Ecodiseño aplicado a la fabricación de adoquines basados en materiales biocompuestos

Abstract

Este trabajo de grado tiene como objetivo el ecodiseño de adoquines basados en materiales biocompuestos, con el fin de reducir el impacto ambiental que tienen los materiales convencionales como el concreto, para ello se buscaron las matrices poliméricas de HDPE y PP junto a las fibras naturales de cascarilla de arroz y aserrín que son subproductos comunes dentro de la industria colombiana, usando estos materiales se fabricaron 4 mezclas de biocompuestos y fue realizado un análisis completo basado en la norma NTC 2017 por medio de ensayos mecánicos. Un estudio completo de ecodiseño con GrantaEduPack, pruebas de absorción de agua y simulaciones de compresión, flexotracción, inyección y dilatación térmica con ayuda de los software Ansys y SolidWorks, mostrando que las mezclas mejoraron mucho sus propiedades mecánicas y generan una reducción importante de contaminación ambiental cuando su matriz polimérica es reciclada, en especial el biocompuesto de PP+Madera(30%) que se trata del mejor material desde el punto de vista de resistencia mecánica con un factor de seguridad de 1,72 a una carga de 4 toneladas por adoquín. Además, ofrece mejores indicadores para ser un material alternativo al concreto. Sin embargo, las simulaciones de dilatación térmica mostraron las aplicaciones del adoquín ecológico se encuentran restringidos a zonas de temperaturas medias ya que la temperatura genera deterioro en el producto. Finalmente, se fabricaron prototipos del adoquín y el molde donde se usó una geometría innovadora, con excelente relación volumen-resistencia mecánica por su perfil hexagonal y con posibilidades reales de moldeo por inyección.

The objective of this degree work is the eco-design of pavers based on biocomposite materials, in order to reduce the environmental impact of conventional materials such as concrete, for this purpose polymeric matrices of HDPE and PP were sought together with natural fibers of rice husk and sawdust that are common by-products within the colombian industry, using these materials 4 biocomposite mixtures were manufactured and a complete analysis was performed based on the NTC 2017 standard through mechanical tests. A complete eco-design study with grantaedupack, water absorption tests and compression, flexotraction, injection and thermal expansion simulations with the help of ansys and solidworks software, showing that the mixtures greatly improved their mechanical properties and generate a significant reduction of environmental pollution when their polymeric matrix is recycled, especially the PP+wood biocomposite (30%) which is the best material from the point of view of mechanical strength with a safety factor of 1.72 at a load of 4 tons per paver. In addition, it offers better indicators for being an alternative material to concrete. However, thermal expansion simulations showed that the applications of the ecological pavers are restricted to medium temperature zones, since temperature generates deterioration in the product. finally, prototypes of the paver and the mold were manufactured using an innovative geometry, with an excellent volume-mechanical strength ratio due to its hexagonal profile and with real possibilities of injection molding.