se observan en la tabla II.3 Tabla II.3 Resultados del Límite plástico Tara No MTSH (g) MTSS (g) Ma (g) MT (g) MSS (g) mi (%) 61 10.9 10.5 0.4 8.2 2.3 17.3910 12.0 11.7 0.3 9.3 2.4 12.50 Una vez conocido el contenido de agua de cada muestra se obtiene su promedio, con la finalidad de conocer el Lp. 𝐿𝑃 = ∑ 𝐿𝑚𝑖 2 𝐿𝑃 = 17.39% + 12.50% 2 = 14.94% c) Determinación del índice plástico Con los valores del LL y el LP conocidos, se calcula el indicie plástico mediante la siguiente ecuación: 𝐼𝑝 = 𝐿𝐿 − 𝐿𝑃 𝐼𝑝 = 37.79% − 14.94% 𝐼𝑝 = 22.85% En la siguiente tabla se mencionan los valores de índice plástico más frecuentes en los diferentes tipos de suelos. Tabla II.4. Valores típicos de consistencia del suelo [14] Parámetro Tipo de suelo arena limo arcilla Índice plástico 0-3 10-15 10-100 De acuerdo a la tabla II.4, la tierra empleada presenta un índice plástico de 22.85 quedando dentro del rango de 10 a 100, correspondiente a la arcilla. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 29 Samanta Una vez identificada la tierra obtenida se procede a la elaboración del aglomerado, siguiendo el método descrito a continuación. Para la obtención del aglomerado se realiza una mezcla entre el mortero y el polvo de caucho, el método de elaboración se describe a continuación: 2.1) Remojar el molde de madera en agua, con la finalidad de que el material no se adhiera al momento de colocarlo en el molde. 2.2) Pesar la arcilla y el polvo de caucho, de acuerdo al porcentaje en peso requerido de cada material. 2.3) Agregar los materiales en un recipiente y mezclarlos con agua, empleando únicamente la cantidad necesaria de agua para realizar la mezcla. 2.4) Una vez uniforme la mezcla colocarla en el molde de madera previamente remojado. 2.5) Dejar secar durante 24h, posteriormente desmoldar el prototipo y voltearlo. 2.6) Una vez seco el aglomerado se cocé el ladrillo en un horno, se calienta el horno a 250ºC. 2.7) Colocar las muestras en el horno y dejarlas hasta el día siguiente, la temperatura va disminuyendo. 2.8) Registrar las características de la muestra. En la figura II.14 Se observa el diagrama de bloques correspondiente al procedimiento antes descrito. Figura II.14 Diagrama de bloques de la elaboración de aglomerado arcilla-caucho En la figura II.15 se muestra el desarrollo del procedimiento antes descrito. Moldeado Arcilla Agua Secar Mezclado Desmoldar Polvo de caucho Agua Sacar el producto Hornear 250ºC Secar Remojar el molde Enfriar ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 30 Samanta Figura II.15. Desarrollo del aglomerado de polvo de caucho y arcilla M o ld e re m o ja d o M e z c la d o c o n a g u a M a te ri a le s P e s a d o M o ld e a d o S e c a d o in ic ia l D e s m o ld a r y s e c a d o f in a l C o lo c a n d o m u e s tr a s H o rn e a r a 2 5 0 ºC 2 4 h P ro d u c to f in a l ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 31 Samanta Este método se emplea para elaborar el aglomerado de arcilla-polvo de caucho reciclado, el porcentaje en peso de ambos componentes varía con el fin de obtener diferentes muestras. Durante la elaboración de los aglomerados se pudo observar que al emplear la arcilla con un tamaño de partícula de ≤4X4mm al igual que el polvo de caucho reciclado, se obtiene una mejor adherencia entre ambos materiales que si se emplean con un tamaño de partícula más reducido. La temperatura a la que se horneo el aglomerado es de 250ºC durante 9h, posteriormente se deja el aglomerado en el horno hasta que este se enfrié, el tiempo en total es de 24h. El molde empleado para la elaboración de la prueba del aglomerado arcilla – polvo de caucho reciclado, es un molde de madera de 15.4X11.7X5.2cm (medida interior 11.1X7.4X5.2cm), en la siguiente figura se muestra el molde empleado. Figura II.16 Molde empleado en el aglomerado polvo de caucho-arcilla En la tabla II.5 se muestran los resultados obtenidos en las pruebas realizadas en este aglomerado. La nomenclatura empleada en la tabla II.5 es la siguiente: MA = Peso del polvo de caucho reciclado MC = Peso de la arcilla 15.4X11.7X 5.2cm ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 32 Samanta T a b la I I. 5 A g lo m e ra d o a rc ill a -p o lv o d e c a u c h o r e c ic la d o O b s e rv a c io n e s E l a g lo m e ra d o e s d u ro , s e d e s m o ro n a p o c o , n o s e q u ie b ra E l a g lo m e ra d o e s p o c o s u a v e , n o s e d e s m o ro n a , n o s e q u ie b ra E l a g lo m e ra d o e s s u a v e , n o s e d e s m o ro n a , n o s e q u ie b ra P e s o d e l a rc ill a M C = 3 8 4 g M C = 3 1 5 g M C = 2 8 8 g P e s o d e l m o rt e ro M A = 9 6 g M A = 1 3 5 g M A = 1 9 2 g M u e s tr a % M u e s tr a 1 : 2 0 % M u e s tr a 2 : 3 0 % M u e s tr a 3 : 4 0 % P ro d u c to c o c id o P ro d u c to s in c o c e r ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 33 Samanta T a b la I I. 5 A g lo m e ra d o a rc ill a -p o lv o d e c a u c h o r e c ic la d o ( C o n ti n u a c ió n ) O b s e rv a c io n e s E l a g lo m e ra d o e s s u a v e , n o s e d e s m o ro n a , n o s e q u ie b ra E l a g lo m e ra d o e s s u a v e , n o s e d e s m o ro n a , n o s e q u ie b ra y e s l ig e ro P e s o d e l a rc ill a M C = 2 1 0 g M C = 1 4 4 g P e s o d e l m o rt e ro M A = 2 1 0 g M A = 2 1 6 g M u e s tr a % M u e s tr a 4 : 5 0 % M u e s tr a 5 : 6 0 % P ro d u c to c o c id o P ro d u c to s in c o c e r ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 34 Samanta El agua empleada para realizar el aglomerado de polvo de caucho y arcilla, en el caso de las muestras 1, 2, 3 y 4, se eliminó una vez terminado el proceso de sellado del ladrillo en el horno. En el caso de la muestra 5 el agua empleada para la realizacióndel aglomerado no se eliminó en su totalidad, durante el proceso de sellado. El peso final de la muestra de 60%w es 380g, teniendo un porcentaje en peso de sus componentes de 0.57%A, 0.38%C y 0.05%agua, estos porcentajes en peso. El aglomerado de arcilla – polvo de caucho es menos frágil y pesado que el mortero – polvo de caucho, por lo que se empleara la arcilla en la realización de los ladrillos. La ralladura de caucho se emplea en una proporción del 50% en peso con respecto a la arcilla, el procedimiento de la mezcla es el mencionado anteriormente para el polvo de caucho sustituyendo el polvo de caucho por la ralladura de caucho, utilizando un molde con las dimensiones de un ladrillo convencional, con la finalidad de observar su maleabilidad. En la figura II.17 se muestra el ladrillo de ralladura de caucho – arcilla. Figura II.17 Ladrillo de ralladura de caucho-arcilla El peso final del ladrillo obtenido con la ralladura de caucho antes del proceso de secado es MTotal = 2320g, una vez terminado el proceso de sellado el peso total es MTotal= 1800g, observándose que el agua empleada para la realización de la mezcla de los dos materiales se eliminó en su totalidad. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 35 Samanta El aglomerado de ralladura de caucho – arcilla obtenido al final del proceso de elaboración se desmorona ligeramente, es poroso, ligero y no se quiebra. Comparando el aglomerado de polvo de caucho – arcilla al 60% con el aglomerado de ralladura de caucho – arcilla al 50%, se puede observar que este último es más ligero, sin embargo se desmorona con mayor facilidad al momento de su manipulación, por lo que se empleará el aglomerado de polvo de caucho – arcilla en la elaboración del ladrillo. II.3 Elaboración de los ladrillos En la elaboración de los ladrillos se emplea el aglomerado de polvo de caucho- arcilla en una proporción de 60%peso de polvo de caucho y 40% peso de arcilla. El molde empleado, como se observó en las pruebas de aglomerados, es de madera y cuenta con las siguientes medidas 28.8X17.5X5.5cm (medida interior 24.5X13.2X5.5cm), figura II.18, que corresponden a las medidas de un ladrillo convencional. Figura II.18 Molde empleado para la obtención de los ladrillos El procedimiento para obtener el ladrillo es el mismo empleado en las pruebas de aglomerados de polvo de caucho- arcilla, sin embargo emplea mayor cantidad de polvo de caucho (M=900g), arcilla (M=600g) y Agua (M=520g), el ladrillo obtenido se muestra en la figura II.19. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 36 Samanta Figura II.19 Ladrillo de polvo de caucho-arcilla Una vez horneado este ladrillo se puede observar que el peso final del producto es de 1578.95g, debido a la pérdida de agua durante los procesos de secado y horneado, teniendo una pérdida de esta de 451.05g. Los ladrillos obtenidos con caucho reciclado se elaboraron de la mima manera que un ladrillo común. El producto obtenido es más ligero que un ladrillo convencional, sin embargo no se puede decir a simple vista que cumple con las características de estos, por lo tanto el siguiente capítulo abarca la evaluación de las características físicas del ladrillo de caucho reciclado – arcilla. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 37 Samanta CAPÍTULO III.- PRUEBAS Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO TERMINADO Los ladrillos obtenidos a través del caucho reciclado son ligeros, resistentes al impacto y se desmoronan ligeramente, en este capítulo se revisará el comportamiento de estos cuando se exponen al agua y al fuego, su resistencia a la compresión y se evaluará su comportamiento al momento de aplicarse en la construcción de un muro. III. 1 Determinación de la absorción de agua La absorción de agua se define como la capacidad de agua que es capaz de absorber una pieza expresada en porcentaje de su peso en seco. [15] Para determinar el volumen de agua absorbido por el ladrillo, la norma mexicana NMX-C-037 establece el método de prueba para conocer la cantidad de agua que absorben los ladrillos o tabiques, el espécimen no debe tener ningún material extraño en sus caras; así como la absorción máxima inicial de los tabiques. Para la elaboración de los métodos de ensayo de absorción volumétrica y absorción inicial de agua se emplean muestras de aglomerado polvo de caucho-arcilla de menor tamaño que un ladrillo convencional, el tamaño de las muestras es 11X7.2X4.5cm, cabe mencionar que las características de las muestras corresponden a las del ladrillo elaborado en el capítulo anterior. a) Absorción volumétrica La absorción volumétrica se define como la cantidad de agua absorbida en litros por unidad de volumen aparente de la pieza en m3. [16] La determinación de la absorción volumétrica de agua total en 24h se determina de acuerdo a la siguiente ecuación: 𝐴 = 𝑀𝑠𝑠𝑠 − 𝑀𝑠 𝑀𝑠𝑠𝑠 − 𝑀𝑎 ∗ 1000 ….. (1) ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 38 Samanta Dónde: A = Volumen de agua absorbida referido al volumen aparente del espécimen en dm3/m3 Ms = Masa seca del espécimen en kg Msss = Masa saturada y superficialmente seca en kg Maa = Peso ahogado en kg ME = Peso del ladrillo A su vez, el porcentaje de absorción de agua total en 24h está determinado por: %𝐴 = 𝑀𝑠𝑠𝑠 − 𝑀𝑠 𝑀𝑠 ∗ 100 Donde: %A = Absorción de agua en porcentaje Ms = Masa seca del espécimen en kg Msss = Masa saturada y superficialmente seca en kg A continuación se describe el método de prueba para la obtención de la absorción de agua volumétrica y el porcentaje de absorción de agua de un ladrillo. 1) Pesar el ladrillo propuesto y secar en un horno durante 30min en un rango de temperatura de 100 a 110ºC. 2) Sacar el espécimen del horno y pesarlo, volver a introducirlo en el horno durante 20min. 3) Volver a pesar la muestra e introducirla en el horno durante 10min, repitiendo el proceso hasta que el peso hasta que la diferencia entre cada peso no sea mayor al 0.2%, registrar el peso final (Ms). 4) Sumergir el espécimen en agua durante 24h. 5) Sacarlo del agua y secar la superficie y las celdas con un paño, evitando absorber el agua, pesar la muestra saturada y superficie semi seca (Msss). 6) Atar el ladrillo con un hilo de nylon, de poco diámetro, y sumergirlo en agua, evitando toque las paredes y la base del contenedor. ….. (2) ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 39 Samanta 7) Pesar el recipiente con agua y el ladrillo (Maa). 8) Repetir el procedimiento con el resto de losespecímenes. El método descrito se emplea para 5 prototipos de ladrillos como se indica en la norma NMX-C-037.[16] En el siguiente diagrama de bloques se describe el proceso antes mencionado. Figura III.1. Diagrama de bloques del método para la determinación de la Absorción total de agua [16] Una vez descrito el procedimiento, en la figura III.2 se muestra el desarrollo del método realizado para conocer la absorción de agua volumétrica y el porcentaje de agua absorbido por el prototipo. Únicamente se ilustra uno de los prototipos evaluados. En el proceso de secado, para conocer la Ms del prototipo, se ilustran los primeros pesos obtenidos antes de alcanzar el peso constante. Se monitorio la temperatura con un Termómetro Digital SAMPO Modelo DM-6801A, con un termopar y un rango de temperatura de -50 a 1300ºC ± (0,3% +1 ℃). Secado 100-110◦C Ladrillo Pesar (Msss) Sumergir en agua 24h Atar con un hilo y sumergir en agua Pesar (Ms) Secar la superficie con un paño Pesar mientras está sumergido (Maa) Repetir hasta peso constante ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 40 Samanta Figura III.2 Secado de los ladrillos para la elaboración del método de ensayo de absorción de agua M s 0 S e c a n d o 3 0 m in a 1 1 0 ºC M s 1 S e c a d o 2 0 m in a 1 1 0 ºC M s 2 R e p e ti r h a s ta q u e : M s n -1 = M s n M s 3 S e c a d o S e c a d o 1 0 m in a 1 1 0 ºC M u e s tr a a ta d a M a M s s s S e c a r s u p e rf ic ie S u m e rg ir 2 4 h M s s s y M a a *n = 1 ,2 ,3 ,4 ,5 … . ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 41 Samanta Los resultados obtenidos durante la ejecución de las pruebas en las piezas se muestran en la tabla III.1; cabe mencionar que al introducir los especímenes en el recipiente con agua se observó que solo dos especímenes se sumergieron al instante, los otros tres especímenes se sumergieron tiempo después. Tabla III.1 Resultados de la prueba de absorción total Muestra Ms (kg) Msss (kg) Maa (kg) 1 0.401 440 430 2 0.375 460 440 3 0.380 420 410 4 0.400 450 400 5 0.400 480 400 Una vez concluida la prueba se procede a la obtención de la absorción volumétrica y el porcentaje de absorción, para lo cual se emplearán las ecuaciones 1 y 2 mencionadas anteriormente. A continuación se presenta el cálculo correspondiente a la muestra 1, los demás cálculos se muestran en el Anexo 2. Absorción volumétrica Sustituyendo los datos obtenidos durante el desarrollo de la prueba en la ecuación 2: - Muestra 1 𝐴1 = 0.440 − 0.401 0.440 − 0.430 ∗ 1000 𝐴1 = 3900 𝑑𝑚3 𝑚3 Porcentaje de absorción total Sustituyendo los datos obtenidos durante el desarrollo de la prueba en la ecuación 2: - Muestra 1 %𝐴1 = 0.440 − 0.401 0.401 ∗ 100 %𝐴1 = 9.72% En la tabla III.2 se muestran los valores de absorción volumétrica y porcentaje de absorción de agua correspondiente a cada espécimen muestreado. ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 42 Samanta Tabla III.2 Absorción volumétrica y porcentaje de absorción de agua Muestra A (dm3/m3) % A 1 3900 9.72 2 4250 22.66 3 4000 10.52 4 1000 12.50 5 1000 20.00 b) Absorción inicial La absorción inicial se define como la cantidad de agua que absorbe un espécimen por una de sus caras bajo determinadas condiciones durante 10min de inmersión en agua potable donde esta lo cubra 5mm. [16] La absorción inicial de agua de un ladrillo está determinada de acuerdo a la siguiente ecuación: 𝐶𝑏 = 100(𝑀1 − 𝑀𝑠) 𝑆√10 Donde: Cb = Absorción máxima inicial (g/min) S = Superficie de la cara sumergida (cm2) Ms = Peso del ladrillo seco (g) M1 = Peso del ladrillo sumergido (g) El método para conocer la absorción inicial de agua en un ladrillo se mencioana a continuación: 1) Pesar el ladrillo propuesto e introducirlo en un horno durante 24h en un rango de temperatura de 100 a 110ºC. 2) Pesar el ladrillo después de haber transcurrido el tiempo de secado, si el peso inicial del ladrillo difiere del peso después de ser secado, volver a secarlo durante 3h, hasta peso constante (Ms). 3) Dejar reposar la muestra durante 6h, posteriormente obtener las dimensiones del espécimen. 4) Sumergir 5mm de una de las caras más largas del espécimen en agua durante 10min. El espécimen se sumerge en un recipiente rectangular de metal inoxidable, y se coloca sobre dos barras con la finalidad de sostener el espécimen mientras se encuentre sumergido en el agua. ….. (3) ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 43 Samanta 5) Mantener el mismo nivel de agua en el recipiente. 6) Pasado los 10min sacar el espécimen y secar la superficie expuesta con un paño, evitando succionar el agua de los poros, este proceso debe durar 10s máximo. 7) Pesar el espécimen (M1) El diagrama de bloques que representa el método antes descrito se observa en la figura III.3, para este método se emplean únicamente tres especímenes como muestra. [16] Figura III.3 Diagrama de bloques del método para la determinación de la absorción inicial de agua [16] En la siguiente figura se muestra el proceso de secado de las muestras durante 24h, de acuerdo al procedimiento descrito en el figura xx, este procedimiento es el empleado en un ladrillo convencional. Ladrillo Secado 100-110ºC 24h Pesar (Ms) Repetir hasta peso constante Reposar 6h Medir Sumergir una cara 5mm Agua 10min Secar la superficie Pesar (M1) ELABORACIÓN DE LADRILLOS A PARTIR DE NEUMÁTICOS DE REUSÓ Samanta Angeles Colín 44 Samanta Figura III.4 Proceso de secado de las muestras durante 24h Al realizar el proceso de secado con las muestras del aglomerado polvo de caucho- arcilla, ver figura III.4, se puede observar que a las 11h de estar en el horno a 110ºC las muestras comenzaron a incendiarse, observándose un color rojo intenso en las orillas de las muestras. Al sacar las muestras del horno y dejarlas enfriar se puede notar que su color está entre negro y café rojizo, al tacto se sienten ásperos y se desmoronan. Debido a la composición del ladrillo elaborado y a su comportamiento durante el proceso de secado durante 24h a 110ºC (de acuerdo a lo especificado), se decidió secar las muestras a 110ºC durante 30min inicialmente, posteriormente 20min y finalmente cada 10min hasta obtener un peso constante (ver figura III.2). En este proceso se efectuaron 6 determinaciones del peso de cada muestra a evaluar, en la tabla III.3, se muestran los pesos obtenidos
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