Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Aplicación de la enzima ureasa en la estabilización de suelos y la auto-reparación de matrices empleadas en impresión 3D(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-02-07) Rojas Morales, Omar Antonio Giovanni; Kim De Aguilar, SuyeonAún con los constantes avances en la industria de la construcción, existen puntos clave que continúan siendo relevantes en la toma de decisiones para el diseño y ejecución de un proyecto. Puntos como la selección de un suelo apropiado para cada tipo de proyecto. Ahora bien, uno de los principales impedimentos está relacionado a no poder obtenerse un suelo adecuado que permita garantizar la estabilidad y durabilidad que se requiere. Si a esta problemática le añadimos que, la constante demanda en infraestructura a nivel mundial exige a su vez un incremento en la demanda del hormigón, cuya producción contribuye en la emisión de gases de efecto invernadero y alternativas como la implementación de impresión 3D aplicada a la industria de la construcción introduce varios retos de ingeniería desde el punto de vista de los materiales. La búsqueda de una manera apropiada de estabilizar el suelo, así como poder generar la capacidad de auto-reparación en los elementos impresos, se traduce en una necesidad que requiere pronta atención. Esta tesis propone el desarrollo de una metodología para estabilizar el suelo y para auto-reparar matrices empleadas en impresión 3D catalizadas por la enzima ureasa. De los resultados adquiridos para la estabilización de suelos, la evaluación de durabilidad frente a la erosión por agua nos indicó que la mezcla de suelo modificado con CaCl2-urea con concentración equimolar de 1 M y solución enzimática de 5 U, presenta una pérdida de masa de sólo el 18.35 %, en comparación con la erosión completa de la muestra en el agua en el caso de la mezcla de suelo con agua. Por su parte, el ensayo de compresión indicó que el uso de una solución enzimática afectó negativamente a las propiedades mecánicas del material con un nivel de resistencia a la compresión inferior de 35.5 % con respecto al de las muestras no estabilizadas. Por otro lado, los resultados adquiridos luego del proceso de reparación para el caso de matrices de suelo muestran que los defectos intervenidos se pudieron rellenar casi por completo, aunque se evidencia la presencia de erosión debido a la inestabilidad de la propia matriz de suelo frente al contenido líquido propio de la solución enzimática. Lo cual no se evidencia en matrices cementicias, donde los defectos se repararon sin evidencia de erosión. Finalmente, el ensayo de compresión en las muestras auto-reparadas indicó que, el uso de una solución enzimática afectó negativamente a las propiedades mecánicas de matrices de suelo. Esto debido a la erosión mencionada con anterioridad al aplicarse la solución enzimática directamente. Por su parte, el uso de una solución enzimática logra mantener las propiedades mecánicas de matrices cementicias, donde se alcanza un valor idéntico en resistencia a la compresión con respecto al de las muestras intervenidas.Ítem Texto completo enlazado 3D printing for construction: development of earth-based matrices stabilized with chitosan biopolymer and reinforced with natural sisal fibers(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-02-05) Zavaleta de la Cruz, Diana Carolina; Kim De Aguilar, SuyeonIn the last few years, 3D printing with robots or automated equipment has emerged as a technology with significant potential in the construction sector. This approach offers several advantages, including reduced construction time and costs, design flexibility, and the ability to use various materials. Earth, as a building material, has gained attention in 3D printing due to its eco-friendliness compared to cement. However, it remains relatively underexplored in this industry. Unfortunately, earth is known for its poor mechanical strength, water durability, and susceptibility to swelling, especially due to its clayey composition. These factors can lead to cracking during the drying process. To address these challenges, researchers have been investigating different materials for 3D printing, aiming to minimize the ecological footprint by using biodegradable materials or repurposing waste for stabilization. Recent studies have explored the use of biopolymers such as chitosan, alginate, and potato starch to enhance the mechanical and durability properties of earth-based mixtures. Additionally, the incorporation of natural fibers like sisal or jute has proven effective in reducing cracking in earthen structures. Considering the above, it would be advantageous for the construction industry to employ 3D printing to produce earth-based matrices stabilized with biopolymers and reinforced with natural fibers. Designing such matrices requires an approach that accounts for the yield stress suitable for 3D printing, ensuring the mixture possesses key printability characteristics such as extrudability, workability, and buildability. The evaluation of these properties in the fresh state, during hardening, and in the hardened state necessitates conducting various tests recommended by international standards and researchers. In order to outline a procedure for obtaining a printable matrix that meets the desired mechanical strength and water durability, a methodology is proposed for developing earth-based matrices stabilized with chitosan and reinforced with sisal fibers. This methodology consists of three stages. The first stage involves conducting physical, mechanical, chemical, and mineralogical analyses of the raw materials: soil, chitosan, and sisal fibers. The second stage encompasses an optimized procedure to obtain potentially printable earth-based matrices through laboratory testing using a pastry bag. Finally, the validated earth matrix from the previous stage undergoes 3D printing to create different specimens, allowing for the evaluation of extrudability, pumpability, buildability, and mechanical strength of the mixture. The printing process utilizes a motion-controlled gantry robot with three degrees of freedom in a printing area with a volume of 1.0 m³ and employs a progressive delivery system.Ítem Texto completo enlazado Geopolímeros en la industria de la construcción: aplicaciones con ceniza volante y puzolana natural(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-10-06) Salirrosas Tanta, Jorge Anderson; Kim De Aguilar, SuyeonEl incremento en la demanda de materiales de construcción y su producción desmesurada ocasiona un aumento en la generación de contaminantes. Por tal motivo, para reducir estas emisiones se realizan estudios e investigaciones de materiales alternativos que ocasionen menos contaminación. La presente tesis aborda el tema de desarrollo de los geopolímeros como una alternativa al cemento ordinario Portland. Para cumplir con el tema, se inició con una revisión de los conceptos generales de los geopolímeros: A qué se le denomina geopolímero y cuál es su proceso de producción, el material precursor y el agente activador en la producción y cómo están compuestos, y una descripción de los precursores empleados en la investigación. Luego de la revisión bibliográfica, la investigación se separa en dos partes definidas por el material precursor utilizado en la producción del geopolímero: Ceniza volante y puzolana natural. La primera parte consistió en la caracterización del geopolímero a base de ceniza volante para entender la producción de los geopolímeros. La caracterización consistió en obtener la dosificación con la cual se obtiene la mayor resistencia a compresión posible. La dosificación resultante fue MS=1.00, Na2O=8%, w/b=0.26 y curado a 80°C durante 7 días, con lo que se obtiene una resistencia a compresión igual a 34.01 MPa. La segunda parte consistió en el desarrollo de un bloque de construcción utilizando un mortero de geopolímero ligero en base a puzolana natural y fibra natural. El bloque obtenido alcanzó una resistencia de 5.3 y 5.7 MPa a 7 y 28 días, respectivamente. Adicionalmente, se realizó ensayos de durabilidad bajo condiciones agresivas, estos ensayos mostraron un buen comportamiento de los bloques frente a la acción del fuego, altas temperaturas y agua. El estudio realizado demuestra la factibilidad de emplear los geopolímeros en la construcción.Ítem Texto completo enlazado Development of an eco-friendly composite based on geopolymer matrix produced with fired clay brick powder and reinforced with natural fibers(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-02-27) Silva Mondragón, Guido Leonardo; Kim De Aguilar, SuyeonCurrent construction industry is responsible for a large amount of greenhouse gas emissions due to the widespread use of building materials with high-embodied energy such as ordinary Portland cement-based materials and steel. Therefore, this thesis presents the development of a new eco-friendly building material based on a geopolymer matrix produced with Fired Clay Brick Powder (FCBP) and reinforced with natural fibers as a low CO2 alternative for the traditional building materials. With this purpose, a review of recent advances in the application of geopolymer composites and geopolymers reinforced with natural fibers in the construction industry were first presented. This review covers two major eco-friendly materials for construction: first, geopolymers obtained from industrial by-products and waste materials, such as fly ash, ground granulated blast furnace slag, construction and demolition wastes and main tailings; and second, natural fibers used as reinforcement for geopolymer composite materials. Literature review allowed the definition of morphology, size, and the molar ratio of SiO2/Al2O3 in the raw material, together with the alkaline solution/solid ratio, NaOH concentration, SiO2/M2O molar ratio in the total alkaline solution and the curing conditions as key parameters in the formulation of geopolymers. It has been also found that the type, pre-treatment, amount and length of the natural fibers play an important role in the reinforcement of geopolymer matrices. Once key parameters of geopolymer composites production were identified, an attempt for the formalization of a methodology to improve the compressive strength of FCBP-based geopolymers is presented. The tests allowed the definition of optimum conditions of the FCBP-based geopolymers formulation and curing conditions, which resulted in a cementitious matrix with high compression strengths of up to 37 MPa. Nevertheless, high-strength geopolymers evidenced a fragile behavior and low ductility similar to Portland cement-based materials. Therefore, the last part of the work was focused on the evaluation of natural cellulose fibers (jute and sisal) as reinforcement of FCBP-based geopolymers. The results indicated that jute and sisal fiber addition at the optimum content significantly improved the compressive, splitting tensile and flexural strength with respect to the unreinforced geopolymer matrix and lead to a shifting of the failure mode from a brittle to a more ductile failure in all mechanical tests.