Reuse of organic waste type in the development of ecoefficient and sustainable composites

Abstract

The global tradition of building is severely affected by the shortage of materials from nature, which stimulates the development of technologies and construction systems related to the reuse of waste organic. For example, in Ecuador an area of 106,930 ha in 2012 was devoted to sugar cane plantations, having a production of 7.38 Mt (7.5% in the province of Loja), which produce the organic residue sugarcane bagasse, mainly in mills owned by artisan manufacturers. Approximately 50% is used as fuel, fertilizer and livestock feed, the rest as waste accumulates in particular landfills with health problems. Recovery and use of this residue as a component of craft supplies of building materials is proposed in this communication. The design of composite materials containing organic vegetable wastes is proposed, and the measures of their physical and mechanical properties are described, pointing to elements that combine technical, specification standards and artisan production that will generate a production for low cost housing in the area of the province of Loja.This work is part of an ongoing investigation, conducted in collaboration by professors and researchers from the Universidad Técnica Particular de Loja (Ecuador) and the Technical University of Madrid (Spain), divided into two phases: the first an analysis is made in laboratory of some organic vegetable waste from the province of Loja; in the second part and simultaneously, are proposed and built prototypes of architectural elements, that incorporates the materials investigated. In the first stage results have been obtained of the mechanical and physical properties of composites with bagasse, in matrices made of plaster and cement, with additions of ashes of those vegetable waste materials, as well as impact on measures absorption and capillarity of these composite samples, confirming the effective delivery of materials with potential applications in building construction. In the second stage it was accomplished the manufacturing and constructive use of plates and sandwich panels at scale 1:1, determining dimensions, combining different elements, modulation, anchoring systems and their mechanical resistance, obtaining materials with acceptable values on toughness. There were explored various treatments to materials (organic fibers and matrices) for improving protection against external environmental agents. It was concluded that the composites made from vegetable organic additions of bagasse, with and without ashes from the same waste materials, in plaster and cement matrices allow reusing waste materials that are sustainable and provide eco-efficient execution of architectural projects solutions.

La tradición global de la construcción está seriamente afectada por la escasez de materiales provenientes de la naturaleza, lo que estimula el desarrollo de tecnologías y sistemas constructivos relacionados a la reutilización de residuos de tipo orgánico. En Ecuador se destinó una superficie de 106.930 ha en 2012 a plantaciones de caña de azúcar, con una producción de 7,38 Mt (el 7,5% en la provincia de Loja) [1], que producen como residuo orgánico bagazo de caña de azúcar, una parte importante en molinos de productores artesanales. Aproximadamente el 50% se emplea como combustible, abono y alimento del ganado, el resto se acumula como desecho, con problemas de salubridad. Se propone en esta comunicación la valorización y uso de este residuo como componente de materiales artesanales de construcción. Se describe el diseño de materiales compuestos, y medidas de sus propiedades físicas y mecánicas, apuntando a elementos que combinen técnica, normas de especificación y producción artesanal que permitan generar una producción para viviendas de bajo costo en el sector de la provincia de Loja. Este trabajo parte de una investigación en curso, desarrollado por profesores de la Universidad Técnica Particular de Loja (Ecuador) y la Universidad Politécnica de Madrid (España), dividida en dos fases: en la primera se hace un análisis en laboratorio de residuos orgánicos vegetales provenientes de la provincia de Loja; en la segunda y en parte simultánea, se proponen y construyen prototipos de elementos arquitectónicos, con los materiales investigados. De los primeros resultados de la investigación se han obtenido propiedades mecánicas y físicas de composites con bagazo, cáscara de arroz, cascarilla de café, en matrices de yeso, y cemento, con adiciones de cenizas de estos materiales, así como la incidencia en las medidas de absorción y succión capilar de estas muestras de materiales compuestos, constatando la obtención efectiva de materiales con posibles aplicaciones constructivas en edificación. En la segunda fase se está experimentando con la fabricación y uso constructivo de placas y tableros sándwich a escala 1:1 determinando combinaciones, modulación, sistemas de anclaje y su resistencia, obteniendo valores prometedores en la tenacidad. También se han realizado diferentes tratamientos a los materiales (fibras orgánicas y matrices) para que no se vean afectados por agentes externos. Se concluye que los composites fabricados con adiciones orgánicas vegetales de bagazo, con y sin sus cenizas en matrices de yeso permiten una reutilización de materiales de residuos, son sostenibles y aportan soluciones eco-eficientes para la ejecución de proyectos arquitectónicos.