BIOCONCRETO. UN PRODUCTO FORESTAL PARA VIVIENDAS ECOLOGICAS.

AUTORES: Katia Manzanares Ayala1, Digna Velázquez Viera1, Orestes Ríos Gutiérrez2

Instituto de Investigaciones Forestales, (2) Complejo Agroindustrial Minas de Mata-Hambre, Pinar del Río RESUMEN

Se describe una fabricación de bloques huecos y macizos (bioconcreto) con el objetivo de dar una

utilización a la biomasa forestal residual como materia prima en la obtención de productos forestales.

La investigación fue conducida por los métodos utilizados parar los aglomerados con adhesivos

inorgánicos, se empleo astillas de Pinus caribaea Morelet amasadas con hidrato de cal y cemento

Pórtland en una proporción de1 1:1:1,5 en peso.

Se detallan las propiedades del prototipo elaborado y las paredes levantadas y se comparan con las

formas convencionales de la albañilería en Cuba.

Los bloques muestran una alta estabilidad dimensional cuando se exponen en inmersión de 24 h y el

módulo de ruptura registra valores de l,0-l,5 N/mm2

Se determinó que el material lignocelulósico utilizado es compatible con el cemento Pórtland y que

puede ser implementada en la tecnología de producción de bloques para la auto-construcción de

viviendas ecológicas.

ABSTRACT

Experimental small manufacture of hollow and massive blocks (bioconcrete) are described with the

objective of finding a solution to the utilization of forest waste biomass and use theis potential as raw

material source in order to get forest products. This study was conducted by mineral bonded wood

composite methods using Pinus caribaea Mar. chips mixed with slaked lime and Portland cement

weighed proportion 1:1:1.5. Details are given of the proper ties of prototypes and raising partition wall

based in comparison with the conventional cuban wags of masonry. The wood cement blocks made in

this study exhibited high dimensional stability when exposed to 24 water soaked and mean module of

rupture (MOR) ranged from 1.0 · 1.5 N/mm2 .

INTRODUCCION

La utilización de residuos maderables industriales puede convertirse en una fuente potencial de materia

prima para el desarrollo de los talleres locales. Esta concepción industrial está basada en la denominada

concentración vertical, en la cual los desechos de una producción, constituyen insumos para otras líneas

de flujo, propiciando así la utilización integral de la biomasa y el aumento del valor añadido del

producto( 1)

2

En lo relativo a la industria forestal de Cuba, se ha presentado una aguda brecha en el aprovechamiento

de los residuos maderables generados en los aserríos, estrategia que es indispensable tener en cuenta si

se pretende manejar los recursos forestales bajo la tesis del desarrollo sostenible.(2).

De manera, que tanto por razones económicas como ambientales, es altamente ventajoso que la

industria maderera le ofrezca una atención considerable al desarrollo y fomento de los usos de los

residuos de los aserraderos.(3).

El trabajo tiene como objetivo enfrentar el tratamiento y reciclaje de los desechos maderables de la

especie Pinus caribaea Morelet mediante un modelo experimental de innovación tecnológica dirigido a

la fabricación de un producto forestal (bioconcreto) para levantamiento de paredes en viviendas

ecológicas para la población rural y peri-urbana..

MATERIALES Y MÉTODOS

El experimento realizó en el Instituto de Investigaciones Forestales y en el aserradero “Alvaro Barba”,

provincia de Pinar del Río durante los años 1998-2000.

Se empleó astillas tecnológicas de la especie Pinus caribaea Morelet, procedente de las operaciones de

cepillado mecánico del aserradero. Se seleccionó una formulación optimizada compuesta por cemento

Pórtland PP-250 como aglutinante inorgánico y cal apagada (hidróxido de calcio) en función de

agregado mineral en una proporción de 1:1:1,5 en peso. Se aplicó agua de añadidura hasta consistencia

pastosa de la amasada.

Como matriz de fundición de los bloques se empleo un molde de madera diseñado en dos versiones:

Macizo machihembrado y modelo con dos y tres orificios en formato de (40 x 20 x 15) cm.

Se contrastó la fabricación seriada con una partida de prototipos realizada con formulación patrón

derivada de la transferencia tecnológica (1:2,75). Madera-cemento.(4).

Los bloques de bioconcreto se fabricaron de acuerdo a la técnica de moldeado in situ por compactación

manual mediante barra. (5).,siguiendo las etapas siguientes: Preparación de la materia prima,

dosificación, mezclado, formación y curado.

Se ejecutaron pruebas de caracterización física tales como densidad, absorción, dilatación, pérdida de

masa y expansión superficial recogidas en las normas cubanas NC 54 213, así como el ensayo de

resistencia a compresión en probetas cilíndricas de (15 x 30) cm de acuerdo a NC 109 85. Además se

fabricaron bloques de hormigón mediante la misma técnica y se realizó la ficha de costo.

Se prepararon encuestas de opinión para tener criterio del posible mercado consumidor del bio-

concreto.

Se realizó un ensayo de aptitud de las astillas tecnológicas con la aplicación del Ensayo de Sardemann

a través de la medición de la temperatura de hidratación de una mezcla de prueba en comparación con

un testigo dispuesta en un sistema adiabático. Se tomaron muestras de 20 g de madera y varias

dosificaciones de cemento desde dosificaciones 1/10,1/9, 1/8, /1/5

3

RESULTADOS Y DISCUSION.

Se observa que el modelo bloque hueco es semejante al macizo machihembrado en cuanto a sus

propiedades de absorción, dilatación y expansión superficial (CUADRO No. 1), las cuales están acordes

con los patrones internacionales. Estas propiedades muestran la estabilidad dimensional obtenida en el

producto terminado, que garantiza una pared sin grietas ni fisuras por efecto de las contracciones

volumétricas. Sin embargo, el bloque hueco se distingue por su mayor ligereza.

EL bajo peso específico de ambos modelos pudiera permitir una favorable competencia con algunos

elementos constructivos tradicionales fabricados en Cuba, debido a lo que representa este factor en el

transporte así como en la humanización del trabajo de los operarios por fácil manipulación del

producto.También, las dimensiones de los bloques de bio-concreto muy superiores a las del ladrillo de

cerámica, pudiera contribuir a la construcción de paredes con menos juntas, menos mortero y menos

aportación de humedad.

Los bloques de bio-concreto cumplen la función de muro divisorio no transmisor de carga porque

satisfacen los requerimientos de resistencia mecánica establecidas en las normas y comprobados en los

cilindros de prueba de 30 x 15 cm (Fig. 2).

Se observó que la colocación de los bloques en lo que respecta a su aplomado y comprobación de

niveles así como en las operaciones de replantear, tender, asentar y alinear se comporta igual que un

muro de ladrillos o de bloque de hormigón.

La operación de colocación en obra del modelo bio -concreto resulta más rápida que la variante con dos

orificios, debido a que el efecto del machihembrado contribuye a mantener el acoplamiento y la

alineación de las hileras.

La evaluación de la ficha de costo de la producción de bio -concreto a escala de pilotaje (extensión) se

presenta en el CUADRO No.2. Se observa un beneficio económico importante si se toma en cuenta que

el producto forestal propuesto es un material de construcción ecológico y es el 30 % más barato que los

bloques tradicionales de hormigón. Además, por emplear insumos disponibles localmente y ejecutarse

de forma ambulatoria, requiere baja energía eléctrica y los gastos por transportación son casi nulos.

Los resultados de los sondeos de opinión indican que la población está dispuesto a consumir este

producto forestal como solución alternativa para sus viviendas, aunque se inclinan a utilizar el bloque

convencional de hormigón por un problema de costumbre constructiva arraigada y no tener claridad de

las ventajas ecológicas del empleo de bio-concreto. Este sistema artesanal de fabricación moviliza la

participación comunitaria y la mentalidad ambientalista.

Por otra parte, se realizó la prueba de compatibilidad de la madera de Pinus caribaea Mor con el

cemento Pórtland que constituye un ensayo de diagnóstico para definir si la materia prima tiene aptitud

para implementarse en la tecnología de aglomerados con ligantes inorgánicos

4

El proceso de endurecimiento de la mezcla fue controlado durante 15 horas y los resultados indic an que

la temperatura máxima de hidratación en valores absolutos presentó solo ligeras modificaciones entre la

relación 1/10 y 1/5, mientras que el coeficiente de Aptitud (A) varió de la categoría de superior (MB) a

la más baja de Regular (Fig 1 )

Se observa que la diferencia de 4ºC obtenida entre las variantes V1 y V3 representa un descenso del

coeficiente de Aptitud de Muy bueno a Bueno (de 95,15% a 70,90%). No se observa una diferencia

marcada entre las variantes V1 y V2 en términos de clasificación del coeficiente de Aptitud (A) Sin

embargo, este indicador se redujo en 10,3% al descender la relación madera-cemento; coincidente con

lo reportado por Lee y Hong, (1987) cuando informa que con algunas especies latifolias y coníferas se

presenta una drástica reducción de la temperatura máxima de hidratación cuando disminuye la dosis de

cemento. Los tiempos de hidratación no se diferencian sustancialmente entre las diferentes variantes,

registrándose períodos similares de reacción para alcanzar la mayor temperatura en todas las muestras

excepto en la relación (1/10)V1, que alcanzó la máxima pendiente a las 9 horas, mientras que el resto la

alcanzó una hora más tarde. Se comprobó que existe una relación entre la dosificación de cemento y la

respuesta de la variable independiente Coeficiente de Aptitud si se observa que los repartos de

temperatura máxima de hidratación sufrieron un descenso gradual, en la medida que la cantidad de

cemento fue disminuyendo. Para la especie estudiada no parece existir enmascaramiento de la

compatibilidad por el descenso del contenido de cemento, ya que todas las variantes resultaron aptas

aunque las dosificaciones de cemento entre 100-160 transitaron entre la clasificación de Regular a

Buena.

CONCLUSIONES

Se considera que la eco-tecnología de fabricación a pequeña escala de bloques de bio-concreto de

dimensiones normalizadas (40 x 20) cm constituye una oportunidad de conocer las potencialidades del

uso productivo de los residuos maderables y la propuesta representa una medida de acción para el

desarrollo sostenible del sector industrial forestal, ya que asimila los desechos de las operaciones de

transformación mecánica de la madera. Además, estimula la conservación y utilización de la biomasa

leñosa residual mediante una tecnología limpia, que es la clave para lograr un desarrollo industrial

ecológicamente sostenible. Los prototipos de bio-concreto realizados a pie de obra y por medios

propios ofrecen una solución viable desde el punto de vista comercial, social y ecológico, ya que

brindan a la población local beneficios duraderos para la supervivencia de la población sin deterioro del

capital ambiental,

Los resultados de las encuestas indican que con una adecuada promoción, el bio-concreto tiene

posibilidades de convertirse en un producto forestal de uso alternativo para las comunidades rurales y

peri-urbanas para garantizar un hábitat sostenible.

5

BIBLIOGRAFIA

1-Bequette, France.(1996) Un mundo sin desechos ¿una utopía? Revista

Correos.(XLIX):43-45

2-FAO (1997) Criterios e indicadores para el manejo forestal sostenible. Boletín informativo 1(1):12-14.

3- Liversidge, R.M. (1973) Utilisation of sawmill residue, Australian Forest Industries

Journal 38(12):42/47.

4- Bison System ( 1981 ) Wood-Cement board plants. Bison Information / Springe – 150 pp.

5- Salas,J. y J. Veras (1985). Materiales de Construcción con propiedades aislantes basándose en cáscara de arroz.

Informes de la Construcción, 37(372):53-64.

CUADRO No. 1

ALGUNAS PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICA REA LIZADAS A LOS

PROTOTIPOS.

Absorción (%) Dilat.

Volum, (%)

Expansión

Superficial (%)

Tipo de

elemento

24 h 48h 24h 48h 24h 48h

Densidad

Kg/m3 Compresión

Hueco 57,4 57,6 0,61 2,11 0,50 0,83 582,0 1,2

Macizo 46,8 47,8 0,38 1,38 0,62 1,01 768,0 1,5

CUADRO No. 2

FICHA DE COSTO DEL PROCESO PRODUCTIVO POR SISTEMA DE CAPACITACION MANUAL.Um =

pesos

INDICADORES BIOCENTRO Bloques.

CONVENCIONALES

Gastos directos

Salario básico 0.48 0.23

Salario complement. 0.043 0.021

Seguridad social 0.073 0.035

Materiales directos 0.194 0.251

Subtotal 0.809 3.052

Gastos indirectos 0.120 0.058

Total de gastos 0.930 3.110

Ganancia 0.074 0.248

Costo unitario 0.004 3.359

Costo /m² 13.05 43.66

6

Fig 1 Curvas de Hidratación de astillas de coníferas

Fig 2 Vista de los bloques madera · cemento fabricados con residuos de Pinus caribaea

Curvas de hidratación de astillas de coniferas

20

25

30

35

40

45

0 1 3 5 7 9 11Tiempo (h)

Tem

per

atu

ra (0

C)

V1 1-10V2 1-9

V3 1-8 V4 1-5

patron