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Ecoladrillo y petambú, materiales de construcción. Reutilización de botellas plásticas y desechos sólidos inorgánicos para la creación de estructuras constructivas


Artículo escrito para Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Artes, Diseño total y ambiental por Sebastian Bedoya (Descargar aquí)
Resumen

Las botellas de plástico se han convertido en uno de los mayores problemas ambientales a los que la sociedad se enfrenta en la actualidad. La dificultad para recuperarlas y reciclarlas tiene connotaciones sociales, económicas y culturales que han dificultado su reducción de los rellenos sanitarios. El ecoladrillo y petambú se presentan como opciones para reutilizar el material en construcción de pequeñas estructuras que pueden mitigar en parte el problema del exceso de desechos y la falta de espacios arquitectónicos.  

Palabras claves
Botella PET, Reciclaje, Reutilización, Desecho.

Abstract

The plastic bottles has become in one of the most difficult ambiental problems that the society have to confront in the present days. The difficulty to recover and recycle have many connotation in the social economic and culture field  that have hindered reducing landfills. The eco-brick and petambú are presented as options to reuse the material in construction of small structures that can partially mitigate the problem of excess waste and lack of architectural spaces.


Keys words
PET bottle, Recycle, Re-use, Waste.


Introducción

El Tereftalato de polietileno (PET), fue creado en el año 1.941 por los científicos británicos Whinfield y Dickson, que lo plantearon como un polímero del cual se obtenían fibras, y podía  sustituir el algodón, porque en plena guerra este material era difícil de conseguir. En 1.946 se empezó a utilizar industrialmente para crear fibras textiles. 

En 1.952 comenzó el uso de empaque de alimentos. Pero solo hasta 1.976 se empezó a utilizar para almacenar líquidos sensibles al oxígeno, como bebidas carbonatadas o agua mineral. 

Las propiedades de la botella plástica son: buen comportamiento frente a esfuerzos; alta resistencia al desgaste; buena resistencia química; buenas propiedades térmicas; buena barrera contra el CO2 y la humedad; alta rigidez y dureza; buenas características eléctricas y dieléctricas; alta resistencia a los agentes químicos e intemperie.

Las botellas supusieron una revolución en la manera de consumir, pues sus propiedades de producción, almacenaje y conservación del líquido representaban grandes ventajas económicas. Pero los envases una vez cumplida su vida útil, eran desechados, a pesar de que tienen la posibilidad de reciclarse, una cantidad muy pequeña se volvía a utilizar en la industria, lo demás terminaba siendo basura.
Las botellas PET luego de ser desechadas comienzan su verdadera vida, pues una botella fácilmente puede tardar de 300 a 500 años en desaparecer, aunque esto no se ha comprobado aún.  

Ellas empezaron a convertirse en un problema ambiental desde el mismo momento de su producción, pero solo hasta el año 1.992 cuando se realizó la Cumbre de la Tierra en Rio de Janeiro, se planteó utilizarlas en procesos más allá del reciclaje para reducir su volumen en los botaderos de basura.

En el año 2001, el alemán Andrea Froese ideó un sistema de construcción con las botellas llamado ecoladrillo, que consiste en rellenar la botella luego de su uso con arena o plásticos desechados, hasta que la botella obtuviera una gran resistencia.

Cuando la botella se rellena reduce la contaminación medioambiental; es una técnica de reutilización que no requiere el uso de tecnología avanzada; ni el uso de demasiada energía; es higiénica; ahorra el transporte de basura; utiliza los plásticos para la construcción en vez de ser desperdiciados; ahorra las emisiones producidas por los materiales de construcción convencionales; es económico al ahorrar la compra y el transporte del material; es aislante y antisísmico.  

Andrea Froese empezó a utilizar su método de construcción en pequeños proyectos en todo el mundo, construyendo casas, tanques de agua, bancas, etc.
Por otra parte, desde el 2011 un brasileño comenzó a trabajar el tema del petambú. El petambú es una botella de 3 litros a la cual se le quita la base y la parte superior, se obtiene una lámina y se enrolla sobre sí misma. Él brasileño publicó sus avances en el sitio web: http://tipoalgo.blogspot.com/, pero no da mucha información al respecto.
Petambú
Petambú
Eco-ladrillos
Eco-ladrillos

El término “petambú” fue acuñado por Armando Guevara, un científico empírico de Bogotá, que observó la similitud de este material con el bambú. Él  trajo la técnica  al contexto local y la enseñó para que se pudiera implementar y desarrollar.

Métodos y materiales

El problema de las botellas no solo reside en la cantidad de residuos que se producen, sino en la cantidad de energía que se requiere para producirlas, transportarlas, reciclarlas o desecharlas. Y actualmente uno de los mayores problemas al cual se enfrenta la sociedad, es la mala utilización de energía. 

Tomando eso en cuenta, las construcciones con botellas resultaban poco eficientes al no optimizar su uso energético.

Con el descubrimiento de ambas técnicas se decidió implementarlas para el desarrollo de estructuras que pudiesen tener una aplicación de diseño y arquitectura.

Se realizaron experimentos donde se utilizaban ambos materiales y se realizaron pequeñas estructuras, una pequeña casa, una caneca, dos bancas y una estructura en forma de trípode. Todos los experimentos se realizaron para observar el comportamiento de los materiales.
Elementos hechos con botellas PET

Uno de las mayores restricciones que presentan los materiales es su falta de normativa, por lo cual se decidió realizar una investigación para poder crear una norma que ayude a estandarizar los materiales y poder desarrollar estructuras con las botellas.

Para comprobar la resistencia de los materiales se han sometido a distintos experimentos. Se realizaron bancas para comprobar la resistencia de los petambú, se realizó (la flor) para comprobar su comportamiento ante las fuerzas de flexión provocadas por el viento. Por otro lado se creó una lámpara (rosa PET) para observar su comportamiento ante el sometimiento térmico. La mayor dificultad que se ha presentado al realizar estas pruebas ha sido la falta de equipos de medición para determinar datos exactos.

Viendo esta limitación se decide realizar experimentos en los laboratorios de ingeniería de la universidad nacional. Por cuestiones de tiempo solo se pudo analizar los ecoladrillos sometidos a compresión.

Resultados

El día martes 24 de junio se realizaron las pruebas en los laboratorios de ingeniería de la Universidad Nacional sede Bogotá, con la guía del ingeniero Darío Moreno que realizó las pruebas en una prensa de compresión.

La prensa es hidráulica, se presiona un aceite hidráulico dentro de una válvula que empuja el pistón y ejerce presión sobre cualquier cosa que encuentre. El manómetro registra la presión interna del aceite y solo mide unidades de presión PSI (pounds-force per square inch). La máquina mide la presión P= F/A, para determinar la fuerza, multiplicamos la presión por el área. F = P*A.

Se realizó una prueba control con una botella vacía de pony malta de 330 ml3. La presión que soportó fue 38 libras, y el área era de 2,24 pulgadas cuadradas (área del pistón), eso nos da un total de 85.12 libras o 42,56 kg.
F = P*A       F = 38 lb / plg2 * 2,24 plg2 = 85.12 libras

Prueba a la botella vacía
Luego se realiza las pruebas con las botellas rellenas con plásticos, en un total de 6 probetas (botellas de Pony malta de 330 ml3). Las primeras tres de manera vertical, y las otras de manera horizontal.
Probetas
A continuación se muestra las probetas que se identifican con el color de la tapa:

Probeta
Relleno
Tamaño(ml)
Presión
Soportada(PSI)
Fuerza soportada
1 (Roja)
Vacía (vertical)
330 ml
38 PSI
85.12 libras
2 (verde)
Plástico (vertical)
330 ml
404 PSI
904,96 libras
3 (roja)
Plástico (vertical)
330 ml
232,96 PSI
521,83 libras
4 (naranja)
Plástico (vertical)
330 ml
356,16 PSI
797,79 libras
5 (morada)
Plástico (horizontal)
330 ml
3373,44 PSI
7556,5 libras
6 (naranja)
Plástico (horizontal)
330 ml
7194,88 PSI
16116,53 libras
7 (roja)
Plástico (horizontal)
330 ml
4010 PSI
8982,4 libras

Primera Probeta vertical
Segunda Probeta vertical
Análisis de primera vs. segunda

Tercera Probeta


Quinta Probeta

Cuarta Probeta
Sexta Probeta
Después de las pruebas se procede a analizar las muestras para determinar la razón por la cual una soporta más y otras menos. El ingeniero Darío Moreno comenta que “El comportamiento de cada botella depende de cuan lleno este, entre menos aire y espacio hay en el interior mayor es la capacidad de soporte del material, eso depende de la densidad del material, de cuan denso sea por dentro”.

La característica del plástico de relleno es determinante para clasificar las botellas en un margen de calidad. Se pueden determinar los dos tipos de plásticos que se utilizan comúnmente de relleno:

(4)Polietileno de baja densidad (LDPE): Bolsas de supermercado.
(5)Polipropileno (PP): Empaques de confite, papas fritas o galletas.
(7)Otros: Empaques que no se clasifican en la tabla.
                                     
Se analiza la relación de la cantidad máxima de carga soportada y la clase de plástico que se utiliza para rellenarla:

Probeta
Relleno*
Fuerza soportada
1 (Roja)
Vacía
85.12 libras
2 (verde)
LDPE (15%), PP (80%), otros (5%)
904,96 libras
3 (roja)
LDPE (60%), PP (38%), otros (2%)
521,83 libras
4 (naranja)
LDPE (8%), PP (90%), otros (2%)
797,79 libras
5 (morada)
LDPE (15%), PP (75%), otros (0%)
7556,5 libras
6 (naranja)
LDPE (38%), PP (60%), otros (2%)
16116,53 libras
7 (roja)
LDPE (60%), PP (38%), otros (2%)
8982,4 libras
Los porcentajes son estimados*

Las botellas que contenían más empaques de LDPE resultaron más resistentes, porque este tipo de plástico se compacta mucho mejor y evitan que queden muchas burbujas de aire internamente.

La forma de la botella es fundamental a la hora de analizar los resultados, la botella de pony malta falla por su forma, si la botella fuera más cilíndrica, podría soportar mayor carga.

También es importante la manera como se llena la botella, para llenarla correctamente se debe usar un elemento largo y resistente que permita compactar los plásticos.

Otra de las características del ecoladrillo es que al ser un material plástico, tiende a deformarse con mayor facilidad, y a regresar una misma posición una vez cesa la fuerza (elástico), para eso hay que analizar el módulo de elasticidad, que es un esfuerzo que puede llevar el material sin que pase a su zona plástica. Para hallarlo se tiene que realizar otro tipo de estudio.

La botella una vez sobrepase este límite plástico se deforma de manera irremediable, es fundamental saber cuál es para evitar que una estructura colapse cuando esta sobrepase este límite. Pero determinar ese modulo no se hace con ese tipo de probetas.
                                  
Discusión

A pesar que el ecoladrillo fue creado desde el 2001, no ha recibido gran atención por parte de los investigadores, y en fuentes bibliográficas no aparece información técnica sobre el material.

Se han realizado distintos tipos de construcción con botellas pero hasta el momento solo se ha utilizado como material no estructural, y aun no hay una normativa que permita utilizarlas como material estructural.

Las botellas se realizan con ayuda de la comunidad que desea construir las distintas construcciones, lo cual dificulta un índice de calidad, por lo que cada botella es diferente la una de la otra. Si se quisiera hablar de un proceso de construcción de estructuras se tiene que crear una normativa y unos márgenes de calidad  industrial.

Conclusiones

Las pruebas para comprobar la utilización de la botella como elemento estructural dentro de una edificación aún son incipientes, todavía falta realizar distintas pruebas a los ecoladrillos y petambú.

Hasta ahora se ha descubierto que los ecoladrillos pueden soportar de manera vertical una fuerza promedio de 740 libras o 370 kg. Y de manera horizontal puede soportar una fuerza promedio de 7550 libras o 3775 kg o 3.7 toneladas.

Estos datos confirman que el material tiene una gran resistencia, pero aún falta determinar la flexibilidad o el punto de corte del ecoladrillo, además el petambú no se ha estudiado  con profundidad.

La conclusión general es que aún falta realizar las pruebas técnicas al material reutilizado para poder crear una normativa que permita usar el material de manera estructural.

Referencias





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