Placas y chips de bambu, industria y mercadode de diferentes piezas

Caracterización del proceso de fabricación de placas
constructivas obtenidas de mezclas de plástico
reciclado y residuos agrícolas y forestales (PP, PVC,
PET, chips de bambú y cascarilla de arroz)
Cristian Eduardo Medina Angarita
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de ingeniería, Departamento de ingeniería mecánica y mecatrónica
Ciudad, Colombia
Fecha
27 de junio de 2022

constructivas obtenidas de mezclas de plástico
reciclado y residuos agrícolas y forestales (PP, PVC,
PET, chips de bambú y cascarilla de arroz)
Tesis o trabajo de investigación presentada(o) como requisito parcial para optar al título
de: Magister en ingeniería mecánica
Director (a):
Título (Ph.D., Doctor, Ing. Mecánico) Nelson Arzola de la Peña
Codirector (a):
Título (Ph.D., Doctor, Ing. Mecánico) Oscar Araque de los Ríos.
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de ingeniería, Departamento de ingeniería mecánica y mecatrónica
Bogotá, Colombia
27 de junio de 2022

Dedicatoria:
Después de un arduo trabajo se esperan con ansias los resultados, un título o un diploma,
generalmente todo el mundo piensa en el destino, pero nunca disfruta el trayecto, por el contrario,
en este proceso formativo me queda la experiencia, la tenacidad y la resiliencia para sobrepasar
dificultades en un mundo cambiante, lleno de amenazas y nuevos retos como la pandemia o la
virtualidad.
En el trasegar del investigador se presentan mil dificultades, donde todas son sorteadas por la
experiencia, profesionalismo, conocimiento, ingenio y dedicación de las personas que acompañan
todo el proceso, es por esto por lo que extiendo mi más sentido agradecimiento a mi director de
tesis, el Ing. Nelson Arzola de la Peña, a mi codirector, el Ing. Oscar Araque de los Ríos, a los
laboratoristas Cesar Augusto Bacca González y Johanna Marcela Yepes Murillo.
También este proyecto e investigación se la dedico a mis padres, hermanos, amigos y a la
Universidad Nacional de Colombia, quienes inculcaron en mi la ingeniería como una herramienta
que debe estar al servicio de la sociedad y el planeta, porque la ingeniería va más allá de la masa,
el momento y la energía.

Declaración de obra original
Yo declaro lo siguiente:
He leído el Acuerdo 035 de 2003 del Consejo Académico de la Universidad Nacional. «Reglamento
sobre propiedad intelectual» y la Normatividad Nacional relacionada al respeto de los derechos de
autor. Esta disertación representa mi trabajo original, excepto donde he reconocido las ideas, las
palabras, o materiales de otros autores.
Cuando se han presentado ideas o palabras de otros autores en esta disertación, he realizado su
respectivo reconocimiento aplicando correctamente los esquemas de citas y referencias
bibliográficas en el estilo requerido.
He obtenido el permiso del autor o editor para incluir cualquier material con derechos de autor
(por ejemplo, tablas, figuras, instrumentos de encuesta o grandes porciones de texto).
Por último, he sometido esta disertación a la herramienta de integridad académica, definida por la
universidad.
Fecha 27/06/2022

Resumen
constructivas obtenidas de mezclas de plástico reciclado
y residuos agrícolas y forestales (PP, PVC, PET, chips de
bambú y cascarilla de arroz)
Se realiza la caracterización de placas constructivas o madera plástica “WP” fabricadas
mediante termoformado, se analizan las variables presentes en el proceso como
temperatura, presión, tiempo, porcentajes de mezcla y su influencia en las propiedades
mecánicas y físicas del material obtenido. Las placas se hacen con diferentes mezclas de
plástico reciclado y residuos agroindustriales (PP, PVC, PET, chips de bambú y cascarilla
de arroz), se utiliza MAPE como aditivo acoplante para aumentar la cohesión entre la
matriz polimérica y el refuerzo vegetal, se realizan ensayos de tensión, dureza y
porcentaje de absorción de agua. El material desarrollado se implementa en
aplicaciones constructivas para suplir las problemáticas sociales y ambientales que se
presentan en Colombia y Latinoamérica.
Palabras clave:
1. WPC: Madera plástica o por sus siglas en ingles Wood Plastic Composite, es un
material compuesto por una matriz polimérica y un refuerzo vegetal, los porcentajes de
mezcla más utilizados son del 60, 70, 80 y 90% de material plástico en peso, se
caracteriza por el uso de aditivos como retardantes de llama, estabilizadores UV,
lubricantes, anti fungicidas entre otros.
2. Termocompresión: También conocido como termoformado, es un proceso de
fabricación que permite el trabajo en caliente de diferentes plásticos y compuestos.
3. Ladrillos ecológicos: Alternativas de construcción de ensamble fácil que
disminuyen los tiempos y costos en la edificación de viviendas.
4. Box Bercken: Diseño experimental que permite analizar la correlación entre
factores de experimentación y sus diferentes niveles, diseño recomendado para analizar
superficies de respuesta.

Abstract
Characterization of the manufacturing process of constructive plates obtained from mixtures of
recycled plastic and agricultural and forestry waste (PP, PVC, PET, bamboo chips and rice husks)
Abstract- The characterization of constructive plates or plastic wood "WP" manufactured by
thermoforming is carried out, the variables present in the process such as temperature, pressure,
time, mixing percentages and their influence on the mechanical and physical properties of the
material obtained are analyzed. The plates are made with different mixtures of recycled plastic and
agro-industrial waste (PP, PVC, PET, bamboo chips and rice husks), MAPE is used as a coupling
additive to increase the cohesion between the polymeric matrix and the vegetable reinforcement,
they are made tests of tension, hardness and percentage of water absorption. The developed
material is implemented in constructive applications to meet the social and environmental problems
that arise in Colombia and Latin America.
Keywords:
1. WPC: Wood Plastic Composite or for its acronym in English Wood Plastic Composite, is a material
composed of a polymer matrix and a vegetable reinforcement, the most used mixture percentages
are 60, 70, 80 and 90% of plastic material by weight , is characterized by the use of additives such
as flame retardants, UV stabilizers, lubricants, antifungicides among others.
2. Thermocompression: Also known as thermoforming, it is a manufacturing process that allows
different plastics and compounds to be hot worked.
3. Ecological bricks: Construction alternatives of easy assembly that reduce time and costs in the
construction of houses.
4. Box Bercken: Experimental design that allows analyzing the correlation between experimental
factors and their different levels, a recommended design for analyzing response surfaces.

Resumen:
En este informe se realiza la caracterización del proceso de fabricación de placas constructivas o
madera plástica “WP” obtenidas de mezclas de plástico reciclado y residuos agroindustriales (PP,
PVC, PET, chips de bambú y cascarilla de arroz), para el laboratorio de Diseño de Máquinas y
prototipos de la Universidad Nacional de Colombia, se define el problema, requerimientos del
cliente, estado del arte, especificaciones de ingeniería, diseño de detalle, pruebas de
funcionamiento, refinamiento y análisis del sistema.
Para la recolección de información se plantea el uso de diferentes bases de datos que brindaran
información relevante para la identificación de la problemática.
Este proyecto surge de la necesidad de realizar un control de elementos contaminantes producto
de diferentes industrias, el objetivo principal de esta investigación es desarrollar un material
constructivo, que cumpla con las condiciones de uso necesarias y que brinde solución a
problemáticas de vivienda y disposición de residuos contaminantes, generando así un impacto
ambiental y social positivo.
Las fases de trabajo son:
1. Planeación: En esta fase se desarrolla un proceso investigativo y de recolección de
información, donde se identifican los requerimientos del cliente, las restricciones de diseño
y los parámetros más importantes a tener en cuenta para la fabricación de madera plástica.
Se propone realizar un banco de datos donde se analizan artículos y patentes que traten
temas referentes al proyecto de investigación.
2. Desarrollo del concepto: Se aplican metodologías y herramientas como la TRIZ donde se
encuentran principios inventivos que pueden ser aplicados al material a desarrollar para
mejorar sus características y propiedades. La matriz QFD se desarrolla para obtener
parámetros de diseño a partir de los requerimientos del cliente. Se realizan los diagramas
de caja negra y caja gris, también se hace un diagrama de funciones para desarrollar
diferentes conceptos y con ello obtener un concepto dominante que será la base de estudio
del proyecto.
Según la información recolectada en el banco de datos se realiza un análisis para delimitar
el campo de acción, donde se obtiene como resultado los materiales a trabajar, el tamaño
de partícula que se utilizara como refuerzo en la matriz polimérica, también se especifican
los aditivos necesarios para cumplir con los requerimientos del cliente y se proponen los
ensayos a realizar para caracterizar las propiedades mecánicas y físicas más importantes de
la WPC a obtener.
3. Diseño de experimento: En esta fase del proyecto se procede a elaborar el protocolo de
pruebas que permita determinar la importancia de las variables presentes en la elaboración
de WPC mediante termoformado y su efecto en las características mecánicas y físicas del
material.
Según la información recolectada en las etapas anteriores se eligen los ensayos a realizar,
el porcentaje de los materiales en las mezclas a utilizar, así como algunos de los parámetros

Contenido
1 Planeación................................................................................................................................13
1.1. Introducción.............................................................................................................................13
1.2. Fundamentación y Marco teórico. ...............................................................................13
1.2.1. Polímeros......................................................................................................................13
1.2.2. Refuerzo vegetal:..........................................................................................................18
1.2.3. Madera plástica WPC ...................................................................................................20
1.2.4. Moldeo por compresión:..............................................................................................20
1.3. Antecedentes y justificación.........................................................................................21
1.4. Identificación del problema..........................................................................................24
1.5. Planteamiento del problema y Subproblemas de diseño.............................................25
1.6. Estudio Preliminar de Factibilidad ................................................................................26
1.7. Requerimientos del Cliente ..........................................................................................26
1.8. Madera Plástica – Estado del arte ................................................................................29
1.9. Lista de especificaciones de ingeniería- Objetivos........................................................31
1.10. Desarrollo del QFD .......................................................................................................31
1.11. Conclusiones y recomendaciones parciales..................................................................32
2. Desarrollo de concepto ............................................................................................................33
2.1. Introducción.............................................................................................................................33
2.2. Revisión Bibliográfica....................................................................................................33
2.3. Análisis funcional..........................................................................................................35
2.3.1. Funciones técnicas:...................................................................................................37
2.3.2. Funciones de uso y manejo: .....................................................................................38
2.3.3. Funciones de seguridad:...........................................................................................39
2.3.4. Funciones de imagen y estética:...............................................................................39
2.4. Generación de conceptos.............................................................................................40
2.4.1. Concepto 1: Placa polimérica ...................................................................................41
2.4.2. Concepto 1: Placa elaborada con aserrín y polímeros reciclados .............................41
2.4.3 Concepto 3: Placa elaborada con cascarilla de arroz y polímeros reciclados............42
2.4.4 Concepto 3: Placa elaborada con aserrín de bambú y polímeros reciclados ............42
2.5 Conclusiones y recomendaciones parciales..................................................................44

3. Diseño de experimento y diseño de detalle .............................................................................45
3.1 Introducción .................................................................................................................45
3.2 Acotamiento de parámetros.........................................................................................45
3.3 Protocolo de pruebas ...................................................................................................46
3.3.1 Objetivos del experimento .......................................................................................47
3.3.2 Hipótesis que se requieren responder......................................................................47
3.3.3 Funciones objetivo....................................................................................................47
3.3.4 Identificación de los factores que influyen ...............................................................47
3.3.5 Diseño experimental.................................................................................................48
3.3.6 Procedimiento y equipo ...........................................................................................50
3.4 Procedimiento para la fabricación de probetas............................................................50
3.4.1 Secado de biomasa...................................................................................................51
3.4.2 Tamizado de materiales............................................................................................52
3.4.3 Realizar mezclas........................................................................................................52
3.4.4 Calibrar máquinas.....................................................................................................53
3.4.5 Producción de las placas...........................................................................................54
3.5 Identificación de las respuestas a medir.......................................................................57
3.5.1 Ensayos y medición de respuestas ...........................................................................58
3.5.2 Ensayo de tensión.....................................................................................................58
3.5.3 Ensayo de dureza......................................................................................................61
3.5.4 Ensayo absorción de agua ........................................................................................64
3.6 Conclusiones y recomendaciones parciales..................................................................66
4. Pruebas y refinamiento ............................................................................................................68
4.1 Introducción. ................................................................................................................68
4.2 Análisis de resultados...................................................................................................76
4.2.1 Ensayo de tensión.....................................................................................................76
4.2.2 Ensayo de dureza SHD (Shore D) ..............................................................................96
4.2.3 Ensayo % de absorción de agua WA .......................................................................102
4.3 Conclusiones y recomendaciones parciales................................................................107
5. Prototipado y validación.........................................................................................................109
5.1. Introducción...........................................................................................................................109
5.1.1 Sismorresistente.....................................................................................................109
5.1.2 Anti-fungicida .........................................................................................................111

5.1.3 Aislante térmico .....................................................................................................111
5.1.4 Ignifugo...................................................................................................................112
5.1.5 Impermeable ..........................................................................................................112
5.1.6 Reciclable................................................................................................................112
5.1.7 Reducción de la huella de carbono........................................................................112
5.1.8 Económico..............................................................................................................114
5.2 Prototipo ....................................................................................................................115
5.3 Validación...................................................................................................................120
5.4 Pruebas y refinamiento ..............................................................................................123
6 Conclusiones ..........................................................................................................................128
7 Bibliografía .............................................................................................................................130

Listado de figuras.
Ilustración 1: Polietileno en forma de pellet ....................................................................................14
Ilustración 2:Tereftalato de polietileno en forma de pellet. ............................................................15
Ilustración 3:Polipropileno en forma de pellet.................................................................................16
Ilustración 4:PVC en forma de pellet................................................................................................17
Ilustración 5:Proceso de Reciclado del plástico................................................................................18
Ilustración 6:Cascarilla de arroz. ......................................................................................................19
Ilustración 7: Aserrín de madera. .....................................................................................................19
Ilustración 8:Chips o astillas de bambú ............................................................................................20
Ilustración 9:Esquema moldeo por compresión...............................................................................21
Ilustración 10:Diagrama de caja negra. ............................................................................................27
Ilustración 11:Diagrama de caja gris. ...............................................................................................28
Ilustración 12:Mapa de funciones del proyecto. ..............................................................................36
Ilustración 13:Diagrama de funciones de las placas constructivas en WPC......................................37
Ilustración 14:Diagrama de funciones técnicas de las placas en WPC..............................................38
Ilustración 15:Diagrama de funciones de uso y manejo...................................................................38
Ilustración 16:Diagrama de funciones de seguridad. .......................................................................39
Ilustración 17:Diagrama de funciones de imagen y estética. ...........................................................40
Ilustración 18:Parámetros para la formulación de conceptos..........................................................41
Ilustración 19:Placa elaborada con polímeros reciclados.................................................................41
Ilustración 20: Placa elaborada con aserrín y polímeros de madera. ...............................................42
Ilustración 21:Placa elaborada con cascarilla de arroz y polímeros reciclados.................................42
Ilustración 22:Placa elaborada con aserrín de bambú y polímeros reciclados. ................................43
Ilustración 23:Proceso protocolo de pruebas...................................................................................46
Ilustración 24:Prensa hidráulica de 20 toneladas.............................................................................50
Ilustración 25:Procedimiento para la obtención de probetas. .........................................................51
Ilustración 26:Costos de las materias primas de experimentación. .................................................51
Ilustración 27:Mufla implementada en el proceso de investigación. ...............................................52
Ilustración 28:Material polimérico implementado en la investigación. ...........................................52
Ilustración 29:Pesaje de mezclas para la investigación. ...................................................................53
Ilustración 30:Balanza digital BBG....................................................................................................53
Ilustración 31:Tablero digital de la celda de carga acoplada a la prensa hidráulica implementada en
la investigación.................................................................................................................................54
Ilustración 32:Celda de carga implementada en la investigación.....................................................54
Ilustración 33:Tablero de mando del sistema térmico de la prensa hidráulica. ...............................55
Ilustración 34:Moldes de aluminio implementados para la elaboración de las placas.....................55
Ilustración 35:Dosificación de la mezcla en el molde para el proceso de termocompresión. ..........56
Ilustración 36:Molde listo para el montaje en la prensa hidráulica..................................................56
Ilustración 37:Montaje del molde en la prensa hidráulica. ..............................................................57
Ilustración 38:Placa producto del proceso de termocompresión.....................................................57
Ilustración 39:Procesos para realizar pruebas..................................................................................58
Ilustración 40:Geometría de la probeta para el ensayo de tensión..................................................58
Ilustración 41:Sierra de banco implementada para el corte de las probetas de tensión. ................59
Ilustración 42:Probetas elaboradas para el ensayo de tensión. .......................................................60

Ilustración 43:Maquina universal de ensayos Shimadzu..................................................................60
Ilustración 44:Geometría de la probeta para el ensayo de dureza...................................................61
Ilustración 45:Taladro de árbol implementado para la generación de las probetas de dureza........62
Ilustración 46:Sierra de corte implementada para la obtención de las probetas de dureza. ...........63
Ilustración 47:Probetas para el ensayo de dureza............................................................................63
Ilustración 48:Durometro Shor D implementado en el ensayo de dureza. ......................................64
Ilustración 49:Acondicionamiento de las probetas para el ensayo de % de absorción de agua.......65
Ilustración 50:Probetas generadas para el ensayo de % de absorción de agua. ..............................65
Ilustración 51:Des humificador implementado en el ensayo de % absorción de agua.....................66
Ilustración 52:Balanza de precisión implementada para el ensayo de % de absorción de agua. .....66
Ilustración 53:Placa de referencia 3.1 ..............................................................................................68
Ilustración 56:Placa de referencia 4.4. .............................................................................................70
Ilustración 58: Placa de referencia 1.6 .............................................................................................71
Ilustración 59: Placa de referencia 4.7. ............................................................................................71
Ilustración 62:Placa de referencia 1.10. ...........................................................................................73
Ilustración 68:Curva de Esfuerzo-Deformación placa 3.14.1............................................................77
Ilustración 69:Area bajo la curva Esfuerzo-Deformación .................................................................77
Ilustración 70:Diagrama de Pareto Estandarizado para ME .............................................................79
Ilustración 71:Gráfica de efectos principales para ME .....................................................................80
Ilustración 72:Grafica de interacción para ME. ................................................................................81
Ilustración 73:Superficie de respuesta estimada ME. ......................................................................82
Ilustración 74:Contornos de superficie estimados para el ME. ........................................................82
Ilustración 75:Grafica de residuos para ME......................................................................................83
Ilustración 76: Diagrama de Pareto estandarizado para Sm.............................................................84
Ilustración 77:Gráfica de efectos principales para Sm......................................................................85
Ilustración 78:Gráfica de interacción para Sm..................................................................................86
Ilustración 79:Superficie de respuesta estimada para Sm................................................................86
Ilustración 80:Contornos de superficie de respuesta estimada para Sm .........................................87
Ilustración 81:Gráfica de residuos para Sm......................................................................................87
Ilustración 82: Diagrama de Pareto para Su. ....................................................................................88
Ilustración 83:Gráfica de efectos principales para Su.......................................................................89
Ilustración 84:Gráfica de interacción para Su...................................................................................90
Ilustración 85:Superficie de respuesta estimada para Su.................................................................91
Ilustración 86:Contornos de superficie de respuesta estimada para Su...........................................91

Ilustración 87:Gráfica de residuos para Su. ......................................................................................92
Ilustración 88:Diagrama de Pareto Estandarizado para TEN ............................................................93
Ilustración 89:Gráfica de efectos principales para TEN. ...................................................................94
Ilustración 90:Gráfica de interacción para TEN ................................................................................95
Ilustración 91:Superficie de respuesta estimada para TEN. .............................................................95
Ilustración 92:Contornos de superficie estimados para TEN............................................................96
Ilustración 93:Gráfica de residuos para TEN. ...................................................................................96
Ilustración 94:Diagrama de Pareto estandarizado para SDH............................................................97
Ilustración 95: Gráfica de residuos para SDH. ..................................................................................98
Ilustración 96:Superficie placa 1.15 .................................................................................................99
Ilustración 97:Corte transversal placa 1.15 ......................................................................................99
Ilustración 98:Superficie placa 2.7 .................................................................................................100
Ilustración 99:Corte transversal probeta 2.7..................................................................................100
Ilustración 100:Superficie placa 2.14..............................................................................................101
Ilustración 101:Corte transversal placa 2.14. .................................................................................101
Ilustración 102:Superficie placa 1.8................................................................................................102
Ilustración 103: Corte transversal placa 1.8. ..................................................................................102
Ilustración 104: Diagrama de Pareto estandarizado para WA........................................................103
Ilustración 105:Grafica de efectos principales para WA.................................................................104
Ilustración 106: Gráfica de interacción para WA............................................................................105
Ilustración 107: Superficie de respuesta para WA..........................................................................106
Ilustración 108: Contornos de la superficie de respuesta estimada para WA ................................106
Ilustración 109:Grafica de residuos para WA. ................................................................................107
Ilustración 110:Compración conceptual entre el módulo Guavienda y el ladrillo convencional....109
Ilustración 111: Dimensiones generales modulo GUAVIENDA.......................................................110
Ilustración 112:Sistema alternativo de construcción GUAVIENDA.................................................111
Ilustración 113:Bloque tradicional # 5 de 33x23x12 cm.................................................................115
Ilustración 114:Render modulo GUAVIENDA cara externa. ...........................................................115
Ilustración 115:Render modulo Guavienda cara interna................................................................116
Ilustración 116:Render modulo Guavienda sección interna...........................................................116
Ilustración 117: Funcionalidad partes modulo GUAVIENDA...........................................................117
Ilustración 118:Acabados superficiales GUAVIENDA......................................................................118
Ilustración 119:Disposición final modulo GUAVIENDA...................................................................119
Ilustración 120:Valores promedio ME pruebas de validación. .......................................................125
Ilustración 121:Valores promedio Sm pruebas de validación.........................................................125
Ilustración 122:Valores promedio Su para las pruebas de validación. ...........................................126
Ilustración 123:Corte transversal probetas PR. ..............................................................................126
Ilustración 124:Corte transversal probetas MAPE..........................................................................127
Ilustración 125:Corte transversal probetas PRAS...........................................................................127
Ilustración 126:Corte transversal probetas MAPEAS......................................................................128

Listado de Tablas.
Tabla 1: Propiedades de HDPE y LDPE..............................................................................................15
Tabla 2:Propiedades del PET. ...........................................................................................................15
Tabla 3:Propiedades del PP..............................................................................................................16
Tabla 4:Propiedades del PVC............................................................................................................17
Tabla 5:Requerimientos del cliente por categoría y nivel de importancia. ......................................29
Tabla 6:Empresas en la competencia. ..............................................................................................30
Tabla 7:Parámetros objetivo de diseño............................................................................................31
Tabla 8:Atributos importantes según la QFD. ..................................................................................32
Tabla 9:Sistemas constructivos alternativos. ...................................................................................34
Tabla 10:Materiales constructivos alternativos................................................................................35
Tabla 11:Parámetros para la formulación de conceptos..................................................................40
Tabla 12:Clasificación de conceptos.................................................................................................44
Tabla 13:Factores influyentes y rangos de operación. Los valores encerrados en paréntesis son los
más empleados en la literatura........................................................................................................45
Tabla 14:Factores y rangos de operación para las variables del proceso de fabricación..................46
Tabla 15:Factores y niveles de las variables de experimentación. ...................................................48
Tabla 16:Diseños experimentales.....................................................................................................48
Tabla 17:Corridas experimentales....................................................................................................49
Tabla 18:Respuestas a medir............................................................................................................57
Tabla 19:Resultados de tensión probeta 3.14.1...............................................................................77
Tabla 20:Tabla 21: Errores estándar basados en el error total para el ME con 47 g.l. .....................78
Tabla 21: Análisis de varianza ME ....................................................................................................79
Tabla 22:Coeficiente de regresión para el ME..................................................................................80
Tabla 23:Punto de optimización para el ME.....................................................................................81
Tabla 24:Errores estándar basados en el error total para el Sm con 47 g.l. .....................................83
Tabla 25: Análisis de varianza Sm.....................................................................................................84
Tabla 26:Coeficiente de regresión para Sm......................................................................................85
Tabla 27:Punto de optimización para Sm.........................................................................................86
Tabla 28:Errores estándar basados en el error total para Su con 47 g.l. ..........................................88
Tabla 29: Análisis de varianza Su......................................................................................................89
Tabla 30:Coeficientes de regresión para Su. ....................................................................................90
Tabla 31:Punto de optimización de Su. ............................................................................................90
Tabla 32:Errores estándar basados en el error total para TEN con 47 g.l.........................................92
Tabla 33: Análisis de varianza TEN ...................................................................................................93
Tabla 34: Coeficientes de regresión para TEN..................................................................................94
Tabla 35:Punto óptimo para TEN .....................................................................................................95
Tabla 36:Errores estándar basados en el error total para SDH con 47 g.l. .......................................97
Tabla 37:Análisis de varianza SDH (Shore D). ...................................................................................98
Tabla 38: Errores estándar basados en el error puro con 16 g.l.....................................................103
Tabla 39: Análisis de varianza para WA..........................................................................................104
Tabla 40: Coeficiente de regresión para WA. .................................................................................105
Tabla 41:Punto óptimo para WA....................................................................................................105
Tabla 42: Simulación de sostenibilidad modulo GUAVIENDA.........................................................114

Tabla 43:Tabla de comparación de propiedades y características. ................................................122
Tabla 44:Condiciones de procesamiento pruebas de validación....................................................123
Tabla 45:Resultados pruebas de validación. ..................................................................................123
Tabla 46:Valores promedio pruebas de validación. .......................................................................124

1 Planeación
1.1.Introducción
El objetivo principal de todo proyecto es satisfacer los requerimientos establecidos por el cliente,
sin dejar de lado los recursos económicos presupuestados para el desarrollo del proyecto. El análisis
detallado de la necesidad del cliente, estudio bibliográfico sobre el estado del arte y la
implementación de herramientas como la QFD define el rumbo del proyecto hacia el desarrollo de
un diseño eficaz, funcional y que cumpla con el presupuesto.
El éxito del proyecto depende de la capacidad para identificar las necesidades de los clientes y
rápidamente crear productos que satisfagan esas necesidades, teniendo en cuenta las restricciones
económicas y tecnológicas, sin dejar de lado la calidad de producto a entregar, su eficiencia, costo
de manufactura y tiempo de desarrollo del proyecto.
Se despliega un estudio de las necesidades, ya identificadas se procede a establecer las
especificaciones objetivo, que dan una descripción precisa de lo que tiene que hacer el producto,
secuencialmente el equipo de trabajo emitirá una gran variedad de conceptos que satisfagan dichas
especificaciones, enfocados en desarrollar el mejor producto, los conceptos son sometidos a
criterios de evaluación y herramientas especializadas, con este proceso se elige el de mayor
conveniencia y se realiza una actividad denominada diseño de detalle. Para el desarrollo del
proyecto, los conceptos, serán analizados por su impacto económico, funcionalidad, desarrollo
tecnológico y facilidad de manufactura.
Este estudio permitirá diseñar de manera óptima placas constructivas a base de polímeros
reciclados y desechos agroindustriales, se desea obtener madera plástica para su uso en diferentes
aplicaciones constructivas y arquitectónicas.
1.2.Fundamentación y Marco teórico.
El proyecto se desarrollará para el Laboratorio de Diseño de Máquinas y Prototipos de la
Universidad Nacional de Colombia, con el cual se busca diseñar una placa constructiva a base de
polímeros reciclados y desechos agroindustriales, estas placas se diseñarán con el objetivo de suplir
necesidades en la industria de la construcción, desarrollando un material amigable con el medio
ambiente y que sea competitivo frente a los materiales tradicionales de construcción.
La finalidad del proyecto es la obtención de madera plástica mediante termocompresión, se deben
analizar las variables inherentes al proceso como: presión, temperatura, tiempo de moldeo,
porcentaje de materias base. Posteriormente se realizarán ensayos de tensión, dureza y
porcentaje de absorción de agua.
1.2.1. Polímeros
Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por unión mediante enlaces
covalentes de una o más unidades simples llamadas monómeros. Estos forman grandes cadenas
que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrogeno e interacciones
hidrofóbicas. El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales y el
nailon, el polietileno y la baquelita de polímeros sintéticos. Los polímeros industriales en general
suelen ser malos conductores eléctricos, por lo que se emplea como materiales aislantes, la principal
desventaja de los materiales plásticos es la pérdida de características mecánicas y geométricas con

la elevación de la temperatura, las propiedades mecánicas son consecuencia directa de su
composición, así como de la estructura molecular.
Según su origen los polímeros se pueden clasificar en naturales, semisintéticos y sintéticos. Según
sus mecanismos de polimerización se clasifican en polímeros de adición, polímeros de
condensación, por reacción en cadena y por reacción en etapas. Según su composición química se
clasifican en orgánicos, orgánicos vinílicos, orgánicos no vinílicos e inorgánicos. Según sus
aplicaciones se clasifican en elastómeros, adhesivos, fibras, plásticos y recubrimientos. Según su
comportamiento al elevar su temperatura se clasifican en elastómero, termoestables y
termoplásticos.
Los termoplásticos son los polímeros de principal interés en esta investigación puesto que el proceso
a utilizar es termocompresión, los termoplásticos pasan de estado sólido a estado líquido al elevar
su temperatura y se solidifican nuevamente al ser enfriados, este comportamiento posibilita su fácil
procesamiento y reciclaje.
Reciclado de polímeros
La contaminación generada por los polímeros es un problema para el medio ambiente y la
comunidad en general, es evidente que los polímeros son necesarios en muchas aplicaciones, pero
también es necesario cambiar aquellos de un solo uso, como sus políticas de manejo y disposición;
la gran mayoría de estos residuos terminan en vertederos a cielo abierto o abandonados en el
entorno, “gracias a ello debemos lidiar con 8300 millones de toneladas de este material” (Parker,
2018).
Polietileno (PE): Es un material termoplástico traslucido. En general, hay dos tipos de polietileno:
de baja densidad (LDPE) y de alta densidad (HDPE). El polietileno de baja densidad se produjo
primero comercialmente en el Reino unido en 1939, mientras que el de alta densidad fue producido
mediante los procesos Philips y Ziegler, usando catalizadores especiales, en 1956. Hacia 1976 se
desarrolló un nuevo proceso simplificado de baja presión para producir polietileno, que requiere
una presión entre 100 y 300 psi y una temperatura de aproximadamente 100°C. En la Ilustración 1
se aprecia el polietileno en forma de pellet.
Ilustración 1: Polietileno en forma de pellet

El polietileno es, por amplio margen, el material plástico más ampliamente usado. La principal razón
de que ocupe esta primera posición es que su costo es bajo y tiene múltiples propiedades de
importancia industrial, entre las que incluyen su dureza a temperatura ambiente y a bajas
temperaturas, con suficiente resistencia para aplicaciones en muchos productos. En la Tabla 1 se
muestran las propiedades del polietileno de alta y de baja densidad.
Propiedad LDPE HDPE
Densidad (g/cm^3) 0.92-0.93 0.95-0.96
Resistencia a la tensión (MPa) 15.2-78.6 17.9-32.1
Elongación (%) 55.1-170 413-1034
Tabla 1: Propiedades de HDPE y LDPE.
Tereftalato de polietileno (PET): Es un importante termoplástico de ingeniería, el cual se usa
ampliamente en películas para envolturas de alimentos y como fibra de ropa, alfombras y cuerdas.
PET reciclado
Las diferencias en las propiedades del PET reciclado mecánicamente comparadas con las del PET
virgen pueden ser atribuidas principalmente a la historia térmica adicional experimentada por el
material reciclado, la cual da como resultado un decremento en el peso molecular, junto con un
incremento en el ácido carboxílico, color y nivel de acetaldehído.
Estudios han demostrado que el RPET (PET reciclado) posee un módulo de Young menor, mayor
elongación a la rotura y mayor resistencia al impacto que el PET virgen. Así, el RPET es más dúctil
mientras el PET virgen es más frágil, esto es un resultado de las diferencias en la cristalinidad de
dichos materiales. En la Ilustración 2 se aprecia el tereftalato de polietileno en forma de pellet y la
Tabla 2 se observan algunas de sus propiedades.
Ilustración 2:Tereftalato de polietileno en forma de pellet.
Propiedad PET virgen RPET
Módulo de Young [MPa] 1890 1630
Resistencia a la rotura [MPa] 47 24
Elongación a la rotura [%] 3.2 110
Resistencia al impacto [j/m] 12 20
Temperatura de fusión [°C] 244-254 247-253
Tabla 2:Propiedades del PET.

Polipropileno (PP): Es uno de los polímeros más utilizados, sus aplicaciones van desde textiles y
envases hasta dispositivos médicos, material de laboratorio, o componentes automovilísticos.
El polipropileno, como su nombre indica, se obtiene a partir de la polimerización del propileno, un
material que entra en la categoría de los termoplásticos. Este material fue sintetizado por primera
vez en 1951 por J. Paul Hogan y Robert Banks, y en 1957 comenzó a utilizarse comercialmente. En
la Ilustración 3 se aprecia en polipropileno en forma de pellet y en la Tabla 3 se listan algunas de sus
propiedades.
Ilustración 3:Polipropileno en forma de pellet.
Características PP
Resistencia dieléctrica [Ohm] > 10^13
Densidad [g/cm^3] 0,91
Conductividad térmica [23°C][W/k-m] 0,22
Resistencia a tracción [MPa] 29.3 - 38.6
Módulo de elasticidad [MPa] 1032 - 1720
Temperatura de fusión [°C] 165
Elongación de ruptura [%] 650
Temperatura de degradación [°C] 287
Tabla 3:Propiedades del PP.
Policloruro de vinilo (PVC): Polímero termoplástico con buena resistencia a la abrasión, al impacto
y a los esfuerzos mecánicos, tiene poca inflamabilidad lo que lo hace atractivo para aplicaciones de
construcción, además es muy duradero e inerte, lo que lo hace apropiado para aplicaciones de agua
potable o equipos médicos, no quema por sí solo y es buen aislante eléctrico por lo que se usa en
cielos rasos o cables eléctricos. Es bastante contaminante, siendo muy útil su reciclado. Tiene una
densidad de 1,42g/cm3
y una temperatura de fusión de 80°C. En la Ilustración 4 se aprecia el
policloruro de vinilo en forma de pellet y en la Tabla 4 se listan algunas de sus propiedades.

Ilustración 4:PVC en forma de pellet.
Características PVC
Ductilidad Elevada
Densidad [g/cm^3] 1,4
Resistencia a la tracción [MPa] 44-49
Resistencia a la compresión [MPa] 58
Temperatura máx. trabajo [°C] 50-70
Temperatura mín. trabajo [°C] -20
Módulo elástico [MPa] 3200
Tabla 4:Propiedades del PVC.
Reciclado mecánico: Para la producción de madera plástica se desarrolla un estudio del estado del
arte y vigilancia tecnológica, dando como resultado los siguientes procesos claves: selección,
triturado, pulverizado, mezcla, moldeo y compactación.
Los plásticos escogidos y gruesamente limpiados (remoción de etiquetas, papeles, residuos de
material biodegradable, entre otros) pasan por un molino o una trituradora. Este proceso se puede
realizar en diferentes órdenes de sucesión, dependiendo del grado de contaminación de los
plásticos y de la calidad del producto reciclado. La preparación final del producto empieza con el
lavado y la separación de sustancias contaminantes, proceso que se puede repetir si es necesario.
Después, el material pasa por una centrifuga y secadora y se almacena en un silo intermedio. En el
caso ideal, este silo sirve también para homogeneizar más el material, con el propósito de obtener
una calidad constante.
El producto triturado, limpio, seco y homogéneo se alimenta a una extrusora y tras el proceso de
granceado, se obtiene la granza lista para ser procesada por diferentes técnicas. La granza de
plásticos reciclados se puede utilizar de diferentes maneras, según los requerimientos del producto
final:
• Procesado del producto reciclado directamente, con la formulación que sea adecuada a su
aplicación concreta. En este caso, las piezas obtenidas tienen en general propiedades
menores a las fabricadas con polímero virgen, lo que es suficiente para la utilidad deseada.
• Mezcla de granza reciclada con polímero virgen para alcanzar las prestaciones requeridas.
El ejemplo típico es la adición de polímero virgen a la mezcla de termoplásticos.

• Coextrusión del producto reciclado. Un ejemplo de esta técnica es la fabricación de
recipientes para detergentes, en la que la capa intermedia puede ser de polímero reciclado
y la interior (contacto con el producto) y la exterior son de polímero virgen. Es el proceso
de reciclado más utilizado, el cual consiste en varias etapas de separación, limpieza y molido
como se muestra en la ilustración 5.
Ilustración 5:Proceso de Reciclado del plástico.
1.2.2. Refuerzo vegetal:
A continuación, se describen los materiales vegetales que serán utilizados como refuerzos en la
matriz polimérica para la obtención de las placas constructivas en WPC.
Cascarilla de Arroz: La cascarilla de arroz en un subproducto de la industria molinera, que resulta
abundante en las zonas arroceras del país y que ofrece buenas propiedades para ser usado como
sustrato hidropónico. Entre sus principales propiedades fisicoquímicas tenemos que es un sustrato
orgánico de baja tasa de descomposición, liviano, de buen drenaje, buena aireación y de poco costo.
En la Ilustración 6 se aprecia la cascarilla de arroz como residuo de la industria arrocera.
Desechos
Reciclables
Separación
Normal
Selección de
Material
Molienda
Trituración
Gruesa
Lavado y
Separación de
Contaminantes
Molienda Fina
Silo de
Homogenización
Lavado y
separación de
Contaminantes
Centrifuga y
Secado
Silo de
Homogenización
Extrusión Granza o Pellets

Ilustración 6:Cascarilla de arroz.
Aserrín: El aserrín o serrín es un desperdicio del proceso de serrado de madera, con este se pueden
fabricar tableros de madera aglomerada y tableros de fibra de densidad media, es un subproducto
con características de absorción de humedad importante, de bajo costo y de gran producción a nivel
industrial. La Ilustración 7 muestra el aserrín como producto de la industria maderera.
Ilustración 7: Aserrín de madera.
Chips de bambú: Los residuos de bambú-guadua, que habitualmente se degradan o son usados para
alimentar calderas, pueden ser empleados para acabados o productos arquitectónicos, según la
extracción de la fibra. Del bambú, en su forma tradicional, se usa apenas una cuarta parte de la
guadua donde el excedente puede ser utilizado como aditivo para la fabricación de madera plástica.
En la ilustración 8 se aprecian los chips o astillas de Guadua.

Ilustración 8:Chips o astillas de bambú
1.2.3. Madera plástica WPC
El WPC mezcla madera natural (fibras naturales de madera) con polímeros reciclados o vírgenes
(más algunos aditivos) para obtener un compuesto con excelentes propiedades estructurales, con
más durabilidad y resistencia que la madera tradicional.
Los plásticos suelen ser desechos reciclados de polipropileno y polietileno de empresas dedicadas
a transformar esos plásticos, como botellas, bolsas, etc.
Los polímeros más comúnmente utilizados en la fabricación de WPC son el polipropileno (PP), el
polietileno (PE) y el policloruro de vinilo (PVC) La madera natural utilizada supone del 40 % al 70 %
del producto final y permite una textura más natural y una mayor rigidez al WPC. Las propiedades
de este material varían de acuerdo con las proporciones de la mezcla, el tipo de polímero y a la
madera usada (y las características de esta) y si se agregaron o no aditivos a la mezcla.
1.2.4. Moldeo por compresión:
Es un proceso antiguo y muy utilizado para plásticos termofijos. Sus aplicaciones también incluyen
discos de fonógrafo termoplásticos, llantas de caucho y varias piezas compuestas de matriz de
polímero. El proceso es el siguiente:
1. Cargar la cantidad precisa del compuesto de moldeo, llamada carga, en la mitad inferior
de un molde calentado.
2. Juntar las mitades del molde para comprimir la carga, forzarla a que fluya y adopte la
forma de la cavidad.
3. Fundir la carga por medio del molde caliente para polimerizar y curar el material en una
pieza solidificada.
4. Abrir las mitades del molde y retirar la pieza de la cavidad.
En la Ilustración 9 se aprecia el esquema del proceso de termocompresión.

Ilustración 9:Esquema moldeo por compresión.
1.3.Antecedentes y justificación
Como antecedente se tiene el desarrollo de un sistema constructivo alternativo llamado
GUAVIENDA, el cual es un sistema modular de ensamble rápido, elaborado de materiales reciclados,
estos materiales son polímeros, celulosa, desechos agroindustriales y guadua. Se desea disminuir la
contaminación ambiental emitida por la industria de la construcción y también disminuir los costos
y tiempos de fabricación frente a la construcción tradicional.
El análisis realizado en este proyecto será enfocado a la implementación del material desarrollado
para este sistema alternativo de construcción, realizando la descripción de cada fase a detalle. Las
placas constructivas serán elaboradas en WPC, dichas placas tendrán una matriz polimérica a base
de materiales plásticos reciclados, con refuerzos de materiales vegetales producto de desechos de
la agroindustria nacional.
El cambio climático y la contaminación ambiental son problemáticas que nos corresponden a todos.
A nivel global se estima que la generación de desechos sólidos para el 2050 será de 3.4 mil millones
de toneladas por año (Kaza S. et al 2018), de las cuales el 38% son materiales reciclables como
plástico, papel, metales y vidrio. Según Levin (1997), Shen et al. (2005) y Li et al. (2010) se concluye
que la construcción es la principal fuente de contaminación ambiental en comparación con otras
industrias, también señalan que la industria de la construcción genera contaminación directa o
indirectamente, por el uso de maquinaria, la generación de residuos sólidos, el consumo de recursos
naturales o sus procesos extractivos.
El déficit de vivienda en América Latina crece exponencialmente cada año generando que muchas
personas vivan en condiciones austeras; esto ocasiona sobrecargos a los sistemas de ciudades
principales no solo en vivienda, sino en salud, transporte, hacinamiento, etc. En Colombia el 94.4%
del territorio es rural y según estadísticas del banco mundial el 23% de la población es campesina,
siendo estos 11.2 millones de personas. La mayoría de estas personas no habitan en viviendas dignas
y otra cantidad importante no cuenta con vivienda propia. Esto está ligado a la escasa capacidad
adquisitiva de los campesinos, quienes cuentan con un ingreso promedio 67% menor a la población
urbana; la carencia de materiales accesibles y asequibles además de la falta de alternativas en
métodos constructivos. En Colombia, la vivienda digna es un derecho asistencial consignado en la

constitución política. Los altos precios de construcción actuales, la dificultad en transporte y la
escasa oferta de mano de obra en el sector rural dejan a una gran parte de la población sin la
posibilidad de acceder a este derecho.
Para mitigar el impacto ambiental generado por la industria de la construcción se han desarrollado
nuevos materiales a base de desechos plásticos y residuos agroindustriales (Tilman D. et al. 2017).
Estos materiales reciben el nombre de compuestos de madera plástica o por sus siglas en ingles
WPC.
Son numerosos los estudios desarrollados para la producción de WPC mediante diferentes procesos
de producción como inyección, extrusión y termoformado, donde se han analizado las propiedades
mecánicas y físicas de los materiales obtenidos, como se evidencia en (Belchior D. y Derval R. 2019),
donde se concluye que una de las principales problemáticas asociadas a la fabricación de WPC, es
la falta de adherencia de la matriz polimérica y el material de refuerzo, para mitigar esta
problemática se propone el uso de aditivos como el MAPE.
En (Vedrtnam A., Kumar S., Chaturbedi S. 2019) se compara la influencia de diferentes polvos de
madera como refuerzo de una matriz polimérica de polipropileno, las muestras se fabrican por
inyección y se utilizan tres tipos de madera que se encuentran fácilmente en India. Se evalúan el
módulo de Young, la resistencia al desgaste, la resistencia a la intemperie y la biodegradabilidad. Se
siguen las normas ASTM D1435-99, ASTM D5338-11. Se utilizan mezclas de 10, 15 y 20% de polvo
de madera, con un tamaño de 600 m a una temperatura de 200 a 240°C, se realiza prueba de
flexión en tres puntos, ASTM D143-14 y pruebas de tracción ASTM D638-99, prueba de dureza Shor
y prueba de impacto.
En (Sommerhuber P. et al. 2016) se analizan los posibles impactos ambientales del uso de materiales
alternativos para la producción de WPC. Esto se realizó desarrollando el ciclo de vida de los
materiales utilizados (LCA). Se compararon materiales elaborados con materias primas vírgenes y
materias recicladas post consumo, de dicho estudio se infiere que las WPC elaboradas con
materiales reciclados son más viables tanto económicamente como ambientalmente.
En (Sommerhuber P. et al. 2015) se muestra la viabilidad de la producción de WPC con materiales
reciclados y vírgenes, comparando sus características físicas y mecánicas, analizando su proyección
comercial en Europa. Se fabricaron placas elaboradas con residuos de madera y HDPE mediante
termoformado, con temperaturas entre los 170°C y los 180°C con diferentes tiempos de
compactación, el contenido de la madera en la mezcla varió entre 30% y 60%. Del informe se infiere
que no hay diferencia significativa entre usar materiales reciclados o vírgenes en cuanto al
comportamiento mecánico de las placas elaboradas.
Según (Keskisaari A., Kärki T. 2018) la variación del precio de WPC depende del tipo de material
usado en su fabricación y de la tecnología utilizada para ello. Se seleccionaron 6 compuestos
diferentes a base de desechos reciclados y se comparan con un elemento fabricado con material
virgen. Todos los WPC de este estudio fueron fabricados por extrusión. El costo del método de
fabricación es del 76.1% del precio del producto obtenido.
En (Gardner D., Han Y., Wang L. 2015) los compuestos de madera plástica WPC son una forma de
compuesto que combina elementos a base de madera con polímeros. Los procesos incluyen
inyección, extrusión y termoformado. La madera se degrada alrededor de los 220°C, los principales

problemas de los WPC son la durabilidad, el porcentaje de absorción de agua, el deterioro a la
intemperie y la resistencia a rayos UV.
En (López D. et al 2018) se muestra el análisis y diseño del molde experimental para el
procesamiento de polímeros, este molde se utilizará en el proceso de fabricación de las placas
obtenidas con plástico reciclado y desechos agroindustriales, también se ve reflejado el análisis de
las pruebas realizadas con PEHD, PP y PET, se muestran algunas de las falencias de la prensa y el
sistema de calentamiento. Este trabajo es el punto de partida del presente proyecto. Según las
probetas realizadas, se aprecia una temperatura media de trabajo de 133°C y un tiempo de 19'25
segundos, la combinación que presentó mejores resultados en la fabricación tiene una mezcla de
50% PEHD y 50% de PP.
En (Tamayo C., Montero N., Herrera F. 2016) se menciona la importancia de obtener materiales
alternativos de construcción, en (Martínez Y., Benigno J., Martínez E. 2018) de las propiedades
ignifugas de tableros de madera plástica producidos con diferentes especies forestales, en (Martínez
Y., Benigno J., Martínez E. 2017) se habla del proceso de transformación de materia prima para
tableros de madera plástica. En estos artículos se evidencia la importancia de trabajar con diferentes
desechos y generar un material con valor agregado y de múltiples usos.
En (Turku I. el al 2017) se evidencia la elaboración de placas por inyección y extrusión para el análisis
de sus propiedades físicas y mecánicas. Este artículo presenta resultados importantes en tracción y
flexión, se evidencia la importancia de la interfaz entre el elemento matriz y el refuerzo, se brindan
recomendaciones para profundizar la investigación, se aplican técnicas para el comportamiento
térmico que podrían ser utilizadas en el proyecto en curso. Abre el debate para tratar los desechos
agroindustriales y mejorar el acople con la matriz polimérica.
En (Koay S. et al 2017) se muestra una propuesta interesante para tratar el poliestireno expandido
y los residuos del cultivo de Durian, fruto del cual solo se aprovecha el 30% y el resto termina en
vertederos.
En (Maldonado F., Vega F. 2010) se muestran resultados importantes en el desarrollo de materiales
compuestos de polímeros reciclados como matriz y fibra, evidenciando las diferencias en el
comportamiento térmico y mecánico debido a la variación de parámetros de fabricación de las
placas como masa, presión, temperatura y proporciones de mezcla. Este artículo refuerza la
necesidad de reciclar los plásticos producidos por las industrias, en favor de la conservación del
medio ambiente.
En (Godínez J. 2019) se analizó el efecto que los polímeros PP, HDPE, LDPE y PET, todos de reciclado
primario, al ser utilizados como aglutinantes en mezclas con fibras naturales que tienen sobre las
condiciones de proceso de fabricación de madera plástica. Se fabricaron probetas circulares por
moldeo por compresión en caliente, de 3 a 4 pulgadas de diámetro y un espesor de media pulgada,
cuyas composiciones variaron entre 40 y 80% de polímero en la mezcla. Las fibras naturales
utilizadas provinieron del aserrín utilizando un tamaño de partícula fijo de 250 m (tamiz malla 60).
En (Guo Y. 2019) se realizó un estudio sobre la influencia del contenido de madera, los lubricantes
y compatibilizantes en las propiedades térmicas y dimensionales del WPC, se analizaron diferentes
mezclas de fibras de madera (50-70%), polvo de lijado de piso, cascarilla de arroz, HDPE reciclado,
un compatibilizador químico y un lubricante cambiando proporciones para obtener WPC. Luego se

realizaron análisis termogravimétricos, calorimetría diferencial de barrido, análisis termo mecánico
y análisis termorreológico. Del estudio se infiere que, al aumentar el contenido de madera, la
temperatura de fusión disminuye, la temperatura de cristalización aumenta, la cristalinidad
disminuye y aumenta la estabilidad dimensional, pero aumenta la viscosidad, la plasticidad y el
esfuerzo cortante. El lubricante benefició la estabilidad dimensional, bajó la viscosidad y aumentó
la plasticidad. Son mejores las mezclas con fibras de madera que con lijado de piso y cascarilla de
arroz. La estabilidad dimensional depende de la temperatura en gran medida.
Los anteriores estudios resaltan la importancia de tratar los residuos sólidos generados,
especialmente los plásticos y desechos agrícolas, generando productos de valor agregado y
pensando en una economía circular, estos productos deben generar un impacto positivo en el
cuidado del medio ambiente. Con el desarrollo de WP se mitiga el impacto ambiental generado y se
posibilita el desarrollo de aplicaciones estructurales que suplan las necesidades habitacionales
presentes en nuestro territorio. Se desea obtener un material competitivo, con grandes cualidades
físicas y químicas, de bajo costo y fácil asequibilidad, que permita usarse en diferentes zonas y
condiciones ambientales.
En la actualidad el desarrollo de madera plástica está en auge, esto se hace evidente por la cantidad
de trabajos e investigaciones que abordan el tema, se aprecia un gran potencial desde el ámbito
tecnológico por su facilidad de fabricación y la gran cantidad de procesos de obtención de madera
plástica. Es un producto versátil que puede elaborarse con la combinación de muchas materias y
residuos, por tal motivo se decide realizar esta investigación con residuos que se encuentran con
gran facilidad en el territorio y que son producto de actividades agrícolas extensivas en nuestro país.
1.4.Identificación del problema
Se trata la problemática de contaminación ambiental generada por la mala disposición de residuos
sólidos, como plásticos y desechos agroindustriales, también combate los efectos
contraproducentes generados por el sector de la construcción y propone desarrollar una solución al
déficit habitacional en Colombia y América Latina, desarrollando un material constructivo con las
mejores propiedades físicas y mecánicas. Uno de los principales retos es desarrollar una mezcla
adecuada que permita una buena interacción y cohesión entre la matriz polimérica y los refuerzos
agrícolas, como se evidencia en la literatura este es uno de los aspectos más importantes para la
obtención de madera plástica, en la actualidad el desarrollo de productos con este material está en
auge lo cual se convierte en una oportunidad atractiva para mejorar la calidad de los productos
existentes, buscar nuevas aplicaciones y mercados, sin dejar de lado la calidad y propiedades
superiores que se quieren desarrollar.
El cambio climático, la contaminación ambiental y el déficit habitacional en Colombia y el mundo
nos lleva a plantear ideas que tengan gran impacto ambiental y social, por eso surge la necesidad
de desarrollar un material constructivo elaborado con materias primas recicladas como lo son los
polímeros y los desechos agroindustriales.
A nivel global se estima que la generación de desechos sólidos es de 1 billón de toneladas por año,
de las cuales se recuperan o reutilizan menos de la quinta parte; el plástico es uno de los principales
elementos contaminantes, cerca del 18% de los residuos generados en Colombia son plásticos,
donde estos generalmente van a para a rellenos sanitarios o son reducidos mediante la quema, el

manejo inadecuado de los rellenos sanitarios generan problemáticas con las comunidades
adyacentes, principalmente la generación de malos olores, proliferación de plagas y enfermedades.
El déficit de vivienda en América Latina crece exponencialmente cada año generando que muchas
personas vivan en condiciones austeras; esto ocasiona sobrecargos a los sistemas de ciudades
principales no solo en vivienda, sino en salud, transporte, hacinamiento, etc. En Colombia el 94.4%
del territorio es rural y según estadísticas del banco mundial el 23% de la población es campesina,
siendo estos 11.2 millones de personas. La mayoría de estas personas no habitan en viviendas
dignas y otro tanto no cuenta con vivienda propia. Esto está ligado a la escasa capacidad adquisitiva
de los campesinos, quienes cuentan con un ingreso promedio 67% menor a la población urbana;
la carencia de materiales accesibles y asequibles además de la falta de alternativas en métodos
constructivos. En Colombia, la vivienda digna es un derecho asistencial consignado en la
constitución política. Los altos precios de construcción actuales, la dificultad en transporte y la
escasa oferta de mano de obra en el sector rural dejan a una gran parte de la población sin la
posibilidad de acceder a este derecho.
Con el desarrollo de WP se mitiga el impacto ambiental generado y se posibilita el desarrollo de
aplicaciones estructurales que suplan las necesidades habitacionales presentes en nuestro
territorio.
1.5.Planteamiento del problema y Subproblemas de diseño
De acuerdo con los datos evidenciados en la problemática surge la necesidad de desarrollar un
material WP, que sea amigable con el medio ambiente y que genere un impacto en el déficit
habitacional en Colombia, con buenas propiedades mecánicas y de bajo costo de producción. Para
el desarrollo de este proyecto se plantean los siguientes objetivos.
Objetivo General
• Caracterizar un material constructivo (WP) elaborado con mezclas de polímeros reciclados,
desechos agrícolas y forestales mediante el proceso de termoformado.
Objetivos Específicos
• Identificar las variables presentes en el proceso de termoformado y en la preparación de las
materias primas recicladas de importancia en las propiedades físicas y mecánicas de la
madera plástica a obtener.
• Realizar un estudio basado en un diseño experimental del comportamiento de las
propiedades físicas y mecánicas esenciales (resistencia mecánica, impacto, dureza,
densidad y absorción de humedad) en función de los factores independientes especificados.
• Comparar las propiedades físicas y mecánicas del material obtenido frente a materiales de
construcción tradicional.
• Diseñar y fabricar un prototipo viable como solución constructiva.

1.6.Estudio Preliminar de Factibilidad
Ya que en nuestro territorio se presentan varias problemáticas referentes a la construcción en zonas
rurales y de difícil acceso, una solución amigable con el medio ambiente y que tenga un valor social
importante, tendrá un gran impacto en la calidad de vida de las personas que utilicen la WP
desarrollada en esta investigación, este producto tiene que ser competitivo tanto económicamente
como funcionalmente frente a materiales utilizados en la construcción tradicional.
Estudio de mercado: El mercado para WP está definido por la necesidad y derecho de todas las
personas a contar con una vivienda digna, la WP brinda una solución integra de bajo costo, bajas
especificaciones técnicas y tecnológicas, con un gran impacto social y ambiental, se busca mejorar
la calidad de vida de las personas dándoles tranquilidad en su diario vivir y otorgando herramientas
para construir su hogar y crecer, no solo personal, sino familiar, laboral y socialmente.
Estudio técnico: Para desarrollar este proyecto se tiene pensado dar solución mediante la
elaboración de WP con aplicaciones constructivas de fácil ensamble, con grandes características
físicas y mecánicas, que se acoplen a las diferentes condiciones ambientales presentes en nuestro
territorio, se desarrolla un protocolo de pruebas para estudiar la influencia de los parámetros de
fabricación en las propiedades físicas y mecánicas de la WP producida.
Estudio Financiero: La disminución de los costos de fabricación mediante la utilización de WP en
aplicaciones constructivas y arquitectónicas, está justificada por la utilización de materia prima
reciclada, la disminución de tiempos de fabricación, la utilización de recursos tecnológicos
elementales y la carencia de mano de obra especializada. Haciendo de la WP un producto bastante
llamativo y con gran potencial comercial.
En el anexo 1 se pueden apreciar valores significativos que apoyan el estudio de factibilidad del
proyecto y producto a desarrollar.
1.7.Requerimientos del Cliente
Para la determinación de los requerimientos del cliente, producto o material a desarrollar se hace
uso de diferentes herramientas para la adquisición de información, entre ellas se encuentran la
elaboración de entrevistas, encuestas, vigilancia tecnológica, estructuración del estado del arte, se
realiza un diagrama de caja negra, de caja gris, también se aplica la metodología TRIZ para el módulo
Guavienda y se aplica la matriz QFD o casa de la calidad para las placas constructivas a obtener.
Diagrama de caja negra: Como primer acercamiento se busca dar una idea general del producto a
diseñar, cuáles son las labores que este va a desempeñar y cómo debe realizarlas. Para esto se han
dispuesto una serie de variables de entrada y salida del sistema, sin discernir a fondo de los procesos
internos que se deben llevar a cabo para completar el proceso y la función que cumple el sistema.
Entradas: Las entradas se dividen en tres grandes grupos principales, la energía, los materiales y
las señales o la información, a continuación, se explica cada uno de estos grupos.

Energía: Se debe aplicar una energía encargada de la transformación de los materiales que
conforman la mezcla de las placas constructivas, como el proceso se realiza por
termocompresión las energías presentes son:
● Energía mecánica.
● Energía térmica.
Materiales: En cuanto a los materiales utilizados, nuestra materia prima se basa en los
materiales para la elaboración de la WPC, los aditivos y también el % de humedad
presente en los materiales de la mezcla:
● Materiales de elaboración de la placa constructiva
● Aditivos
● Agua (% de humedad)
Información: La información hace referencia a los parámetros de fabricación de las
placas constructivas, y tenemos variables que se pueden controlar en la prensa,
como la temperatura, presión y tiempo de fabricación.
Salida: Del proceso de termoformado se obtendrán placas constructivas de 21*28 cm y de un
espesor aproximado de 1 cm. Dichas placas tendrán diferentes porcentajes de composición.
El diagrama de caja negra se puede observar en la Ilustración 10 y también se encontrará en el
anexo 2.
Ilustración 10:Diagrama de caja negra.
Diagrama de caja gris: La caja gris entera tiene las mismas entradas que la caja negra. La energía es
una de las principales columnas de nuestra caja gris, es una línea completa que muestra los tipos de
energía que se pueden aplicar y cómo esta energía se puede transformar, manipular y aprovechar
para los procesos de fabricación, dicho diagrama también muestra las funciones que se deben
nerg a
ateria
e ales
Placa
constr c a
nerg a
WP
e ales
nerg a mecánica
nerg a t rmica
ateria prima
reciclada Pol meros
ateria prima
reciclada esec os
agroind striales
lementos de ni n
sistemas de acople
para los materiales de
la me cla
emperat ra
Presi n
iempo
de me cla
nerg a t rmica
ido
Placas en WP
Probetas para ensa os
s ario
cci n de control n ormaci n
cople del molde
ect ra de
condiciones de
procesamiento
ontrol de los
sistemas
iempos de
abricaci n
a os o percances
estr ct rales
ccidentalidad
no edades
iagrama de ca a egra
emperat ra
Presi n
iempo
de me cla

realizar para fabricar las placas constructivas en WPC. Con ello se genera un diagrama de caja gris
que se evidencia en la Figura 11 y en el anexo 3.
Ilustración 11:Diagrama de caja gris.
Requerimientos del cliente y del producto: Con la implementación de estas herramientas se logra
indagar sobre las necesidades del producto, las cuales se listan en la siguiente tabla y se organizan
de acuerdo con su categoría y nivel de importancia. El nivel de importancia es obtenido por medio
de una comparación entre cada uno de los requerimientos; donde, el de mayor importancia obtiene
un valor de uno y el de menor de cero. Una vez sumados todos los puntajes que obtiene cada uno
de los requerimientos se divide en el número de puntos posibles. Esta clasificación se aprecia en la
Tabla 5, y el proceso desarrollado para la misma aparece en el anexo 4.
Requerimientos por categoría y nivel de importancia
Requerimiento Nivel de
importancia
Categoría
Sismo resistencia 0,913043478 Funcionalidad
Resistencia térmica 0,347826087 Funcionalidad
Resistencia acústica 0,260869565 Funcionalidad
Resistencia a tensión 0,52173913 Funcionalidad
Resistencia a
compresión
0,565217391 Funcionalidad
Dureza 0,173913043 Funcionalidad
Resistencia a la
intemperie
0,608695652 Funcionalidad
Resistencia al desgaste 0,217391304 Funcionalidad
Fácil mantenimiento 0,347826087 Funcionalidad
Tamaño 0,130434783 Apariencia
Acabados 0,260869565 Apariencia
Personalización 0,173913043 Apariencia
Materiales 0,956521739 Apariencia
Ignifugo 0,565217391 Seguridad
ecepci n de
energ a
isposici n de
energ a para
ac idades
rans ormar la
energ a disponible
en er a lineal
calor
mpli car la
er aele arla
temperat ra
plicar acciones
de control sobre
los sistemas de
ac aci n
plicar acciones
de control sobre
la presi n
e ercida
plicar acciones
de control ante
pert rbaciones
al sistema
so de energ a
para el acople
abricaci n del
prod cto
estr ct ral
listamiento de
los e ipos
normas de
seg ridad
isposici n de
energ a para
ac idades
ocali ar p ntos
de ancla e so
del prod cto
estr ct ral
niciar
elaboraci n
acople del
prod cto
ond cir
proceso de
abricaci n de
lementos
estr ct rales
enerar
acabados
si es re erido
eri car las
placas
constr c as
generadas
ect ra análisis
de se ales e
in ormaci n de
entrada
nicio del proceso
de
termocompresi n
alidaci n
condicionesde
abricaci n
ecopilaci n
in ormá ca de
inter s
nerg a mecánica
nerg a el ctrica
i erentes pol meros
trit rados
di os acoplantes,
estabili adores
aterial egetal
emperat ra
Presi n
iempo
de me cla
nerg a t rmica
ido
Placas constr c as en WP
Probetas para ensa os
iempo de
abricaci n
emperat ra de
procesamiento
iempo de
procesamiento
Presi n de
procesamiento
iagrama de ca a gris
cci n de control
cople de prod ctos
abricados
ontrol condiciones
de procesamiento
cople estr ct ral
eri caci n
dimensional
n ormaci n
ect ra de
pert rbaciones
acciones correc as

Antifúngica 0,652173913 Seguridad
Peso 0,434782609 Seguridad
Absorción de agua 0,652173913 Seguridad
Longevidad 0,391304348 Seguridad
Asepsia 0,304347826 Seguridad
Fácil producción 0,347826087 Manufactura
Económico 0,47826087 Manufactura
Reciclable 0,826086957 Manufactura
Sostenible 0,869565217 Manufactura
Tabla 5:Requerimientos del cliente por categoría y nivel de importancia.
Respecto a la tabla anterior se puede inferir que las propiedades funcionales que resaltan son, la
sismo resistencia, las resistencias a tensión, a compresión y a la intemperie; Referente a la
apariencia, las propiedades que destacan están representadas por los materiales a utilizar, ya que
al realizar una correcta selección se obtendrán características llamativas para los posibles clientes.
En el aspecto de seguridad sobresalen características como la resistencia al fuego y a la proliferación
de microrganismos, también es de gran importancia el porcentaje de absorción de agua que pueda
desarrollar el material. Los requerimientos más importantes referentes a la manufactura son la
capacidad del material de ser reciclado y la sostenibilidad ambiental del bloque.
De manera general la necesidad del cliente se reduce:
• Diseño e implementación de un producto constructivo con el uso de materiales reciclados.
• Obtención de madera plástica para diferentes aplicaciones.
• Fabricación de WPC con excelentes propiedades mecánicas, acabados superficiales y
funciones de seguridad óptimas.
1.8.Madera Plástica – Estado del arte
Son numerosos los estudios que se han realizado sobre la implementación de madera plástica WP
elaborada a partir de productos reciclados, utilizando una matriz polimérica y refuerzos de aserrín
u otros desechos agroindustriales, la gran mayoría de estos estudios centran su atención en la
resistencia a tensión y compresión de los maderas obtenidas, así como la interacción entre los
elementos que la componen, hay varios estudios enfocados en encontrar un aglutinante ideal para
mejorar las condiciones presentes entre la interfaz de la matriz polimérica y el refuerzo.
Estado del arte: Mediante el análisis de artículos, la recolección de patentes, el análisis de la
competencia, se sientan las bases para la obtención de las especificaciones y valores objetivo, estos
valores objetivo serán los referentes para alcanzar o mejorar con la elaboración de los elementos
constructivos.
Se analizan cerca de 80 artículos y con ello se delimita el alcance del proyecto, de esta manera se
decide trabajar con los materiales más importantes que se encuentren en la literatura, para el
análisis de los artículos se creó un formato especial que permite la recolección de información de
forma organizada y útil. El estado del arte se puede apreciar en el anexo 5.

Análisis de la competencia: En Colombia existen varias empresas que trabajan en la obtención de
madera plástica y ya tienen una gran variedad de productos elaborados con esta, manejan líneas de
amoblamiento, agrícolas e industriales.
Algunas de estas ya manejan sistemas de construcción de ensamble modular, pero con falencias en
la estética y funcionalidad del producto, es en estos factores donde el producto a desarrollar debe
marcar diferencia y con eso generar un valor agregado referente a los competidores. Algunas de
estas empresas se listan en la Tabla 6.
Análisis de la competencia
Empresa Productos Análisis
Maderplast
Cuentan con una gran
variedad de productos, entre
los más destacados se
encuentran su madera
plástica, estibas, pisos,
estantería y carrocerías.
Cuentan con una gran
cantidad de acabados,
colores y terminaciones.
Es una de las empresas
más fuertes en el
mercado.
Maderplastic
Implementación de
Polipropileno y polietileno de
alta y baja densidad pata la
elaboración de sus productos,
tienen una línea de productos
de amoblamiento, otra
enfocada en parques
infantiles, también tienen
varios productos para el
sector agrícola.
Gran variedad de
productos presenta
acabados superficiales
más rústicos, pero genera
productos de buena
calidad.
MPC Madera
Plástica de
Colombia
Una empresa dedicada a la
fabricación y
comercialización de Madera
Plástica, que es un producto
100% reciclado, sustituye a la
madera vegetal en múltiples
aplicaciones en los diferentes
sectores, tales como
industrial, recreativo, agro,
urbanístico, decorativo y
muchos más.
Productos con buenos
acabados superficiales,
aplicaciones para cargas
menores, no hay
información de los
elementos plásticos que
utiliza, tampoco sobre las
propiedades térmicas y
acústicas del material.
Conceptos
plásticos
Esta empresa es la que tiene
un mayor desarrollo en
cuanto a la utilización de
madera plástica en proyectos
de vivienda. Su bloque está
elaborado con desechos
plásticos, se fabrican por
inyección y extrusión.
Carencia de acabados
superficiales y
personalización del
producto, la empresa se
enfoca en viviendas de
interés social. Falta de
mecanismos para las
conexiones eléctricas.
Tabla 6:Empresas en la competencia.
Después de realizar el análisis de la competencia se observa que la gran mayoría de estas no cuenta
con un producto de construcción similar al que se está diseñando, también se encuentra la carencia
de información referente a las propiedades térmicas y acústicas de los productos que estas

empresas manejan, se evidencia la gran cantidad de acabados que se pueden imprimirle a la madera
plástica y la cantidad de aplicaciones donde esta puede ser utilizada.
1.9.Lista de especificaciones de ingeniería- Objetivos
A continuación, se listan las características que debe tener el material desarrollado para cumplir con
las expectativas del cliente y sus posibles usuarios.
• Diseño de un producto con aplicaciones en la industria de la construcción
• Utilización de materias primas recicladas.
• Disminución de equipos y mano de obra especializada.
• Bajos costos de producción.
• Sistema ambientalmente sustentable.
• Grandes capacidades físicas y mecánicas.
• Gran durabilidad y resistencia a condiciones ambientales.
• Módulos apilables y de bajo volumen.
• Peso moderado.
• Ergonomía y acabados superficiales aceptables.
Las anteriores características se pueden traducir y expresar con los atributos de diseño que se
muestran en la Tabla 7.
Parámetros de diseño
Parámetro Valor Unidad
Ancho 210 mm
Largo 280 mm
Alto 10-20 mm
Peso 450 gr
Esfuerzo a tensión 24 MPa
Esfuerzo a compresión 12 MPa
Módulo de Young 24 MPa
Temperatura de ignición 200 °C
Conductividad térmica 0,6 W/mK
Dureza 24 HB
% de absorción de agua 5 %m
Costo por m^2 30.000 $
Longevidad 50 años
Tabla 7:Parámetros objetivo de diseño.
1.10. Desarrollo del QFD
El despliegue de la función de calidad QFD es una técnica que permite desarrollar la metodología de
diseño de una manera eficaz y concisa. Esta consta de una herramienta conocida como la casa de la
calidad la cual fue empleada para lograr examinar a profundidad las especificaciones explícitas del
cliente y asociarlas a las especificaciones de ingeniería, categorizando estas especificaciones según
orden de importancia. Una vez recogidos y definidos los requerimientos del cliente se procede a

realizar una evaluación para categorizar la importancia que cada uno de estos tiene en el producto
final, visto desde la perspectiva del cliente.
Después de un análisis detallado de la casa de la calidad se observa que hay varios atributos de gran
relevancia, de estos parten las actividades para generar un concepto que cumpla principalmente
dichos atributos; sin obviar los demás, pero sí dándoles mayor importancia a los primeros en el
diseño. En la Tabla 8 se listan en su orden de importancia los atributos más importantes obtenidos
como análisis de la matriz QFD.
Atributos de las placas
en WPC
Peso o importancia
según QFD
Reciclable y sostenible 0,8
Ignifugo 0,7
Antifúngico 0,7
Absorción de agua 0,7
Resistencia a compresión 0,6
Resistencia a la
intemperie
0,6
Resistencia a tensión 0,5
Tabla 8:Atributos importantes según la QFD.
La aplicación de la matriz QFD arroja resultados interesantes referentes a los requerimientos del
cliente, los parámetros de diseño y las funciones que deben cumplir las placas constructivas que se
fabricaran con el desarrollo del proyecto.
Los atributos más importantes se relacionan con las funciones técnicas y de seguridad descritos más
adelante. Se espera suplir en mayor medida dichos atributos para generar un valor agregado y
superar las expectativas del usuario final y con ello obtener un material con las mejores
características para posteriormente fabricar los módulos constructivos de GUAVIENDA.
Para observar en mayor detalle la aplicación de la matriz QFD observar el anexo 6.
1.11. Conclusiones y recomendaciones parciales
• La principal función de la placa constructiva es soportar las cargas mecánicas y las
condiciones ambientales.
• Los valores objetivo se basan en propiedades de productos de madera plástica obtenidos
por empresas competencia, también por valores promedio de propiedades físicas y
mecánicas de los elementos más utilizados en la construcción.
• Los valores y parámetros de diseño utilizados para el desarrollo de la QFD están propensos
a variaciones y modificaciones, puesto que estos se pueden ver alterados de acuerdo con la
información que se obtenga del análisis del estado del arte.
• El análisis elaborado en la QFD es preliminar y está sujeto a cambios e iteraciones para
mejorar el producto.
• La aplicación de herramientas como la QFD permite determinar cuáles son los
requerimientos de cliente que tienen más relevancia y que deben ser cumplidos a como dé
lugar al igual que las especificaciones de ingeniería que toman importancia para dicha tarea.

2. Desarrollo de concepto
2.1.Introducción
La contaminación ambiental y el déficit habitacional en Colombia y el mundo hace que surja la
necesidad de crear una alternativa en la industria de la construcción, lo que implica un adecuado
estudio de muchas soluciones existentes en el mercado, se hace necesario un análisis cuidadoso de
cada una de estas soluciones, analizando los costos de fabricación, los recursos físicos y
tecnológicos.
Por todo esto en el informe se verá reflejado un análisis cuidadoso para la escogencia del producto
a desarrollar, teniendo en cuenta las soluciones disponibles en el mercado, los requerimientos del
cliente y el usuario. Llegando a una solución pensada en la fabricación, en el ensamble y en los costos
del producto, generando un proyecto atractivo desde la parte financiera, que ayuda al cuidado y
preservación del medio ambiente.
Para poder realizar la elaboración de conceptos, se decide realizar una división de la problemática
a solucionar, con eso se busca simplificar el proceso de diseño, realizando matrices de información
de los tipos de sistemas que ayudaran a obtener una solución.
2.2. Revisión Bibliográfica
En la actualidad son diversos los materiales y los sistemas de construcción alternativos presentes en
el mercado, que también utilizan materiales reciclados y son amigables con el medio ambiente, en
la Tabla 9, se describen algunos de ellos con sus principales características. En la Tabla 10 se listan
algunos materiales alternativos de construcción y sus características.
Sistemas de
construcción
Características Visualización
EARTSHIP
Hogar radicalmente sustentable, construido con
materiales reciclados, las paredes de carga y
muros de contención están construidas con
llantas rellenas de tierra compactada a un 90% y
apiladas como ladrillos, también utilizan botellas
de plástico, latas de aluminio entre otras cosas.
CASAS DE
CONTENEDORES
Método constructivo que utiliza los
contenedores como pilar de su sistema, es de
bajo costo y de gran durabilidad, hay que invertir
en adecuación de espacios y cimentación de los
terrenos, también se debe hacer visualmente
atractivo para sus posibles consumidores.

CASAS DE PAJA
Método constructivo que usa pacas de paja como
pilar o modulo fundamental, de bajo costo, las
paredes de paja ofrecen un excelente
aislamiento acústico y térmico, por lo tanto, son
energéticamente eficientes, son fáciles de
construir y de bajo costo en comparación con
métodos de construcción convencionales
CASAS DE
BOTELLAS
Elaboración de elementos constructivos
mediante el reciclaje de botellas plásticas, las
botellas deben estar limpias y totalmente secas,
estas se rellenan con plásticos de diferentes
tipos, que se compactan y generan una
estructura densa y apilable.
CASAS DE SUPER
ADOBE
Sistema de construcción alternativo, que utiliza
tubos de capas de tela larga o bolsas llenas de
adobe para formar una estructura que trabaja a
compresión, este tipo de construcción posee
todas las bondades del aislamiento térmico y
acústico propias de los murtos de adobe.
Construcción a prueba de fuego, utiliza la tierra
del sitio de residencia representa un ahorro de
hasta un 95% de la madera presente en la
construcción.
Tabla 9:Sistemas constructivos alternativos.
Materiales
alternativos
Características Visualización
LADRILLOS
ECOLÓGICOS
Son ladrillos construidos con materiales que no
degradan el medio ambiente y cuya fabricación es
también respetuosa con este, tienen cualidades
similares a los tradicionalmente utilizados, por lo
tanto, su uso no deriva en la pérdida de calidad,
pueden estar elaborados con material plástico
reciclado, cenizas de carbón, cáñamo y paja,
ladrillos de tierra o arena comprimida.

CAUCHO
MOLIDO
Mediante el reciclaje de caucho, se pueden generar
estructuras con buenas propiedades mecánicas,
elásticas y flexibles, este material posee alta
resistencia al desgaste por fricción lo cual lo hace
adecuado para pisos, es un material anti-plaga, de
fácil instalación y económico frente a otro tipo de
materiales. Soporta cambios de temperaturas,
seca rápidamente y no necesita de mantenimiento.
TETRA PACK
RECICLADO
Material a base de tetra pack reciclado, es un
material compacto con grandes características
mecánicas, utilizado en fachadas y techos, grandes
propiedades térmicas y acústicas, resistente al
fuego y a productos químicos, puede recibir
pinturas acrílicas, de fácil mantenimiento y
ensamble. Material elaborado a partir de aluminio,
pet, polietileno y polinylon.
CORCHO
Material con buena resistencia, ergonomía,
amigable con el medio ambiente y atractivo a la
vista, se puede encontrar en diferentes formatos,
acabados y tamaños, su proceso de fabricación es
el laminado, material antiestático y es un buen
aislante térmico y sonoro. Material hipo
alergénico, presentan baja resistencia al desgaste.
LADRILLOS
PLÁSTICOS
De gran resistencia mecánica, material termo
resistente, amigable con el medio ambiente, de
bajo costo de producción, sismorresistentes, de
gran resistencia al desgaste y de larga vida útil.
Tabla 10:Materiales constructivos alternativos.
2.3.Análisis funcional
Según los sistemas y materiales alternativos en la construcción y la curva de aprendizaje de
Guavienda se opta por fabricar módulos de ensamble tipo lego o ladrillos ecológicos, las
características del módulo dependen en gran medida de la mezcla o combinación de los materiales
que lo conforman, por esto el análisis funcional se realiza pensando en el material producto de esta
investigación y en las características que debe tener el módulo Guavienda.
Basados en la información obtenida y plasmada en la fase 1 del proyecto, se tiene ya el conocimiento
general de los requerimientos del cliente y un alcance establecido, lo que nos alimenta para guiar
las prioridades en nuestro desarrollo del diseño del producto. Dada la complejidad del problema
planteado partimos de la idea de dividir el proceso en subproblemas más sencillos, es decir,
descomponerlo en sus funciones. Se presenta en este informe un desglose de la funcionalidad del

proceso y todos los factores que intervienen con las placas constructivas elaboradas en WPC,
material a implementar en la fabricación de módulos Guavienda. Con esto se generan conceptos
a partir del Mapeo de funciones y también poder ir generando modelos preliminares, ir destacando
posibilidades y llegar finalmente a un concepto dominante.
Para realizar el diagrama de funciones se utilizan herramienta que fueron desarrolladas
anteriormente como lo son el diagrama de caja gris, el desarrollo del estado del arte y el análisis de
la competencia.
De forma general el mapa de funciones del proyecto puede apreciarse en la Ilustración 12.
Ilustración 12:Mapa de funciones del proyecto.
De forma general el mapa de funciones de las placas constructivas y del módulo Guavienda se
plasma en la Ilustración 13.

Ilustración 13:Diagrama de funciones de las placas constructivas en WPC.
El diagrama de funciones se realizó según cuatro componentes fundamentales, que se explican a
detalle continuación.
2.3.1.Funciones técnicas: A modo general en las funciones técnicas de las placas en WPC
se deben soportar las cargas mecánicas y las condiciones medio ambientales, estas
funciones estas relacionadas directamente con el tipo de materiales que se utilizaran
en el proceso de fabricación del bloque implementado en Guavienda, lo cual nos da
Placas
constructivas
en
WPC
F. Técnicas
Soportar cargas y
fuerzas.
Garantizar resistencia
a tensión optima.
Garantizar resistencia
a compresión optima
Soportar cargas
térmicas.
Disipar o conservar
cargas térmicas.
Soportar condiciones
ambientales.
Disminuir el % de
absorción de agua.
Garantizar
sismoresistencia.
Absorber vibraciones.
F. de uso y manejo
Soportar el operario.
Soportar la fuerza del
operario.
Permitir un trabajo
cómodo
Ser ergonómico y
seguro al operario
Garantizar apilabilidad.
Garantizar
almacenamiento fácil.
Garantizar un fácil
ensamble
Minimizar el uso de
aglutinantes.
F. de seguridad
Garantizar ergonomía.
Minimizar lesiones en
el operario.
Ser ignifugo.
Retardar el fuego.
Garantizar un punto de
ignición alto
Ser antifungicida.
Mitigar el crecimiento
de microorganismos.
Garantizar asepsia.
Garantizar una
limpieza fácil.
F. de imagen y estética
Garantizar acabados
superficiales buenos.
Ofrecer una gran
variedad de acabados.
Garantizar la
personalización.
Fácil ensamble
Garantizar estética.
Acabados internos y
externos

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