UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

FILIAL - LIMA

FACULTAD DE INGENIERA

ESPECIALIDAD DE INGENIERIA CIVIL

PROYECTO DE INVESTIGACIN

CTEDRA

:TALLER DE INVESTIGACION IASESOR

:Dr. GENARO SIU ROJASALUMNO

: RAMOS RAMON, RICHARD JAVIER

CICLO

:VIIISECCION

:C2TURNO

: NOCHELima Per

2013DATOS BASICOS

1. TITULO DE INVESTIGACIN

NIVEL DE INSEGURIDAD DE LAS PROPIEDADES MECNICAS DE LOS TABLEROS FIBROCEMENTO SEGN LAS PROPORCIONES DIFERENTES

2. NOMBRE DEL AUTOR

RICHARD JAVIER RAMOS RAMN

3. TIPO DE INVESTIGACIN

EXPERIMENTAL

4. MTODO DE INVESTIGACIN

EXPERIMENTAL

5. UNIVERSO

EMPRESA EMUSA - CHORRILLOS

6. POBLACIN Y MUESTRA

P = 50

N = 5

7. DISEO DE INVESTIGACIN

VI VD

8. FECHA DE INICIO Y FINALIZACIN

01/09/2013 HASTA 23/12/2013

NDICEI PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.1.1. Descripcin del Problema Los tableros de fibrocemento se fabrican en un proceso continuo a partir de la mezcla homognea e ntima de cemento, agua, arena y fibras de celulosa. Se ocupan en obras de edificacin, para elementos constructivos expuestos a la intemperie y tambin en interiores hmedos. Tradicionalmente la celulosa ocupada en la fabricacin de estos productos de fibrocemento, provienen de la madera y es extrada mediante un proceso qumico. Una alternativa a las fibras de madera son otras fibras vegetales, y dentro de estas, las fibras provenientes de la paja de trigo son una atractiva alternativa. El presente estudio tiene por finalidad analizar la utilizacin la paja de trigo en la confeccin de un nuevo material fibrocemento destinado para un uso similar al que tienen actualmente los tableros de fibrocemento tradicionales. Para esto se obtuvo fibras de celulosa de la estructura del trigo mediante mtodos similares a los ocupados en la industria maderera. Especficamente el objetivo del presente estudio es estudiar las propiedades mecnicas y fsicas de este nuevo material fibrocemento, desarrollando un trabajo experimental. Para la obtencin de fibras celulsicas (pulpa), a partir de los rastrojos de trigo, se realiz un proceso qumico de pulpaje tipo Kraft. Para la fabricacin de las probetas de fibrocemento se ocup cemento clase Portland Puzolanico grado corriente, fibras celulsicas obtenidas de los rastrojos y agua. La mezcla de fibras de trigo, cemento y agua se introdujo a un molde de acero inoxidable que permite la fabricacin de una probeta de 7.2 cm. de largo y 3 cm. de ancho.

Ocupando una prensa hidrulica de 50 toneladas de capacidad marca Mega modelo KCK50A, el molde es sometido a una carga que permite compactar la pasta. Para cada probeta se obtuvo la densidad, la resistencia a la flexin, y la absorcin de agua. Para el pulpaje Kraft se obtuvo un rendimiento promedio de 37.24%, que es la cantidad de fibras celulsicas que se obtuvieron de los rastrojos de trigo. La resistencia a la flexin de las probetas aumenta a medida que aumenta la presin aplicada en el prensado. Se puede apreciar que las probetas que estaban constituidas de slo cemento presentaron una diferencia significativa en la resistencia a la flexin, en comparacin con las probetas que presentaron diferentes porcentajes de fibras. La resistencia a la flexin ms alta se obtuvo con probetas de slo cemento. Los valores ms altos de resistencia para el compuesto se encuentran en las razones Fibra/Cemento bajas. La resistencia a la flexin del compuesto fibrocemento presenta valores mximos 10% de razn Fibras/Cemento para probetas fabricadas con razn Agua/Cemento igual a 100%; y 4% de raznFibras/Cemento para probetas fabricadas con Agua/cemento igual a 30%. Las fibras celulsicas extradas de los rastrojos de trigo tienen una longitud menor a la longitud de fibra crtica necesaria para reforzar en forma significativa una matriz de cemento.

Tambin estas fibras no colapsan totalmente durante el proceso de prensado, dejando espacios sin cemento en el lumen de cada una. La densidad de las probetas disminuye en forma lineal, y la absorcin de agua aumenta en forma lineal, a medida que aumenta1.2. Formulacin del Problema.Si se mezclan aserrn, agua y cemento para la fabricacin de tableros fibrocementos, cul es el nivel de seguridad? 1.3. Objetivos

1.3.1. Objetivos General

Determinar los niveles de riesgo y seguridad en la fabricacin de fibrocemento segn las proporciones diferentes1.3.2. Objetivos especficos

Determinar si hay niveles de riesgo en la fabricacin de tableros fibrocemento mezclando fibra vegetal, agua y cemento Determinar los niveles de seguridad de los tableros fibrocementos fabricados con la mezcla fibra vegetal, agua y cemento.1.4. Importancia de la InvestigacinEl presente estudio tiene por finalidad analizar la utilizacin las pajas de trigo en la confeccin de un nuevo material fibrocemento destinado para un uso similar al que tienen actualmente las planchas planas de fibrocemento tradicionales. Para esto se obtendrn fibras de celulosa de la estructura del trigo mediante mtodos similares a los ocupados en la industria maderera.

Especficamente el objetivo del presente estudio es estudiar las propiedades mecnicas y fsicas de este nuevo material fibrocemento, desarrollando un trabajo experimental

1.5. Limitaciones de la InvestigacinEn Per, el cultivo trigo no es tan abundante. De las cosechas de este cereal, se obtienen pocos volmenes de rastrojos o paja. Debido a las condiciones de clima y suelo en las zonas de cultivo de trigo en Peru, la descomposicin de estos rastrojos es muy lenta provocando gran molestia en el manejo de estos despus de la cosecha. En un gran porcentaje esta gran cantidad de biomasa es quemada, a pesar de que se le est dando usos como para forraje y camas para animales, pero el volumen utilizado para estas actividades es bajo. Para los agricultores y gente relacionada con los cultivos de trigo, es de mucho inters poder encontrar un uso para la paja, un uso donde pueda utilizarse en grandes volmenes para eliminar el problema que existe sobre el manejo de estos residuos.

II MARCO TERICO2.1. Bases Tericas2.1.1. Materiales Compuestos Reforzados con FibrasUn material compuesto es un material multifase, es decir, donde existen fases, qumicamente distintas, separadas por una superficie. Se espera de un material compuesto obtener propiedades que no se pueden obtener con los constituyentes en forma individual. Dentro de un material compuesto existe una fase continua o matriz que rodea a la fase dispersa o de refuerzo [8]. Ejemplos de materiales compuestos son la madera (fibras de celulosa en una matriz de lignina), los PRF (Polmeros reforzados con fibras), el hormign, etc.

Existen materiales donde la fase dispersa est constituida por fibras. En este tipo de materiales la matriz transmite a las fibras la fuerza a la cual es sometido el material. Y tambin la presencia de fibras ayuda a retardar la propagacin de fisuras y grietas, proporcionando una alta resistencia mecnica.

Existe una longitud de fibra crtica (lc) necesaria para aumentar la resistencia y rigidez del compuesto. Los perfiles de esfuerzo deformacin dependen de si la longitud de fibra es menor o mayor que la longitud crtica. Si la longitud de fibra es menor que (Ic) el reforzamiento es insignificante, ocurriendo que la matriz se deforma alrededor de la fibra casi no existiendo transferencia de esfuerzo. En cambio si la longitud de fibra es mayor que (lc) el reforzamiento es ms efectivo.

Los principales factores de este tipo de compuesto son las propiedades fsicas de la matriz y de las fibras que se ocupan como refuerzo, y la fuerza de adherencia entre ambas fases. Tambin las propiedades de los materiales compuestos dependen altamente de las tcnicas de ensayo utilizadas para las mediciones de estas propiedades Otros factores que inciden en las propiedades del material son el volumen de fibras contenidas en la matriz, la orientacin de las fibras, el largo de fibras.

2.1.2. Fibrocemento

Es un material compuesto por dos fases, una matriz de cemento y fibras que actan como refuerzo. Las fibras pueden distribuirse en forma aleatoria dentro de la matriz y tambin se pueden incorporar ms de un tipo de fibra dentro del compuesto. Las fibras tienen un longitud de 1 a 40 mm.

Como es sabido las pastas de cemento tienen una baja resistencia a la traccin, si los comparamos con el buen comportamiento que tienen a esfuerzos de compresin, por lo que durante aos diversas investigaciones han apuntado a vencer esta debilidad reforzando matrices de cemento con acero y distintos tipos de fibras. Se han utilizado diversos tipos de fibras, tanto de origen inorgnico como lo son las fibras de aluminio, asbestos, vidrio, carbn, nylon, polipropileno y acero; como de origen orgnico extradas de diferentes vegetales como cscara de arroz, sisal, madera, maz, etc.

2.1.3. Materiales utilizados

2.1.3.4 Cemento Portland

El cemento Portland es fabricado a base de caliza (CaO) , Slice (SiO2) , almina (AL2O3) y xido de hierro (Fe2O3) . Estas materias primas se muelen y se combinan en forma apropiada para producir diferentes tipos de cemento Portland. Esta mezcla se coloca en un horno rotatorio a temperaturas entre 1400 y 1650 C. Durante este proceso la mezcla se convierte qumicamente en clinker de cemento, el cual es posteriormente enfriado y pulverizado. Finalmente se le adiciona una pequea cantidad de yeso para controlar el tiempo de fraguado del hormign.

Por su composicin, el cemento puede considerarse como un material cermico. Los materiales cermicos son materiales inorgnicos no metlicos obtenidos por fusin. En general son materiales tpicamente duros, frgiles, con baja tenacidad y ductibilidad.

El fallo mecnico (fractura frgil) de este tipo de material, es debido a la presencia de defectos macroscpicos como la porosidad y fisuras superficiales; y defectos microscpicos como dislocaciones, vacos, tomos intersticiales y sus interacciones.

La porosidad influencia en forma significativa la resistencia mecnica, debido a que se producen concentraciones de tensiones en torno a ellos. Se debe considerar la distribucin individual de cada poro, debido a que la concentracin de tensiones depende principalmente de si existe o no interconexin entre ellos. Tambin se debe dar gran importancia a la condicin superficial del material, como daos producidos por la tcnica de fabricacin o por golpes, debido a que estos disminuyen la resistencia mecnica.

El cemento ocupado durante la realizacin de este estudio fue el cemento de marca comercial Polpaico especial, clase Portland Puzolanico, grado corriente.

2.1.4. Fibras Celulsicas Extradas de la Paja de Trigo

El producto fibroso que resulta de la separacin de las fibras del tejido vegetal, se denomina pasta o pulpa. El tipo de pulpaje utilizado para obtener la pulpa es de suma importancia ya que influye en el grado de deterioro de las fibras, cantidad de lignina residual, cantidad de qumicos finales, etc. Todos estos factores van a estar influyendo directamente en el comportamiento de cualquier producto que la utilice como materia prima.

En la fabricacin de tableros a base de fibras de madera existen tipos de pulpaje que toman gran importancia, como lo son el Pulpaje Mecnico, Pulpaje Qumico y Pulpaje Kraft. De estos tres, el pulpaje Kraft tiene gran importancia en la actualidad debido a la excelente calidad de pasta que origina.

El pulpaje Kraft es un proceso que busca eliminar la fraccin lignina presente en la estructura vegetal por medio de una coccin en una solucin alcalina. Mediante una coccin Kraft, se obtienen fibras flexibles y colapsables en funcin de su dimetro y espesor de pared celular, tambin son de largo real y hay una escasa presencia de finos [10]. La extraccin de la lignina presente en el tejido vegetal se realiza a travs de reactivos qumicos (licores de coccin) tales como el Sulfuro de Sodio (Na2S) e Hidrxido de Sodio o Soda (NaOH) , todo esto bajo ciertas condiciones de temperatura y presin controladas. Se produce tambin una extraccin y disolucin de gran parte de las hemicelulosas adems de la degradacin parcial de la celulosa, sin lograr la extraccin total de la lignina lo que genera un remanente residual

En el trigo el porcentaje de celulosa es de aproximadamente un 40%, valor ligeramente inferior y ms variable que en las especies madereras, donde la celulosa est presente en un 45 a 50 %. La Hemicelulosa es de menor pureza que la celulosa, mientras que la lignina es el material cementante que mantiene unidas a las fibras. La mayor diferencia entre la madera y los rastrojos de trigo es el alto contenido de slice que estos ltimos contienen, trayendo consecuencias positivas y negativas, las positivas es que aumentan la resistencia al fuego y al ataque de insectos, mientras que las negativas corresponden al dao en los procesos de generacin de energa y pulpaje. Tambin la qumica de los rastrojos de trigo es ms alcalina (Ph entre 7 y 9) que la de la madera, la cual es mas cida.

A un nivel microscpico, las fibras individuales de los rastrojos de trigo tienen una longitud de fibra que vara entre 0.85 y 1,3 mm, y un dimetro de 15 um.

2.2. Bases Legales TcnicasA un no hay normas, bases legales, solo estudios realizados por diferentes investigadores2.3. Antecedentes de Estudios SimilaresHay un estudio realizado en el pas de chile trabajo titulado ESTUDIO EXPERIMENTAL DE UN MATERIAL FIBROCEMENTO UTILIZANDO FIBRAS DE RASTROJOS DE TRIGO, estudio realizado por los investigadores, Marcelo N. Gonzleza, Julio C. Astudillob, Alejandro Bozo G.c, Ricardo Silva S. siendo su resumen de investigacin el siguiente.Los tableros de fibrocemento se fabrican en un proceso continuo a partir de la mezcla homognea e ntima de cemento, agua, arena y fibras de celulosa. Se ocupan en obras de edificacin, para elementos constructivos expuestos a la intemperie y tambin en interiores hmedos. Tradicionalmente la celulosa ocupada en la fabricacin de estos productos de fibrocemento, provienen de la madera y es extrada mediante un proceso qumico. Una alternativa a las fibras de madera son otras fibras vegetales, y dentro de estas, las fibras provenientes de los rastrojos (paja) de trigo son una atractiva alternativa. El presente estudio tiene por finalidad analizar la utilizacin de rastrojos de trigo en la confeccin de un nuevo material fibrocemento destinado para un uso similar al que tienen actualmente los tableros de fibrocemento tradicionales. Para esto se obtuvo fibras de celulosa de la estructura del trigo mediante mtodos similares a los ocupados en la industria maderera. Especficamente el objetivo del presente estudio es estudiar las propiedades mecnicas y fsicas de este nuevo material fibrocemento, desarrollando un trabajo experimental. Para la obtencin de fibras celulsicas (pulpa), a partir de los rastrojos de trigo, se realiz un proceso qumico de pulpaje tipo Kraft. Para la fabricacin de las probetas de fibrocemento se ocup cemento clase Portland Puzolanico grado corriente, fibras celulsicas obtenidas de los rastrojos y agua. La mezcla de fibras de trigo, cemento y agua se introdujo a un molde de acero inoxidable que permite la fabricacin de una probeta de 7.2 cm. de largo y 3 cm. de ancho. Ocupando una prensa hidrulica de 50 toneladas de capacidad marca Mega modelo KCK50A, el molde es sometido a una carga que permite compactar la pasta. Para cada probeta se obtuvo la densidad, la resistencia a la flexin, y la absorcin de agua. Para el pulpaje Kraft se obtuvo un rendimiento promedio de 37.24%, que es la cantidad de fibras celulsicas que se obtuvieron de los rastrojos de trigo. La resistencia a la flexin de las probetas aumenta a medida que aumenta la presin aplicada en el prensado. Se puede apreciar que las probetas que estaban constituidas de slo cemento presentaron una diferencia significativa en la resistencia a la flexin, en comparacin con las probetas que presentaron diferentes porcentajes de fibras. La resistencia a la flexin ms alta se obtuvo con probetas de slo cemento. Los valores ms altos de resistencia para el compuesto se encuentran en las razones Fibra/Cemento bajas. La resistencia a la flexin del compuesto fibrocemento presenta valores mximos 10% de razn Fibras/Cemento para probetas fabricadas con razn Agua/Cemento igual a 100%; y 4% de razn Fibras/Cemento para probetas fabricadas con Agua/cemento igual a 30%. Las fibras celulsicas extradas de los rastrojos de trigo tienen una longitud menor a la longitud de fibra crtica necesaria para reforzar en forma significativa una matriz de cemento. Tambin estas fibras no colapsan totalmente durante el proceso de prensado, dejando espacios sin cemento en el lumen de cada una. La densidad de las probetas disminuye en forma lineal, y la absorcin de agua aumenta en forma lineal, a medida que aumenta la proporcin de fibras dentro del compuesto. La densidad del compuesto explica en forma satisfactoria las variaciones presentadas en la absorcin de agua. La razn Agua/Cemento no presenta una influencia significativa sobre la resistencia a la flexin del fibrocemento. Tambin no influye en las variaciones de la densidad del compuesto.

2.4. Terminologa BsicaIII HIPTESIS, VARIABLES E INDICADORES3.1. Sistema de Hiptesis3.1.1. Hiptesis GeneralSi se mezclan aserrn, agua y cemento para la fabricacin de tableros fibrocementos, en condiciones inadecuadas el nivel de seguridad ser de mucho riesgo3.1.2. Hiptesis especficos

Una mala mezcla de materia prima, resultara un producto defectuoso de alto riesgo

Mala eleccin de materia prima resultara un producto defectuoso

3.2. Variables

3.2.1. Tipos de variables

Variable dependiente: Nivel de seguridad

Variable Independiente: Si se mezclan aserrn, agua y cemento para la fabricacin de tableros fibrocementos,

3.3. Variables intervinientes

La temperatura, el medio ambiente

3.4. IndicadoresIV METODOLOGA4.1. Tipo y Mtodo de la Investigacin

Experimental 4.2. Poblacin y MuestraP = 50

N = 5

4.3. Instrumentos de la Investigacin Encuesta Fichas Laboratorios para hacer el anlisis

4.4. Validacin de Instrumentos Validar como mnimo 03 profesionales la encuesta y ficha

Indecopi validan LOS equipos y instrumentos

Auditores de laboratorios que validan sus instrumentos

4.5. Tcnicas Estadsticas Anlisis de regresin

Correlacin

Grfica estadsticaV ADMINISTRACIN DE LA INVESTIGACIN 5.1. Recursos de la InvestigacinRecursos propios del investigador, en este caso el estudiante Richard Ramos Ramn5.2. PresupuestoGastos de comunicacinS/. 80.00

Gastos de movilidadS/. 300.00

Gasto de refrigerioS/. 600.00

Pensin UplaS/. 1,500.00

FotocopiasS/. 20.00

PapelS/. 10.00

InternetS/. 50.00

ImpresinS/. 60.00

Alquiler de laboratorioS/. 500.00

Equipos y MaterialesS/.300.00

OtrosS/. 100.00

Total de GastosS/. 3,520.00

5.3. Cronograma

Fecha

ActividadesAgostoSetiembreOctubreNoviembreDiciembre

1. Seleccin de Tema

2. Formato de proyecto

3. Recopilacin de informacin

4. Planteamiento del problema

5. Armar el marco terico

6. Aprobar la metodologa y las tcnicas

7. Elaboracin de informe final

8. Entrega del proyecto

BIBLIOGRAFA1. ASTUDILLO, J.; GONZLEZ, M. 2004. Anlisis para los primeros tableros fibrocemento elaborados en Chile a base de rastrojos de trigo. Informe para el curso Produccin y Conocimiento. Facultad de Ciencias Forestales, Universidad de Chile Santiago, Chile.

2. HERNANDEZ, R.; FERNANDEZ C.; BAPTISTA, P. Metodologa de la investigacin Editorial Mc Graw-Hill Quinta edicin 2010

ANEXOS

MATRIZ DE PROBABILIDADES Grado de infiltracin de agua por infiltracin segn 03 tipos de revestimientos de canal, y 03 tipos de seccin de canal

Nivel de Inseguridad de las propiedades mecnicas en los tableros fibrocemento segn proporciones diferentes

Inseguridad en el comportamiento fsico-Qumico de la bentonita bajo condiciones naturales de temperatura y Ph. Anlogo natural de almacenamiento geolgico profundo Vulnerabilidad ssmica estructural en colegios de ChorrillosMATRIZ DE PROBABILIDAD

4 Meses 15 30 Pag. S/.5000

Frecuencia VariableTiempoVolumen de trabajoCostoMetodologaUniversoPuntaje

Tema 14 meses 335Pag. 14000 0Descriptivo 2Provincial 1 7

Tema 23 meses 225 Pag. 33500 2Descriptivo 2Local 312

Tema 36 meses 030 Pag. 25000 3Bibliogrfico 1Provincial 17

Tema 46 meses

035 Pag.

26000

2Experimental

2Local

39

57455

LA MATRIZ DE FORD

Frecuencia VariablePsimo-3Muy malo-2Malo-1Bueno

+1Muy Bueno

+2Excelente

+3

I Alto nivel de Inseguridad1.1. Materia prima inapropiada

1.2. Mala Proporcin de mezcla

1.3. Mal manipuleo del personalO

O

O

II Alternativa de solucin

2.1. Seleccin de materia prima adecuada

2.2. Proporcin de mezcla adecuada

2.3. Capacitacin de personalOO

O

III Nivel de riesgo

3.1. Alto

3.2. Medio

3.3. BajoO

O

O

-6-4-2+1+2+3

MEDICIN DE VARIABLES E INDICADORES.ndice = -6/9 = -0.66

Perfil: -6

Nivel de Inseguridad de las propiedades mecnicas en los tableros fibrocemento segn proporciones diferentes