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Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 6390 (2023) Citar este artículo

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El material de construcción es uno de los aspectos esenciales para satisfacer la oferta y la demanda de viviendas de bajo costo en Indonesia. Recientemente, varios investigadores han dedicado mucho tiempo y esfuerzo a desarrollar el reciclaje de residuos para materiales de construcción, ya que es más benigno desde el punto de vista ecológico, en particular para los residuos no degradables. Este artículo se centra en el reciclaje de desechos de pañales desechables como material compuesto para un componente estructural y arquitectónico del edificio basado en los estándares de construcción de Indonesia. Además de ofrecer una perspectiva amplia sobre la implementación de los hallazgos experimentales, el escenario de diseño comprendió la construcción de viviendas de bajo costo con una superficie en planta de 36 m2. Los resultados experimentales indican que los residuos de pañales desechables para utilizar como materiales compuestos de la edificación tienen una capacidad máxima del 10% para componentes estructurales y del 40% para componentes no estructurales y arquitectónicos. La vivienda prototipo también revela que se pueden reducir y utilizar 1,73 m3 de desechos de pañales desechables para un área de vivienda de 36 m2.

La vivienda de bajo costo se entiende comúnmente como vivienda que es apropiada en calidad y ubicación. Al mismo tiempo, no tiene un costo que impida a sus ocupantes cubrir otros costos de vida esenciales o que afecte el cumplimiento de los derechos humanos fundamentales de las personas1,2,3,4. En la mayoría de los países en desarrollo, el acceso a una vivienda adecuada y asequible es un problema actual y creciente. En algunas circunstancias, el problema no es la escasez de vivienda sino una fuente de ingresos inadecuada1,2,3. En otras circunstancias, los ingresos son relativamente altos, pero la oferta de vivienda y el financiamiento son limitados, lo que hace que la vivienda sea costosa4,5; sin embargo, la implementación generalizada de programas de vivienda de autoayuda en los países en desarrollo limita su aplicabilidad. Si bien ocurrieron procesos populares de autoconstrucción y desarrollo de abajo hacia arriba, estos no brindaron una solución masiva o de largo plazo a las enormes demandas de vivienda.

Los altos costos de dos insumos cruciales de tierra y materiales de construcción son una razón fundamental por la que la vivienda debe ser más asequible para los pobres de las zonas urbanas. Los materiales de construcción suelen ser el insumo tangible más considerable en la construcción de viviendas y pueden representar hasta el 80 % del valor total de una vivienda residencial simple6. Conduce a que el factor coste se convierta en la primera barrera de la construcción sostenible7. Es porque los materiales de construcción son esenciales para la integridad estructural de la vivienda. En otras palabras, si el precio de los materiales de construcción se duplica en comparación con el precio medio de otros productos básicos, la cantidad de tiempo que un hogar deberá trabajar para pagar el precio de los materiales de construcción también casi se duplicará8. Esto último es problemático ya que muchos gobiernos, tanto centrales como municipales, continúan insistiendo en utilizar materiales y técnicas de construcción convencionales. Las diversas normas y reglamentos de construcción exigen estos, la mayoría de los cuales son un vestigio de los días del colonialismo o fueron importados de otras naciones9. Estas restricciones y estándares impiden el uso de materiales de construcción que son más apropiados y fácilmente disponibles en el área local. Además, impiden el uso de tecnologías de construcción rentables y respetuosas con el medio ambiente.

Existe la necesidad de políticas que amplíen el acceso de las personas a materiales de construcción que sean tanto apropiados como económicos. Del mismo modo, debe apoyar financieramente los esfuerzos de investigación y desarrollo de técnicas de construcción de vanguardia. Los planes y métodos de construcción que sean amigables con el medio ambiente y la tecnología que sean energéticamente eficientes y produzcan menos contaminación deben alentarse y estar más fácilmente disponibles. En este sentido, varios investigadores han examinado diversos materiales utilizados para la construcción de viviendas de bajo coste divididos en fibras naturales, materiales de tierra y residuos de construcción industrial10. Las aplicaciones de construcción más comunes para los materiales de fibra natural (p. ej., cáscara de arroz, fibra de sisal y hojas de plátano) son paneles, materiales compuestos reforzados y aislamiento10,11,12,13. Por lo tanto, el uso de cal y lodo para componentes de construcción no estructurales como ladrillos para paredes se ha vuelto cada vez más común cuando se trabaja con materiales terrosos10,14,15,16,17,18. Por lo tanto, se ha desarrollado aún más la fabricación de bloques a partir de barro crudo sin incluir un paso de quemado. Además, los materiales reciclados mediante la utilización de residuos de materiales de construcción10,19,20,21, como el acero y el caucho y los materiales industriales10,14,16,22, como las cenizas volantes, se convierten en la mejor opción para disminuir el impacto ambiental y los costos. Otras formas de reciclar residuos no biodegradables15,23,24, como los plásticos, se consideran materiales de bajo costo. Además, algunos investigadores han desarrollado material fácil de usar al que se puede acceder a través de una variedad de inventos y técnicas, incluidos bloques de tierra comprimida25,26,27,28,29, construcción de cúpulas30,31,32, tierra apisonada33,34,35 y bóvedas. construcción36,37,38. Algunos incluso relacionan las tecnologías avanzadas39 (por ejemplo, sitios de construcción inteligentes, simulación y modelado, digitalización y virtualización) que se utilizarán en los sitios de construcción y que implican la participación de organizaciones privadas en el desarrollo de infraestructuras40.

Al igual que otros países en desarrollo, la provisión de viviendas de bajo costo en Indonesia ha sido una preocupación seria en las últimas tres décadas, ya que la población urbana ha crecido a un ritmo del 4,1 % por año, y se prevé que el 68 % de los indonesios vivirá en zonas urbanas. áreas para 202541. Los beneficios de la urbanización son limitados41 debido a los problemas que conducen a más pobreza, como el aumento de barrios marginales porque no hay suficientes lugares asequibles para vivir3,42. El aumento significativo en el número de personas que viven en las ciudades aún no tiene en cuenta la cantidad de suelo disponible en las ciudades, lo que ha provocado que la demanda de vivienda y los precios del suelo aumenten. Debido a la rápida población urbana, Indonesia se enfrenta a dos consecuencias importantes: la demanda de vivienda y la gestión de residuos.

En términos de demanda de vivienda, Indonesia tiene una gran brecha entre la oferta y la demanda, con una demanda de 780 000 unidades de vivienda por año y la capacidad de las partes interesadas para entregar 400 000–500 000 unidades por año43,44,45. Se debe resolver un atraso de alrededor de 300,000 unidades de vivienda cada año para proporcionar viviendas a aproximadamente el 30% de los residentes urbanos que viven en viviendas no propias. Siguiendo los programas gubernamentales, la provisión de viviendas es crucial, pero los materiales de construcción son limitados. En Indonesia, el hormigón, los ladrillos, la madera y la cerámica siguen siendo los materiales de construcción más utilizados46 debido a su gran capacidad y según lo exigen las normas y reglamentos de construcción. Sin embargo, con respecto a las consideraciones ambientales, esos materiales crean nuevos problemas, como los ladrillos y tejas de arcilla que tienen la energía incorporada más alta46, las emisiones de carbono y los costos ecológicos47.

Además, el crecimiento de la población va acompañado de una mayor capacidad de residuos en términos de gestión de residuos. Según las estadísticas48, el total de residuos por año en 2019 fue de 29,21 millones de toneladas, que aumentó a 32,76 millones de toneladas en 2020. Debido a la situación, el gobierno de Indonesia se está centrando más en la gestión de la capacidad de residuos, reduciendo aproximadamente 17,68 millones de toneladas de residuos en 2021 El crecimiento de la población también provoca un aumento en el uso de pañales desechables para el cuidado del bebé. Desde su introducción en la década de 1960, la popularidad de los pañales desechables ha aumentado debido a los beneficios de la economía circular dentro de varias versiones de pañales que se han adaptado para aplicaciones más completas a lo largo del tiempo49. Además, existe un beneficio social, especialmente para los padres, ya que las funciones son convenientes y asequibles.

Por esta razón, estudios previos investigaron el uso de materiales innovadores a partir de desechos de pañales desechables como materiales compuestos. Desafortunadamente, el reciclaje de estos desechos ahora está restringido a la investigación científica. La población en general no lo entiende bien, pero según los estudios, esta innovación material tiene beneficios considerables en la resistencia estructural, la economía y el medio ambiente50,51,52,53,54,55. La investigación también demostró que las propiedades mecánicas y el contenido microbiano del concreto para pañales desechables, en composiciones específicas, son idénticos al concreto convencional52,53,55. Agregar un 1 % de pañal al concreto mejora la hidratación del curado interno y produce el material más resistente y duradero52. Además, una mezcla de hasta un 5% de pañales desechables con hormigón tuvo la máxima resistencia a los 28 días en comparación con otros porcentajes53.

Además, el cloruro de sodio puede desinfectar los pañales desechables usados desde una perspectiva de salud54. Las pruebas de Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) y Demanda Química de Oxígeno (DQO) en concreto hecho con pañales desechables revelaron diferencias menores con la inclusión de pañales limpios55. Además, en comparación con otros métodos de gestión de residuos, como la incineración y la combustión conjunta, el reciclaje de pañales desechables como componentes de hormigón tiene beneficios más significativos en cuanto a las emisiones de carbono y los costes ecológicos51.

Como resultado, el estudio tiene la intención de abordar el problema de la provisión de viviendas mediante la creación de materiales de construcción a partir de residuos no degradables, lo que es rentable y cumple con los estándares de construcción. Este estudio se investigó para obtener una nueva perspectiva sobre el uso de desechos para componentes de construcción considerados componentes de viviendas de bajo costo, y se recomienda reciclar los desechos de pañales desechables. Luego, la investigación se llevó a cabo a través de un examen experimental de materiales compuestos de componentes de construcción utilizando pañales desechables como materiales compuestos. El proyecto está diseñado para capturar el potencial de uso del material basado en los estándares de construcción. El Estándar de Construcción de Indonesia (Standar Nasional Indonesia/SNI) se ha convertido en un estándar con respecto a las cualidades mecánicas y físicas de los materiales.

Se realizó un experimento de laboratorio para realizar una investigación directa y calcular la cantidad de pañales desechables que se pueden usar como componentes de construcción. El estudio experimental involucró dos tipos de materiales compuestos, compuestos de hormigón para elementos estructurales como columnas y vigas, por lo tanto, compuestos de mortero para elementos arquitectónicos como paredes y pisos no portantes. El estándar de los materiales de construcción siguiendo los estándares y regulaciones de construcción de Indonesia (Standar Nasional Indonesia/SNI) de la siguiente manera:

SNI 2847:2019 Requisitos de hormigón estructural para edificios56

SNI 7656:2012 Procedimientos de diseño mixto para hormigón normal, hormigón pesado y hormigón en masa57

SNI 03-2834-2000 Diseño Técnico Mixto para Concreto Normal58,

SNI 03-6882-2002 Especificación de mortero para materiales de construcción59

SNI 03-0349-1989 Ladrillos de hormigón para Muro y60

SNI 03-0691-1996 Adoquín/Bloque de hormigón61

Al cambiar o sustituir materiales compuestos en un componente de hormigón, se debe considerar la diferencia en las densidades de los materiales. Por ejemplo, el método no mide directamente la capacidad de peso por porcentaje cuando el agregado fino se sustituye por pañales desechables. La aparente similitud entre 300 g de agregado fino y 300 g de pañales desechables es engañosa. Debido a que los pañales desechables son más livianos que los agregados finos, 300 g ocupan un volumen mucho mayor. Es necesario convertir el peso de los materiales utilizando sus densidades para equilibrar la capacidad. Luego se utiliza la siguiente fórmula para obtener la capacidad máxima de reemplazo:

donde\({m}_{w}\) = masa de la capacidad del material de desecho (g),\({\uprho }_{w}\) = densidad de los materiales de desecho (g/cm3),\({\uprho }_{fa}\) = densidad del agregado fino (g/cm3),\({m}_{fa}\) = masa del agregado fino (g).

En consecuencia, la fórmula se compromete de la siguiente manera al sumar el porcentaje de materiales reciclables:

donde\({R}_{wc}\) = capacidad de materiales de desecho reciclados (g),\({\uprho }_{w}\) = densidad de materiales de desecho (g/cm3),\({\uprho }_{fa}\) = densidad del agregado fino (g/cm3),\({m}_{fa}\) = masa del agregado fino (g),\({\%}_{rep}\) = porcentaje de sustitución de árido fino por material de desecho (%).

En este estudio, el material de desecho se reutiliza en pañales desechables y la fórmula se crea para:

donde\({m}_{d}\) = masa de pañales desechables (g),\({\uprho }_{d}\) = densidad de pañales desechables (g/cm3),\({\ uprho }_{fa}\) = densidad del agregado fino (g/cm3),\({m}_{fa}\) = masa del agregado fino (g).

En consecuencia, la fórmula se compromete de la siguiente manera al incluir un porcentaje de pañales desechables reciclables:

donde\({R}_{dc}\) = capacidad de un pañal desechable reciclado (g),\({\uprho }_{d}\) = densidad de pañal desechable desechable (g/cm3),\({ \uprho }_{fa}\) = densidad del árido fino (g/cm3),\({m}_{fa}\) = masa del árido fino (g).

Para ser utilizados como materiales de construcción, los resultados del experimento deben cumplir con los criterios de materiales de construcción apropiados. El uso y las especificaciones del hormigón en función de la resistencia a la compresión se muestran en la Tabla 1. La norma distingue entre tres resistencias del hormigón, que van de menor a mayor. La baja resistencia, con un mínimo de 10 MPa, se utiliza a menudo para componentes estructurales de edificios ligeros. Por el contrario, la alta resistencia, con un mínimo de 41 MPa, se emplea para hormigón pretensado y componentes estructurales de edificios pesados. El resultado experimental se clasificará como la resistencia a la compresión de las muestras.

La norma se refiere a los ladrillos y adoquines de hormigón cuya resistencia se clasifica en cuatro categorías para los componentes arquitectónicos. La muestra en este experimento siguió un ladrillo de hormigón macizo entre dos tipos de ladrillos de hormigón: macizo y hueco. El nivel I es el más fuerte, tiene una resistencia mínima de 10 MPa y se usa comúnmente para componentes estructurales como muros de carga. El nivel más bajo es el nivel IV, que tiene una resistencia mínima de 2,5 MPa y es adecuado para componentes no estructurales como tabiques de pared. El nivel más alto para los adoquines es el A, que tiene una resistencia mínima de 40 MPa y se utiliza para la vía pública. El nivel más bajo es el D, que tiene una resistencia mínima de 10 MPa y es adecuado para pisos de viviendas o pavimentos de jardines. La Tabla 2 contiene más información sobre los componentes arquitectónicos y sus aplicaciones.

Durante la investigación experimental, los pañales desechables fueron sustituidos por agregados finos para preparar material compuesto para componentes de construcción. El primer paso fue preparar pañales desechables usados lavándolos, secándolos y triturándolos. La Figura 1 muestra los resultados de las pruebas de agregados, utilizados como cálculo base del diseño de mezcla para materiales compuestos con base en técnicas específicas de diseño de mezcla de concreto y mortero. Después de la prueba de agregados, la Tabla 3 muestra la mezcla de materiales utilizados para producir materiales compuestos. También analiza cómo la situación de los materiales de construcción difería en función de los componentes estructurales y arquitectónicos de la estructura. Los elementos estructurales, como columnas y vigas, pertenecen al diseño de una mezcla de concreto, que incluye cemento Portland, agregados finos y gruesos y agua. En este experimento, el diseño de la mezcla de hormigón se formuló inicialmente para lograr una resistencia máxima a la compresión de 25,00 MPa, que, según la Tabla 1, es típica para estructuras de altura media. Consulte el diseño de mezcla de mortero para características arquitectónicas como paredes y pisos, donde el cemento Portland, los agregados finos y el agua se combinan para formar el mortero.

Propiedades físicas del material compuesto.

Las muestras de materiales compuestos se subdividieron luego en función de su uso previsto en componentes de construcción, como muestras de hormigón destinadas a componentes estructurales como columnas y vigas con muestras de cubos (dimensiones: 15 × 15 × 15 cm) y cilindros (altura 30 cm, diámetro 15 cm). Si bien se desarrollaron ejemplos de bloques de mortero de 5 × 5 × 5 cm para componentes arquitectónicos como paredes y pisos, se moldearon para parecerse a bloques de mortero. Después de 28 días de curado, se evaluó la resistencia a la compresión de una muestra de seis muestras.

Dado que la vivienda de bajo costo se convirtió en un tema importante en esta investigación, el estándar de vivienda para el estudio experimental implementado se diseñó siguiendo los estándares de vivienda de bajo costo63. En este estudio, la vivienda está diseñada para cuatro personas con un área de vivienda de 36 m2 y un área de terreno de 60 m2. El plano de planta del diseño se muestra en la Fig. 2 (Tabla 4).

Planta de diseño de vivienda de bajo costo en este estudio.

La Figura 3 muestra la prueba de resistencia a la compresión de especímenes de hormigón y mortero, y los resultados se muestran en la Tabla 5. El hormigón normal alcanza una resistencia de 24,91 MPa, cercana a la resistencia prevista del diseño de la mezcla de 25 MPa. Sin embargo, la sustitución de agregados finos por pañales desechables resultó en un debilitamiento de la estructura a medida que aumentaba el número de pañales desechables. De manera similar, ocurrió un fenómeno común en el diseño de la mezcla de mortero. La resistencia disminuye a medida que se sustituyen más pañales desechables por agregados finos.

Ensayos de resistencia de materiales compuestos.

En consecuencia, el valor de la resistencia se representa gráficamente en las ecuaciones de regresión lineal estimando el efecto del reemplazo de pañales desechables sobre la resistencia a la compresión y considerando su uso como materiales de construcción. Como se ve en la Fig. 4, el empleo de pañales desechables en hormigón como componente estructural está restringido por la resistencia. La ecuación mostrada por regresión lineal es:

donde y es la resistencia a la compresión, y x es el porcentaje de sustitución de agregado fino por pañales desechables. La resistencia del concreto se puede predecir usando la ecuación. Además, haciendo referencia a la Tabla 1 de la relación entre la resistencia y el uso del hormigón, la Fig. 4 ilustra el uso de hormigón para pañales desechables para la construcción de viviendas.

La utilización de hormigón con pañales desechables para el componente de vivienda.

Como se muestra en la Fig. 4, el uso está restringido a vivienda estructural con un máximo de tres pisos, y la reposición total es del 10%. El rango de reposición entre 0 y 10% permite alcanzar una resistencia entre 20 y 25 MPa. Sin embargo, para los componentes estructurales, la tasa máxima de reemplazo está restringida al 27%, con un valor máximo de resistencia de 10 MPa. Asimismo, se recomienda que la tasa máxima de reemplazo de componentes no estructurales sea como máximo del 40%. Más allá de esta proporción, el concreto no puede ser utilizado como material de construcción.

La relación entre la resistencia, el porcentaje de reemplazo y el uso de mortero para las características arquitectónicas se muestra en las Figs. 5 y 6. En este estudio, el uso se separa entre ladrillos de hormigón y bloques de adoquín con base en la Tabla 2 de estándar de resistencia y aplicación como material de construcción. Además, la regresión lineal proporcionó la ecuación para predecir la resistencia y el reemplazo porcentual de agregados finos en compuestos de mortero:

donde y es la resistencia a la compresión, y x es el porcentaje de sustitución de agregado fino por pañales desechables.

La utilización de mortero utilizando pañales desechables para ladrillos de hormigón.

La utilización de mortero con pañales desechables para pavimentación de carreteras o adoquines.

Como se ve en la Fig. 5, la resistencia de los ladrillos de hormigón se clasifica del I al IV, siendo I el más fuerte y IV el más débil. La cantidad máxima de pañales desechables que se pueden sustituir por agregados finos para lograr el nivel I de resistencia es del 8 %, y para el reemplazo total es del 40 % para lograr el nivel IV como el estándar más bajo de los ladrillos de concreto. La tasa de reposición está restringida al 40% y no se aconseja reposición adicional por estar fuera del SNI 03-0349-198960. Entonces, como se ve en la Fig. 5, el reemplazo máximo de agregado fino por un pañal desechable para un elemento estructural como un muro de carga en una situación expuesta es del 8 %, mientras que, en un estado cubierto, el reemplazo máximo es del 19 %. . Además, solo se puede aplicar más del 19% de reemplazo para partes no estructurales, con un máximo del 33% de reemplazo para situaciones cubiertas y acabados expuestos. Además, con un máximo del 40% de reposición por supuesto de cubierta enlucida. Más del 40% de los pañales desechables no cumplen con las especificaciones y no son aptos para usar en ladrillos de concreto.

Luego, para los adoquines representados en la Fig. 6, el material está restringido solo al nivel D, con una tasa de reemplazo máxima del 9%. Encontró que más del 9% de sustitución de agregados finos con pañales desechables no está permitida para adoquines debido a que la resistencia está por debajo de las especificaciones SNI 03-0691-199661. Adicionalmente, el 9% de la reposición se restringe a la pavimentación de pisos de viviendas y jardines.

Finalmente, para descubrir hallazgos integrales, el uso de pañales desechables en materiales compuestos para los materiales de construcción se muestra en la Fig. 7, que muestra las diversas aplicaciones de los materiales según su resistencia y componente. En general, los materiales para el concreto como componentes estructurales, tales como columnas y vigas, pueden ser sustituidos por pañales desechables hasta una extensión máxima del 27% y una resistencia máxima de 10 MPa. Para morteros como componente estructural, como muros de carga y pavimentos de vías públicas, la sustitución máxima por pañal desechable está entre el 8 y el 9% con una resistencia de 8,5 MPa. Alternativamente, para un reemplazo máximo, se puede usar para componentes no estructurales con un reemplazo máximo del 40 % y una resistencia de 2 MPa. Esta aplicación es para tabiques de muros no portantes y adoquines de piso de bajo impacto.

Resumen utilización de pañales desechables en materiales compuestos para edificaciones.

Además, el resultado del estudio experimental se aplica a los requisitos de diseño para viviendas de bajo costo con base en la Tabla 4 y la Fig. 2. El uso de materiales compuestos en los componentes estructurales y arquitectónicos de un diseño de vivienda de 36 m2 se muestra en la Fig. 8, con un porcentaje máximo de pañales desechables para los componentes de la vivienda. Por ejemplo, el porcentaje máximo de pañales desechables para componentes estructurales de columna y viga es del 27%, con una resistencia de 10 MPa. El porcentaje máximo de pañales desechables para paredes y pisos es del 40% y 9%, respectivamente, con una resistencia de 2 MPa y 8,5 MPa.

Plano de diseño para materiales de construcción de bajo costo utilizando pañales desechables.

Sin embargo, el análisis estructural no se calculó exhaustivamente para el tamaño de viga y columna de este escenario de diseño; la medida se relacionaba únicamente con la dimensión estándar de los componentes estructurales para viviendas de un piso en Indonesia. La investigación adicional y la implementación de estos hallazgos deben centrarse en evaluaciones estructurales más extensas, incluida la capacidad de soporte del suelo, la capacidad de carga y otras pruebas técnicas para el análisis estructural. En última instancia, para cuantificar la cantidad de material compuesto para el diseño de la vivienda, el volumen de cada componente de la construcción se determina utilizando el diseño del piso, y también es accesible la cantidad de pañales desechables. El resultado se muestra en la Tabla 6.

Según la Tabla 6, la cantidad total de materiales de construcción necesarios para construir la vivienda tipo 36 es de 22,79 m3 con 1,73 m3 de pañales desechables. Indica que un máximo del 7,6% de los pañales desechables pueden sustituir al agregado fino en la construcción. Este hallazgo da una idea de la eficacia de los materiales que se aplicarán como componentes de construcción en el diseño arquitectónico y en futuras investigaciones. Además, al considerar el valor ambiental del reciclaje de desechos, el material brinda beneficios para ser desarrollado a gran escala e involucrar a la sociedad y otras partes interesadas en la recolección y gestión de los desechos de pañales desechables.

Actualmente, el paso esencial en el proceso de reciclaje de pañales usados es separar los componentes plásticos de las fibras orgánicas. Requiere la ejecución de muchos procedimientos complicados, incluida la recolección, trituración, desinfección y clasificación de los componentes. Debido a la dificultad del proceso, actualmente solo unas pocas empresas están interesadas en reciclar pañales usados, como Knowaste Ltd. Reino Unido64, Fater Ltd. Italia65,66, Diaper Recycling Technology Pte Ltd. Singapur67, Super Faiths Inc Unicharm Ltd. Japón68 y PHS Group Reino Unido69. Sin embargo, la existencia de las empresas revela que la tecnología de reciclaje de pañales actualmente solo está disponible en países desarrollados. Es principalmente el resultado de dos factores: diferencias en los niveles de experiencia y acceso a equipos entre los países desarrollados y en desarrollo y la necesidad de una mayor conciencia en los países en desarrollo sobre los efectos potencialmente dañinos de los desechos de pañales70.

Se vuelve fácilmente aplicable al combinar los residuos como parte de materiales compuestos como el hormigón o el mortero. El concreto es un material de construcción ampliamente utilizado debido a su facilidad de procesamiento, costos relativamente bajos y falta de requisitos de fabricación de alta tecnología. Esta investigación ha concluido que agregar pañales usados al concreto no disminuye significativamente su resistencia. Demuestra que el uso de pañales usados para crear materiales compuestos es factible, particularmente en lo que respecta al desarrollo de materiales rentables y respetuosos con el medio ambiente. Además, en cuanto a las ventajas sociales y económicas de este trabajo, se puede acceder al desarrollo de materiales desde baja hasta alta tecnología. Los procedimientos son relativamente fáciles de realizar y de bajo costo. También brinda una perspectiva integral de la utilización de los desechos de pañales desechables como algo valioso, ya que terminaron en el proceso de incineración.

Sin embargo, existen varias limitaciones para implementar los hallazgos de manera amplia. Para abordar los materiales en una aplicación más amplia y en un uso masivo, se necesita la participación de las partes interesadas para el tratamiento de desechos, como la recolección de los desechos de los hogares y el lavado de los desechos de pañales hasta su desinfección. La necesidad de máquinas para triturar los desechos también es crucial para producir a gran escala debido a que la baja tecnología solo puede acercarse a la producción de materiales a pequeña escala. Además, debido a las diversas normas y reglamentos de construcción existentes que solo se limitan a los materiales de construcción convencionales, es necesario abrir el papel del gobierno en la regulación de dichos materiales.

Al mismo tiempo, las limitaciones también otorgan otros beneficios para futuros estudios. La participación de las partes interesadas y los mecanismos de tratamiento de residuos deben explorarse más para llenar el vacío. La innovación de las máquinas trituradoras para tales materiales puede ser un desafío para ser resuelta e inventada. Además, para implementarse como vivienda de bajo costo, los materiales deben evaluarse en términos de construcción técnica, costo y precio de la vivienda. Esta evaluación es prueba para proponer los materiales en el mecanismo financiero de la vivienda.

Se llega a la conclusión de que el uso de pañales desechables en materiales de construcción compuestos está representado por la ecuación de regresión lineal y = − 56,681x + 26,191 para hormigón y y = − 20,57x + 10,364 para mortero de hormigón. Donde y se refiere a la resistencia a la compresión, y x se refiere al porcentaje de reemplazo de agregado fino por parte del pañal desechable. Luego, la utilización se divide en componentes de construcción, como la utilización de hormigón cubre la columna y la viga con el pañal desechable máximo del 10% que puede obtener la fuerza de 20 MPa. Esta fuerza es apropiada para una casa de tres pisos. En cambio, se recomienda un aprovechamiento máximo del 27% para una sola planta de vivienda con una resistencia de 10 MPa. Cuanto mayor sea el reemplazo, menor será el estándar estructural SNI y solo se recomienda para componentes no estructurales.

Además, al aplicar el mortero compuesto a elementos de pared y piso compuestos de ladrillos de hormigón y bloques de adoquín, respectivamente. La reposición total para un muro es del 40%, resultando 2 MPa de resistencia y clasificación como ladrillos de hormigón nivel IV, según SNI 03-0349-1989. Se requiere un reemplazo total del 9% para los adoquines de piso, lo que resulta en una resistencia de 8,5 MPa y el cumplimiento del nivel D de la norma SNI 03-0691-1996 para adoquines. Esta cantidad máxima es apta para tabiques sin capacidad portante y adoquines de baja capacidad de impacto. No se recomienda el reemplazo de más de esta capacidad máxima para la utilización de materiales de construcción. Al incorporar los hallazgos del estudio experimental en el diseño de viviendas de bajo costo, la capacidad total de desechos de pañales desechables que se pueden utilizar para viviendas de un piso tipo 36 (36 m2) es de 1,73 m3 de un volumen total de material compuesto de 22,79 m3.

Los conjuntos de datos generados y analizados durante el estudio actual no están disponibles públicamente debido al proceso de patente (Pat. Pend. No. P00202213376), pero están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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Descargar referencias

El Ministerio de Educación, Cultura, Deportes y Ciencia y Tecnología de Japón (MEXT) brinda asistencia financiera para el Programa de Doctorado. PT Awina Sinergi International proporcionó asistencia financiera para la investigación. El autor también expresa su agradecimiento a Muhammad Arief Irfan, Anjar Primasetra, Andrie Harmaji, Ilham y Firman Fadhly AR por su ayuda con el experimento de laboratorio.

Escuela de Posgrado en Ingeniería Ambiental, Facultad de Ingeniería Ambiental, Universidad de Kitakyushu, Kitakyushu, Japón

Siswanti Zuraida y Romi Bramantyo Margono

Departamento de Arquitectura, Facultad de Ingeniería Ambiental, Universidad de Kitakyushu, Kitakyushu, Japón

Bart Dewancker

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SZ: conceptualizar, interpretar los datos y redactar el manuscrito., BD: editar, corregir el manuscrito y supervisar la investigación., RBM: ilustrar y visualizar las figuras.

Correspondencia a Siswanti Zuraida.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Zuraida, S., Dewancker, B. & Margono, RB Aplicación de residuos no degradables como material de construcción de viviendas de interés social. Informe científico 13, 6390 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32981-y

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Recibido: 18 noviembre 2022

Aceptado: 05 abril 2023

Publicado: 18 mayo 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32981-y

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