Ciencias de los materiales

PJ-CM-164-MA Bloques de construcción a partir de excremento de vaca

Industria, innovación e infraestructura

Asesor: MARISA CALLE MONROY

Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)

Constanza Morales Collazo[3° Xcaret], Camila Gallardo Elias[3° Xcaret], Christopher Javier Vivas Sánchez[3° Xcaret]

Resumen

Cotidianamente los bloques de construcción son un material indispensable en la elaboración de edificaciones y es bien sabido que a nivel mundial existen diversas marcas de sillares, sin embargo, no todos garantizan las comodidades de una vivienda, como lo es el aislamiento térmico, sonoridad, etc. Aunque los bloques de construcción, no suelen ser una fuente significativa de contaminación ambiental,al momento de su elaboración llegan a usar de manera excesiva recursos naturales y energía al producirse además de la emisión de gases contaminantes y dejar residuos sólidos, a parte de llegar a tener costos demasiado elevados por los materiales que los constituyen. incluyendo los bloques,por ello la elección de los materiales para su elaboración es de suma importancia, algunos de estos pueden ser sostenibles. El uso del estiércol de vaca ha sido una técnica  utilizada en la construcción en latinoamérica desde hace más de dos siglos, en muros de tapia pisada y la conformación de bloques de adobe para muros de carga.  Además es un aislante térmico natural que, aplicado en paredes y suelos, los mantiene calientes en invierno y frescos en verano.Con el uso de este material no sólo se optimiza la calidad de la construcción, si no que su precio se reduce significativamente. Por ello decidimos hacer bloques de construcción a partir de excremento de vaca para así tener un material 100% natural, económico y útil para la fabricación de viviendas y edificaciones diversas. El proyecto propone una alternativa que facilitará la construcción en distintos lugares.

Pregunta de Investigación

¿Cómo elaborar bloques de construcción a partir de excremento de vaca?

Planteamiento del Problema

Cotidianamente los bloques de construcción son un material indispensable en la elaboración de edificaciones.

Es bien sabido que a nivel mundial existen diversas marcas de sillares, sin embargo, no todos garantizan las comodidades de una vivienda.

Uno de los complejos más comunes de estos materiales comerciales son la baja resistencia térmica y la humedad. Esta misma además de favorecer la aparición de moho, los ambientes húmedos favorecen la aparición de otros hongos y ácaros. La presencia de estos reduce la durabilidad de los materiales generando problemas respiratorios como asma y alergias.

De igual manera estos mismos suelen presentar defectos con el paso del tiempo, aparecen concentraciones de óxido de cal que al hidratarse aumenta su tamaño dañando la pieza. Esto se origina de una mala preparación y moldeo.

Se suelen manifestar las consecuencias a los 3 o 4 meses de realizar el muro,volviéndolo prácticamente inútil y sobre todo generando un gran gasto al propietario de la vivienda, a parte de volverse un riesgo para los habitantes de esta misma.

Antecedentes

Los bloques de construcción son piezas modulares utilizadas en la construcción para ensamblar estructuras de manera eficiente y precisa. Estas piezas generalmente tienen una forma y tamaño estandarizado, lo que facilita su uso en variedad de proyectos de construcción. Se utilizan desde la construcción de edificios y muros hasta la creación de estructuras temporales. Ofrecen ventajas como la facilidad del montaje, la uniformidad en tamaño y forma, y la durabilidad. Además, su uso se emplea para acelerar el proceso de construcción y reducir costos laborales. Algunos bloques están diseñados para ser más eficientes en términos de energía durante su producción. Los bloques de construcción, no suelen ser una fuente significativa de contaminación ambiental, sin embargo, su forma de producir utilizan y eliminan los materiales de construcción, incluyendo los bloques, pueden tener un impacto en el ambiente.La elección de materiales para producirlos pueden influir en su impacto ambiental, algunos materiales son sostenibles y reciclados para reducir el impacto. A diferencia, los tabiques son muros delgados sin cargas que se utilizan como poderes o divisiones internas. Se debe procurar que tengan poco peso para conseguir un aligeramiento de las cargas a los pilares. Deben ser estables y resistentes a las reflexiones y los impactos de pequeña magnitud. Actualmente, las estructuras aporticadas desvinculan el cerramiento interior de la función estructural, aunque a menudo parecen problemas en los tabiques debido a la flexibilidad de la estructura, a lo largo del tiempo se han ido desarrollando los diversos sistemas de tabiques con varios cambios, plantas flexibles y la tendencia de la construcción a un mayor grado de prefabricación de los elementos. Todo ello permite un mayor rendimiento en la obras, con menos desperfectos, menos desperdicios de materia y con la posibilidad de reciclar y disminuir los pesos. La función genérica en los tabiques o de las divisiones verticales es la compartimentación del espacio, también pueden cumplir otras:

-Separación visual

-Inaccesibilidad

– Resistencia al fuego

– Aislamiento térmico

-Protección acústica 

Todos los organismos animales, además de consumir alimento para mantenerse vivos, deben desechar materiales que ya no son útiles para el organismo, ya sea en forma de líquidos o sólidos. A los desechos sólidos se les conoce como excretas, excrementos, estiércol, o heces. Sin embargo, aunque se considere un desecho, este material contiene diversos elementos muy útiles, como son el agua, los carbohidratos, proteínas, grasas y algunas sustancias inorgánicas o minerales, además de fragmentos celulares y microorganismos. Los principales nutrientes incluyen nitrógeno, fósforo y potasio, así como otros micronutrientes como calcio, magnesio y azufre.  El excremento de vaca, por su alto contenido en fibra procesadas, ha sido utilizada en la construcción en latinoamérica desde hace más de dos siglos, en muros de tapia pisada y la conformación de bloques de adobe para muros de carga. Se estima que los tabiques fabricados con estiércol de vaca es un 20% más ligero que el de arcilla, y al mismo tiempo 20% más resistente en términos de comprensión. Con el uso de este material no sólo se optimiza la calidad de la construcción, si no que su precio se reduce significativamente.  La elaboración de este material es poco contaminante, ya que en su proceso se utiliza biogás, lo que disminuye en mil 692 toneladas la producción anual de CO2. Además es un aislante térmico natural que, aplicado en paredes y suelos, los mantiene calientes en invierno y frescos en verano. Esta tecnología también aumentará el consumo de estiércol de vaca como materia prima para productos ecológicos. También seca en menos de 4 horas, aporta fibra a la mezcla y evita la retracción por fraguado y su consecuente agrietamiento, así como también tiene baja conductividad térmica y evita el paso del calor al interior de los espacios por ser una fibra natural. La eliminación de bacterias patógenas del estiércol es esencial para reducir los riesgos asociados con su uso y minimizar la transmisión de enfermedades. Existen varios métodos: Compostaje: El proceso de compostaje implica descomponer el estiércol junto con otros materiales orgánicos en pilas o montones y permitir que se caliente a elevadas temperaturas. Las altas temperaturas generadas durante el compostaje matan las bacterias patógenas. Almacenamiento a largo plazo: El almacenamiento prolongado del estiércol puede reducir la presencia de bacterias patógenas, sin embargo este método puede requerir tiempo. Tratamiento térmico: Algunas instalaciones utilizan sistemas de  tratamiento térmico, como el calentamiento por vapor o la pasteurización, para matar las bacterias patógenas. Uso de productos químicos: En algunos casos, se pueden utilizar productos químicos desinfectantes como el glutaraldehído, el peróxido de hidrógeno, el ortofenilalden oído (OPA),el ácido peracético y el cloro son consideradas desinfectantes de alto nivel, o la cal viva para reducir la presencia de estas bacterias. Las sales cuaternarias son compuestos de amonio cuaternario que representan una familia de compuestos antimicrobianos considerados como agentes activos catiónicos potentes en cuanto a su actividad desinfectante, ya que son activos para eliminar bacterias grampositivas y gramnegativas, aunque estas últimas en menor grado. Son bactericidas fungicidas y viricidas. Se utilizan como desinfectantes, agentes tensoactivos, suavizantes de telas y también como agentes para evitar la estática, algunas también como agentes para evitar la estática, algunas también eliminan los gérmenes, virus, bacterias, los hongos y sus hifas entre otros. Su mecanismo de actuación, penetrado y rompiendo la membrana citoplasmática, degradando la proteínas y ácidos nucleicos y, finalmente, provocando la lisis celular, le confiere excelentes propiedades frente a todo tipo de microorganismo. Tienen baja corrosividad, no atacan la mayoría de superficies presentes a nivel industrial e institucional y su manipulación es relativamente segura comparada con la de otros principios desinfectantes, siempre usando las medidas de protección pertinentes, tienen una efectividad incluso en presencia de materia orgánica, especialmente en el caso de las últimas generaciones de amonios cuaternarios, también tienen un poder residual, sus características físico-químicas hacen que, en caso de no ser aclaradas, se mantengan sobre las superficies y conserven durante tiempo su eficacia como desinfectante. Uno de los hidróxidos más conocidos es la cal apagada. El término “cal apagada” significa hidróxido de calcio, es un polvo básico cristalino y sus soluciones se conocen como: cal muerta, cal hidratada, hidróxido de calcio blanquear o agua de lima. Al igual que otros compuestos clasificados como hidróxido, la cal apagada contiene cationes metálicos y aniones de hidróxido. El hidróxido de calcio tiene la forma de un sólido, es un polvo cáustico, no inflamable, blanco o beige con blanco que tiene una estructura cristalina, es ligeramente soluble en agua pero, al mismo tiempo, higroscópico, lo que significa que absorbe agua del medio ambiente. Está sujeta a disociación iónica, reacciona con ácidos y provoca la corrosión del metal. La cal apagada tiene muchas aplicaciones, es utilizada por los productores de productos químicos para la construcción, por ejemplo: es un ingrediente en los morteros de albañilería y revestimiento. Tiene propiedades antibacterianas, desinfectantes y desacidificantes, de igual manera también se usa en plantas de tratamiento de agua y aguas residuales, es excelente para neutralizar los sedimentos químicos y biológicos formados por aguas residuales, es buena para neutralizar los sedimentos químicos y biológicos. También es útil para elementos estructurales como madera, ya que ayuda a que resista más tiempo a los insectos y al moho, su color brillante ilumina a los interiores y los ayuda a lucir prolijos. Contiene más del 30% de arcilla, su color es turbio y tiene bajo porcentaje de reacción. 

Objetivo

Elaborar bloques de construcción a partir de excremento de vaca.

Justificación

Los bloques de construcción son un material indispensable en la vida cotidiana cuando se habla de elaboración de infraestructuras debido a que tienen una forma y tamaño estandarizados, lo que facilita su uso en variedad de proyectos de construcción, sin embargo, su producción, su manejo y la eliminación de estos materiales, puede tener un impacto en el medio ambiente. La elección para su fabricación puede influir en el ecosistema como lo son el acero, el hormigón, el amianto, etc. Cuando se demuele o re-modela una estructura, se pueden generar escombros. La eliminación adecuada de los residuos es importante para prevenir la contaminación del suelo y agua. Además, algunos sillares comerciales cuentan con la desventaja de tener baja resistencia térmica, debido a los materiales con los que son elaborados, es decir, sus componentes ocasionan que en climas extremosos las ganancias de calor sean elevadas y como consecuencia, la comodidad de los habitantes de la construcción se vea afectada; a comparación del estiércol de vaca que es un aislante térmico natural, que al estar implementado en una infraestructura la mantendría caliente en inviernos y fresca en veranos.

Hipótesis

Si elaboramos bloques de construcción a partir de excremento de vaca, entonces, tendremos una alternativa de materiales para construcción.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales

600 ml de sales cuaternarias

 750 gr de excremento de vaca

200 gr de cal apagada

1 molde de 10 x 6 x 3 cm

300 gr de tierra

200 gr de paja

1 lt de agua

1 contenedor de 28 cm de largo, 10.5 de alta y 28.5 de ancho

1 par de guantes de nitrilo desechables

1 Respirador para Partículas 3M™ 8210V, N95, con Válvula

1 cubeta de 36 cm de alto par 29.5 cm de ancho

1 regla de madera de un metro de largo

 

Procedimiento:

(Para el siguiente procedimiento es necesario utilizar el respirador y los guantes

desechables de nitrilo ya que la mezcla de los elementos genera gases nocivos para

la salud del ser humano)

  1. En la cubeta mezclar 600 ml de sales cuaternarias con los 750 gr de excremento de vaca y dejar reposar por 2 horas.
  2. Colocar los 200 gr de cal apagada y 300 gr de tierra en el contenedor.
  3. Agregar la mezcla de sales cuaternarias y excremento de vaca al contenedor con cal y tierra para posteriormente añadir la paja.
  4. Incorporar los 150 gr de pulpa de nopal en el mismo contenedor hasta que adquiera una consistencia homogénea.
  5. Paulatinamente agregar 100 ml de agua a la mezcla anterior hasta lograr una masa semi-seca, con la cual se puedan formar elementos o figuras que no se deshagan con facilidad.
  6. Situar en el molde el compuesto creado con anterioridad hasta que este mismo lo llene por completo para posteriormente compactarlo y emparejarlo con una regla de madera.
  7. Retirar el molde con cuidado para que el bloque recién hecho no se deforme
  8. Dejarlo en una superficie plana o compacta a temperatura ambiente y después cubrirlo con paja para que no se agriete por 3 días.
  9. Pasados los 3 días, se cambia de posición, ahora se coloca de costado por 3 días más.
  10. Al finalizar los 3 días, el bloque deberá estar completamente sólido.

(Si el bloque está chueco o agrietado, este no servirá y se tendrá que repetir el proceso)

Galería Método

Resultados

Obtuvimos 8 bloques de construcción, los cuales tienen una forma rectangular, con medidas de 9.2 cm de largo, 5.3 cm de ancho y con altura de 2.3. Cuentan con un color café tenue y 4 bloques están pintados de color azul cielo. Tienen un olor casi imperceptible a paja, sin llegar a ser desagradable, su consistencia es lisa, aunque, asptera por otras partes. El precio total fue de $98 y un costo unitario de $10.8; con la misma cantidad de materiales se puede construir un bloque de 20 cm de largo, 12 cm de ancho y 10 cm de alto.

Galería Resultados

Discusión

El proceso de elaboración y secado de estos bloques puede variar debido a diversos factores como lo son la temperatura en el ambiente, ya que una modificación de esta puede generar un mal secado o que se modifique su forma rectangular por alguna otra no deseada. Así mismo, una alternativa que se planteó fue la eliminación de la paja como su componente secundario, después de probar su resistencia, se llegó a la conclusión en la que, si no cuenta con esta, su estructura más débil.Finalmente, este bloque puede ser utilizado tanto como en interiores y exteriores, no necesita ningún tipo de recubrimiento, así como también puede ser pintado de algún color en específico y su composición seguirá siendo la misma.

Conclusiones

Los bloques de construcción a partir de excremento de vaca son una alternativa de material para la elaboración de edificaciones debido a sus bajos costos de producción y su menor impacto en el medio ambiente. Esto se ve reflejado en los bloques de construcción comerciales, los cuales llegan a usar de manera excesiva recursos naturales y energía al momento de su producción, además de la emisión de gases contaminantes y dejar residuos sólidos, a parte de llegar a tener costos demasiado elevados por los materiales que los constituyen. Nuestro proyecto, plantea un material bajo en costo, con un impacto ambiental nulo gracias a que los materiales son 100% naturales, que facilitará la construcción en diversos lugares de manera fácil y económica

Bibliografía

Bolívar,O. Manual para la fabricación de bloques, Colombia, 1990:SENA

Romero, V. Sandy, L. Estiércol de vaca y sus diferentes usos, Perú, 2021: Vallejo.

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Sergi, B. Sales cuaternarias, España, 2017: UPOVA.

Lambraño,E y Pacheco, M. Análisis comparativo de propiedades de la cal, Colombia, 2021: HANDLE

Maldonado, Y. (2021; 27 de octubre). Cal [tipos] propiedades, usos e importancia. Recuperado el 28 de octubre de 2023, de  GEOLOGIAWEB en https://geologíaweb.com.

Construcción de tabiquería (2012) consultado el 28 de octubre de 2023 

Summary

Every day, building blocks are an essential material in the construction of buildings and it is well known that there are various brands of chairs worldwide, however, not all of them guarantee the comforts of a home, such as thermal insulation, sound, etc. . Although building blocks are not usually a significant source of environmental pollution, at the time of their production they use excessive natural resources and energy as they are produced in addition to the emission of polluting gases and leave solid waste, apart from reaching have costs that are too high for the materials that make them up. Including the blocks, therefore the choice of materials for their production is of utmost importance, some of these may be sustainable. The use of cow manure has been a technique used in construction in Latin America for more than two centuries, in rammed earth walls and the formation of adobe blocks for load-bearing walls. It is also a natural thermal insulator that, when applied to walls and floors, keeps them warm in winter and cool in summer. With the use of this material, not only is the quality of the construction optimized, but its price is significantly reduced. For this reason, we decided to make building blocks from cow excrement in order to have a 100% natural, economical and useful material for the manufacture of homes and various buildings. The project proposes an alternative that will facilitate construction in different locations.

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography