Desarrollo de mezclas de concreto con residuos de plásticos EPS y PET en concreto convencional

Resumen

En el presente trabajo se expone el análisis de resultados obtenido mediante los ensayos realizados en el Laboratorio de Productos de Concreto, regidos todos estos por las normas ASTM. Las mezclas de concreto contenían materiales de reciclaje plástico de botella PET triturados y las perlitas del estereofón EPS. Se compararon los resultados con los obtenidos en una mezcla de concreto tradicional, llamada mezcla patrón, con una resistencia de 400 kg/cm². Para un mejor desarrollo de la investigación, se dividió de la siguiente manera:

En el capítulo 1, se establece la sistematización del problema y su justificación, así como se plantean el objetivo general y los específicos para determinar la factibilidad del uso de estos materiales como agregados no convencionales.

En el capítulo 2, se definen conceptos importantes para poder interpretar y comprender los resultados obtenidos.

En el capítulo 3, se describe el diseño metodológico utilizado por el investigador, detallando los procesos para conocer el sujeto, las fuentes, las variables por utilizar y los instrumentos que posibilitarán recopilar la información; para a partir de ahí, poder plantear conclusiones y recomendaciones.

En el capítulo 4, se muestran los procedimientos de las pruebas de laboratorio y la cantidad de material utilizado para el diseño de las mezclas de concreto.

En el capítulo 5, se analizan los datos obtenidos, determinando si los nuevos diseños son viables o no según el comportamiento y resultados obtenidos en el laboratorio.

Finalmente, en el capítulo 6, se indican las conclusiones y recomendaciones con base en los resultados logrados en la investigación.

Introducción

En el presente trabajo se desarrolla la investigación del comportamiento que puede alcanzar el concreto adicionando material de botellas plásticas trituradas PET (tereftalato de polietileno) y las perlas de estereofón EPS (poliestireno expandido), comparando los resultados obtenidos con una mezcla patrón.

La investigación en el sector construcción cada vez es más agresiva, innovadora, tecnológica y eficaz, con el propósito de poder mejorar y garantizar edificaciones más resistentes, livianas y a un menor costo económico, obteniendo beneficios y aportando bienestar ambiental.

En los últimos años se han realizado averiguaciones sobre el uso de desechos sólidos en el concreto, cada uno de los estudios plantean un efecto específico dependiente del material utilizado y su proporción, los mismos han podido no solo disminuir los costos económicos y modificar propiedades del concreto con muchos beneficios en la construcción, sino que también ayudar a la eliminación de desperdicios y contaminación.

La investigación se basó en el concreto, agregados convencionales y tipos de plástico para la selección del más óptimo según sus propiedades mecánicas, las cuales aportan mejoras al concreto. Con las pruebas de laboratorio se comprobaron estas propiedades y el comportamiento de una mezcla convencional con una resistencia inicial de 400 kg/cm² versus las mezclas con agregados de plástico PET y EPS, para dar un mejor enfoque en la utilización de este concreto, el cual debe ser amigable con el ambiente y cumplir las normas de construcción establecidas en Costa Rica.

CAPÍTULO 1:

Problema y propósito

Antecedentes de la investigación

El tema de la utilización de los desechos sólidos cobra gran relevancia en la actualidad, por lo cual es fundamental continuar el proceso de concientización acerca de reducir, transformar y reciclar los materiales que se adquieren para satisfacer las necesidades personales, los cuales en su mayoría son artículos que tienen componentes plásticos que tardan años para descomponerse.

En relación con lo anterior, la presente investigación se enfoca en analizar mezclas de concreto con diferentes proporciones de agregados plásticos, con el fin de reutilizar este material que hoy es uno de los que causan mayor impacto ambiental en el país y a nivel mundial.

Planteamiento del problema de investigación

Considerando los antecedentes que se presentan en los últimos tiempos respecto al deterioro ambiental en Costa Rica y el resto del mundo, así también como el aumento de población y demanda en el sector de la construcción, surge como proyecto la reutilización de material plástico PET y EPS para ser manejado en una mezcla de concreto convencional, conociendo el comportamiento de la mezcla de concreto con adición de agregado no convencional, con el propósito de poder darle un uso adecuado al concreto con los resultados de los análisis estudiados en el laboratorio, teniendo en cuenta que el mismo puede llegar a disminuir el costo y la densidad del concreto, así como resolver porcentualmente los problemas del medio ambiente.

Justificación del estudio de investigación

Este trabajo de graduación tiene como meta contribuir con el mejoramiento del medio ambiente de la mano con un mejor estilo de vida, aportando beneficios en el sector de la construcción.

A lo largo de muchos años, debido al avance de la tecnología, los hábitos de gran parte de la población mundial se han modificado, predominando prácticas como el consumismo, lo cual ha conducido a enfrentarse a una producción desmedida de productos hechos o derivados del plástico para satisfacer las necesidades personales, sin tener en cuenta la huella ecológica ocasionada.

Teniendo presente que el concreto es un material esencial para el sector de la construcción, es necesario hacer investigaciones para poder hallar técnicas, tecnologías y la posible utilización de otros productos no convencionales, en este caso el plástico, y que esto permita mezclas de concreto más adecuadas, eficientes, livianas, ecológicas y económicas.

Objetivos

1.4.1 Objetivo general

• Desarrollar mezclas de concreto convencionales adicionando plásticos de reciclaje tipo PET (tereftalato de polietileno) y tipo EPS (poliestireno expandible), para determinar y comparar sus propiedades mecánicas y su futura implementación en obras o elementos que permitan obtener beneficios económicos y ambientales.

1.4.2 Objetivos específicos

• Explicar el procedimiento para procesar el agregado plástico a partir de materiales de reciclaje de botellas plásticas y de estereofón, para utilizarlo en las mezclas de concreto.

• Evaluar las características y propiedades mecánicas del EPS y PET en una mezcla de concreto convencional.

• Definir y dosificar la mezcla patrón y las seis mezclas de concreto con diferentes porcentajes de agregado plástico.

• Cuantificar y analizar con varias dosificaciones de plástico los cambios en las propiedades mecánicas de las mezclas como el asentamiento, densidad del concreto, contenido de aire, resistencia a compresión y resistencia a ruptura por tensión.

• Realizar una valoración económica del concreto desarrollado.

Alcances y limitaciones de la investigación

Alcances

Por medio de una investigación sobre el tema de impacto ambiental, se puede conocer la gravedad del asunto y el poco interés que se muestra por parte de los costarricenses.

En este trabajo se evaluarán las mezclas de concreto con diferentes proporciones de agregado plástico para tener el conocimiento por medio de pruebas de laboratorio como el asentamiento, densidad de concreto, contenido de aire, resistencia a compresión y resistencia a ruptura por tensión, de la cantidad exacta por utilizar de agregado no convencional.

Teniendo la mezcla y la proporción de plástico por emplear para que la mezcla llegue a una resistencia requerida, se hará la valoración económica de usar este concreto.

Toda la información anteriormente mencionada beneficiará a que las personas tengan mayor conciencia ambiental para mejora el planeta, bajar los costos de construcción y hacer edificaciones más livianas.

Limitaciones

Entre las limitaciones de la presente tesis, se encuentra el poco tiempo para realizar las debidas investigaciones pertinentes a este tema.

Se efectuará una investigación acerca de todos los tipos de plásticos existentes, pero en este trabajo se seleccionarán dos tipos de plástico según sus

características mecánicas, contaminación ocasionada al ambiente, costo y aporte que le pueda brindar a la mezcla de concreto.

Los recursos económicos de la autora son limitados, por lo cual representa una dificultad si debe trasladarse a diferentes partes del país para la obtención, limpieza, manipulación, proceso, pruebas y tamaño del agregado no convencional para agregarlo al concreto.

CAPÍTULO 2:

Marco teórico

Marco situacional

La presente investigación se llevará a cabo en San Rafael de Alajuela, donde se encuentra ubicada la empresa de productos de concretos, la cual tiene una amplia experiencia en cuanto al manejo, utilización e investigaciones relacionadas con el concreto. Se utilizaron diversas fuentes de investigación como lo son libros, tesis de referencia, normas de la ASTM y artículos encontrados a través de internet.

Como antecedentes se mencionarán investigaciones sobre el tema, las cuales ayudarán a desarrollar este proyecto al darles el enfoque y la utilidad necesaria a los resultados encontrados.

Marco teórico del objetivo de estudio

Concreto

• Generalidades del concreto

Kosmatka, Kerkhoff, Panarese, y Tanesi (2004) definen el concreto como:

Una mezcla de dos componentes: agregados y pasta. La pasta, compuesta de cemento portland y agua, une los agregados, normalmente arena y grava (piedra triturada piedra machacada, pedrejón), creando una masa similar a una roca. Esto ocurre por el endurecimiento de la pasta en consecuencia de la reacción química del cemento con el agua.

Otros materiales cementosos (cementantes) y adiciones minerales se pueden incluir en la pasta.

La pasta se compone de materiales cementantes, agua y aire atrapado o aire incluido (intencionalmente incorporado). La pasta constituye aproximadamente del 25% hasta 40% del volumen total del concreto, el volumen absoluto del cemento está normalmente entre 7% y 15% y el volumen del agua está entre 14% y 21%, el contenido de aire atrapado varía del 4% hasta 8% del volumen, los agregados constituyen aproximadamente del 60% al 75% del volumen total del concreto (p.1)

De acuerdo con Hernández (2011), el concreto debe ser durable y resistente, pero también trabajable, siendo su estado líquido el que permite obtener fácilmente

cualquier forma. Esta combinación de características esenciales es la razón por la cual es el material más utilizado en el sector de la construcción.

El comportamiento mecánico y la durabilidad de este material dependen de aspectos básicos como:

• Las características, composición y propiedades de la pasta.

• La calidad propia de los agregados finos y gruesos.

• La afinidad o unión entre el cementante con los agregados y su capacidad para trabajar en conjunto.

• Relación agua/cemento.

En primer lugar se debe elegir el cemento adecuado para cada tipo de edificación y la relación agua/cemento conveniente, aspectos fundamentales que influyen en la calidad del concreto endurecido y el uso eventual de un aditivo.

La importancia de utilizar el material adecuado radica no solo en obtener edificaciones resistentes, también se deben cumplir otros puntos indispensables como el diseño, especificaciones, construcción, durabilidad y mantenimiento de las mismas.

• Materiales constituyentes

Cemento

Según Kosmatka et al. (2004):

Los cementos portland son cementos hidráulicos compuestos principalmente de silicatos hidráulicos de calcio, los cementos hidráulicos se fraguan y se endurecen por la reacción química con el agua. Durante la reacción, llamada hidratación, el cemento se combina con el agua para formar una masa similar a una piedra, llamada pasta (p. 25).

Hernández (2011) menciona que el cemento es un "aglomerante plástico hidráulico, resultado de mezclar piedra caliza y esquisto, la cual es triturada y luego molida en un molino. Esta mezcla se calienta en hornos, a una temperatura de

1400ºC a 1600ºC, obteniéndose un material gris oscuro llamado clinker" (p. 35). Luego el clinker se mezcla con yeso para convertirse en el cemento portland.

Existen diferentes tipos de cemento según el requerimiento físico y químico al que esté sometida la edificación, lo cual obedece especificaciones técnicas.

Aragón y Solano (2006) indican que "las propiedades y el comportamiento del concreto dependen en gran medida del tipo de cemento utilizado" (p. 13), esto puede trascender en la durabilidad y economía del mismo.

En las siguientes tablas se observan los tipos de cemento de acuerdo con la necesidad del proyecto por desarrollar.

Tabla 1. Tipos de cemento

Fuente: INTECO, INTE 06-11-15:2015

• Tipo I/ MM: Normal; de uso general; no requiere propiedades especiales; utilizado para edificios, estructuras industriales y conjuntos habitacionales.

• Tipo MP/A-28: Moderada resistencia a los sulfatos; para uso en exposición a suelos y aguas subterráneas que tienen un bajo contenido de sulfatos; utilizado para puentes, tuberías de cobre, muelles y muros de contención.

• Tipo MC/A-AR: Desarrolla altas resistencias iniciales; utilizado en condiciones donde se requiere resistencia a edades tempranas, en lugares fríos y que se necesite un rápido desencofrado; empleado para carreteras y autopistas.

• Tipo MF/A-28: Bajo calor de hidratación; se usa cuando el calor durante el proceso de hidratación debe ser mínimo y en grandes presas donde se colocan grandes volúmenes de concreto.

• Tipo MP/B-28: Alta resistencia a los sulfatos; se usa en un concreto que estará en contacto con altas concentraciones de sulfatos; utilizado en obras marinas, aguas con alto contenido de sulfatos, drenajes, canales y ambientes muy agresivos.

Agregados

Los agregados componen la mayor parte de la mezcla, de un 60 % a un 70

% del volumen del concreto. Debido a esto, es vital el tipo, la selección y la calidad de los mismos, ya que estos influyen en las propiedades y características finales de la mezcla.

Los agregados se dividen en dos tipos, como mencionan Aragón y Solano (2006): "El tamaño máximo de 5 mm (o tamiz No. 4) marca la separación entre arenas (agregado fino) y gravas (agregado grueso)" (p.17).

Granulometría

"La granulometría es un ensayo para medir el tamaño de un material mediante la utilización de tamices, se debe tener un tamaño de material heterogéneo para evitar la presencia de vacíos en la chorrea" (Borachi, 2008, p. 32).

Lo anterior con el fin de establecer el tipo de agregado según sus características físicas y mecánicas, ya que esto influye sobre la resistencia y calidad del concreto.

Agregado fino

El agregado fino, llamado también arena, debe cumplir con los parámetros especificados en varis normas, como las ASTM. Los requisitos describen la

composición química, granulométrica, coeficiente de forma y tamaño (Hernández, 2011).

Proviene de medios artificiales, su forma debe ser cúbica, esférica, y no contener partículas planas o estiradas.

Granulometría del agregado fino

Para tener una buena trabajabilidad y manejo del concreto, se debe evitar la segregación, por lo cual es importante el buen manejo del porcentaje recomendado que pase por cada tamiz del agregado según la siguiente tabla:

Tabla 2. Límites granulométricos del agregado fino

Fuente: ASTM C33

Agregado grueso

En cuanto al agregado grueso, llamado también grava, "su buena calidad es de suma importancia para garantizar buenos resultados en la preparación de estructuras de concreto" (Hernández, 2011, p. 38).

Su calidad está directamente entrelazada con garantizar un buen desarrollo de la mezcla.

Debe ser fuerte, resistente y limpio sin ningún residuo de polvo; si se hallaran residuos no propios, se debe proseguir a lavarlo para eliminarlos, porque debe estar libre de partículas finas.

Granulometría del agregado grueso

Se define como "Un tamaño máximo que puede variar moderadamente dentro de un rango, sin que afecte apreciablemente las demandas de cemento y agua de la mezcla" (Kosmatka et al., 2004, p.109).

Al estar el tamaño del agregado vinculado con el precio del concreto, se muestran en la tabla 3 los requisitos necesarios para tener mezclas más resistentes y de menor costo.

Tabla 3. Requisitos granulométricos para agregados gruesos

Fuente: Kosmatka et al., 2004

Agua

El agua es un elemento fundamental en la utilización del concreto en las construcciones. Tiene dos diferentes aplicaciones: como ingrediente en la mezcla con una proporción de 14 % a 21 % y también como medio de curado.

Debe cumplir con características fisicoquímicas y bacteriológicas que establecen límites para los cloruros, sulfatos, álcalis y sólidos en el agua que se pueden observar por medio de un análisis de esta para así poder conocer si el agua es potable y apta para utilizarla en la mezcla, pues el exceso de impurezas en la mezcla puede llegar a afectar el tiempo de fraguado y provocar resistencia del concreto, manchado, corrosión del refuerzo, instabilidad del volumen y reducción de la durabilidad (Kosmatka et al., 2004).

Pruebas de laboratorio

• Asentamiento

Esta prueba consiste en medir la trabajabilidad y la consistencia del concreto, ya que facilita la colocación, consolidación y acabado del concreto en estado fresco, teniendo en cuenta que no se deben segregar o separar sus partículas.

Los factores que pueden influir son el transporte, la manejabilidad, la cantidad de mezcla, las características de los materiales, las propiedades de los agregados, el contenido de aire, la temperatura del concreto o el uso de aditivos en la mezcla.

Se ha encontrado una relación directa entre la calidad del agua y la trabajabilidad de la mezcla. Según LANNAME y la UCR (sf), el asentamiento aumenta proporcionalmente con la cantidad de agua" (párr. 1), también afecta la resistencia como se observa en la siguiente figura.

Figura 1. Efecto de la adición de agua sobre el asentamiento y la resistencia del concreto

Fuente: Civil Geeks, Ingeniería y Construcción, 2011

Asimismo, en la figura 2 se aprecian los instrumentos por utilizar en esta prueba, la cual se puede realizar en el laboratorio o en el campo.

Figura 2. Instrumentos para la prueba de asentamiento

Fuente: Autora

El procedimiento de la prueba se aprecia en la siguiente figura. Este se encuentra certificado por la norma ASTM C143.

Figura 3. Procedimiento para la prueba de asentamiento

Fuente: ASTM C143

• Densidad del concreto

Según LANNAME y la UCR (sf):

Este procedimiento es frecuentemente utilizado para determinar los valores de peso unitario que son necesarios para las proporciones de unas mezclas de concreto. El peso unitario también puede ser utilizado para determinar las r elaciones masa/volumen

necesarias para hacer las conversiones en acuerdos de contrato.

El peso unitario propio de la mezcla de concreto generalmente tiene un peso específico entre 2200 kg/ m3 y de 2400 kg/cm3, para el concreto reforzado (con barras de acero) el valor utilizado es de 2400 kg/cm3.

Este valor es fundamental al efectuar el análisis estructural de la edificación. Este peso puede varias según el tipo de agregado, la cantidad de aire atrapado o inducido, el agua y el cemento.

El procedimiento de este ensayo se aprecia en la figura 4 y está regido por la norma ASTM C138.

Figura 4. Procedimiento de la prueba de densidad del concreto

Fuente: ASTM C138

• Contenido de aire

Este ensayo cubre la determinación del contenido de aire en una mezcla de concreto fresco mediante la observación del cambio de volumen el método de presión según la norma ASTM C231. Los instrumentos se muestran en la figura 5.

Figura 5. Instrumentos de ensayo de contenido de aire

Fuente: Autora

El procedimiento de este ensayo se expone a continuación:

Figura 6. Procedimiento de ensayo del contenido de aire

Fuente: ASTM C231

• Resistencia a compresión

Estas características determinan el uso que se le puede dar al concreto, la resistencia se ve directamente afectada por la relación de agua/cemento y el tiempo de fraguado es la máxima resistencia a la carga axial. Se expresa en kg/cm2.

La compresión del concreto según Hernández (2011):

Es su propiedad física fundamental, y es empleada en los cálculos para diseño estructuras fabricadas de este material. El concreto de uso general tiene una resistencia a la compresión entre 210 y 350 kg/cm². El concreto de alta resistencia tiene una resistencia a la compresión de por lo menos 420 kg/ cm². Resistencias de 1,400 kg/ cm² se han llegado a utilizar en aplicaciones de construcciones especiales y se simboliza con f"c (p. 13).

Su resistencia varía según el tiempo como se muestra en la figura 7, donde se aprecia el desarrollo de la resistencia en porcentaje a un tiempo determinado; entre más tiempo pasa, mayor resistencia tiene, porque la relación de agua/ cemento disminuye.

Figura 7. Desarrollo de la resistencia a compresión de varios concretos, expresado como porcentaje de la resistencia a los 28 días

Fuente: Kosmatka et al., 2004

De la misma manera se aprecian en la figura 8 los instrumentos por utilizar en esta prueba, la cual se puede realizar en el laboratorio o en el campo.

Figura 8. Instrumentos de prueba de resistencia del concreto

Fuente: Autora

En la siguiente tabla se observan los valores de las compresiones mínimas para cada elemento del sector construcción.

Tabla 4. Resistencia a compresión mínima de los elementos

Fuente: Autora

El procedimiento de la prueba se muestra en la figura 9, el mismo está certificado por la norma ASTM C31.

Figura 9. Procedimiento de la prueba de resistencia del concreto

Fuente: ASTM C31 y C39

• Resistencia a ruptura

La resistencia a flexión es utilizada usualmente para pavimentos, placas y pisos sobre el terreno.

Perepérez, Barbera, Calvan y Curras (1985) comentan que ante la necesidad de conocimiento y exactitud, se emplean dos alternativas:

• Disponer de relaciones fiables entre la resistencia a tracción y otro parámetro habitualmente más conocido, tal como la resistencia a compresión.

• Recurrir mediante ensayos a una determinación directa de la resistencia a tracción.

No parece posible determinar de forma precisa "la resistencia a tracción a partir de la de compresión, de donde se deduce la necesidad de desarrollar y aplicar ensayos fiables de tracción y compresión, cuyos resultados representen fielmente las correspondientes resistencias del hormigón de una estructura" (Perepérez et al., 1985, p. 1).

De acuerdo con LANNAME y la UCR (sf), la tensión diagonal (fct) es más fácil de determinar y brinda un mayor esfuerzo y menos módulo de ruptura. Es utilizada para el diseño estructural de elementos livianos de concreto con el fin de evaluar la resistencia a cortante y la longitud de desarrollo del refuerzo.

El procedimiento de la prueba se indica a continuación, el mismo está certificado por la norma ASTM C496.

Figura 10. Procedimiento de la prueba de ruptura por tensión

Fuente: ASTM C496

Plásticos

• Generalidades del plástico

El plástico es un material compuesto por resinas, proteínas y otras sustancias, las cuales son fáciles de moldear, modificar su forma y color de manera permanente o temporal, esto con un bajo costo de fabricación, que lo convierte en uno de los materiales más utilizados y populares en los últimos tiempos.

Por lo general, son polímeros que se moldean a partir de la presión y el calor, estos resultan ser resistentes a la degradación y a la vez son livianos, los mismos provienen de la naturaleza, como la madera o pieles de animales. Es el primer material sintético creado por el hombre.

• Propiedades y características

Los plásticos son originados por un proceso conocido como "polimerización, por medio de adición, condensación, o por etapas, es decir, creando grandes estructuras moleculares a partir de moléculas orgánicas. Las enormes moléculas de las que están compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico" (Garavito, 2007, p. 8).

Méndez (2010) expone las siguientes características de los pláticos:

• Fáciles de trabajar y moldear.

• Poseen baja densidad.

• Suelen ser impermeables.

• Buenos aislantes eléctricos.

• Aceptables aislantes acústicos.

• Excelentes aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy elevadas.

• Resistentes a la corrosión y a muchos factores químicos.

• Algunos no son biodegradables ni fáciles de reciclar, y si se queman, son muy contaminantes.

No todas estas propiedades se encuentran en todos los plásticos.

• Clasificaciones de los plásticos

• Clasificación de los plásticos según el monómero base

Según Méndez (2012), los monómeros bases son:

• Naturales: Son los polímeros cuyos monómeros son derivados de productos de origen natural con ciertas características como la celulosa, la caseína y el caucho.

Los derivados de la celulosa son: el celuloide, el celofán y el cellón. Los derivados del caucho son: la goma y la ebonita.

• Sintéticos: Son aquellos que tienen origen en productos elaborados por el hombre, principalmente derivados del petróleo como lo son las bolsas de polietileno.

En la figura 11, se indica la clasificación del origen del monómero del cual parte la producción del polímero.

Figura 11. Simbología para la clasificación

Fuente: Méndez, 2012

• Clasificación de los plásticos según su estructura y comportamiento al calor

Se pueden clasificar según su arreglo molecular, lo cual se se ve altamente afectado por el proceso de fusión y solidificación, que determinan sus propiedades físicas y mecánicas, las cuales se muestran en la tabla 5.

Tabla 5. Propiedades de los plásticos

Considerando la utilidad, la comercialización y la aplicación, los termoplásticos se pueden identificar como lo expone la tabla 6.

Tabla 6. Códigos de identificación de los tipos de plástico

Poliestireno expandido (EPS)

• Definición del poliestireno expandido (EPS)

El poliestireno expandido, por sus siglas en inglés EPS, se puede definir como material plástico celular y rígido fabricado a partir del moldeo de perlas pre expandidas de poliestireno expandible o uno de sus copolímeros, que presenta una estructura celular cerrada y rellena de aire. El aire aprisionado es el que proporciona su excelente cualidad como aislante térmico. El color natural es el blanco debido a la refracción de la luz.

Almedia (2014) menciona las ventajas de su utilización en el sector de la construcción:

• Muy bajo peso y liviano.

• Amortiguador de impactos

• Resistente al agua pero no al vapor. No es higroscópico, es decir, sus niveles de absorción de agua son mínimos aunque el vapor de agua sí puede penetrar su estructura celular cerrada.

• Resistente al envejecimiento.

• Resistencia mecánica.

• Aislante térmico.

• Resistencia química.

• Aislante acústico.

• Biológicamente inerte (no contamina las aguas subterráneas).

• Facilidad de instalación.

• Facilidad de manipulación (p. 17).

• Aplicaciones del EPS

Los usos más comunes del EPS son envasado y embalado de una gran variedad de producto debido a sus propiedades como la capacidad de absorción de impactos, ligereza, aislamiento y protector térmico. Algunos ejemplos de productos utilizados son para la protección de electrodomésticos y envases desechables para alimentos y bebidas.

El tereftalato de polietileno (PET)

• Definición del tereftalato de polietileno (PET)

"Para hacer visible la posibilidad de recuperar el material "American Society of Plastics Industry" ha desarrollado un símbolo que se ha convertido en norma: las flechas tres inter direccionadas" (Méndez, 2012, p. 26). Este símbolo acompañado del sistema de numeración para identificar la naturaleza del material que va desde el 1 al 19, distinguen los tipos de plásticos.

El PET se identifica con el número 1, como se observa la figura 12, lo cual puede aparecer al reverso de la botella o de la tapa.

Figura 12. Sistema de identificación de envases PET

Fuente: Méndez, 2012

Según Méndez (2012), "existen diferentes grados de PET, los cuales se diferencian por su peso molecular y cristalinidad" (p. 27); en general, estos se caracterizan por su elevada pureza, ligereza, alta resistencia y tenacidad. De acuerdo con su dirección presenta propiedades de transparencia y resistencia química.

• Comparación del plástico PET con otros materiales

En la última década el PET ha sido el material más utilizado e importante en el mundo y en el mercado de las botellas de agua, refrescos y alimentos con una producción aproximada de 11 millones de toneladas, debido a su buena combinación de propiedades como la transparencia, baja densidad, alta resistencia, flexibilidad de formatos, buenas propiedades organolépticas, entre otros.

Cabe destacar que en la actualidad los puntos débiles del PET han disminuido por medio de la tecnología al combinarse con otros materiales.

En la tabla 7 se indican los rendimientos del PET respecto a los demás materiales.

Tabla 7. Comparación del PET contra otros materiales

Fuente: Méndez, 2012

• Aplicaciones del PET

Las aplicaciones más comunes del PET son en botellas plásticas para el consumo de bebidas, bandejas y láminas. También puede ser utilizado para otros usos no tan conocidos como es el sector textil.

Densidad bruta y neta

La densidad, según Blaur (2008), es una correlación entre el peso y el volumen de una masa. En los agregados para concreto se debe definir cuidadosamente este término, porque entre sus partículas hay cavidades o poros que pueden estar vacíos, parcialmente saturados o llenos de agua.

• Densidad neta, es el peso de la masa del material y el volumen que ocupa solamente la masa sólida, es decir que no toma en cuenta los vacíos existentes ya sea que se encuentran saturados o no.

• Densidad bruta, es la relación existente entre el peso de la masa del material y el volumen que ocupan los vacíos entre las partículas de ese material.

En la figura 13 se aprecia la diferencia entre las densidades antes mencionadas.

Figura 13. Densidad neta y Densidad bruta

Fuente: Autora

En este trabajo se utilizó la densidad neta de los agregados plásticos para ser añadidos en las mezclas de concreto.

Propiedades del poliestireno extendido (EPS) y el tereftalato de polietileno (PET)

En la tabla que se muestra a continuación, se exponen las diferencias entre los tipos de plásticos por utilizar en la presente tesis.

Tabla 8. Propiedades del EPS y PET

CAPÍTULO 3:

Marco metodológico

Definición del enfoque y métodos de investigación utilizados

Según Hernández, Fernández y Baptista (2010), se diferencian tres tipos de enfoques: el cualitativo, el cuantitativo y el mixto.

La presente tesis se basó en el enfoque cuantitativo, el cual se utilizó en pruebas de laboratorio para justificar el comportamiento de las propiedades mecánicas de la mezcla de concreto con el porcentaje de agregado plástico PET.

El enfoque cuantitativo "usa la recolección de datos para probar hipótesis con base en la medición numérica y el análisis estadístico, para establecer patrones de comportamiento y probar teorías" (Hernández et al., 2010, p. 4).

En cuanto a los alcances en el proceso de investigación cuantitativa, Hernández et al. (2010) citan cuatro tipos:

Figura 14. Alcances que pueda tener un estudio cuantitativo

Fuente: Hernández et al., 2010

El primer tipo es el alcance exploratorio: "[…] son estudios que se realizan cuando el objetivo es examinar un tema o problema de investigación poco estudiado, del cual se tienen muchas dudas o no se ha abordado antes" (Hernández et al., 2010, p. 79). Por consiguiente, solo hay información o ideas relacionadas al tema de investigación.

El segundo tipo es el descriptivo, el cual "busca especificar las propiedades, procesos, objetivos o cualquier otro fenómeno que se someta a un análisis. Es decir, únicamente pretenden medir o recoger información de manera independiente o conjunta sobre los conceptos o las variables a las que se refieren" (Hernández et al., 2010, p. 80).

Un tercer tipo es el correlacional, el cual "asocia variables mediante un patrón predecible para un grupo de población" (Hernández et al., 2010, p. 81).

Y el último tipo es el explicativo, estos alcances "van más allá de la descripción de conceptos o fenómenos o del establecimiento de relaciones entre conceptos; es decir, están dirigidos a responder las causas de los eventos y fenómenos físicos o sociales" (Hernández et al. 2010, p. 83).

Según las anteriores definiciones, se determina que la investigación realizada en esta tesis seguirá el enfoque de tipo cuantitativo con alcance exploratorio, ya que en los objetivos se planteó definir y dosificar seis mezclas de concreto con diferentes porcentajes de agregado plástico PET provenientes de botellas y EPS provenientes de estereofón, con el fin de obtener beneficios ambientales y económicos para el país. También es de alcance experimental por los resultados obtenidos en el laboratorio, los cuales informan y guían en cuanto al uso de este nuevo concreto con los agregados plásticos en el sector de la construcción.

Sujetos y fuentes de información

Debido al alcance exploratorio de la presente tesis, las fuentes que destacan son muy pocas. La investigación se realizó en el Laboratorio de Investigación y Desarrollo de la empresa PC, la cual tiene un gran conocimiento y experiencia respecto a investigaciones e innovaciones sobre el concreto.

Por otro lado, la investigadora se apoyó y guio por medio de las especificaciones y normas establecidas por la ASTM, e igualmente de libros de

textos, artículos y referencia de tesis de otros países, ya que en Costa Rica es un tema nuevo e innovador.

Definición de variables: conceptual, operativa e instrumental

Se entiende por el término variable "una propiedad que puede fluctuar y cuya variación es susceptible de medirse u observarse" (Hernández et al., 2010, p. 93).

A continuación, se expone cada una de las variables según los objetivos de la investigación.

Tabla 9. Cuadro de variables

Fuente: Autora

Instrumentos y técnicas utilizadas en la recopilación de datos

Pruebas de laboratorio. Es una técnica indispensable para realizar y sustentar esta tesis, ya que la misma es de carácter exploratorio y experimental, por ende fue necesario efectuar las pruebas ya estipuladas anteriormente para poder saber la reacción de la mezcla de concreto con el agregado plástico PET y EPS. Es indispensable planificar un control estricto de los parámetros encontrados dentro del análisis de cada prueba para obtener resultados exactos y similares a la práctica de la realización de las mezclas de concreto en campo sin alterar mucho su entorno.

Análisis de documentos. Es una técnica empleada para la mayoría de los proyectos de graduación, porque la misma se basa en documentos, libros, artículos, otras investigaciones, entre otros. Se procura conocer el manejo del tema, los supuestos e inciertos relacionados con el tema. Se debe elaborar una guía sobre todos los temas mencionados, pues será referencia específica en la elaboración del marco teórico y la bibliografía.

Fotografías. Es una técnica de observación que permite documentar el proceso de investigación de las distintas pruebas realizadas. Es un sustento ilustrativo que posibilita la veracidad del trabajo hecho.

Grabación de videos y audios. Esta técnica es muy similar a las fotografías, su finalidad es la recolección de material audiovisual de pruebas de laboratorio que permitan efectuar un análisis de datos más cercano de los resultados de las pruebas.

Procesamiento de datos, esta técnica consiste en comparar por medio de gráficos y tablas los diferentes parámetros de procedimientos y resultados obtenidos.

Sustentación de la confiabilidad y la validez de los instrumentos de la investigación

Pruebas de laboratorio. Estas se llevaron a cabo en el Laboratorio de PC, según los estándares establecidos por la norma ASTM y con técnicos certificados por el Instituto Americano del Concreto (ACI por sus siglas en inglés) de elaborar los ensayos, quienes supervisaron e inspeccionaron la realización de las pruebas y el análisis de los resultados.

Análisis de documentos. Los documentos analizados provienen de fuentes primarias de validez científica y literaria. Algunos se obtuvieron de la Dirección del Centro de Recursos para el Aprendizaje y la Investigación (CRAI) de la Universidad Latina Campus Heredia. Los documentos extraídos y en los cuales se basará el trabajo son ediciones desde el 2000 hasta el 2015. Otros documentos serán consultados desde páginas de internet donde se encuentran tesis de investigación de distintos países.

Fotografías, grabaciones en video. Las fotografías y videos para este proyecto se realizaron por parte de la autora en el Laboratorio de Investigación y Desarrollo de la empresa PC, todo con fines educativos.

Procesamiento de datos. Se elaboraron tablas y gráficos para las pruebas de laboratorio que se les harán a las mezclas de concreto, con el objetivo de poder comparar los distintos parámetros y propiedades mecánicas en las cinco mezclas de concreto con porcentajes diferentes de plástico.

CAPÍTULO 4:

Procedimiento del plástico, diseño de prototipos y procedimiento de pruebas experimentales

Procedimiento del plástico

Perla de poliestireno expandible (EPS)

El poliestireno expandible fue donado por el laboratorio de investigación y desarrollo de la empresa PC, el mismo se vende de forma empresarial para el sector de la construcción. La empresa con la que se cotizó para tener el precio de referencia fue PANACOR.

Botellas plásticas, tereftalato de polietileno (PET)

En Costa Rica, surgió el programa de Misión Planeta a cargo de la empresa Coca-Cola Femsa, el cual tiene como meta contribuir con el manejo de los desechos sólidos en Costa Rica por medio de la recolección y reciclaje de los envases plásticos (PET), mediante campañas educativas y jornadas de limpieza de ríos y playas.

Se visitó la planta llamada Unidad de Reciclado, ubicada en San Miguel de Naranjo. La persona que recibió a la investigadora fue Harry Vargas, quien explicó acerca del proceso del plástico desde su recolección, reciclaje, mercado meta y precio. El producto utilizado en este proyecto fue donado por la compañía.

El proceso indicado en la planta de reciclaje fue el siguiente.

• Se recopilan los envases y se asegura que los mismos no vengan con ningún contenido de líquido.

• Se separan los materiales según su composición, para evitar que se mezclen y pierdan su utilidad.