Desarrollo tecnológico para la fabricación de materiales agregados
reciclados (ar) con base en residuos de construcción
La generación y manejo de los residuos sólidos urbanos y de
manejo especial son uno de los problemas ambientales de la sociedad actual. La
gran producción de basuras domésticas, restos de mobiliario, residuos de
construcción y demolición, así como desmontes de terrenos y jardines, obliga a
establecer servicios especiales de recolección, almacenamiento y tratamiento
de dichos residuos, sin embargo, muchos de ellos se siguen vertiendo a ríos,
lagunas, lagos y a sus riberas; se acumulan en terrenos baldíos, banquetas,
barrancas, tiraderos a cielo abierto y vertederos, los cuales producen un serio
impacto sobre el paisaje, el suelo y la calidad del aire.
En 2011 partiendo de las necesidades del proyecto titulado
Diagnóstico
preliminar para un plan de manejo de residuos sólidos en el parque Ecológico
Tuzantepetl, Veracruz (proyecto elaborado para el Instituto de Biología-PEMEX) y con
el apoyo de un grupo multidisciplinario en el cual participó el Dr. David
Morillón, entre otros investigadores, tomó fuerza la línea de investigación Valorización
y desarrollo de materiales a partir de residuos sólidos urbanos y de manejo
especial, la cual tiene dos objetivos: el primero, dar valor agregado a
residuos generados en diferentes edificaciones e industrias, dándoles un manejo
apropiado cambiando el término de residuo por materia prima, para que sean utilizados
nuevamente, y el segundo, desarrollar técnicas menos perjudiciales para el
ambiente, mediante el aprovechamiento de la materia prima.
Esta línea de investigación
se divide en tres ejes principales: 1) Caracterización de materiales, diseño
de mezclas y manufactura, 2) diseño y manufactura de máquinas moldeadoras de
ladrillos y 3) diseño y manufactura de un desecador solar a pequeña escala
para adobes, ladrillos y bloques. A continuación, se describen los avances en
cada eje.
1) Caracterización de materiales, diseño de mezclas y
manufactura
El primer eje de investigación está enfocado a la valorización y
aprovechamiento de los materiales de excavación y residuos de construcción que
se generen en cualquier edificación. Se han probado materiales de excavación y
residuos de construcción provenientes de Puebla, Estado de México, Ciudad de
México, Hidalgo y Morelos, y mezclas de algunos de éstos con excelentes
resultados y se continua con el desarrollo experimental, con el fin de
integrar el uso de diversos materiales como residuos de tala, aserrín, cartón,
residuos provenientes de la industria nopalera, papelera, azucarera y
plásticos; por lo que se puede decir que esta tecnología puede tener una
cobertura muy amplia dirigida al campo de la construcción sostenible.
En el año 2015 se generaron
en la República Mexicana 12 millones de toneladas (t/año) de residuos de
construcción (RC), sólo en la Ciudad de México se generan 7,000 t/día de RC sin
considerar los generados por fenómenos naturales. Actualmente sólo se reciclan
1,000 t/día.
Paralelamente,
la demanda de ladrillos en México es de aproximadamente 280 millones de piezas
por Estado, lo que acarrea graves problemas ambientales, entre ellos el de la
explotación y consumo desenfrenado de bancos de materiales vírgenes. Por lo
que, si se toma en cuenta las cifras anteriormente mencionadas se puede ver
que se tiene un potencial de materia prima que podría ser disponible para el
sector ladrillero.
Como productos de este eje de investigación se
solicitó una patente en 2014, la cual se refiere a eco-ladrillos. Pueden ser
fabricados a partir de residuos de excavación (arcilla), residuos de
construcción triturados de granulometría (3/8 y 1/4”) a finos sólo cementantes,
residuos de tala (producto del corte de árboles y ramas) y una mezcla líquida
entre agua y mucílago de nopal. El eco-ladrillo puede ser utilizado en la
construcción de muros interiores y en construcciones exteriores usando como
recubrimiento un acabado convencional.
Los eco-ladrillos pueden ser empleados como sustitutos de
ladrillos fabricados con materiales de primer uso, en muros divisorios, bardas,
pretiles y parapetos, sólo por mencionar algunos. Al igual que se hace en los
muros de ladrillos convencionales el estructurista puede decidir si es
necesario incluir elementos de refuerzo como castillos y cadenas alrededor de
los muros. Otros beneficios de esta tecnología es cumplir con el proyecto de
norma ambiental PROY-NADF-007-RNAT-2013, que establece la obligación de
reciclar los residuos generados en la obra en la Ciudad de México, también,
cumplir con la norma NMX-AA-164-SCFI-2013 que establece los requerimientos de
las Edificaciones Sustentables en cuanto a minimización, reutilización y/o
reciclaje de los residuos generados desde la planeación de la obra.
Otras de las ventajas es la eliminación de emisiones al
ser ladrillos que no requieren cocción, la disminución de la explotación de
bancos de material virgen, el coste de adquisición y su transporte. Además,
determinar la forma y tamaño de los ladrillos de acuerdo con las necesidades y
ser un excelente aislante térmico, motivo por el cual se reducen las demandas
de energía.
Estudios más recientes han llevado a la fabricación de
Recobloques y bloques-AR, ambos incluyen en sus mezclas agregados reciclados
(AR). Antes de la manufactura se realizan pruebas preliminares al material de
excavación ya que el comportamiento de algunas características físicas del suelo
es fundamental para las mezclas. También se llevan a cabo pruebas físicas,
químicas y mineralógicas para los residuos de construcción y pruebas de erosión
e intemperismo.
Los resultados muestran que los eco-ladrillos, Recobloques
y bloques-AR cumplen con lo que se solicita en las normas mexicanas:
NMX-C-038-ONNCCE-2004 para determinar las dimensiones de los ladrillos,
NMX-036-ONNCCE-2004 para resistencia a la compresión, NMX-037-ONNCCE-2005 para
la absorción de agua máxima inicial, NMX-C-441-ONNCCE-2013 para uso no
estructural y NMX-C-404-ONNCCE-2005 para uso estructural. A nivel
internacional, los Recobloques elaborados con la mezcla de suelos y mucílago de
nopal cumplen con la resistencia mínima establecida en Brasil, Colombia,
España, Francia y Kenia.
Cabe destacar que se ha firmado un convenio de colaboración
entre la UNAM y la Universidad de Aconcagua de Chile, para unir esfuerzos con
el Ingeniero Constructor Luciano Montiel Reyes, con el fin de desarrollar
nuevos proyectos que se puedan patentar como el Diseño y construcción de un
prototipo de un Sistema de Bloques Trabables o Plug and Play, empleando
residuos de construcción y plásticos para construir una estructura monolítica aplicable en
la industria de la edificación.
El objetivo es obtener un
diseño innovador de vanguardia que, al utilizarlo como material de
construcción, libre de aglomerantes, genere un nuevo desarrollo tecnológico
que ayude a dar respuesta sustentable a las necesidades de auto construcción y
a la industria de la edificación tanto en México como en Chile. Además, con
esta tecnología se da una respuesta constructiva rápida ante eventos
inesperados.
Otras actividades de
intercambio académico se han tenido con el Dr. José Manuel Gómez Soberón del
Departamento de Arquitectura Tecnológica de la Universidad Politécnica de Cataluña,
Barcelona, España. Dos alumnas de ingeniería ambiental y uno de ingeniería
civil han realizado una estancia de investigación en dicha Universidad y como
resultado se tiene la publicación de un artículo en la revista Appl. Sci. 2017,
7(10).
Es importante señalar que se
ha formalizado el primer intercambio académico apoyado por el programa de
Movilidad Académica Internacional de la Secretaría Técnica de Intercambio
Académico de la Coordinación de la Investigación Científica, UNAM.
Por último, en colaboración
con la Dra. Mabel Vaca Mier de la UAM-Azcapotzalco, se están utilizando los
agregados reciclados (AR) sólo cementantes para encapsular suelos ya tratados
que estuvieron contaminados con metales.
2) Diseño y manufactura de máquinas moldeadoras de
ladrillos
El segundo eje de investigación está enfocado al diseño, básicamente
a la generación de planos para la manufactura de máquinas moldeadoras de
ladrillos.
Al respecto, en 2015 se
solicitó la segunda patente la cual se refiere a una máquina moldeadora de
ladrillos que se fabricó con materiales provenientes de residuos de la
construcción, actualmente se está desarrollando una ladrillera multifuncional
empleando materiales más resistentes y convencionales apoyada por el Ing. David
Santoyo del Laboratorio de Diseño Mecánico y Manufactura Avanzada del Instituto
de Ingeniería.
3) Diseño y manufactura de un desecador solar a pequeña
escala para adobes, ladrillos y bloques
En México existen más de 17 mil productores artesanales que usan
8,000 hornos rudimentarios de baja eficiencia para cocer ladrillos de arcilla,
sin posibilidades de control de emisiones, lo que genera gases peligrosos y
afecta gravemente al ambiente ya que el cocido de cada lote tarda varios días
(INECC, 2018).
Lo anterior motiva la
implementación de tecnologías avanzadas y menos contaminantes como aprovechar
la radiación solar para acelerar la disminución del contenido de agua presente
en ladrillos, lo cual representa una ventaja ambiental ya que reduciría a cero
la gran cantidad de emisiones a la atmósfera que arroja un horno típico que se
emplea en el sector ladrillero, mejoraría la calidad de vida de los ladrilleros
y de las comunidades adyacentes a las plantas de producción, especialmente en
zonas con alta concentración de ladrilleras.
Como producto de este eje se
ha diseñado, construido y puesto en marcha un desecador solar (de primera,
segunda y tercera generación) a pequeña escala para adobes, ladrillos y
bloques; para este proyecto se buscó la colaboración del Mtro. Felipe Muñoz
Gutiérrez del Instituto de Ingeniería y de la Universidad de Cottbus Alemania.
Con esta Universidad se realizó un primer intercambio académico en el que el
alumno Sathya Rajan Karuppasamy Vasurajan (Masters Environmental & Resource
Management de la BTU) estuvo en México realizando su tesis Use of
construction materials from waste.
En esta línea de investigación han realizado su servicio social más de
una docena de alumnos provenientes de diferentes carreras entre las que se
encuentran arquitectos, ingenieros civiles, industriales, químicos, biólogos y
administradores. Se han titulado alumnos tanto de licenciatura como de maestría
y se encuentran en desarrollo una tesis de licenciatura y tres de maestría. Se
han presentado trabajos en tres congresos tanto en México como en el extranjero
con el apoyo del Dr. Morillón y cinco artículos en revistas indexadas tanto
nacionales como internacionales. Además de participar activamente en los talleres
que organiza el Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (INECC) del
sector ladrillero artesanal en México. Si desea mayor información sobre esta
línea de Investigación favor de comunicarse con María Neftalí Rojas Valencia
