estudio de compositos de cal y fibras de maíz

Estudio del comportamiento de morteros reforzados con fi bras de maíz, para componentes de vivendas de bajo coste.

Tesis Doctoral

Autor:

César Reyes NájeraDirector:

Dr.Jaume Avellaneda Diaz-Grande

Departamento de Construcciones Arquitectónicas 1Universidad Politécnica de Catalunya

Departamento de Construcciones Arquitectónicas 1 Universidad Politécnica de Catalunya

Tesis Doctoral

Estudio del comportamiento de morteros reforzados con fibras de maíz,

para componentes de viviendas de bajo coste

Autor: César Reyes Nájera

Tutor y Director:

Jaume Avellaneda Diaz Grande

Barcelona 2009

Dedicado a

Ethel porque tú

Cami y Dani

por la motivación y las tardes robadas

Esther y Marco Antonio por la vida y el ejemplo de vivirla

y a mis hermanos

A María Tecún que en realidad

nunca abandonó a Goyo Yic sino que se fue a una ciudad del Norte,

jugándose la vida, por creer en un futuro mejor

para sus patojos.

Agradecimientos

En este largo camino son muchas las personas, organizaciones y empresas que de una forma u otra han colaborado en la realización de este trabajo. De entre todas ellas quiero agradecer en primer lugar y de manera especial a mi director de Tesis Jaume Avellaneda por tantos años de valiosa orientación y motivación. Por su valioso aporte y comentarios en la revisión de Tesis, a los Profesores: Silvio Delvasto Arjona de la Escuela de Ingeniería de Materiales de la Universidad del Valle en Colombia. Pedro Lorenzo Galligo de la Escuela de Arquitectura del Vallés. Vicente Galvañ Llopis de la Universidad Politécnica de Valencia. Por su asistencia y orientación en temas de ensayos y normativa a Joan Ramon Rosell, Joan Leiva y Antonia Navarro del Laboratorio de Materiales de la Escuela Politécnica Superior de Edificación de Barcelona (EPSEB). A Fran Chico por su valioso apoyo en la realización de ensayos a los bloques. Al personal de AKZO-Nobel por su orientación en la realización de ensayos con radiación ultravioleta. Por los comentarios en temas de corrección de suelos al Profesor Jordi-Comas Angelet del Departamento de Ingeniería Agroalimentaria y Biotecnología de la UPC. A Gerardo Wadell por el apoyo mutuo en las jornadas de redacción en bibliotecas. A dpr_barcelona por el apoyo logístico y la motivación constante…y por los libros que nos quedan! A la Agencia Española de Cooperación Internacional (AECI) por la beca que hizo posible el inicio de este trabajo. A las mujeres constructoras de Latinoamérica.

Resumen

Se muestra el trabajo desarrollado para evaluar el potencial de las fibras de la planta de maíz para ser utilizada como refuerzo en matrices inorgánicas, con el fin de aplicarlas en el desarrollo de materiales constructivos para viviendas de bajo coste en países Latinoamericanos. El Primer Volumen de la Tesis esta estructurado en cuatro partes: La Primera Parte consiste en una puesta en situación, definición de la problemática de la vivienda en Latinoamérica y justificación de la investigación. Aporta los conceptos iniciales y el estado del Arte sobre el uso de los compósitos de fibras vegetales en construcción. La Segunda Parte es el cuerpo experimental de la Tesis e incluye el trabajo de exploración previa y definición de materiales y dosificaciones. Se muestra la caracterización de las propiedades físicas y mecánicas básicas del compósito finalmente seleccionado; compuesto de arena, hidrato de cal y puzolanas, y reforzado con fibras de maíz. Además de analizar la influencia del contenido de fibras, se determinó la influencia de diferentes tratamientos de protección de las fibras previo a su incorporación dentro de la matriz. Por último se hicieron pruebas de envejecimiento natural y acelerado de cara a evaluar la durabilidad del compósito. Los resultados obtenidos muestran que, con la adición de las fibras de maíz se aumenta la resistencia mecánica de la matriz sin refuerzo. El tratamiento previo dado a las fibras mejoró su aportación dentro del compósito. En dos de las pruebas de envejecimiento acelerado también se observó mayor resistencia en las probetas reforzadas con maíz a diferencia del envejecimiento con rayos UVA, en el que la mayor resistencia la alcanzaron las probetas sin reforzar. En la Tercera Parte se buscan las formas de aplicar el compósito estudiado. Este trabajo abarca desde una puesta al día de las tecnologías disponibles en la región, evaluación de su compatibilidad con el compósito desarrollado y finalmente su aplicación dentro de un sistema constructivo. Se realizaron pruebas de laboratorio sobre bloques fabricados con el compósito y se evaluó su comportamiento estático y dinámico ante solicitaciones sísmicas características de la región. La Cuarta Parte reflexiona sobre la sostenibilidad del material, entendida en términos de equilibrio energético y material. Bajo una visión entrópica del quehacer constructivo, se esboza una propuesta de cierre de ciclo de material basado en su constitución química, compatible con la reutilización como nutriente en suelos agrícolas sujetos a la acidificación por uso intensivo. El Segundo Volumen de la Tesis lo constituyen los Anexos, estructurados siguiendo el mismo orden de temas que el primer volumen. Incluyen fichas técnicas, resultados experimentales, Ponencias en Congresos y Concursos de Arquitectura desarrollados usando el material estudiado.

Summary

It is shown the work done to assess the potential of maize fibers to be used as reinforcement in inorganic matrices, to develop construction materials for low cost housing in Latin American countries. The First Volume of the Thesis is divided into four parts: The First Part states the lack of adequate housing solutions in Latin America. It provides the initial concepts and the State of the Art in the use of plant fiber composites in construction. The Second Part is the complete experimental body of the thesis and includes the initial approach and the definition of materials and dosages. The characterization of the basic physical and mechanical properties of the composite finally selected is also presented. The material is a mixture of sand, lime and hydrate puzolanas, reinforced with maize fibers. In addition to analyzing the influence of fiber content, it was determined the influence of different fiber treatments prior to its incorporation into the matrix. Finally there were conduced a series of natural and accelerated ageing tests, to evaluate the durability of the composite. The results show that, the addition of maize fibers increases the strength of the matrix without reinforcement. The treatment given to the fibers improved their contribution within the composite. An increased strenght in the reinforced specimens in two of the three accelerated ageing tests conducted was also observed, with the only exception of the ageing test with UVA rays. The Third Part seeks different ways to implement the studied composite. This work includes from an updating of the technologies available in the region, assessing their compatibility with the composite and the implementation of the developed element into an existing system. Laboratory tests were conducted on blocks made with the composite and it was evaluated their behaviour under static and dynamic seismic loads. The Fourth Part deals with the sustainability properties of the material, defined in terms of material and energy balance. Under an entropic approach of construction activity it is outlined a proposal to close the material’s life-cycle. Based on its chemical properties it is feasible to recycle the composite as a nutrient for agricultural soils subjected to acidification, due to an intensive use. The Second Volume of the Thesis includes the Annexes. It has the same structure of the first volume. It includes datasheets, experimental results, Papers presented in Conferences and Architecture Competitions developed using the studied material.

TOMO 1

1. Introducción1.1 Definición Básica del Proyecto 11.2 Objetivos 51.3 Alcances y límites de la investigación 51.4 Metodología de trabajo 61.5 Estructura de la Tesis 10

2. Planteamiento del Problema2.1 Vivienda en Latinoamérica. Un Déficit de difícil solución. 20

2.1.1 La Vivienda. Un problema con muchos rostros. 212.1.2 La Vivienda. Un Problema Cuantitativo y Cualitativo 222.1.3 Precariedad y Hacinamiento 242.1.4 La presión demográfica, el crecimiento urbano y la pobreza 262.1.5 Equidad y Segmentación de las Ciudades Latinoamericanas 282.1.6 La Vivienda Rural 30

2.2 Vivienda en Latinoamérica. Estrategias Habitacionales 312.2.1 Estrategias informales 31

2.2.1.1 Mecanismos de construcción 332.2.1.2 La Mujer como constructora 36

2.2.2 Estrategias Institucionales 382.2.2.1 Gobierno 382.2.2.2 Universidades 402.2.2.3 Organismos no Gubernamentales 412.2.2.4 Iniciativa Privada 41

2.3 Vivienda en Latinoamérica. Importancia de los Materiales de Construcción 43

3. Los Compósitos de Fibras Vegetales como Material de Construcción3.1 Breve Historia de los Compósitos de Fibras Vegetales 50

3.2 Potencial actual de los Compósitos de Fibras Vegetales 53

3.3 Clasificación de los Compósitos de Fibras Vegetales 563.3.1 Por tipo de planta utilizada 563.3.2 Segun Procedencia de desechos dentro de la Planta 57

3.3.2.1 Semilla 573.3.2.2 Tallo 593.3.2.3 Hojas 613.3.2.4 Planta entera 63

3.3.3 Según elemento constructivo 663.3.3.1 Aislantes 673.3.3.2 Bloques 673.3.3.3 Tableros 67

3.4 Diseño de Compósitos de Fibras Vegetales 68

índice general

PARTE 1

3.5 Justificación de la investigación 693.5.1 Uso de la planta de maíz 703.5.2 Uso de Matrices de cemento Pórtland, Cal aérea y Cal hidráulica 72

4. Estado del Arte4.1 Interés científico de las Fibras Vegetales en Construcción. 80

4.2 Fibras Vegetales en Construcción. Uso por Región 81

4.3 Uso de las fibras del maíz en construcción 874.3.1 Referencias científicas. Uso de desechos del maíz 87

4.4 Centros de Investigación. 894.4.1 Advanced Natural Fibre & Nano-Estructured Biocomposite Group. Canadá 894.4.2 Construir en Chanvre. Francia 904.4.3 Composite Materials and Structure Centre. Estados Unidos 914.4.4 Consejo Nacional para Investigaciones Científicas y Tecnológicas. Costa Rica 914.4.5 Departamento de Ingeniería Civil y Construcción de la Escuela Nacional de Trabajos Públicos. Francia 924.4.6 Departamento de Ingeniería y Construcción Civil. Escuela Politécnica Universidad de Sao Paulo, Brasil. 92

4.4.7 Programa de Engenharia Civil - Universidade Federal do Rio de Janeiro. Brasil 93

4.4.8 Asociación Brasileña de Materiales y Tecnologías no Convencionales / Brasil 93

4.4.9 Departamento de Recursos Renovables. The nova-Institute GMBH. Alemania 944.4.10 International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems and Structures. RILEM 944.4.11 Australia's Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO). Australia 94

4.4.12 BRE Centre for Innovative Construction Materials. University of Bath. Reino Unido 95

4.5 Empresas Privadas. 95

4.6 Conclusiones e hipótesis de trabajo 96

5. Metodología5.1 Definición de Materiales 103

5.1.1 Matrices 1035.1.1.1 Cemento Portland 1035.1.1.2 Cal Hidráulica 1035.1.1.3 Cal Aérea con Ligantes hidráulicos y Puzolana 103

5.1.2 Arena 1035.1.3 Agua 1045.1.4 Fibras de Maíz 104

5.1.4.1 Características Físicas 1055.1.4.2 Características Químicas 1075.1.4.3 Características Mecánicas 1095.1.4.4 Definición del Contenido de Fibras 1105.1.4.5 Definición del Tratamiento de Fibras 110

5.2 Formación del Compósito 1125.2.1 Definición de Dosificaciones 112

5.2.1.1 Relación Aglomerante/Arena 1125.2.1.2 Relación Fibras/Aglomerante 1135.2.1.3 Relación fibras/agua 1145.2.1.4 Influencia de la longitud de la fibra 1145.2.1.5 Influencia de la orientación y concentración de la fibra 115

5.2.2 Combinaciones estudiadas 1165.2.2.1 Maíz-Cemento Portland-Arena (P) 1165.2.2.2 Maíz-Cal Hidráulica-Arena (CH) 1165.2.2.3 Maíz-Cal Hidráulica con Puzolana-Arena (T) 116

5.3 Definición de la Campaña Experimental 1175.3.1 Normativa Aplicable 1175.3.2 Definición de Probetas 118

5.3.2.1 Probetas para Ensayos de la Fibra del Maíz 1185.3.2.2 Probetas para Ensayos de Compósitos 1195.3.2.3 Nomenclatura de Probetas 1195.3.2.4 Nomenclatura de Ensayos 120

5.4 Procedimientos de Ensayo 1225.4.1 Determinación de Características Físicas 124

5.4.1.1 Tiempo de Fraguado 1245.4.1.2 Determinación de la Consistencia 1245.4.1.3 Determinación de la Densidad 124

5.4.2 Determinación de Resistencias Mecánicas 1255.4.2.1 Resistencia a Flexotracción. 1255.4.2.2 Resistencia a Compresión 125

5.4.3 Determinación de durabilidad. Envejecimiento Natural 1265.4.3.1 Envejecimiento en Condiciones Ambientales Naturales 1265.4.3.2 Envejecimiento en Laboratorio: 2.5 años (30 meses) 129

5.4.4 Determinación de durabilidad. Métodos de envejecimiento acelerado. 1305.4.4.1 Ciclos de Mojado y Secado 1305.4.4.2 Ataque de Niebla Salina 1315.4.4.3 Ciclos de Rayos Ultravioleta 132

5.4.5 Análisis Microestructural 1345.4.5.1 Adherencia fibra-matriz 134

PARTE 2

6. Resultados6.1 Características de las matrices estudiadas 141

6.1.1 Cemento Portland 1426.1.2 Cal Hidráulica Natural 1446.1.3 Cal Aérea con cal hidráulica y Puzolana 145

6.1.3.1 El papel de las puzolanas 146

6.2 Características de la fibra de maíz 1486.2.1 Dimensiones 1496.2.2 Densidad 1506.2.3 Contenido de Humedad 1506.2.4 Capacidad de Absorción 1516.2.5 Capacidad de Desorción 1526.2.6 Mineralización de Partículas. 1536.2.7 Resistencia a la Tracción. 156

6.3 Características del Compósito 1616.3.1 Dosificaciones preliminares 1646.3.2 Maíz-Cemento Portland-Arena 166

6.3.2.1 Características físicas 1666.3.2.2 Características mecánicas 169

6.3.3 Maíz-Cal Hidráulica-Arena 1726.3.3.1 Características físicas 1726.3.3.2 Características mecánicas 173

6.3.4 Maíz-Cal Aérea+Cal Hidráulica con Puzolana-Arena 1766.3.4.1 Características físicas 1766.3.4.2 Características Mecánicas 178

6.3.5 Determinación de Durabilidad: Envejecimiento Natural. 1816.3.5.1 Envejecimiento en Condiciones Ambientales Exteriores 1816.3.5.2 Envejecimiento en Laboratorio. 2.5 años (30 meses) 184

6.3.6 Durabilidad: Métodos de Envejecimiento Acelerado 1876.3.6.1 Capacidad de Absorción de Agua 1876.3.6.2 Ciclos de Mojado-Secado 1916.3.6.3 Ataque de Niebla Salina 1936.3.6.4 Ciclos de Rayos Ultravioleta. 196

6.3.7 Análisis Microestructural 1986.3.7.1 Adherencia fibra-matriz 198

6.3.8 Influencia del Contenido de Fibras 2026.3.8.1 Otros contenidos de Fibras 203

6.3.9 Influencia del Tratamiento de las Fibras 204

6.4 Conclusiones 2076.4.1 Características de la Matriz 2076.4.2 Características de las Fibras de Maíz 2086.4.3 Características del Compósito 209

6.4.3.1 Dosificaciones 2096.4.3.2 Contenido de Fibras 2096.4.3.3 Tratamientos de las Fibras 209

6.4.4 Durabilidad del Compósito 2106.4.4.1 Condiciones Ambientales Naturales 2106.4.4.2 Envejecimiento Acelerado 210

7. Propuesta de un Elemento: Aplicaciones del Compósito Estudiado7.1 Justificación 216

7.1.1 El Reciclaje como Alternativa de Construcción 217

7.2 Antecedentes 2197.2.1 Low Tech: Inventiva a Bajo Coste 220

7.2.1.1 Procesos 2207.2.1.2 Equipos 2217.2.1.3 Personas 222

7.2.2 De Sur a Sur. Tecnologías Constructivas Latinoamericanas. 2237.2.3 Industrialización de componentes 225

7.3 Estado Actual de las Técnicas Constructivas industrializadas en Latinoamérica 2277.3.1 País de procedencia 2307.3.2 Material utilizado 2317.3.3 Antigüedad de la tecnología 2337.3.4 Nivel de implantación 2347.3.5 Tipologías 236

7.3.5.1 Sistemas Estructurales 2377.3.5.2 Sistemas para Techos 2377.3.5.3 Sistemas para Muros 237

7.4 Propuesta Tecnológica 2417.4.1 La máquina CINVA-RAM 2437.4.2 La máquina CETA-RAM. Un trabajo de arqueología tecnológica. 244

7.4.2.1 Breve historia de la CETA-RAM 2457.4.2.2 Descripción de la máquina. 2467.4.2.3 Digitalización de planos y búsqueda de perfiles equivalentes. 2467.4.2.4Proceso Constructivo de la CETA-RAM 2477.4.2.5 Modificaciones del Diseño Original 2497.4.2.6 Fabricación de Bloques 2517.4.2.7 Experiencias con la CETA-RAM 251

7.5 Propuesta Tipológica: Los Bloques de Maíz 2537.5.1 Proceso de Fabricación de bloques 2547.5.2 Características físicas del bloque 2557.5.3 Características mecánicas del bloque 2577.5.4 Aplicaciones 2597.5.5 Variables Tipológicas 2597.5.6 Niveles de Energía Incorporada en los bloques de Fibras de Maíz 261

7.5.6.1 El reciclaje de materiales y la reducción de la energía incorporada. 2637.5.6.2 Calculo de energía incorporada en bloques de maíz 263

7.5.6.3. Emisiones de CO2 asociadas a la fabricación de bloques con fibras de Maíz 265

8. Aplicaciones del Bloque de maíz.Propuesta dentro de un Sistema8.1 Descripción de la propuesta 274

8.1.1. Definición de las premisas básicas del sistema 2758.1.2. Estudio bibliográfico de premisas afines. 2758.1.3. Definición los principios básicos de coordinación modular. 2758.1.4. Definición los principios estructurales del sistema. 2778.1.5. Diseño de las piezas que componen el sistema. 2778.1.6. Diseño de los moldes para fabricar las piezas. 2798.1.7. Diseño los nudos, uniones y juntas entres las distintas piezas. 2808.1.8. Definición del orden de fabricación de piezas. 281

PARTE 3

8.1.8. Definición del almacenamiento de las piezas fabricadas. 2818.1.9. Definición del orden de montaje. 282

8.2 Propiedades de los materiales 2868.2.1 Propiedades mecánicas de los materiales componentes 287

8.2.1.1 Propiedades de los bloques 2878.2.1.2 Propiedades del mortero 289

8.2.2 Propiedades Mecánicas de la mampostería 2898.2.2.1 Resistencia a compresión (fk). 2908.2.2.2 Resistencia a cortante (V). 2918.2.2.3 Resistencia a flexión 292

8.3 Diseño sísmico de muros de cerramiento 2938.3.1 Consideraciones iniciales debidas al sismo. 2958.3.2 Parámetros de diseño sísmico de los muros 2998.3.3 Incidencia de vanos de puertas y ventanas 3008.3.4 Comportamiento sísmico de la mampostería. 302

8.3.4.1 Resistencia y fallo en el plano. 3028.3.4.2 Resistencia y fallo fuera del plano. 303

8.4 Modelos de análisis de muros de fábrica. 3048.4.1 Micromodelos. 3058.4.2 Macromodelos. 306

8.5 Evaluación de la vulnerabilidad sísmica de la estructura mediante análisis no lineal. 3078.5.1 Análisis Estático no lineal 3108.5.2 Análisis pushover 3128.5.3 Análisis dinámico 3148.5.4 Comprobación estática de la estructura 314

8.5.4.1 Esbeltez del muro 3158.5.4.2 Excentricidad de las cargas 3158.5.4.3 Resistencia a las cargas verticales 315

8.6 Descripción de resultados 3168.6.1 Edificaciones Evaluadas 317

8.6.1.1 Descripción de la tipología de vivienda. 317

8.6.1.2 Definición de los parámetros sísmicos para la clasificación estructural de la vivienda 3178.6.1.3 Definición de las características sísmicas del sitio: 3188.6.1.4 Comprobación estática de la estructura 3198.6.1.5 Comprobación sísmica. Resultados del Análisis estático no lineal 320

8.6.2 Aporte de los muros de maíz 3228.6.3 Caso 1: Casa para un hombre de Maíz. Quetzaltenango, Guatemala 3248.6.4 Caso 2: Proyecto Elemental. Iquique, Chile 3368.6.5 Conclusiones 346

9. De la tierra a la tierra. Cerrando el ciclo de la Cal y el maíz9.1 La cal, la cosecha intensiva y el desgaste del suelo. 354

9.2 Compósito de Cal y maíz como enmienda 3589.2.1 Supraciclando el maíz y la cal en la era de los biocombustibles. 362

10. ConclusionesParte 1 369

La vivienda en Latinoamérica 369Estrategias informales 369Estrategias institucionales 370

Importancia de los materiales de construcción 370

Parte 2 371Caracterización del Compósito de Fibras de Maíz. 371Características del Compósito 374Durabilidad del compósito 375Viabilidad del compósito 376

Parte 3Aplicación del compósito estudiado 377La bloquera manual CETA-RAM 378El Bloque de Fibras de Maíz 379Análisis de aplicación dentro de un sistema 380

10.1 Conclusion Final 382

10.2 Futuras líneas de Investigación 385

11. Bibliografía 388

11.1 Bibliografía General 389

11.2 Publicaciones específicas sobre el tema 39311.2.1 Libros 39311.2.2 Ponencias y Artículos de Revistas 39611.2.3 Tesis Doctorales 40011.2.4 Patentes 40111.2.5 Normas 402

11.3 Glosario 403

PARTE 4

índice tablas

Capítulo 1

1.1 Producción de cereales a nivel mundial 41.2 Rendimiento de cereales a nivel mundial 41.3 Superficie cultivada de cereales a nivel mundial 51.4 Componentes fundamentales para una casa en Centroamérica 5

Capítulo 2

2.1 Situación habitacional en Latinoamérica en los años noventa 23

2.2 Definición del grado de precariedad de una vivienda 25

2.3 América Latina Y El Caribe: Porcentaje Urbano de la Población Según País, 1970-2020. 26

2.4 America Latina Países Clasificados Según Tasa De Urbanización (1990-2000) y Porcentaje De Pobreza Rural 30

2.5 Soluciones al Problema Habitacional por parte de los Sectores Populares 34

2.6 Magnitud de la Informalidad, por Ciudades 35

2.7 Precios "Medios De Mercado" en Dólares USA en Once Países Latinoamericanos y España 43

Capítulo 3

3.1 Fibras Vegetales en Construcción. Estudios Realizados entre 1913-1993 56

3.2 Comparativo Producción De Cereales y Caña de Azúcar en Latinoamérica 71

3.3 Comparativo Área Cultivada de Cereales y Caña de Azúcar En Latinoamérica 71

3.4 Población Mundial y Cemento.Producción, Capacidad de Producción y Consumo en los Países Desarrollados y en Desarrollo. Año 1995 73

Capítulo 4

4.1 Empresas Dedicadas a la producción de paneles con Fibras Vegetales en Norteamérica 83

Capítulo 5

5.1 Resumen del Proceso Experimental 102

5.2 Componentes Químicos del Tallo de Maíz en estado de máxima maduración del grano 108

5.3 Función de los Componentes Químicos del Tallo de Maíz 1085.4 Características Mecánicas de la Fibra de Maíz 1095.5 Relación de tratamientos realizados a las fibras 1115.6 Relación de Parámetros en Pruebas Preliminares. 113

5.7 Referencias Científicas uso de Fibras Vegetales. Parámetros Reportados 114

5.8 Relación de Normativa Usada para Definir Campaña Experimental 117

5.9 Parámetros de Ensayo a Tracción en fibras de maíz 119

5.10 Nomenclatura y numero de probetas, según tipo de matriz, tratamiento y contenido de fibras. 120

5.11 Nomenclatura y tipos de ensayos realizados según las matrices evaluadas. 121

5.12 Datos metereológicos de la ciudad de Barcelona. Año 2002 127

5.13 Relación de Probetas Envejecimiento Condiciones Naturales 128

5.14 Relación de Probetas Envejecimiento en Laboratorio durante 30 meses. 129

5.15 Relación de Probetas Envejecimiento Ciclos mojado-secado 1305.16 Relación de Probetas Envejecimiento Niebla Salina 1315.17 Relación de Probetas Envejecimiento Rayos UVA 133

Capítulo 6

6.1 Composición del Clinker Portland 1426.2 Composición Básica del Cemento Portland CEM II / A-L 32,5R 143

6.3 Características físicas y mecánicas del cemento Portland CEM II / A-L 32,5R usado en ensayos. 143

6.4 Composición Básica de la Cal Hidráulica CIMPOR. 1446.5 Composición Básica del Tradical 70 1476.6 Mineralización de fibras. Materiales 1546.7 Procedimiento Mineralización de partículas 154

6.8 Características geométricas y resistencia de probetas de maíz ensayadas. Esbeltez 10/1 (l/d) 157

6.9 Características geométricas y resistencia de probetas de maíz ensayadas. Esbeltez 18/1 (l/d) 158

6.10 Parámetros de diseño. Definición de resistencias mínimas 1626.11 Relación fibras/agua probada en el compósito. 1636.12 Relación de parámetros en pruebas preliminares. 164

6.13 Efecto retardante de ciertos aditivos polisacáridos en el fraguado del cemento. 166

6.14 Morteros para albañilería.Clasificación y denominación en función del escurrimiento. 167

6.15 Consistencia Mortero C1:3. Influencia del contenido de fibras. 1676.16 Densidad del Mortero C1:3. Influencia del contenido de fibras. 168

6.17 Nivel definido de consistencia de diversos tipos de mortero en función de la densidad aparente según UNE-EN 1.015-2 168

6.18 Morteros de Maíz-Cemento Portland-Arena. Resistencia a flexotracción 1696.19 Morteros de Maíz-Cemento Portland-Arena. Resistencia a compresión 1706.20 Morteros para albañilería. Designación y clases (según UNE 83-800) 1716.21 Consistencia Mortero CH1:3. Influencia del contenido de fibras. 1726.22 Densidad del Mortero CH1:3. Influencia del contenido de fibras. 1736.23 Morteros de Maíz-Cal hidráulica natural-Arena. Resistencia a flexotracción 1736.24 Morteros de Maíz-Cal hidráulica natural-Arena. Resistencia a compresión. 1746.25 Consistencia Mortero T1:3. Influencia del contenido de fibras. 1776.26 Densidad del Mortero T1:3. Influencia del contenido de fibras. 177

6.27 Morteros de Maíz-Cal Aérea+Cal Hidráulica con Puzolana-Arena.Resistencia a flexotracción. 178

6.28 Morteros de Maíz-Cal Aérea+Cal Hidráulica con Puzolana-Arena.Resistencia a compresión. 179

6.29 Morteros de Tradical 70 . Envejecimiento en condiciones ambientales exteriores Resistencia a flexotracción y compresión. 182

6.30 Morteros de Tradical 70 . Envejecimiento en Laboratorio (30 meses). Resistencias a flexotracción y compresión 184

6.31 Capacidad de absorción de agua. Relación de probetas ensayadas 188

6.32 Morteros de Tradical 70. Ciclos de mojado-secado. Resistencia a flexotracción y compresión. 191

6.33 Morteros de Tradical 70. Ataque con niebla salina. Resistencia a flexotracción y compresión. 193

6.34 Morteros de Tradical 70. Ciclos de rayos ultravioleta. Resistencia a flexotracción y compresión. 196

6.35 Morteros de Tradical 70. Influencia del contenido y tratamiento de fibras. Resistencia a flexotracción. 204

6.36 Morteros de Tradical 70. Influencia del contenido y tratamiento de fibras. Resistencia a compresión. 204

6.37 Morteros de Tradical 70. Comparativo Envejecimiento natural-envejecimiento acelerado. Resistencia a flexotracción. 210

6.38 Morteros de Tradical 70. Comparativo Envejecimiento natural-envejecimiento acelerado. Resistencia a compresión. 210

Capítulo 7

7.1 Etapas Sistema Constructivo 2237.2 Características de la informalidad en Latinoamérica. 2257.3 Ejemplos de sistemas de industrialización integral en Latinoamérica 2297.4 Características de una Tecnología Apropiada y Apropiable 2427.5 Bloques Mortero sin fibras (SF). Resistencia a compresión 2577.6 Bloques Mortero con 4% fibras (CF4%). Resistencia a compresión 2587.7 Bloques Mortero con 8% fibras (CF8%). Resistencia a compresión 2587.8 Bloques Mortero con 12% fibras (CF12%). Resistencia a compresión 2587.9 Cálculo energía incorporada (MJ) por kg y unidad de bloque de fibras de ma 2637.10 Cálculo energía incorporada (MJ) por kg y unidad de bloque de fibras de ma 2647.11 Cálculo energía incorporada (MJ) por m2 de muro. 2647.12 Cálculo de emisiones de CO2 por m2 de muro. 265

Capítulo 8

8.1 Recopilación de ideas y criterios sobre Tecnología Apropiada 2728.2 Etapas del Sistema Constructivo en el que se usarán los bloques de maíz. 2758.3 Criterios Generales para la racionalización del Proyecto 2768.4 Implicaciones del Tamaño de los Elementos de un Sistema Constructivo 2788.5 Resistencia a compresión de Bloques de Maíz. 2878.6 Resistencia a tracción de Bloques de Maíz. 2888.7 Módulo de elasticidad de Bloques de Maíz 2888.8 Resistencia a compresión (fm). Mampostería de Bloques de Maíz 2918.9 Resistencia a cortante (fm). Mampostería de Bloques de Maíz 2928.10 Factor de importancia de la edificación 3178.11 Parámetros mecánicos de resistencia de muros de bloques de maíz. 3188.12 Zonificación sísmica, según aceleración del terreno. 3188.13 Categorías de suelo según su perfil estratigráfico. 3188.14 Parámetros de respuesta elástica de componente horizontal. 3198.15 Dirección de aplicación de fuerzas y número de análisis por modelo 3238.16 Casa Hombre de Maíz. Verificación estática de Modelo A 3288.17 Casa Hombre de Maíz. Verificación estática de Modelo B 3298.18 Casa Hombre de Maíz. Verificación estática de Modelo C 329

8.19 Casa Hombre de Maíz.Verificación sísmica de Modelo A: Muros portantes de bloques de maíz. 334

8.20 Casa Hombre de Maíz. Verificaciones de Modelo B 3348.21 Casa Hombre de Maíz. Verificaciones de Modelo C 3358.22 Proyecto Elemental. Verificación estática de Modelo A 3408.23 Proyecto Elemental. Verificación estática de Modelo B 3418.24 Proyecto Elemental. Verificación estática de Modelo C 3418.25 Proyecto Elemental. Verificaciones de Modelo A 3418.26 Proyecto Elemental. Verificaciones de Modelo B 3438.27 Proyecto Elemental. Verificaciones de Modelo C 345

Capítulo 9

9.1 Medidas correctoras con cal en terrenos ácidos 3569.2 Composición Química del Mortero estudiado 361

índice figurasCapítulo 1

1.1 Lámina corrugada hecha con fibra de henequen. Laboratorio Materiales USA 71.2 Aplicación en proyecto piloto. Laboratorio Materiales USAC. Guatemala. 71.3 Esquema de Trabajo Tesis Doctoral 101.4 De la tierra a la tierra o la conciencia entrópica del diseño 16

Capítulo 2

2.1 Un problema con muchos rostros. 212.2 Crecimiento urbano y pobreza 282.3 Pobreza urbana y desigualdad 282.4 Pobreza urbana e inseguridad. Corrimiento de tierras en San Salvador. 292.5 Crecimiento Hábitat Informal en siete ciudades latinoamericanas 312.6 El Alto, Bolivia 332.7 Mujeres constructoras Santa Ana Ocotal, Nicaragua 362.8 Construcción de viviendas en Santa Ana Ocotal, Nicaragua 46

Capítulo 3

3.1 Bloques de adobe 503.2 Capacidad de Producción de ocho plantas de Paneles de Paja Cereales en E 533.3 Madera y .Bosques. Consumo mundial per capita 543.4 Clasificación de las fibras 573.5 Corteza de coco 573.6 Caña de azúcar 593.7 Caña de maíz 603.8 Fibras de Cáñamo sacadas del tallo 603.9 Algodón 613.10 Sisal 613.11 Campo de trigo 633.12 Fibras de kenaf 643.13 Secado de arroz 653.14 Flor de girasol 653.15 Tallos de bambú 663.16 Lana de cáñamo 673.17 Cannabric. Bloque de cal y cáñamo 673.18 Tablero de partículas 673.19 Proporción Componentes de Planta de Maíz 72

Capítulo 4

4.1 Fibras Vegetales en construcción. Numero de referencias científicas 1913-2006 80

4.2 Fibras Vegetales en construcción. Interés científico por regiones 1913-2006. 81

Capítulo 5

5.1 Curva Granulométrica Arena Natural Lavada. 1025.2 Recogida Manual de Desechos de Planta de Maíz. Bellcaire Lérida 1055.3 Micrografía SEM Tallo de Maíz 1065.4 Detalle haz vascular en parénquima del tallo 1065.5 Micrografía SEM Detalle parénquima del tallo 1065.6 Clasificación de los Materiales Compuestos 1125.7 Tipos de refuerzo con fibras. 1155.8 Maquina IBERTEST para ensayo a tracción de fibras 1185.9 Croquis dispositivo ensayos de tracción 1185.10 Nomenclatura de Probetas 1195.11 Nomenclatura para control probetas 1205.12 Procedimientos de ensayo 1225.13 Condiciones Naturales. Secado 1275.14 Precipitación y temperatura Media de ciudad de Barcelona-Observatorio Fab 1285.15 Envejecimiento en laboratorio 1295.16 Ciclos de Mojado y Secado 1305.17 Ataque de Niebla Salina 1315.18 Ciclos de Rayos Ultravioleta 1325.19 Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra sometida a un es 134

Capítulo 6

6.1 Esquema Metodológico del Trabajo de Investigación. 1406.2 Partículas de maíz usadas como refuerzo en los morteros estudiados 1496.3 Curva Granulométrica de las partículas de maíz usadas como refuerzo. 1496.4 Curva de desorción de partículas de maíz. 1506.5 Curva de absorción de partículas de maíz. 1516.6 Curva de saturación de partículas de maíz. 1516.7 Tasa de desorción de partículas de maíz. 1526.8 Dimensión microporos en partículas de maíz. 1536.9 Mineralización de fibras 1546.10 Incremento de masa debido al silicato de etilo en partículas de maíz. 1556.11 Desorción partículas mineralizadas. 1556.12 Instrumentación de probetas mediante CAD 1576.13 Instrumentación de probetas mediante CAD 1576.14 Determinación de variación dimensional 1576.15 Carga última a tracción con respecto a área bruta promedio de la probeta. Es 1586.16 Carga última a tracción con respecto a área bruta promedio de la probeta. Es 1596.17 Resistencia última a tracción con respecto a área bruta promedio de la probe 1596.18 Resistencia última a tracción con respecto a área bruta promedio de la probe 1596.19 Dosificaciones preliminares. Comparativo resistencia a flexión de morteros c 1656.20 Dosificaciones preliminares. Comparativo resistencia a compresión de morte 1656.21 Morteros de Maíz-Cemento Portland-Arena. Resistencia a flexotracción 1696.22 Morteros de Maíz-Cemento Portland-Arena. Resistencia a compresión 1706.23 Morteros de Maíz-Cal hidráulica natural-Arena. Resistencia a flexotracción. 1746.24 Morteros de Maíz-Cal hidráulica natural-Arena. Resistencia a compresión. 1756.25 Morteros de Maíz-Cal Aérea+Cal Hidráulica con Puzolana-Arena.Resistencia 1796.26 Morteros de Maíz-Cal Aérea+Cal Hidráulica con Puzolana-Arena. Resistenci 180

6.27 Envejecimiento en Condiciones Ambientales Exteriores. Probetas C1.3CF 181

6.28 Envejecimiento en Condiciones Ambientales ExterioresProbetas T1.3CF4%. 181

6.29 Probetas tras doce meses de exposición 181

6.30 Morteros de Tradical 70 . Envejecimiento en condiciones ambientales exterior.Resistencia a flexotraccion 182

6.31 Morteros de Tradical 70 . Envejecimiento en condiciones ambientales exterior.Resistencia a compresión 183

6.32 Morteros de Tradical 70 . Envejecimiento en Laboratorio (30 meses). Resistencia a flexotraccion 185

6.33 Morteros de Tradical 70 . Envejecimiento en Laboratorio (30 meses). Resistencia a flexotraccion 186

6.34 Capacidad de Absorción de Agua. Fase mojado 1876.35 Capacidad de Absorción de Agua. Fase secado 1876.36 Cemento Portland. Capacidad de absorción 1886.37 Tradical 70. Capacidad de absorción 1896.38 Tradical 70. Capacidad de desorción 1906.39 Morteros de Tradical 70. Ciclos de mojado-secado. Resistencia a flexotracció 1916.40 Morteros de Tradical 70. Ciclos de mojado-secado. Resistencia a compresió 1926.41 Ataque de Niebla Salina. Probetas Antes del Ensayo 1936.42 Ataque de Niebla Salina. Probetas Después del Ensayo 1936.43 Morteros de Tradical 70. Ataque con niebla salina. Resistencia a compresión 1946.44 Morteros de Tradical 70. Ataque con niebla salina. Resistencia a flexotracció 1946.45 Morteros de Tradical 70. Ciclos de Rayos Ultravioleta. Resistencia a flexotrac 1966.46 Morteros de Tradical 70. Ciclos de Rayos Ultravioleta. Resistencia a compre 197

6.47 Adherencia fibra-matriz.Fotografía conmicroscopio 2. 198





6.52 Representación esquemática de propagación de una grieta a través de una matriz reforzada con fibras 200

6.53 Perfil esfuerzo-posición cuando la longitud de la fibra l es igual a la longitud crítica lc 200

6.54 Perfil esfuerzo-posición cuando la longitud de la fibra l es mayor que la longitud crítica lc 200

6.55 Perfil esfuerzo-posición cuando la longitud de la fibra l es menor que la longitud crítica lc 201

6.56 Morteros de Tradical 70. Resistencia a flexotracción según el contenido de fibras. 202

6.57 Morteros de Tradical 70. Resistencia a compresión según el contenido de fibras. 203

6.58 Morteros de Tradical 70. Resistencia a flexotracción según el tratamiento de fibras. 205

6.59 Morteros de Tradical 70. Resistencia a compresión según el tratamiento de fibras. 205

Capítulo 7

7.1 Programa Servivienda. Bogotá, Colombia 2227.2 Tecnologías más usuales en Latinoamérica 2247.3 Tecnologías en Latinoamérica. País de procedencia 2307.4 Tecnologías en Latinoamérica. Material utilizado 2317.5 Tecnologías en Latinoamérica. Antigüedad de la tecnología 2337.6 Tecnologías en Latinoamérica. Nivel de Implantación 2347.7 Tecnologías en Latinoamérica. Tipologías que resuelven 2367.8 Colocación de paneles sistema SANCOCHO 2367.9 Sistema CONCAPREGO en entrepisos 2377.10 Cronología Tecnologías Industrializadas en Latinoamérica 2397.11 Evolución de bloqueras a partir de la original CINVA-RAM 2437.12 CINVA-RAM. Proceso de llenado y extrusión de bloques 2437.13 Maquina para Tejas. Croquis 2457.14 Máquina para Tejas. Detalles 2457.15 CETA-RAM Experiencias en área rural. 2457.16 CETA-RAM. Levantado de muros. 2457.17 CETA-RAM. Estudio de planos. 2487.18 Soldadura de piezas 2487.19 Corte y montaje previo con puntos de soldadura. 2487.20 Máquina soldada 2487.21 Caja Central. Elemento a modificar. 2497.22 Caja modificada con chapas plegadas. Montaje y llenado 2497.23 Prototipos originales y prototipos modificados. 2497.24 CETA-RAM con caja central lisa. 2507.25 CETA-RAM con caja central troquelada. 2507.26 Bloques con caras laterales lisas. 2517.27 Bloques con troquel. 2517.28 7.28. Proyectos área rural Guatemala 1977. 2517.29 Bloques apilados. Guatemala 1977. 2517.30 Biotrituradora. Corte inicial de tallos 2547.31 Curado de bloques 2557.32 Dimensiones bloque de maíz fabricado con máquina CETA-RAM 2567.33 Disposición de bloques enteros y media pieza 2567.34 Elementos modulares básicos 2577.35 Variables tipológicas 2597.36 Elementos modulares básicos con juntas en seco 2607.37 Unión elementos modulares con juntas en seco 260

Capítulo 8

8.1 Unidades de mamposteria 2778.2 Piezas en muro 2798.3 Diseño CAD de bloquera manual CETA-RAM 2808.4a Definición del orden de montaje. Cimiento corrido para muros de maíz. 2828.4b Definición del orden de montaje. Levantado de muro sobre solera hidrófuga. 283

8.4c Definición del orden de montaje. Refuerzos horizontales con piezas-encofrado 283

8.5 Diferentes tipos de aparejo logrados con los bloques de maíz-CETA RAM 2848.6 Relación esfuerzo-deformación: bloques, mortero y mampostería 2908.7 Zonas de riesgo sísmico. 2948.8 Diagrama analítico fuerzas sísmicas 2968.9 Movimiento real de las fuerzas sísmicas. 2978.10 Consideraciones de fuerza según ejes de estructura 2978.11 Consideraciones sísmicas. Tipos de plantas 2988.12 Medidas antisísmicas. Refuerzo en esquinas 3018.13 Medidas antisísmicas. Refuerzo en dinteles 3018.14 Fases de Análisis estático no lineal con programa TreMuri. 308

8.15 Modos de fallo de muros de fábrica por efectos del sismo y equivalente en modelo de malla 309

8.16 Programa 3Muri. Elementos que forman la malla. y diagrama de esfuerzos. 310

8.17 Detalle malla equivalente. 3108.18 Curva de capacidad. Relación fuerza-desplazamiento. 3118.19 Curva de capacidad. Factor de sobrerresistencia 3128.20 Espectro de Capacidad y Demanda 3148.21 Comprobación estática de la estructura 3198.22 Resultados del Análisis estático no lineal 3218.23 Aporte de los muros de maíz. Modelos de ensayo. 3228.24 Croquis Proyecto “Casa para un hombre de maíz” 3248.25 Caso 1. Planos de la vivienda 3268.26 Ubicación proyecto “Casa para un hombre de maíz" 3288.27a Mecanismos de fallo. Modelo inicial Casa para un Hombre de Maíz. 330

8.27b Casa para un Hombre de Maíz. Resultados análisis inicial: Cargas, Deformación en planta, Deformación muro, Curva pushover 330

8.28 Curva Pushover Casa Hombre de Maíz-01. Análisis no superado 3318.29 Curva Pushover Casa Hombre de Maíz-02. Análisis superado 332

8.30a Casa para un Hombre de Maíz. Resultados análisis superado: Cargas, Deformación en planta, Deformación muro, Curva pushover 332

8.30b Casa para un Hombre de Maíz. Modelo 3d con resultados de análisis superado: 333

8.31 Vivienda “proceso”. Esquema evolutivo 3368.32 Caso 2. Planos de la vivienda 3388.33 Ubicación proyecto “Elemental” 340

8.34 Proyecto Elemental. Muros portantes de bloques de maíz. Curva pushover. 342

8.35 Proyecto Elemental. Curva pushover. Estructura hormigón armado + cerramiento muros de bloques de maíz. 343

8.36 8.36. Proyecto Elemental. Modelo 3d con análisis No. 16 344

8.37 Proyecto Elemental. Curva pushover. Estructura hormigón armado sin cerramiento. 344

Capítulo 9

9.1 Cerrando el ciclo de la Cal y el maíz 3539.2 Rendimientos de maíz en relación a la adición de cal. Alta fertilidad 3569.3 Rendimientos de maíz en relación a la adición de cal. Baja fertilidad 357

9.4 Mandíbulas de gusanos spodoptera frugiperda alimentados con hojas de maíz, con y sin minerales ricos en silíceo 359

9.5 Tricomas en haz de hoja y tallo de maíz 360

9.6 Fitolitos en el haz de una hoja de maíz. Imagen con microscopio electrónico de barrido. 360

9.7 9.7 Paja de cereales como materia prima de bioetanol. Planta de Abengoa en EEUU. 362

9.8 Biocombustibles: Una panacea dependiente de los combustibles fósiles. 363

Capítulo 10

10.1 Bloque de fibra de maíz 36810.2 Crecimiento de las ciudades Latinoamericanas 1825-2005 36910.3 Fibras de maíz. Definición geométrica y vista microscópica. 37210.4 Clasificación de morteros según su resistencia a compresión 37310.5 Pruebas de Envejecimiento Acelerado 37610.6 Diseño CAD de bloquera manual CETA-RAM 37810.7 Bloques de maíz apilados previos a ensayo 37910.8 Modelos de Análisis sísmico 38010.9 Vulnerabilidad sísmica. Evaluación mediante Análisis estático no Lineal 381

Cada hectárea de maíz produce cerca de

1,55 toneladas de residuos de tallos

En 2010 se destinarán

80 millones de hectáreas al cultivo del maíz, que generarán

124 millones de toneladas de residuos. Nikos Alexandratos, citado en “WORLD RESOURCES”.1998

1

Pagina anterior Campo de maíz. Guatemala, 2005

1 Introducción. Definición Básica del Proyecto

El déficit en cantidad y calidad de viviendas en los países en vías de desarrollo, hace necesaria la búsqueda, mejora y utilización de materiales de bajo coste para la construcción de las mismas. Y es dentro de esta búsqueda en la que se desarrolla el presente trabajo de investigación.

La industrialización en estos países ha derivado en un aumento de sus productos agrícolas, con la consecuente acumulación de desechos no aprovechados. Las cosechas de maíz, arroz y trigo se duplicaron entre 1961 y 1991 en el conjunto de los países en vías de desarrollo. Desde 1988-89 hasta el año 2010 las cosechas de cereales en los países en vías de desarrollo (excepto China) se verán incrementadas en un 1,4 por ciento, según la FAO (estas cifras no incluyen los incrementos debidos a una producción más intensiva)1. Las predicciones apuntan a que, si bien puede apreciarse un descenso en el crecimiento de la producción de cereales importantes como el trigo y arroz, el maíz mantiene constante su porcentaje, aunque el rendimiento sea menor (Ver Tablas 1.1, 1.2 y 1.3), lo cual se compensa mediante el aumento de la superficie cultivada.

PRODUCCIÓN CRECIMIENTO CRECIMIENTO TIPO DE CULTIVO

(millones de toneladas métricas) (%) (%) 1969-71 1988-90 2010 1970-90 1988-2010

Trigo 67 132 205 3.8 2,1 Arroz 177 303 459 3,0 2,0 Maíz 70 112 196 2,7 2,7 Otros cereales 67 84 135 1,3 2,3 Total 381 631 995 2,8 2,2

Tabla 1.1 Producción de cereales a nivel mundial

RENDIMIENTO CRECIMIENTO CRECIMIENTO TIPO DE CULTIVO

(kilogramos por hectárea) (%) (%) 1969-71 1988-90 2010 1970-90 1988-2010

Trigo 1.150 1.900 2.660 2,8 1,6 Arroz 1.855 2.775 3.810 2,3 1,5 Maíz 1.300 1.790 2.470 1,8 1,5 Otros cereales 730 940 1.210 1,3 1,2 Total 1.270 1.910 2.560 2,2 1,4

Tabla 1.2 Rendimiento de cereales a nivel mundial

1 Muñoz, Ángel (ed) “Recursos Mundiales. Guía Mundial del Medio Ambiente”. (Trad. de “World Resources” de World Resources Institute, 1997) Edit. Ecoespaña. Banco Mundial. Madrid, 1998.

5

SUPERFICIE CULTIVADA CRECIMIENTO CRECIMIENTO TIPO DE CULTIVO

(millones de hectáreas) (%) (%) 1969-71 1988-90 2010 1970-90 1988-2010

Trigo 58 70 77 0,9 0,5 Arroz 95 109 120 0,8 0,5 Maíz 54 63 80 0,9 1,2 Otros cereales 92 89 112 0,0 1,0 Total 299 331 389 0,6 0,8

Tabla 1.3 Superficie cultivada de cereales a nivel mundial

(Nikos Alexandratos, citado en “WORLD RESOURCES”.1998) Tomando en cuenta que una hectárea de maíz produce cerca de 1,55 toneladas de residuos de tallos2, se tiene que para 1990 se generaban 98 millones de toneladas. La proyección para el año 2010 es de 124 millones de toneladas. Entre estos residuos que el maíz genera están la panocha que generalmente se quema, la caña que se tritura y entierra o que también se utiliza como cama de establo para el ganado3.

Se ha discutido ampliamente la posibilidad de que la incineración de los residuos esté causando contaminación al liberar CO2 hacia la atmósfera.

“Antiguamente existía la costumbre de mineralizar el suelo rápidamente quemando el

residuo sobre él (pero no es lo correcto). La función también era eliminar las plagas ya que no existían aún los biocidas (...)4.

Por otro lado, los esfuerzos por controlar la contaminación del agua, justifican el

no verterlos en los ríos. Es conveniente por lo tanto, analizar si es más adecuado promover nuevos usos para esta materia orgánica disponible. Surge entonces la cuestión: ¿Pueden reciclarse los desechos agrícolas para fabricar materiales de construcción? Es posible que la respuesta sea afirmativa, partiendo del hecho de que la explotación planificada de los desechos favorece el balance ecológico del planeta.

En cuanto al tema de la vivienda, es necesario apuntar que el costo de los materiales constructivos tradicionales es aun elevado para que su uso sea accesible a las grandes mayorías en Latinoamérica. Tomando la clasificación de Ortega5 se muestra en la Tabla 1.4 los componentes fundamentales de una casa y el porcentaje del costo que implican en una casa económica típica de Centroamérica con 50m2.

COMPONENTE PORCENTAJE DEL COSTO DE MATERIALES COSTO DE MATERIALES

Cimentación Pisos Paredes Techo

10% 10% 33% 17%

Envolvente de la casa 70%

Instalación sanitaria Instalación eléctrica Carpintería

13% 5%

12%

Interior de la casa 30%

Tabla 1.4 Componentes fundamentales para una casa en Centroamérica (SALAS 1992)

2 FAO. “El maíz en la nutrición humana”. 1993. Pp.4 3 Feu, Mari Trini. “La agricultura o el ejemplo del reciclaje natural”. Revista Subproductes No.27. Pp.21 4 Feu, Mari Trini citando a Ignasi Lluis Prats. Revista subproductes No. 27 Pp.21 5 Salas, Julián. “Contra el hambre de vivienda”. 1992

1. Introducción .

6

Por otra parte, el costo de los materiales representa el 67% mientras que un 33% corresponde a la mano de obra6. Una parte considerable de este coste se debe al precio de la energía necesaria para su fabricación y al coste del transporte. Estos altos costes son consecuencia de tres factores básicos7: la distancia entre las fuentes de energía y los centros de producción; la distancia entre los centros de producción (plantas) y algunas de las áreas donde viven los consumidores y finalmente, la tendencia a la formación de monopolios económicos en algunos materiales básicos, como el cemento. Los factores arriba mencionados son a su vez consecuencia de un desarrollo industrial no racionalmente organizado. Procesos de ahorro energético en la producción de materiales y componentes, así como nuevas tecnologías deberían ser apoyados como medio para reducir los costos. Estos no debieran ser sofisticados, ya que los materiales podrían ser producidos localmente, incluso en el lugar propio de la edificación, en busca de minimizar los costos del transporte. En este contexto, los materiales reforzados con fibras parecen ser una alternativa valida para los países Latinoamericanos: Natural fibre cement composites have special relevance to developing countries in view of their low cost, savings in energy and their ready application to the rapid development of a country’s infrastructure8. Statistics on building shortages and the tendency towards rapid urbanization in Latin America [...] indicate the large numbers of buildings urgently needed [...]. As vegetable fibres present such promise in cost reduction while maintaining adequate performance levels, it seems necessary, if not essential, to develop research programs aimed at large-scale production of composites reinforced with the vegetable fibres9

Basados en las experiencias recogidas en la bibliografía consultada, puede observarse que existen, de manera general, dos metas en el desarrollo de nuevos compuestos de fibra y cemento. El primero esta basado en la producción de elementos libres de asbesto, estos componentes son bastante parecidos a aquellos fabricados con asbesto-cemento, siendo principalmente tabiques delgados. El segundo se relaciona con la producción de nuevos compuestos para la fabricación de elementos constructivos. Estos compuestos presentan características distintas a los que usualmente se utilizan y su mayor propósito es buscar alternativas a las existentes. En este sentido, se han utilizado algunos de estos compuestos con cierto éxito, mientras que con otros se siguen haciendo pruebas para hacerlos viables. La forma en que pueden ser utilizados es muy variada, desde conglomerantes, como posibles sustitutos del cemento Portland, o directamente como agregados. Entre estos están el aserrín, corcho, cáscara de arroz, cáscara y corteza de coco. Otros materiales potencialmente útiles pueden ser la cáscara de grama, palmera y trigo, así como las fibras de la planta de maíz, las cuales constituyen parte del objeto de estudio del presente trabajo.

6 Salas, Julián. “Tecnología apropiadas y materiales de construcción de muy bajo coste”. Seminario S7. CEMCO-Instituto Eduardo Torroja. 1998. 7 Agopyan, Vahan en “Natural fibre reinforced cement and concrete”. 1988. Pp.209 8 Swamy R.N. “Natural fibre reinforced cement and concrete”. 1988. Pp.vi 9 Agopyan, Vahan en “Natural fibre reinforced cement and concrete”. 1988. Pp.240

7

Figura 1.1 Lámina corrugada hecha con fibra de

henequen. Laboratorio Materiales USAC. Guatemala Swamy.1990

Figura 1.2. Aplicación en proyecto piloto. Laboratorio Materiales USAC. Guatemala. Swamy, 1990

Pese a que las fibras naturales existen en abundancia y están disponibles aun costo muy bajo, tienen muchas deficiencias inherentes como su bajo módulo de elasticidad, gran absorción, son susceptibles al ataque de hongos y plagas y carecen de durabilidad en un ambiente alcalino. Es por esto que no sorprende el que no hayan sido una elección inmediata como refuerzos en matrices de cemento, a pesar del interés que han despertado, de los esfuerzos de investigación y de los intentos de aplicación. A major factor contributing to this slow development is the lack of precise scientific information on the structure and properties of natural fibres, their compability with the various matrices and the properties of the composites themselves10

El presente trabajo pretende satisfacer en parte esta carencia mediante el estudio de las posibilidades que tienen las fibras de la planta de maíz como material de construcción. Además de un estudio detallado de las fibras propuestas, se ha analizado exhaustivamente su combinación con diferentes matrices y diferentes formas de tratamiento con el fin de asegurar su duración y resistencia dentro del compósito.

La investigación propone un recorrido básico en la definición de la tecnología que propone.

• En primer lugar se caracteriza el compósito, mediante la definición de sus propiedades físicas y mecánicas, la determinación de su durabilidad y formas de aplicación.

• En segundo lugar se propone la fabricación de un elemento constructivo usando el mortero estudiado

• Esta unidad constructiva básica, se adaptará a un sistema constructivo existente. De esta forma la propuesta pretende ir más allá de los resultados del laboratorio. Estos constituyen la base científica en la que se apoya la propuesta, pero forman solamente una parte dentro un proceso de aplicación de tecnología blanda que busca proponer alternativas encaminadas a reducir el enorme déficit habitacional que sufre Latinoamérica.

10 Swamy, R.N. en “Vegetable plants and their fibres as building materials”. 1990. Pp 5

1. Introducción .

8

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo general

El objetivo de esta tesis es el estudio teórico-experimental de morteros reforzados con fibras de la planta de maíz, a fin de utilizar dicho material en la fabricación de componentes constructivos para viviendas de bajo coste. 1.2.3 Objetivos específicos

• El estudio físico y mecánico de morteros reforzados con fibras de maíz.

• Mediante variaciones en contenido y tratamiento de fibras, determinar cambios en las propiedades básicas de la matriz, tales como:

Densidad Docilidad Resistencia a flexión. Resistencia a compresión Capacidad de absorción de agua Durabilidad

• Proponer una tipología de elementos constructivos usando la mezcla estudiada.

• Aplicar el elemento constructivo dentro de un sistema existente para facilitar su apropiación por parte de los usuarios finales.

1.3 Alcances y límites de la investigación

En el presente trabajo se estudiarán las características físicas, y mecánicas de la fibra y la matriz, por separado; y posteriormente las del compósito resultante. Basados en la normativa existente (ASTM, UNE, DIN) se diseñó una campaña experimental para estudiar variaciones del compósito propuesto, con el fin de encontrar una combinación que puedan ser luego aplicada al desarrollo de elementos constructivos. Se ha propuesto una tipología de electos como parte de un sistema general en los que se utiliza la mezcla estudiada. Este estudio no alcanza la construcción de un prototipo a escala real usando materiales con el compósito estudiado, ya que una aplicación de tales características excede los límites económicos y temporales disponibles para este trabajo.

9

Factores de tipo económico y de procesos de fabricación o industrialización, no serán tomados en cuenta, debido especialmente al tiempo necesario para evaluar satisfactoriamente los resultados.

1.4 Metodología de trabajo

“The tradicional distinction between “research” executed in the academy and “practice” done in the real world is one of those binaries that should be pulverizad into dust”

Markus Miessen & Shumon Basar

A la fecha se han realizado esfuerzos serios encaminados a buscar la aplicación de subproductos agrícolas en la industria de los materiales de construcción. En países como Francia, Alemania, Estados Unidos, Australia y Brasil se han dado algunos saltos de la ciencia a la práctica y puede encontrarse una presencia incipiente de compósitos vegetales dentro del circuito comercial. En estos países bajo el áurea de material ecológico se suelen encontrar productos que fuera de las ferias bio tienen escasa presencia. Sin embargo la profundidad de análisis detectada en el campo de la ciencia de los materiales no se ve aún reflejada en la aplicación en proyectos de vivienda social. Es en este terreno en el que la aplicación de estas innovaciones podría justificarse habida cuenta de la abundante presencia de estos subproductos en los países en desarrollo y de la urgente necesidad de soluciones a la problemática de vivienda que padecen. Con este marco de la cuestión se definió un esquema de trabajo (Figura 1.3) con el fin de guiar la investigación. Este fue, salvo algunas correcciones el plan de acción seguido. 1.4.1 Exploración bibliográfica El primer paso consistió en una completa recopilación bibliográfica realizada para determinar el Estado del Arte. Con esto se pudo comprobar que, pese a los avances que se han realizado en el campo de los compósitos con fibras vegetales, su aplicación en proyectos concretos es todavía escasa. Salvo excepciones en países como Cuba, Brasil y Argentina, la aplicación de compósitos con fibras vegetales esta muy por detrás de los bloques de cemento y las chapas metálicas para las viviendas sociales promovidas por los gobiernos y algunas instituciones privadas.

1. Introducción .

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Figura 1.3 Esquema de Trabajo Tesis Doctoral

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1.4.2 Definición de la campaña experimental Basados en las experiencias encontradas en la exploración bibliográfica se elaboró la campaña experimental tomando como punto de partida los trabajos que por la naturaleza de las fibras vegetales estudiadas mostraban mayor similitud con las fibras de esta investigación. Por cuestiones geográficas y de disponibilidad de equipos las pruebas experimentales se adaptaron a los recursos disponibles para hacer este trabajo. El interés relativamente reciente por el tema en cuestión se refleja en la falta de normativa específica que regule tanto las pruebas como las características del compósito resultante. La normativa existente (ISO, ASTM, UNE, DIN) se refiere básicamente a los tableros de partículas en matriz polimérica o cementicia. De cualquier forma, tanto los reportes científicos como la normativa afín, se tomaron en cuenta para diseñar la campaña experimental para establecer las características físicas y mecánicas básicas del material estudiado. 1.4.3 Caracterización del compósito En base a la campaña experimental se determinaron las características del compósito de fibras de maíz como refuerzo en matrices de cal. A grandes rasgos el proceso se inició con una fase de recopilación y caracterización por separado de los materiales componentes. Después se realizó una serie de dosificaciones preliminares, hasta dar con una combinación adecuada que se estudió exhaustivamente. Se optó por seguir este procedimiento debido a la falta de experiencias previas que estudiaran la adición de partículas de maíz como refuerzo de morteros. Los morteros con fibras naturales que se encontraron como referencia directa utilizan una matriz de cal aérea con adiciones o cal hidráulica con refuerzo de fibras de cáñamo. La caracterización del compósito estudiado en este trabajo abarca desde las características físicas y mecánicas básicas, hasta la durabilidad del mortero determinada mediante ensayos de envejecimiento acelerado y en condiciones ambientales naturales. Por último se hace una estimación de la energía incorporada en la elaboración del material y en la fabricación elemento constructivo y se asociaron a las emisiones de CO2 como medida de la viabilidad ambiental del material en comparación con otros que cumplen funciones constructivas similares y que están ampliamente implantados. 1.4.4 Definición del marco tecnológico disponible El paso siguiente consistió en la búsqueda de un sistema de industrialización blando con el cual se pudieran elaborar materiales constructivos utilizando el compósito estudiado. Se realizó una completa revisión de las tecnologías disponibles en el panorama latinoamericano que tienen como objetivo la fabricación de materiales para vivienda de interés social. En base a un completo estudio realizado a principios de los noventa dentro del marco de acción de la red CYTED, se localizaron una serie de tecnologías industrializadas enfocadas a la cuestión de la vivienda social. Esta base de datos se actualizó con otros trabajos recopilatorios centrados en el mismo tema y con aportes propios encontrados en la exploración bibliográfica usada para definir el Estado del Arte.

1. Introducción .

12

1.4.5 Propuesta de aplicación Después de evaluar las opciones disponibles y determinar el sistema tecnológico para aplicar el compósito, se decidió estudiar la aplicación en bloques hechos a partir de una prensa manual. Dicha tecnología utilizada en Latinoamérica desde el a década de 1950 ha llegado a nuestros días con ligeras variantes. Esta pervivencia demuestra la adaptabilidad de la solución tecnológica a la realidad latinoamericana. Con una variante como aporte de este trabajo, se fabrico una prensa manual Esta máquina (llamada CETA-RAM) se utilizó para fabricar los bloques que constituyen el aporte final de esta Tesis. Se determinaron las características físicas y mecánicas de estos elementos y se evaluó su comportamiento estático y dinámico dentro de estructuras sencillas similares a las utilizadas en los proyectos de vivienda social. Este análisis estático no lineal se realizó con un programa informático que mostró la viabilidad teórica del elemento constructivo hecho con matriz de cal y refuerzo de fibras de maíz para la edificación de viviendas de planta regular y de hasta dos niveles de altura. 1.4.6 Retroalimentación A medida que se fueron obteniendo resultados estos se fueron publicando en forma de ponencias. Esta retroalimentación científica se enfocó como condición fundamental del largo trabajo de investigación y experimentación realizado. Por otro lado se ha planteado el uso del material en proyectos concretos de los que se espera obtener resultados del material en uso, aunque este seguimiento sobrepase los límites temporales de este trabajo. Durante el tiempo que llevó definir y aplicar la campaña experimental hasta que se definió la tecnología con la que usar el compósito y fabricar el bloque, en Latinoamérica hubo personas que nacieron y ahora crecen sin un cobijo adecuado. Las comunicaciones de los avances realizados pueden servir desde ya a investigadores en líneas de trabajo similares o que trabajen en temas de vivienda de interés social. Con la aplicación del material en proyectos concretos se pretende facilitar el salto de la ciencia a la práctica; de acercar los avances hechos en el laboratorio a las personas que los necesitan realmente y que estos no se conviertan únicamente en material teórico de revista especializada

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1.5 Estructura de la Tesis

Capítulo 1. Introducción Breve descripción del tema central de la Tesis. Con una puesta en situación de la abundancia de desechos provenientes del cultivo del maíz en Latinoamérica y la necesidad de soluciones de vivienda para las personas con menos recursos, se anticipa la posibilidad de usar tales desechos en la fabricación de materiales constructivos. PARTE 1

Capítulo 2. Planteamiento del Problema Se hace una completa descripción del déficit cuantitativo y cualitativo de vivienda que existe actualmente en Latinoamérica. Factores como la presión demográfica, el crecimiento urbano, la segmentación de las ciudades y la pobreza, facilitan que la precariedad y el hacinamiento sean características comunes en las viviendas populares. Los intentos de solución a esta problemática van desde la informalidad, la mayor proveedora de cobijo, donde la mujer se convierte en la principal constructora; hasta soluciones institucionales, gubernamentales y de organismos de cooperación. Capítulo 3. Los Compósitos de Fibras Vegetales como Material de Construcción. A la vista de datos estadísticos, se muestra la abundancia de desechos provenientes de la actividad agrícola. Se hace una clasificación de las fibras según el lugar de la planta de donde se extraen. Posteriormente se hace una reseña histórica de su uso en construcción y una clasificación de uso por regiones. Se muestran el tipo de elementos constructivos que se fabrican a partir de estos compósitos. Se describe el fundamento teórico del uso de fibras como refuerzo en matrices cementicias. Y finalmente se justifica usar las fibras de la planta del maíz como material de estudio y se definen las matrices a usar como aglomerante: cemento portland, cal hidráulica y cal aérea con puzolana. Capítulo 4. Estado del Arte Repaso de los últimos avances que se han hecho en el campo de los compósitos de fibras vegetales. La mayor cantidad de producción científica en este campo se encuentra en países como Brasil, Estados Unidos, Australia, Francia e India. Aplicaciones empíricas se encuentran sin embargo en mayor proporción en países africanos, latinoamericanos y asiáticos. Puede constatarse la brecha que aún existe entre ciencia y práctica, salvo excepciones como los esfuerzos encontrados en Cuba y Argentina donde algunos centros de estudio tienen como principal objetivo la inclusión de los materiales desarrollados dentro del segmento de la vivienda de interés social.

1. Introducción .

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PARTE 2

Capítulo 5. Metodología Muestra la campaña experimental diseñada a partir de los últimos avances científicos descritos en el Estado del Arte y de la normativa existente. Se definen los materiales a utilizar en el estudio, las dosificaciones, tipo de probetas y los procedimientos de ensayo. Capítulo 6. Resultados En este capítulo se muestran los resultados obtenidos en los ensayos definidos en la campaña experimental. Se detallan las características físicas y mecánicas de los materiales componentes y del compósito resultante. Se determina la durabilidad del compósito mediante ensayos de envejecimiento acelerado y en condiciones naturales. Mediante un análisis microscópico se muestran las características de fallo del compósito, la influencia de la adherencia entre fibra y matriz así como del contenido y el tratamiento de las fibras. PARTE 3

Capítulo 7. Propuesta de un Elemento: Aplicaciones del Compósito Estudiado Luego de determinadas las características del compósito se exploran las posibilidades de aplicación en la fabricación de elementos constructivos para viviendas de bajo coste. Se realiza una actualización de las tecnologías industrializadas de producción de materiales disponibles en Latinoamérica y se determina la compatibilidad con el compósito estudiado. Una vez definida la tecnología a utilizar, se hace la propuesta tipológica que constituye el aporte del presente trabajo de investigación. Se muestran los resultados de los ensayos de resistencia mecánica del bloque y una evaluación de su viabilidad ambiental mediante un análisis comparativo con otros elementos constructivos similares de la energía incorporada y del CO2 emitido en su fabricación. Capítulo 8. Aplicaciones del Bloque de Maíz En este capítulo se describe el proceso de fabricación y las características geométricas del bloque propuesto. A partir de los resultados obtenidos en los ensayos de resistencia mecánica del bloque se realiza un análisis de su comportamiento dentro de un sistema de mampostería. Mediante un programa informático de análisis estático no lineal se estudia el comportamiento sísmico del bloque dentro de dos sistemas estructurales. Los resultados determinados mediante el análisis de dos tipologías diferentes de vivienda de tipo social muestran la viabilidad de aplicación del bloque de fibras de maíz.

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PARTE 4

Capítulo 9. De la tierra a la tierra. Cerrando el ciclo de la cal y el maíz Capítulo que describe las posibilidades de reutilización que tiene el material estudiado. Como aporte importante del presente trabajo se bosqueja una interesante línea de investigación en la que se propone utilizar el material de los bloques como enmienda en terrenos de alta acidez característicos de las regiones tropicales. De esta forma luego de su utilización como material constructivo se busca cerrar el ciclo de los materiales constituyentes devolviéndolos en forma de nutrientes a la tierra de donde un día se extrajeron (Figura 1.4). Capítulo 10. Conclusiones Los aportes finales de la tesis doctoral se muestran divididos en tres partes de forma análoga a la estructura del documento final. De esta forma se obtiene la visión global del extenso trabajo; desde la definición del problema, pasando por la hipótesis de trabajo, la definición metodológica, los resultados experimentales, las posibilidades de aplicación del material estudiado y la propuesta de cierre de ciclo de vida. Capítulo 11. Bibliografía Relación de documentos utilizados como fuente bibliográfica. Se encuentra clasificada en bibliografía de tipo general y bibliografía específica sobre el tema: matrices, fibras vegetales (especialmente el maíz) y de los morteros reforzados con fibras vegetales. Esta última se divide a su vez en libros, artículos de revistas especializadas, tesis doctorales y patentes. ANEXOS

Material de apoyo al cuerpo de la tesis. Se muestra clasificado siguiendo la misma nomenclatura que el índice del documento central. Incluye información que abarca desde descripción de materiales afines al investigado, resúmenes de artículos aparecidos en revistas especializadas, ponencias presentadas a congresos y concursos de arquitectura.

1. Introducción .

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Figura 1.4 De la tierra a la tierra o la conciencia entrópica del diseño

En 1980 el 65% de la población vivía en ciudades. Para

2020 se estima que lo hará un

73%

2Más del 50% de las mujeres que eran únicas responsables de sus hogares tuvo que construir por sí misma su vivienda.

En Latinoamérica, el déficit habitacional ronda los

38 millones de unidades.

Pagina anterior Asentamiento ilegal. El salvador, 2001

2 Planteamiento del Problema

2.1 Vivienda en Latinoamérica. Un Déficit de difícil solución Para constatar la abrumante necesidad de vivienda en los países en vías de desarrollo, no es necesario buscar mucho en los datos de los distintos indicadores que existen para medir el desarrollo de los países. Basta con hacer un recorrido por los barrios marginales, los terrenos invadidos, los campos de desplazados producto de conflictos armados y las áreas rurales donde las redes de suministros tienen poco alcance. Es evidente, aunque difícilmente medible, que los principales problemas de las ciudades en crecimiento, como la escasez de vivienda, se deben a una multiplicidad de factores relacionados entre sí. Entre ellos pueden mencionarse, no sin cierto grado de crudeza, las desigualdades en la propiedad de la tierra, la explotación de la población más pobre, y el control de la industria y la manipulación de los mercados que llevan a cabo las corporaciones multinacionales. La profundización del capitalismo en el mundo trajo consigo una ampliación de las brechas sociales: sumó a la injusta distribución de los ingresos el retiro o recorte de las responsabilidades que eran propias del Estado, tales como la educación, la salud, la vivienda y los servicios básicos. Derechos fundamentales a los que difícilmente puede acceder la mayor parte de la población dentro de un sistema de oferta y demanda que directamente excluye a los que tienen menos. El mayor problema es que mientras se realizan estudios, se canalizan proyectos de ayuda y se definen políticas estatales, existen personas que nacen, crecen y mueren en la calle. Existen detrás de las estadísticas personas con rostros, nombres e historias. Personas que intentan día a día, muchas veces rozando la ilegalidad, encontrar su lugar en el mundo.

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2.1.1 La Vivienda. Un problema con muchos rostros.

2.1 Un problema con muchos rostros. Maciej Dakowicz's 2008 http://www.flickr.com/photos/maciejdakowicz

"Las tres protagonistas de esta historia1, María, Rosa y Lorena, forman núcleos familiares que comparten una misma `estrategia habitacional', un mismo terreno. María tiene 68 años y está emparejada con Héctor, de 49, desde hace 27 años. Rosa, de 42, mantiene desde hace diecisiete años una relación con Enrique, el hijo de 37 años de María y su compañero anterior. Tienen tres hijos: Lorena, de dieciocho años, Quique, de quince, y Romina, de nueve. La mayor, Lorena, tiene una bebé de tres meses, Nadir. El primer grupo familiar, el de María y Héctor, habita una casa que, en su origen, contaba con un dormitorio, una cocina-comedor y un baño. Luego añadieron otra habitación que cumple también la función de dormitorio. Además del baño -equipado con un inodoro, una ducha y una canilla con una fuente que reemplaza el lavabo original-, la vivienda tiene agua corriente y luz eléctrica (están `colgados', es decir, toman la energía directamente de la red pública, sin pagarla). El dormitorio original es fundamentalmente el lugar de descanso de María, aunque suelen utilizarlo también para ver la televisión y, a veces, además, para ``recibir a las visitas''. La cocina-comedor, pequeña, está atiborrada de cosas. Cuadros y pósteres cubren totalmente sus raídas paredes. Allí cocinan, lavan los platos, comen, cosen y toman mate con las vecinas. También es el lugar de paso de todos los miembros de la familia extensa: comparten con Rosa y su familia la nevera y el baño, ubicado al fondo. El otro grupo familiar, el de Rosa, reside en una pequeña habitación que había sido la primera vivienda de María y Héctor, al fondo de la parcela. Tienen luz (también están `colgados') y un caño en el patio para sacar agua. No tienen baño, por lo que usan el de María. El equipamiento doméstico es muy modesto: un televisor a color, un calentador de queroseno, un ventilador y una estufa eléctrica. Sólo hay dos camas chicas para toda la familia: en una de ellas duerme Rosa con su hija Romina, en la otra, Lorena con su bebé. A veces, Enrique pasa la noche en la cama con su madre, María, y su hijo, Quique, y otras se acomoda en el piso sobre un angosto colchón. Durante el día, en la habitación suelen estar Rosa, Lorena y Nadir. Los otros niños van a la escuela y, en su tiempo libre, ``van y vienen'' a lo de María. Enrique, que trabaja como vendedor ambulante, está todo el día fuera de casa."

1 Relato tomado del artículo La casa ideal por Alú Ana y Rainero Liliana. http://habitat.aq.upm.es/boletin/n23/aafal.html

2. Planteamiento del Problema

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La "vivienda" del relato inicial no corresponde con la descripción que da el Banco Mundial de lo que debiera ser una vivienda adecuada. Según este organismo una vivienda adecuada no significa solamente tener un techo bajo el cual protegerse. El término implica espacio suficiente, accesibilidad física, seguridad adecuada, garantía de tenencia, estabilidad y durabilidad estructurales, iluminación, calefacción y ventilación suficientes. Debe tener los servicios básicos necesarios que incluyen agua y saneamiento, además de un amplazamiento adecuado y un precio razonable2. Salas, citando datos del mismo organismo, cifra en 330 millones las personas que viven en la pobreza absoluta en los países en vías de desarrollo, cerca de 600 millones en condiciones físicas que amenazan la vida y 800 millones que viven en viviendas inadecuadas3.. 2.1.2 La Vivienda. Un Problema Cuantitativo y Cualitativo Según los censos de 19 países, a comienzos de los años noventa la región contaba con 93 millones de viviendas particulares. Según datos de 2001 de la Comisión Económica para América Latina y Caribe (CEPAL), un 39% de los hogares latinoamericanos está en condiciones de pobreza, un 18%, en situación de indigencia y un 37% de las viviendas son inadecuadas para su uso. De éstas, sólo un 21% puede hacerse habitable mediante ciertas renovaciones4. Considerando aspectos cuantitativos y cualitativos, el actual déficit oscila entre los 38 y 50 millones de unidades5 (Tabla 2.1). Esta cifra se incrementa en más de dos millones de viviendas anuales por concepto de formación de nuevos hogares. El ritmo de construcción requerido para evitar un aumento del déficit acumulado, supera ampliamente los esfuerzos hasta ahora desplegados por las políticas habitacionales de la región. En base la siguiente tabla, que comprende al 96% de la población regional, puede estimarse que el déficit habitacional ronda los 38 millones de unidades. Del total de 93 millones de viviendas de la región, 17 millones (el 18%) constituyen el déficit cuantitativo, y 21 millones (el 22%) el déficit cualitativo.

2 Conferencia de las Naciones Unidas sobre los Asentamientos Humanos 3 Salas, Julián "La industrialización posible de la vivienda latinoamericana"2000. Pp.26 4Alú Ana,Rainero Liliana. La casa ideal http://habitat.aq.upm.es/boletin/n23/aafal.html 5 La primera cifra corresponde a estimaciones sobre la base de censos. La segunda cifra corresponde a una estimación para 1995, contenida en CEPAL, La Producción de la Vivienda en América Latina y el Caribe, 1996.

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País AñoHogares no Afectados

% total hogares

Déficit cuantitativo

(b) % déficit totalDéficit

cualitativo (c) % déficit total Déficit total (d)

Argentina 1991 6.434.209 68,6 1.449.783 49,2 1.496.212 50,8 2.945.995

Bolivia 1992 880.172 54,5 406.979 55,4 327.844 44,6 734.823

Brasil 1991 19.490.609 54,9 5.881.221 36,7 10.145.712 63,3 16.026.933

Chile 1992 2.394.995 71,2 609.255 62,8 361.212 37,2 970.467

Colombia 1985 3.303.051 56,7 1.098.711 43,6 1.423.095 56,4 2.521.806

Costa Rica 1984 339.840 64,4 71.073 37,9 116.386 62,1 187.459

Cuba 1981 1.698.649 72,3 395.472 60,7 256.100 39,3 651.572

Ecuador 1990 1.375.212 64,4 424.833 55,8 336.834 44,2 761.667

El Salvador 1992 508.858 46,6 402.410 69,0 180.461 31,0 582.871

Guatemala 1994 552.934 34,7 328.978 31,7 709.911 68,3 1.038.889

Honduras 1988 481.658 59,6 137.026 41,9 189.767 58,1 326.793

México 1990 11.382.906 65,4 3.323.847 55,3 2.687.615 44,7 6.011.462

Nicaragua 1991 128.545 289.994 56,8 220.992 43,2 510.986

Panamá 1990 365.650 67,5 103.688 58,9 72.366 41,1 176.054

Paraguay 1992 517.578 59,2 161.227 45,3 194.889 54,7 356.116

Perú 1993 2.231.469 46,9 1.207.483 47,7 1.323.828 52,3 2.531.311

Rep.Dominicana 1993 326.991 61,1 8.570 4,1 199.266 95,9 207.836

Uruguay 1985 685.934 76,0 120.045 53,4 104.553 46,6 224.598

Venezuela 1990 2.672.168 71,2 763.413 70,8 315.359 29,2 1.078.772

America Latina 55.771.428 60,8 16.544.477 44,5 20.662.402 55,5 37.206.879

AMÉRICA LATINA Y EL CARIBE (19 PAÍSES)SITUACIÓN HABITACIONAL AÑOS NOVENTA (a)

Porcentaje considerado de la población de América Latina y el Caribe en 1990: 96,15% a. CEPAL. Alojar el Desarrollo: Una tarea para los asentamientos Humanos b. Deficiencias Cuantitativas: número de hogares menos número de viviendas adecuadas y recuperables. c. Deficiencias Cualitativas: número de viviendasrecuperables. d. Déficit total: deficiencias cuantitativas más cualitativas.

Tabla 2.1 Situación habitacional en Latinoamérica en los años noventa

Para dar una idea de la magnitud del problema Salas6 apunta que sería necesario construir cerca de 24 millones de viviendas por año para atajar esta situación crítica para el año 2007. O plasmándolo en términos de inversión habla de que serían necesarias inversiones del orden de 180,000 millones de dólares/año para solucionar el problema en diez años. Esta cantidad es 36 veces mayor que los presupuestos nacionales de los seis países centroamericanos en el año 1995. La gran mayoría de los países no logra siquiera construir suficientes viviendas para los hogares que se constituyen anualmente, por lo que sus carencias siguen aumentando de año en año. Por otra parte, el ritmo de obsolescencia del parque habitacional se mantiene alto a causa de insuficientes programas de manutención y recuperación de viviendas; esto a su vez contribuye a la agudización del déficit por que obliga a considerar altas tasas de reposición.

6 Ibid 22


24

Por otro lado Salas se cuestiona qué supondría preparar suelo urbano suficiente para atender las necesidades actuales a nivel planetario, y la respuesta es suministrar tanta tierra urbanizada nueva como la existente hoy en África, Asia y América Latina. 2.1.3 Precariedad y Hacinamiento "Hace diez años construimos una cuba de 6 metros de profundidad debajo de la casa para almacenar todas las aguas residuales del aseo. No dejamos que el agua jabonosa a de lavar platos se filtre en la cuba porque crea una membrana que evita que la tierra absorba muchos residuos y la cuba se llena antes. Esa agua, en cambio, va directamente a la calle. Tenemos una tubería de PVC que sale del suelo para que la cuba de debajo de la casa respire. De lo contrario, podría saltar todo por los aires"

Bernarda Barboza, 45 años. La Cava. Buenos Aires, Argentina

Dos de los rasgos característicos del problema de vivienda en los países en vías de desarrollo son la precariedad y el hacinamiento. Para definir el grado de precariedad de una vivienda se toman en cuenta las carencias constructivas o de servicios (Tabla 2.2). El hacinamiento se refiere al número de personas por cuarto dentro de la misma vivienda, recordemos la historia de María, Rosa y Lorena descrita anteriormente. Por cuarto se entiende todo ambiente donde pueda ubicarse una cama, excluyendo pasillos cocinas y baños. El hacinamiento puede ser: • Semicrítico: 1.5 a 2 persona por cuarto. • Crítico: más de dos personas por cuarto. La combinación de la precariedad y el hacinamiento permite delimitar los tipos de déficit cualitativo: • Precariedad sin hacinamiento • Hacinamiento sin precariedad • Precariedad y hacinamiento.

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Vivienda individual tipo casa

Construcción con salida independiente a la vía pública que generalmenteconstituye una sola unidad de vivienda.

Departamento Cuarto o conjunto de cuartos que, dentro de un mismo edificio, constituye unasola unidad de vivienda.

InquilinatoVivienda donde se alojan cuatro o más hogares censales, cada uno alquila unoo más cuartos. No poseen lavabo ni cocina exclusivos. Cada cuarto o conjuntode cuartos ocupados por una unidad familiar se considera una viviendaindependiente.

Rancho Edificación típica de áreas rurales. Construída rústicamente, con materiales deorigen local.

Precaria Albergue construido con materiales de desperdicio o desecho.

Otros Lugar no destinado para vivienda, opero utilizado para tal fin.

Tabla 2.2 Definición del grado de precariedad de una vivienda


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2.1.4 La presión demográfica, el crecimiento urbano y la pobreza

La rápida urbanización, la concentración de la población urbana en las grandes ciudades, la expansión de las ciudades en zonas geográficamente más amplias y el rápido crecimiento de las megalópolis se encuentran entre las transformaciones más importantes de los asentamientos humanos. En Latinoamérica el proceso de urbanización, ligado al crecimiento demográfico ha ido en aumento. La población urbana, esto es en ciudades de más de 20,000 habitantes, ha crecido en toda la región de un 65% en 1980 a cerca de un 66% en el año 2000 y la tendencia es de un 73% para el año 2020. Debe sin embargo, matizarse que el crecimiento urbano no es el mismo en todos los países. Tomando la clasificación del CEPAL puede hablarse de cuatro niveles de urbanización: • Transición urbana avanzada: 80% o más de población urbana en 2000. • Plena transición urbana: entre 70% y 80% de población urbana en 2000. • Transición urbana moderada: entre 50% y 70% de población urbana en 2000. • Transición urbana rezagada: menos del 50% de población urbana en 2000 Los datos porcentuales de cada uno de los países latinoamericanos pueden verse en la Tabla 2.3

Transición Urbana Avanzada 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020Argentina 78,4 80,7 83,0 84,9 86,9 88,3 89,6 90,6 91,4 92,0 92,5Bahamas 71,8 73,4 75,1 79,7 83,6 86,5 88,5 90,0 90,9 91,5 92,0Barbados 37,1 38,6 40,2 42,5 44,8 47,3 50,0 52,8 55,6 58,4 61,1Chile 73,0 76,0 79,0 81,1 82,8 84,4 85,7 86,9 87,9 88,8 89,6Jmaica 41,5 44,1 46,8 49,2 51,5 53,7 56,1 58,5 61,0 63,5 65,9Uruguay 82,0 82,9 86,1 89,2 90,5 91,7 92,6 93,1 93,7 93,9 94,0Venezuela 71,8 75,4 78,9 81,6 83,9 85,8 87,4 88,8 89,9 90,8 91,5

En Plena Transición Urbana 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020Brasil 55,6 61,4 67,3 71,0 74,7 77,5 79,9 81,7 83,1 84,2 85,0Colombia 57,7 61,8 64,4 67,0 69,4 71,7 74,5 76,6 78,4 80,0 81,4Cuba 60,1 64,1 68,0 71,6 74,8 77,6 79,9 81,9 83,4 84,7 85,7México 58,9 62,3 65,5 68,6 71,4 73,4 75,4 77,2 78,8 80,2 81,3Perú 58,1 61,9 64,2 66,3 68,7 71,2 72,3 73,5 74,6 75,5 76,3Trinidad y Tobago 63,0 63,0 63,1 66,2 69,1 71,7 74,1 76,1 77,8 79,3 80,7

Transición Urbana Moderada 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020Bolivia 36,2 40,5 45,4 50,5 55,6 60,4 64,6 68,2 71,0 73,1 74,8Ecuador 39,5 41,8 47,1 51,3 55,4 59,2 62,7 65,8 68,5 70,7 72,5El Salvador 39,0 41,5 44,1 47,0 49,8 52,5 55,2 57,8 60,3 62,6 64,7Nicaragua 46,8 48,8 50,1 51,4 52,5 53,9 55,3 56,7 58,1 59,4 60,6Panamá 47,6 48,7 49,7 51,7 53,8 55,7 57,6 59,5 61,2 62,9 64,5Paraguay 37,1 39,0 41,6 44,9 48,6 52,4 56,1 59,6 62,9 65,7 68,2Rep. Dominicana 39,7 44,7 49,9 52,3 53,7 57,1 60,2 62,9 65,3 67,4 69,1

Transición Urbana Rezagada 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020Costa Rica 38,8 41,3 43,1 44,8 46,7 48,5 50,4 52,3 54,2 56,1 57,9Guatemala 36,2 36,7 37,2 37,5 38,0 38,6 39,4 39,9 40,5 41,2 41,8Haití 19,7 22,2 24,5 27,2 30,5 34,3 38,1 41,8 45,3 48,4 51,3Honduras 29,0 32,2 35,0 37,7 40,8 44,4 48,2 52,1 55,9 59,5 62,7

Países según transición urbana

Tabla 2.3 América Latina Y El Caribe: Porcentaje Urbano de la Población Según País, 1970-2020. CEPAL

27

Del CEPAL también se ha tomado el dato que indica que el 30% de población urbana regional se concentra en apenas 12 aglomeraciones urbanas, que tienen una población mayor de 2,7 millones de personas cada una. Es sugerente que de las quince ciudades más pobladas del mundo a mediados de los años noventa, cuatro se localizaran en América Latina (Buenos Aires, Ciudad de México, Río de Janeiro y São Paulo). Macrociudades como México DF. y Sao Paulo, son respectivamente la segunda y la tercera ciudades más grandes del mundo. Con tales monstruos urbanos, parece ser que el deterioro de la calidad de vida es inevitable. Otro rasgo común a varias ciudades latinoamericanas es el enorme peso demográfico, económico, social y político de la capital del país. Esta auténtica macrocefalia de desarrollo centralizado es causante de muchas de las migraciones de los pobladores rurales hacia el área urbana. A menudo las poblaciones campesinas se ven obligadas a desplazarse de sus lugares de origen, unas veces movidas por el clima de violencia que les rodea y otras veces seducidas por la idea de un futuro mejor en la gran ciudad. Entre los problemas que la creciente urbanización ha traído consigo pueden enumerarse los siguientes: • infraestructura y equipamiento insuficientes (vivienda, red vial, servicios básicos); • situaciones críticas de índole socioeconómica (desempleo, hacinamiento, pobreza, segmentación territorial de los estratos sociales); • conductas desviadas (delincuencia, drogadicción, alienación); • colapsos ambientales (contaminación atmosférica y acuífera, degradación de suelos, ocupación de zonas riesgosas). En Latinoamérica puede detectarse una estrecha relación entre crecimiento demográfico, crecimiento urbano y crecimiento de la pobreza. Según datos del CEPAL7 puede observarse que el aumento de la pobreza está estrechamente ligado al nivel de urbanización de la región (Figura 2.2).

7 Arriagada, Camilo. "Pobreza en América Latina: Nuevos escenarios y desafíos de políticas para el hábitat urbano". CEPAL 2000


28

Figura 2.2 Crecimiento urbano y pobreza

Es esta población pobre la que, al estar excluida del sistema formal de acceso a vivienda se ve empujada a paliar su problema habitacional dentro de la informalidad.

2.1.5 Equidad y Segmentación de las Ciudades Latinoamericanas Uno de los rasgos característicos de las sociedades latinoamericanas, es la enorme brecha que separa a los más ricos de los que menos tienen, de hecho América Latina constituye la región del mundo con mayor desigualdad (World Bank, 1997,CEPAL, 2000b) (Figura 2.3). Y aunque esta fuera de los objetivos del presente trabajo analizar las causas de dicho desequilibro, es justo anotar que la diferencia en la distribución de los ingresos determina en gran medida las estrategias habitacionales de los latinoamericanos.

Figura 2.3 Pobreza urbana y desigualdad

29

Desde el acceso al suelo puede notarse esta brecha existente en las ciudades latinoamericanas. Mientras los sectores acomodados encuentran una oferta de suelos adecuados, legales y seguros, o bien pueden presionar para modificar los límites y usos de suelo urbano para su beneficio; las familias de bajos ingresos deben inventar estrategias de supervivencia, generalmente ilegales, que les llevan a ocupar terrenos de alto riesgo por sus características topográficas y condiciones de habitabilidad (barrancos, áreas contaminadas cercanas a vertederos). Para los pobres, la inseguridad de la tenencia y la informalidad se han constituido en una limitación importante en el acceso a la vivienda y su integración en la vida ciudadana8 (Figura 2.4).

El fenómeno de segmentación urbana constituye una característica altamente negativa de las ciudades latinoamericanas. La población con mayores ingresos se concentra en sectores residenciales exclusivos, aislados defensivamente en barrios autosuficientes dotados de viviendas y servicios costosos, por lo que no les resulta necesario ocupar el resto de la ciudad o interactuar con otros grupos sociales. Por otro lado las capas más pobres de la población tienden a ocupar los espacios periféricos, ya sea mediante ocupación ilegal o a través de programas estatales que los ubican en la periferia, aprovechando el coste menor del terreno. Esta ocupación, con escasa o nula planificación urbana se caracteriza por sus alojamientos precarios y las serias carencias de equipamientos. La insuficiencia de los servicios sociales y la escasa inversión privada en estos sectores de las ciudades no hacen sino aumentar la segregación original.

Figura 2.4 Pobreza urbana e inseguridad. Corrimiento de tierras

en San Salvador.

8 CEPAL. "El espacio Regional" Hacia la consolidación de los asentamientos humanos en América Latina y el Caribe. 2001. Pag. 46


30

2.1.6 La Vivienda Rural Los problemas de las ciudades son también los problemas de las áreas rurales. Las zonas urbanas y las rurales son interdependientes desde el punto de vista económico, social y ambiental. Una proporción importante de la población mundial sigue viviendo en asentamientos rurales, particularmente en los países en desarrollo. El hecho de que las ciudades en el mundo están creciendo a un ritmo de 50 millones de personas/año 9 inevitablemente desvía la atención a los grandes problemas que esta generando este rápido crecimiento urbano. Sin embargo en el desarrollo sostenible del área rural pueden hacerse muchos aportes con respecto a la vivienda con la incorporación de tecnologías ecológicamente racionales.

Cada aspecto del problema de la vivienda tiene inevitablemente su dimensión política y económica, temas que escapan al alcance de este trabajo. La falta de infraestructura y servicios, la contaminación causada por los efectos negativos de la industrialización y la urbanización no sostenibles contribuyen enormemente a la degradación del medio rural. Además, la falta de oportunidades de empleo en las zonas rurales favorece la migración del campo a la ciudad con la consiguiente pérdida de capacidad humana en las comunidades rurales (Tabla 2.4).

Lenta (menos de 0.60) Rápida (más de 0.60)Chile Costa RicaArgentinaUruguay

BrasilPanamá

Venezuela El SalvadorRepública Dominicana

México ColombiaPerú HondurasAmérica Latina (promedio) Bolivia

Alto (más de 50%)

Bajo (menos de 30%)

Medio (30% a 50%)

Tasa anual de Urbanización% de Pobreza Rural

Tabla 2.4 America Latina Países Clasificados Según Tasa De Urbanización (1990-2000) y Porcentaje De Pobreza Rural

9 Oliver Paul. Dwelings. Going to Town Pp.216

31

2.2 Vivienda en Latinoamérica. Estrategias Habitacionales 2.2.1 Estrategias informales "...deben de predominar errores profundos en la legislación de los países de América Latina cuando

todos o casi todos los actos que realizan a diario millones de habitantes para sobrevivir son

considerados ilegales"10

Jorge Enrique Hardoy

Aproximadamente un 60% de la actividad constructora de vivienda en Latinoamérica la realiza el llamado sector informal. El autoconstructor anónimo, usualmente una mujer, es quien define el crecimiento de las ciudades. Mediante invasiones de terrenos ociosos y muchas veces utilizando los mecanismos propios de la economía sumergida, comienza apropiándose de un trozo de terreno en el que con cartones, planchas de zinc, esteras o plásticos primero y con bloques después realiza el proceso de dar forma a su "hogar". El crecimiento de población que ocupa alguna forma de hábitat informal con respecto al total de habitantes de cada ciudad ha sido importante en las últimas décadas en las ciudades latinoamericanas. Algunos datos ejemplifican la situación (Ver Figura 2.5).

Figura 2.5 Crecimiento Hábitat Informal en siete ciudades latinoamericanas (SALAS 2000)

10 Hardoy, Jorge Enrique. "Repensar la Ciudad Latinoamericana". Citado por Julián Salas en "Contra el Hambre de Vivienda". Pp.67

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Caracas Lima Bogotá México BuenosAires

Sao Paulo Quito

POR

CEN

TAJE

(%)

195019701990


32

En Caracas aumentó del 20% en los años cincuenta y sesenta al 35% y 50%, en los años setenta y noventa, respectivamente. En Lima ha pasado del 15% en los años cincuenta, al 35% en la década del setenta; estimaciones recientes dan cuenta que más del 40% (Riofrío, 1999) o del 50% (Mello Bueno, 1999) de la población vive en hábitat informal. En Bogotá, la producción de loteos clandestinos data de los años cincuenta; en los años setenta habitaban en ellos el 54% de la población; en la ultima década la población viviendo en algún tipo de informalidad ha llegado al 59% (Clichevsky, 1991; Mello Bueno, 1999). En México representa el 40%. En algunas ciudades, como en San José de Costa Rica y San Salvador en los años ochenta, predominaban los inquilinatos centrales. En ésta última, en 1975 el 58% de la población habitaba en los llamados "mesones" o vecindades; esta situación cambió a raíz del conflicto bélico y del sismo de 1986; las viviendas en mesones bajó al 8.6% al final de dicho año, aumentando el mercado ilegal de tierra y el allegamiento de hogares, como en Chile (FUNDASAL, 1993). En el Área Metropolitana Buenos Aires, la población viviendo en diversos tipos de informalidad (exceptuando las viviendas construidas por fuera de las normas, sobre terreno propio, pues son imposibles de cuantificar con los instrumentos disponibles) ha aumentado del 3% aproximadamente en la década del sesenta a algo más del 10% en la actualidad. En la ciudad de Buenos Aires las personas que habitaban en villas aumentaron de 50,058 en 1991 a 80,000 en 1993. Se estima en 145,000 la población habitando en inquilinatos y hoteles-pensión y en 150,000 los que ocupan inmuebles, en más de diez mil propiedades. En los 24 Municipios del Área Metropolitana de Buenos Aires, las organizaciones sociales indican que la población viviendo en aproximadamente 140 asentamientos es de 250,000 habitantes. A esta población hay que sumarle la que no tiene regularizada su situación dominial (por compra de lotes a mensualidades, de manera legal o clandestina) y la población de las villas. En total se calcula que hay más de medio millón de personas que viven en estas condiciones (Clichevsky, 1999a). En Brasil se dan diferentes situaciones. En Río de Janeiro, Belo Horizonte, San Pablo, Salvador y Fortaleza la población viviendo sólo en favela representa entre el 20% y el 22% mientras que en Recife el 46% (Mello Bueno, 1999). En Santos, el 12% de la población vive en cortijos. En Sao Paulo, la lotificación ilegal fue la principal alternativa de acceso al suelo; en 1980 oscilaban entre 3,560 y 5,000, según diversas fuentes, y su población entre 2.5 y 4 millones de personas: alrededor del 50% de la población de la ciudad. En 1990, en 2,600 loteos vivían 2,4 millones

33

de personas, dado que se habían producido procesos de regularización. Existe relación directa entre disminución de lotes ilegales y aumento de favelas; mientras que la tasa de crecimiento de la población entre 1980 y 1991 fue de 1.04%, la de la población viviendo en estas villas fue de 6.17%. En Quito, aproximadamente el 50% de los asentamientos son ilegales. El número y tamaño de este tipo de barrios fue aumentando rápidamente: mientras en 1981 existían 87 asentamientos de hecho, instalados en 2,498 Ha, en 1985, eran 134 (4,575 Ha); en 1991, 202 (3,979 Ha) y en 1992, había 214 (4,035 Ha.); la ocupación se realiza a través de invasiones y lotificaciones informales; o a través de cooperativas de vivienda o agrícolas, éstas últimas ilegalmente transformadas en urbanas. Para Guatemala y Managua no existe información reciente, pero en la primera de ellas el desarrollo de los asentamientos periféricos parece haber comenzado ya en los años cuarenta, mientras que en la segunda, con el sismo de 1972 y las grandes migraciones, han aumentado considerablemente los asentamientos irregulares.

2.2.1.1 Mecanismos de construcción

“Comenzamos a construir la casa de ladrillo hace tres meses. Toda la familia se ha metido en el cobertizo que teníamos detrás de la casa vieja, de forma que estamos un poco apretados ahora. Dentro de un mes ya tendremos tejado y ya podremos vivir en la nueva casa. Aunque no estará terminada. Tendremos que esperar hasta ahorrar más dinero."

Doña Apasa, 37 años.11

Figura 2.06. El Alto, Bolivia

Los recién llegados a El Alto, ciudad de casi 1 millón de habitantes situada sobre La Paz, suelen preferir el adobe para construir su primer hogar urbano: un cubículo de una sola habitación, cubierto con Uralita. El adobe, fabricado con arcilla secada al

11 "Chabolas" Colors Magazine. Agosto-Septiembre 2003.


34

sol, es barato. El cemento, en cambio cuesta: 46 bolivianos (6$US) el saco, de forma que se prefiere la cal. Cuando los emigrantes consiguen un poco de dinero extra, añaden un segundo piso construido con ladrillos de arcilla cocida, derriban la casa de adobe y construyen una nueva con ladrillo. Construir con ladrillos es una señal de categoría, aunque el adobe es mejor para regular la temperatura y aislar el ruido del aeropuerto vecino.

La Tabla 2.5 muestra la síntesis con la que Salas resume acertadamente los mecanismos que usa la informalidad para construir el tejido urbano en Latinoamérica.

• Invadir en forma colectiva un terreno, público o privado por lo general sin equipamiento sanitario y con malosaccesos. Cada familia levanta una vivienda provisional construida generalmente con materiales de desecho, queluego se va mejorando a medida que los recursos y el proceso lo permiten.

• Construir una vivienda semejante al caso anterior en una urbanización ilegal o en un terreno alejado que se haadquirido a lo largo de los años.

• Alquilar una vivienda o un cuarto en un barrio de invasión o en una urbanización ilegal.

• Alquilar un cuarto en un conventillo, residencial o pensión con muy malos servicios por lo general, localizados enlos distritos centrales de las grandes ciudades.

• Invadir, con otras familias, una casa antigua, abandonada o subdividir una casa cuyos alquileres no han sidocongelados.

Tabla 2.5 Soluciones al Problema Habitacional por parte de los Sectores Populares .(SALAS 2002)

Los asentamientos generados mediante este proceso dibujan progresivamente la expansión desordenada de las ciudades latinoamericanas. Este fenómeno, en un principio atacado por los gobiernos de la región, es considerado cada vez más como germen de desarrollo. Al menos se tiende a descartar su erradicación como medida adecuada para regular su crecimiento y se han observado medidas que evitan el conflicto y buscan resolver el problema mediante la colaboración entre el Gobierno y la población. Por ejemplo, una de las políticas adoptadas por el gobierno mexicano ha sido la de regularizar a los asentamientos ilegales a través de programas masivos de escrituración. En los últimos años se ha buscado incorporar suelo urbano de origen ejidal y comunal, con el fin de desalentar las invasiones que generan asentamientos precarios, y reubicar los existentes en zonas más seguras.

35

"La idea de una urbanización necesariamente vinculada a la pobreza, el hacinamiento, la degradación

ambiental, la violencia y la perdida de identidad cultural, hoy ha cedido lugar a un enfoque más

positivo del fenómeno urbano, que sin desconocer los problemas críticos que predominan o se

acentúan en las ciudades, descubre en ellas un potencial sinérgico indispensable para el

progreso...Lo importante no sería ya combatir el crecimiento urbano, por lo demás inevitable, sino

mejorar las condiciones en que este crecimiento tiene lugar"12 Según datos del CEPAL, la informalidad habitacional ha ido en aumento en algunas ciudades sudamericanas en las últimas décadas (Tabla 2.6). Las estimaciones señalan que en Lima entre el 40% y el 50% de la población viven actualmente en hábitat informal. Otros autores como H. de Soto, para quien "en Perú, es la formalidad lo que se manifiesta como fenómeno marginal", sitúan la informalidad en torno al 90% del total de viviendas existentes.

Ciudad Porcentaje de población que vive en la informalidad

Bogotá 59

Belo Horizonte 20 (sólo en favela)

Buenos Aires 10

Caracas 50

Fortaleza 21 (sólo en favela)

Lima 40

México 40

Quito 50

Recife 46

Rio de Janeiro 20 (solo en favela)

Salvador 21 (solo en favela)

Sao Paulo 22 (solo en favela)

San Salvador 35.5 (sólo en mesones)

Santos 12 (solo en corticos) Tabla 2.6 Magnitud de la Informalidad, por Ciudades .(SALAS 2002)

En ciudades brasileñas como Rio de Janeiro, Belo Horizonte, Sao Paulo, Salvador y Fortaleza, la población "favelada" es del orden del 20%, cifra que llega a una 46% en Recife. En Quito aproximadamente el 50% de los asentamientos son ilegales. En Venezuela la invasión de tierras es todavía un mecanismo muy dinámico de producción de suelo urbano, llegando a un 48% del total de viviendas en ciudades como Maracaibo.

12 CEPAL. "Alojar el Desarrollo: Una tarea para los asentamientos humanos". Citado por Salas en "La Industrialización posible de la Vivienda Latinoamericana". Pp. 28-29


36

En Centroamérica el fenómeno tiene su propia expresión. En San José de Costa Rica y San Salvador, en los años ochenta predominaban los inquilinatos centrales. A raíz del terremoto de 1986 y como consecuencia del conflicto bélico que azotó a este último país, se activó enormemente el mercado ilegal de tierras. La propiedad de vivienda en el Caribe es generalmente alta, con porcentajes de entre el 60% y el 80%. Sin embargo este porcentaje disminuye cuando se trata de propiedad del suelo, que es mayoritariamente público en algunas islas de la corona británica. En junio de 1999 se instituyó en Trinidad y Tobago una agencia para la regularización de los asentamientos informales, que ha normalizado la situación de más de 7,000 familias hasta la fecha. Este breve repaso de la informalidad muestra una consolidación progresiva de los asentamientos ilegales. Sin embargo, debe anotarse también que en muchos casos se prefiere dejar las situaciones de propiedad en una condición ambigua, lo que provoca la incertidumbre de los asentados. La experiencia ha demostrado que este frágil equilibrio puede romperse fácilmente a raíz de desastres naturales, presiones inmobiliarias o procesos electorales.

2.2.1.2 La Mujer como constructora En un estudio llevado a cabo por el CISCSA (Centro de Intercambio y Servicios para el Cono Sur) se constató el alto porcentaje de mujeres que eran las únicas responsables de sus hogares. Tras analizar la composición de éstos y los acuerdos familiares existentes, el estudio muestra la existencia de 'jefas de hogar ocultas'. Se trata de mujeres integrantes de viviendas de composición variada, que conviven con un compañero eventual, con sus padres o con otros familiares, pero que asumen la responsabilidad productiva y el Figura 2.07 Mujeres constructoras

Santa Ana Ocotal, Nicaragua

37

cuidado de sus hijos. En el momento del estudio, el total de mujeres que llevaban a cabo estas funciones, considerando a las claramente identificadas y a las que permanecían 'ocultas', representaba el 40% (Figura 2.07). Más del 50% de las mujeres que eran únicas responsables de sus hogares tuvo que construir por sí misma su vivienda, aunque el programa ejecutado por el gobierno local contemplaba dos modalidades, por un lado la entrega de `pies de casa' edificados por empresas a partir de licitaciones públicas, y, por otro, aquellos hogares levantados por sus propios habitantes, por esfuerzo propio y ayuda mutua. La mayoría de las `jefas de hogar' se vio obligada a edificar su vivienda, con la consiguiente sobrecarga física y psicológica. Tuvo que conciliar sus responsabilidades domésticas con las laborales y cumplir al tiempo con la cuota de trabajo requerida para la construcción del hogar. Esto demuestra, simplemente, lo invisibles que son estas mujeres para quienes diseñan y ponen en práctica la política. Las familias nucleares o extendidas realizaron ampliaciones de sus viviendas; las mujeres solas que pudieron hacerlo fueron casos excepcionales. Estas últimas desarrollaban una actividad comercial en la misma vivienda, lo que indica que el hogar constituye para muchos -especialmente para las mujeres- un lugar de trabajo y supervivencia. Estaba prevista la ampliación de los `pies de casa' a partir de un banco de materiales aportado por el municipio. La mayoría de las `jefas de hogar' no pudo realizar ninguna ampliación. Su situación de hacinamiento, además, estaba agravada por el hecho de que un alto porcentaje de ellas había accedido a las viviendas de menor dimensión. Después de tres años de habitar en ellas, sólo el 50% había podido construir un cerco o tapia precaria para delimitar su lote, lo que repercutió en su seguridad personal y familiar. Un alto porcentaje de las mujeres no cumple con los criterios de selección para el acceso a una vivienda subvencionada o de subsidio. Éstos presuponen ingresos regulares y empleos formales, mientras que los de las mujeres provienen de trabajos informales e inestables. Otro aspecto que debe subrayarse es la recurrente combinación de las actividades productivas con los usos propios de una vivienda en los hogares de los sectores sociales más pobres. El trabajo en la vivienda es algo que no se toma en cuenta en el diseño de las residencias, pero la casa, además de un bien de uso, es un ámbito


38

que posibilita estrategias de supervivencia, especialmente a las mujeres. La coexistencia del trabajo y la vida familiar en el mismo ámbito conlleva requerimientos específicos que deben ser considerados. En la mayoría de los casos, implica sacrificar espacios vitales destinados a otros usos, lo que se traduce en hacinamiento y en incumplimiento de unas condiciones mínimas de iluminación y ventilación. Los problemas enunciados reflejan una pauta repetida en las reubicaciones de los asentamientos informales que ha sido constatada por diversos autores en otros contextos. En primer lugar, los programas limitan su concepción de `hábitat' a la vivienda, subestimando un conjunto de condicionantes que son parte fundamental del mismo para desarrollar la vida. En segundo lugar, sus ideólogos desconocen las diferencias entre hombres y mujeres en situación de pobreza y la heterogeneidad de la estructura de los hogares, que ellos adscriben al modelo de familia nuclear. En consecuencia, los programas y proyectos ignoran las necesidades e intereses de las mujeres.

2.2.2 Estrategias Institucionales Durante los años noventa se han hecho avances en la recuperación del gasto social en Latinoamérica. Países como Chile, Colombia, Brasil o Costa Rica han desarrollado interesantes procesos de reducción de la pobreza. Sin embargo los índices nacionales de desigualdad se mantuvieron en niveles altos o directamente se deterioraron, lo cual demuestra que es cada vez mayor la brecha que separa a los ricos de los más pobres13.

Gobierno Durante las últimas décadas, las políticas de vivienda de los gobiernos latinoamericanos han operado un giro importante. Se ha pasado de combatir activamente los asentamientos informales y precarios a reconocerlos como un hecho inevitable del crecimiento urbano, fuente de riqueza y desarrollo. Por una parte, se han adoptado estándares más realistas en cuanto a las provisiones iniciales de vivienda, dentro de programas que consideran una consolidación integral, progresiva y participativa de los asentamientos.

13 Arriagada, Camilo. "Pobreza en América Latina: Nuevos escenarios y desafíos de políticas para el hábitat urbano". CEPAL. 2000

39

Se tiende actualmente a buscar una descentralización de las decisiones sobre el diseño y gestión de los programas sociales, buscando con esto que los beneficios lleguen de manera más efectiva a la población más necesitada. Por otro lado se ha tomado conciencia que la sola reducción de carencias y niveles de pobreza no constituye un desempeño adecuado de políticas, si no esta acompañada de una disminución de la desigualdad y de creación de capacidades reales de desarrollo para los más pobres. Las intervenciones integrales para combatir la pobreza urbana buscan unir las políticas y programas de vivienda e infraestructura con políticas destinadas a incrementar la formación y la generación de ingresos. En materia de vivienda existen dos tendencias principales:

• Los programas de vivienda social y • el mejoramiento y consolidación de barrios marginales.

En México, por ejemplo, se han aplicado diversos lotes con servicios para las familias con menores ingresos, así como programas de autoconstrucción y empleo temporal. Esto ha permitido ampliar el acceso a la vivienda mediante esquemas compartidos entre gobierno y sociedad. Mediante Programas como el de Lotes con Traza Urbana, se ha facilitado el acceso, a familias de bajos ingresos, a una vivienda en mejores condiciones que las que ofrece el mercado. En Argentina se han promovido programas que buscan el desarrollo de poblaciones con alto grado de vulnerabilidad social: aborígenes, criollos, población rural y de asentamientos precarios. Estos programas potencian la participación de los pobladores en la ejecución material de los proyectos, mediante el aporte de mano de obra, tierra u otros recursos. Otros cambios tienen que ver con los tipos de financiamiento previstos para permitir el acceso a la vivienda a las personas de escasos recursos. Debido a que el sistema de financiamiento tradicional no es suficiente para incluir a los estratos más pobres de la población, algunas políticas de vivienda han recurrido a un esquema de financiamiento basado en tres pilares fundamentales: subsidio estatal, ahorro previo y crédito hipotecario. Países como Chile, Costa Rica y Colombia son ejemplos de estas políticas de vivienda, basadas en subsidios a la demanda y orientadas al mercado14. De hecho

14 Held, Günter "Políticas de viviendas de interés social orientadas al mercado


40

los dos primeros son los dos únicos países que en la década de los noventa han iniciado la absorción de su déficit habitacional. A pesar de los ejemplos mencionados anteriormente, es aún evidente la cantidad abrumadora de trabajo necesaria para afrontar el problema de la vivienda en Latinoamérica. Aunque se han dado avances en algunos países de la región, son necesarias más soluciones que frenen la brecha, cada día mayor, que separa a los que más tienen de los más desfavorecidos. En este sentido incluso los indicadores económicos buscan nuevos modelos que ayuden a medir tal diferencia y que tomen en cuenta no solo el nivel de ingreso de las personas en los países, sino otros aspectos de tipo social, medioambiental, económico e institucional15. Sin embargo, aún midiendo el desarrollo de los países con este tipo de índices alternativos, el tema de la vivienda sigue siendo un problema que merece atención urgente. A continuación se reseñan algunas de las acciones llevadas a cabo por Gobiernos latinoamericanos, que buscan soluciones coordinadas con políticas sociales y urbanas al problema de la vivienda. Se presenta una serie de fichas en las que se describen los antecedentes, el marco de acción y la descripción de la actividad.

Universidades

"Se ha estimado que la participación de arquitectos en los procesos convencionales de diseño y

construcción de edificios y obras públicas, no pasa del 10% de todas las estructuras que se levantan

actualmente en América Latina y el Caribe. En cuanto a la planificación, la participación de estos

profesionales puede ser aún menor"16

La cita anterior corrobora el hecho que en América Latina es el sector informal el que lleva a cabo alrededor del 60% de las acciones de edificación de vivienda. Y las facultades de diseño, muchas veces ajenas a esta realidad, preparan a profesionales que luego volcaran sus conocimientos al servicio de una minoría con el poder adquisitivo suficiente para pagar sus servicios y construir sus encargos con materiales y sistemas, muchas veces importados.

15 "Dashboard of Sustainability". Indice de Desarrollo sostenible alternativo al PIB. Software que elabora los indicadores y en pocos segundos visualiza la sosteniblidad ambiental, social y económica de un país. 16 Salas Julián citando datos del CEPAL. "Contra el Hambre de Vivienda".1998

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Pese a lo anterior, se han detectado numerosas iniciativas en las que las Universidades promueven distintas actividades que incluyen cursos, premios, seminarios o congresos en los que se aborda el problema de la vivienda de interés social. Algunas de las experiencias a destacar se muestran en las fichas siguientes. En ellas se muestra una breve descripción de los antecedentes, el marco de acción y la descripción de la actividad. Los textos han sido transcritos o adaptados de las fuentes citadas en los enlaces. Organismos no Gubernamentales El déficit de vivienda en los países latinoamericanos es un fenómeno que difícilmente podrá ser resuelto con el esfuerzo aislado del mercado, el estado o las propias comunidades. Existen otros actores en este fenómeno que en gran medida han contribuido a disminuir el problema, se trata de las agencias de cooperación internacional. Igual que en el apartado anterior, se han elaborado una serie de fichas en las que se reseñan algunas de las actividades encontradas. Debido a lo extenso del tema no se han incluido todas las actividades localizadas, ya que no es materia de estudio del presente trabajo. Sin embargo debido a lo interesante y amplio del tema se anota en cada ficha una serie de enlaces, con los cuales todo interesado puede ampliar la información reseñada.

Iniciativa Privada

Durante la década de los 90, se observó cierta desvinculación del Estado de la construcción directa de viviendas y la paulatina incorporación del sector privado en la construcción de vivienda de interés social.

Siguiendo las reformas económicas de mercado, los sectores públicos han asumido principalmente como reguladores y promotores; como oferentes “subsidiarios” de viviendas a familias y personas en situación de extrema pobreza, y como suministradores de obras sanitarias y de equipamientos complementarios que tienen un alto contenido de bienes públicos (tales como áreas de recreación y deporte y centros comunitarios).

Las tareas y responsabilidades de entidades públicas han incluido la fijación y el cumplimiento de normas referidas principalmente a los siguientes aspectos:

• Estándares y precios de las viviendas de interés social nuevas;


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• Proceso de postulación y asignación de subsidios; • Requisitos de ahorro previo según las respectivas soluciones de vivienda; • Acopio de suelo para vivienda de interés social; • Condiciones de entrada de empresas privadas a la construcción de

poblaciones de viviendas de interés social.

En cambio son las empresas privadas y otras entidades del sector (tales como cooperativas de vivienda y sociedades mutuales), las que han tomado la principal responsabilidad como constructores y oferentes de viviendas de interés social. Por su parte, bancos y otras instituciones financieras privadas deberían asumir similares tareas en la gestión de las cuentas de ahorro y de los créditos hipotecarios para esas viviendas.

Las experiencias con políticas de vivienda de interés social en Chile, Costa Rica y Colombia han puesto énfasis en los siguientes instrumentos e instituciones, sin que ello signifique que todos ellos han formado parte de la política de uno de esos países.

Una de las principales conclusiones que se dio en el VIII Encuentro de la Asociación Centroamericana de Viviendas (ACENVI), fue la necesidad de la unidad para enfrentar el déficit habitacional que enfrentan todos los países del área. En Guatemala es de 1 millón 500 mil casas, Honduras 500 mil, similar a El Salvador, Nicaragua y Costa Rica con 100 mil, por ello todos juntos tienen que buscar financiamiento para solucionar ese problema. El objetivo que se perseguía en este encuentro era que la iniciativa privada de repuestas a todas las personas que no pueden comprar una casa En el ANEXO 2.1 Estrategias Habitacionales Institucionales se describen con detalle diferentes prácticas institucionales realizadas para paliar el enorme déficit habitacional que se vive en Latinoamérica.

43

2.3 Vivienda en Latinoamérica. Importancia de los Materiales de Construcción.

Llegados a este punto cabe anotar que el problema de la vivienda en los países en vías de desarrollo es en buena parte un problema de materiales y de componentes de construcción. Contrariamente a lo que suele ocurrir en el mundo desarrollado, el peso relativo de los materiales de construcción dentro del costo total de la vivienda suele ser mayor. Y dentro de los países en desarrollo esta diferencia puede ser importante si se comparan los precios de los materiales dentro del sector formal e informal. Esta importancia del costo de los materiales se enfatiza cuando se toman en cuenta los bajos ingresos de las personas que en los países en desarrollo deben adquirir tales materiales para la construcción de sus viviendas. En la Tabla 2.9 puede observarse comparativamente el costo de varias partidas representativas en la construcción de vivienda, en once países de América Latina y a modo de comparación lo que ocurre en España.

CONCEPTO Argentina (Córdoba)

Brasil (Sao Paulo) Chile (Santiago) Colombia

(Bogotá) Cuba España (Madrid) México Paraguay (Asunción) Perú (Lima) El Salvador Venezuela

(Caracas)Uruguay

(Montevideo)

Valores Medios (Excluyendo

Cuba y España)

1. Bolsa de 50 Kg. De cemento Portland normal 7,0 5,9 6,5 6,2 0,1 4,1 5,6 6,7 5,1 4,0 5,4 5,4 5,82. Tonelada de acero en redondos para armado de hormigón 576,0 518,0 572,9 450,2 18,4 612,0 451,3 558,0 504,0 523,8 531,3 806,8 549,2

3. Metro cúbico de arena puesto en obra9,5 20,9 13,1 20,0 0,5 23,1 4,3 4,6 7,3 8,6 16,2 11,3 11,6

4. Salario mensual mínimo oficial (incluidas cargas sociales) de obrero de la construcción sin especialidad 400,0 354,5 164,1 158,3 5,2 615,0 279,2 232,5 369,0 111,4 225,3 728,5 302,35. Salario mensual real (incluídas cargas sociales) de obrero de la construcción sin especialidad 600,0 431,0 334,2 208,3 7,5 1230,0 358,4 232,5 369,0 151,0 363,7 853,1 390,1

6. Precio de mercado medio de una "casa" de interés social de 50m2 de una planta 25000,0 13636,0 22689,0 20830,0 494,5 40000,0 18604,0 15000,0 9143,0 7070,0 45000 21697,27. Precio de mercado medio de un "departamento" de interés social de 50 m2 (en edificio de varias plantas) 40000 19550 23370 41660 543,4 40540 34884 17770 17143 23838 60000 30912,88. Cociente entre las partidas 6 / 4 62,5 38,5 138,3 131,6 95,1 0,0 143,3 80,0 40,7 82,1 31,4 61,8 71,8

9. Cociente entre las partidas 7 / 4100,0 55,1 142,4 263,2 104,5 65,9 0,0 150,0 48,2 153,9 105,8 82,36101579 102,3

10 Cociente entre las partidas 5 / 185,7 73,1 51,4 33,6 75,0 300,0 64,0 34,7 72,4 37,8 67,4 157,9814815 67,5

11. Cociente entre las partidas 7 (m2) / 42,0 1,1 2,8 5,3 2,1 1,3 0,0 3,0 1,0 3,1 2,1 1,647220316 2,0

Cambio del dólar en moneda local (febrero 2004) 2,9 2,9 589,3 2776,7 21,0 0,8 11,0 6077,7 3,6 8,8 1921,0 29,5

Pesos Reales Pesos Pesos Pesos Euros Pesos Guaraníes Nuevos soles Colones Bolívares Pesos

Tabla 2.7 Precios "Medios De Mercado" en Dólares USA en Once Países Latinoamericanos y España.(SALAS 2000)

Puede notarse que no existen diferencias realmente significativas si comparamos el costo del cemento y del acero entre los países latinoamericanos y España. El costo de la arena es incluso mucho mayor en este país.


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Sin embargo la diferencia la marcan los ingresos de una misma persona en los diferentes países. El problema radica entonces en el bajo poder adquisitivo de los que menos tienen. A modo de ejemplo Salas menciona que un obrero del Norte puede adquirir con un salario mensual más de 300 bolsas de cemento, mientras que un obrero centroamericano puede adquirir solamente unas 3017. Es importante tomar en cuenta esta realidad a la hora de proyectar soluciones habitacionales para los más desfavorecidos, y en este sentido los técnicos tenemos una gran oportunidad de colaborar a la hora de proyectar. Otro aspecto importante a tomar en cuenta a propósito de los materiales y su importancia dentro del contexto de la vivienda social, es que constituyen materia de ahorro para las clases más desfavorecidas. Las clases populares, pese a no tener muchas veces acceso a los canales de crédito formales, saben lo que cuesta un saco de cemento o arena, un ladrillo, una puerta o un aparato sanitario. Y esta franja de la población es por su peso demográfico la mayor consumidora de materiales en América Latina, a los que acceden mayoritariamente dentro del llamado sector informal. De hecho, se valora cada vez más la importancia de este sector como generador de soluciones habitacionales. Y lo que antes se consideraba simplemente como un fenómeno que genera soluciones de baja o nula calidad y extensiones desordenadas del suelo urbano; ahora es considerado cada vez más como una herramienta más para reducir el déficit habitacional. Y que incluso es susceptible de ser apoyada como receptora de ayuda institucional: "...Adquieren importancia los ajustes normativos, la investigación tecnológica y la asistencia técnica

encaminados a mejorar la elaboración y aplicación de materiales y técnicas regionales o locales. Es

perfectamente posible difundir el progreso técnico hacia este sector, con miras a obtener menores

costos, mayor calidad y generar empleo más calificado y mejor pagado, mediante un proceso de

formalización de aquellas actividades que muestren tener potencial para un mayor desarrollo. Este

progreso de carácter múltiple, que tiene sus bases en las ventajas comparativas propias de las

culturas tradicionales, de ciertas localizaciones geográficas y principalmente de la disponibilidad

temporal de mano de obra, necesita ser impulsada con programas de transferencia de tecnología y

fondos de inversión orientados a estimular la creación de una plataforma empresarial amplia, en la

que participen también las pequeñas y medianas empresas y un sector artesanal competitivo."

17 Salas, Julián "La industrialización posible de la vivienda latinoamericana"2000. Pp.99

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Los programas de regularización poseen como objetivos explícitos, en especial los implementados en los últimos años, integrar definitivamente el hábitat irregular a la ciudad formal, aliviar la pobreza y reducir la violencia y exclusión social urbana. Dentro de las diferentes estrategias para paliar el problema de la vivienda en los países Latinoamericanos que pueden ser adoptadas, se encuentra entonces la búsqueda de nuevas soluciones en el campo de los materiales. Es aquí donde es necesario buscar acciones destinadas a brindar nuevas soluciones. Dentro de esta búsqueda puede tomarse en consideración el desarrollo de las posibilidades de los materiales vernáculos, el diseño de nuevos materiales o la incorporación de variedades de los tradicionales. De hecho existen en Latinoamérica, experiencias en tecnologías constructivas suficientes para afrontar con optimismo el reto de proporcionar cobijo a los más necesitados. Por otro lado cabe destacar una incipiente transferencia regional de conocimientos, lo que posibilita compartir experiencias y soluciones creadas por la gente del Sur para la gente del Sur (Figura 2.08). En años recientes ha tomado especial importancia el uso de Internet como herramienta para compartir estas experiencias, como es el caso de la red Ecosur. La Red Ecosur en una entidad dinámica que se mueve desde las bases rurales ubicadas en diversas regiones del mundo, pasa por los socios en cada país, hasta los centros de coordinación, y viceversa, generando relaciones y contactos entre personas y organizaciones. Su existencia va mucho más allá de representaciones y oficinas, para convertirse en colaboración y solidaridad involucrando a prestigiosos centros de investigación y a decenas de especialistas en todos los continentes, conectados por Internet18. Así es que, pese a lo titánica que puede parecer en principio la tarea de buscar soluciones al problema habitacional de los más desfavorecidos, son varias ya las iniciativas que desde el Sur se han tomado para enfrentar dicho problema. Y dentro del campo de la investigación de materiales, se han hecho numerosos estudios que buscan aprovechar los productos y subproductos que se encuentran en el entorno inmediato. Es en este sentido que el uso de los desechos de actividades agrícolas, como fuente potencial de material para construcción, cobra importancia.

18 http://www.ecosur.org


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Figura 2.08. Construcción de viviendas en Santa Ana Ocotal, Nicaragua

Con las practicas actuales, alrededor del 70%

de la planta del maíz se desecha como residuo

Los primeros paneles de paja de cereales se produjeron en Alemania

en 1905

Actualmente se encuentran aplicaciones comerciales de fibras naturales en lanas

aislantes, bloques y

tableros

Pagina anterior Materiales Compositos hechos a partir de cáñamo industrial. http://www.naturalhomemagazine.com/

3

Los Compósitos de Fibras Vegetales como Material de Construcción

3.1 Breve Historia de los Compósitos de Fibras Vegetales El uso de fibras naturales como material de refuerzo ha sido conocido desde que el ser humano comenzó haciendo adobes y ladrillos reforzados con paja. Aunque algunas patentes del siglo pasado, se refieren al uso de fibras como componentes de materiales de construcción hechos con cemento, el interés en el uso de fibras vegetales como refuerzo para el cemento ha tenido mayor desarrollo en los últimos 20 años.

Figura 3.1 Bloques de adobe (http://www.cerise.org.uk/)

Los primeros paneles de paja de cereales se produjeron en 1905, en Alemania. James Hardie and Coy Pty Ltd comenzaron fabricando productos de asbesto cemento en Australia en 1917 [1]. Luego de establecer plantas manufactureras alrededor de Australia, la compañía extendió su producción a Nueva Zelanda en 1938. Esta expansión internacional continuó en Malasia en 1964, con la formación de la “United Asbestos Cement Berhad”. En 1970 la “P.T. Harflex Asbest Cement” comienza la producción en Indonesia. La primera investigación publicada sobre la posibilidad de usar paneles a partir de residuos agrícolas apareció en los Estados unidos en la década de 1930-40. A mediados de la década de 1940, James Hardie and Coy Pty Ltd tomaron un activo interés en el uso de la celulosa como un sustituto económico para los asbestos, en

51

los materiales de cemento reforzados con fibra. Este trabajo se intensificó durante la Segunda Guerra Mundial cuando hubo un descenso en la disponibilidad mundial de asbestos. Se realizó una investigación por Heath and Hackworthy para determinar si la pulpa de papel podía utilizarse como sustituto total o parcial en tabiques de asbesto-cemento. Las fibras estudiadas incluían bagazo, grama, paja de trigo, bolsas de cemento y papel de envolver. Los tabiques experimentales mostraron que el papel de envolver (kraft), era el mejor, dando mayor resistencia al material compuesto. Sin embargo, cuando se utilizaba junto con una proporción de asbestos, estas prestaciones se veían disminuidas. Un renovado interés en las fibras vegetales surgió casi inadvertidamente en 1960. La primera generación de tabiques “Hardiflex”, en los que las fibras de asbesto se sustituyeron por fibras de madera, comenzaron a producirse en 1964. Desde la década de los 60’s estos tabiques no han contenido más del 8% de asbestos, lo cual era menos de la mitad de lo que el resto de la industria estaba utilizando. Los intentos de reducir el contenido de asbestos mediante la adición de más fibras de madera, fueron infructuosos, debido a la inefectividad de estas fibras, comparadas con las de asbesto, en atrapar las partículas de cemento durante la formación de la plancha. A principios de los años setenta aparecen en Estados Unidos las primeras publicaciones sobre la posibilidad de fabricar paneles estructurales con residuos agrícolas. En 1973 se crea La Chanvrière de l'Aube (LCDA). Una cooperativa que agrupa a varios productores de la región de Champagne y que se especializa en la producción y procesamiento de cáñamo a nivel industrial. Entre los productos que fabrican esta “Chanvrisol”, un compósito hecho de fibras de cáñamo y cal natural, con el que se fabrican bloques y planchas no portantes. La fibra una vez mineralizada, también se comercializa bajo el nombre de “Chanvribat”, y se utiliza para aislamientos en suelos y cámaras en muros1. James Hardie y CSIRO iniciaron un trabajo de investigación en 1978 para estudiar, entre otras cosas el refinamiento de las fibras de celulosa, en un intento por superar las dificultades de retener el cemento en las planchas reforzadas con fibras de madera. Para mayo de 1981, la nueva generación de productos libres de asbesto, “Hardiflex II”, comenzó a ser producida comercialmente. Este producto estaba totalmente reforzado con fibras refinadas de madera.

1 http://www.chanvre.com/

3. Compósitos de Fibras Vegetales

52

En Europa, entre 1975-77, la Cape Industries comercializó los tabiques “Supalux”, “Monolux” y “Vermicolux”, los cuales tenían un refuerzo del 5% de celulosa y aditivos minerales. Los tabiques “Masterboard” y “Masterclad” eran más densos, y se utilizaban como cerramientos exteriores. En 1976 la producción suiza de productos de asbesto-cemento fue cortada totalmente [2]. Otros países escandinavos se vieron obligados a usar otros materiales alternativos. A/S Norcem en Noruega y OY Partek AB en Finlandia decidieron unirse bajo el nombre de NOPA y producir un material que llamaron “Cellcem”, el cual contenía fibras de celulosa. La producción de “Internit” y “Pernit” comenzó en Noruega en 1977 y en Finlandia se produjo el “Minerit” a partir de 1979. En 1983 James Hardie Industries y Cape Industries de Gran Bretaña formaron la Fibre Cement Technology. Su objetivo era comercializar la nueva tecnología que habían desarrollado, para fabricar elementos constructivos libres de asbesto. En 1985 los productores de Gran Bretaña habían reemplazado el asbesto en alrededor de un 50% de los tabiques reforzados con fibras. Para entonces James Hardie Industries habían reemplazado totalmente el asbesto por fibras de madera en los tabiques, láminas corrugadas y productos moldeados por inyección. La primera producción experimental de depósitos de WFRC (wood fibre reinforced concrete) se realizo en 1980 en su fábrica de Brooklyn. La producción comercial se inició en Australia en julio de 1984. A partir de la década de los años 90 se pudo observar una intensa actividad de investigación en este campo. Un renovado interés en el uso de fibras vegetales, promovido por la industria del papel y apoyado por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA), determinó el enorme potencial del cáñamo y el kenaf como fuentes de materia prima. Se empiezan a comercializar paneles que, según sus fabricantes, cumplen los requerimientos comerciales Standard. Y a finales de la misma década empiezan a observarse la aparición de varias compañías de este tipo en los Estados Unidos que producen paneles de partículas y paneles de densidad media. La figura 3.1 muestra el potencial anual de producción de ocho compañías norteamericanas. Desde 1999 la empresa belga “Fixolite” promueve en “Construmat” de Barcelona los bloques de enconfrado aislantes compuestos de virutas de madera no ácidas de textura homogénea, conglomeradas con una matriz de cemento Portland, utilizados principalmente como encofrado perdido.

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0 50 100 150 200 250 300 350 400

Goldboard, Dakota del Norte, 2002

Elie, Manitoba, 1998

Wanham, Alberta, 1999

Willow s, California, 2000

Mankato, Minesota, 1998

Wahpeton, Dakota del Norte, 1994

Hutchison, Kansas,1992

Varias compañías. Kompak

(1000 m3)

Figura 3.2 Capacidad de Producción de ocho plantas de Paneles de Paja Cereales en E.E.U.U.

3.2 Potencial actual de los Compósitos de Fibras Vegetales De manera general, los materiales de construcción que se hacen con fibras vegetales son básicamente los mismos que se fabrican con subproductos de madera. Paneles aislantes de baja densidad, tableros de partículas, placas de fibras de media y alta densidad y se utilizan sobre todo en paredes y techos. Los aglomerantes usados suelen ser resinas termo sintéticas, resinas naturales como tanina o lignina, termoplásticos, aglomerantes inorgánicos como cemento y cal. Sin embargo, aparentemente existe cierta restricción entre lo que se ha experimentado hasta la fecha y lo que realmente funciona y se aplica en la realidad. De todos los mencionados, la industria de paneles hechos con paja de cereales, es la que mejor está saliendo poco a poco de su etapa experimental. Cada vez es más frecuente encontrar ejemplos de su utilización, pese a que están aún pendientes de afinar varios aspectos tanto a nivel técnico como económico. La principal razón de este desarrollo, es la presión que actualmente soporta la industria de paneles a base de madera. La demanda per capita de paneles


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estructurales y no estructurales es mayor en Norte América y en los países de Europa, sin embargo existe una demanda creciente en países como China [3]. La conjunción de factores como el crecimiento de la población, el crecimiento económico y la aceptación de los usuarios hacen que la demanda de este tipo de productos sea cada vez mayor, y las tendencias en la producción de paneles con partículas de madera indican que no se alcanzará el nivel suficiente para satisfacer esa demanda. La Figura 3.2 muestra como, para el año 2030 empezará a apreciarse un desequilibrio entre consumo y crecimiento neto de madera disponible, si se mantienen las tendencias actuales.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

ha

per c

apita

Consumo de Madera Area de bosque Madera Crecimiento Neto

Inicio desbalance: M adera Crecimiento neto / Consumo

Figura 3.3 Madera y .Bosques. Consumo mundial per capita

Una de las soluciones a este problema cercano será intensificar la explotación en los bosques naturales del planeta. La inviabilidad de esta tendencia se ve remarcada por las presiones sociales y por las iniciativas de certificación de madera proveniente de bosques controlados que buscan aumentar el número de áreas protegidas y reducir la presión sobre los focos de explotación actuales. La explotación de bosques controlados, a pesar de ser una excelente iniciativa, requeriría el establecimiento de 100 millones de hectáreas de plantaciones de alta productividad además de las existentes actualmente (Bowyer 2001). Lo anterior implicaría aumentar en un 67% el área que actualmente se dedica a tal fin.

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Por otro lado, las excelentes producciones logradas con cultivos como el cáñamo y el kenaf se han conseguido en campos con un alto potencial como tierra para cultivos alimenticios. Y es posible que en un futuro estas tierras sean las que se necesiten para suplir de alimento a una población cada vez más numerosa. Este hecho plantea la cuestión, de que si tiene sentido utilizar tierras con vocación agrícola para producir cultivos no comestibles. Afortunadamente existe una fuente potencial de cantidades significativas de materiales lignocelulósicos que pueden complementar la madera proveniente de bosques naturales y controlados. Esta alternativa la constituye el uso de desechos agrícolas, que en forma de fibras y partículas se utilizan cada vez más en la fabricación de paneles y otros materiales de construcción. Ventajas de las fibras Naturales

• Bajo peso específico, que se traduce en mayor resistencia específica que otras fibras como las de vidrio, especialmente a solicitaciones de flexión.

• Constituyen un recurso renovable, con poco consumo de energía para su elaboración.

• Pueden obtenerse mediante inversiones de bajo costo, lo que permite su desarrollo industrial en países en vías de desarrollo.

• En general el método de obtención es inocuo y no representa riesgos para los manufactureros.

• Son reciclables, dependiendo del tipo de matriz en las que se incorporen • Proporcionan buenas propiedades térmicas, acústicas y aislantes

Desventajas de las fibras Naturales • Baja resistencia al impacto. • Alta dispersión en sus propiedades, dependiendo de factores como el clima o

el método de obtención. • Alta absorción, que produce importantes variaciones de peso y volumen,

afectando su durabilidad. • En general tienen baja resistencia al fuego. • En principio su costo es casi nulo, este puede variar dependiendo de la

producción y las políticas económicas. Esto afecta también la continuidad en los suministros.


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3.3 Clasificación de los Compósitos de Fibras Vegetales 3.3.1 Por tipo de planta utilizada Según la investigación bibliográfica realizada, pudo determinarse que se han estudiado alrededor de 50 tipos de plantas como fuente de subproductos para la construcción. El interés por este tipo de subproductos ha venido en aumento desde la década de 1960, que es cuando se empieza a notar el incremento de estudios realizados para evaluar su potencial. De todas las plantas que se han hecho estudios, el bagazo de caña de azúcar y el arroz son las que más han sido investigadas. (Tabla 3.1). A continuación se reseñan plantas de las que se encontró referencia de investigación o aplicación comercial reciente.

Caña de azúcar 255

Arroz 219

Bambú 154

Corteza de coco 101

Lino 90

Paja 87

Maiz 62

Sisal 56

Algodón 41

Trigo 39

Jute 23

Cáñamo 19

Kenaf 17

Banano 12

Sorgo 12

Girasol 11

Café 7

Cebada 6

Avena 4

Centeno 4

MATERIAL No. DE ESTUDIOS

Tabla 3.1 Fibras Vegetales en Construcción. Estudios Realizados entre 1913-1993

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3.3.2 Según Procedencia de desechos dentro de la Planta Siguiendo la clasificación de Fördös [4] se muestran los subproductos según la procedencia dentro de la planta: de la semilla, del tallo, de la hoja o de toda la planta. (Figura 3.3)

Figura 3.4 Clasificación de las fibras (FÖRDÖS 1988)

3.3.2.1 Semilla Corteza de coco (Cocos Nucifera) El coco es el fruto de una planta alta de la familia de las Palmáceas que se encuentra en prácticamente todas las regiones tropicales. La madera de la planta se emplea para la construcción de casas, estructuras sencillas y muebles. Las palmas se utilizan como elementos de cubierta. El fruto de esta planta es redondo y alargado de carne blanca, fibrosa y aceitosa cubierta por una cáscara dura. Los principales productos obtenidos del fruto son el agua de coco, la carne deshidratada par consumo humano y la copra o aceite. La corteza del fruto es un residuo. La parte exterior de la corteza, de apariencia correosa y fibrosa se llama exocarpo, tiene 4 centímetros de espesor con forma de pelos fuertemente adheridos a la nuez. La capa intermedia se llama mesocarpo es fina con alto contenido de fibras. Finalmente se encuentra el endocarpo de consistencia dura.

Figura 3.5. Corteza de coco


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Los principales componentes de las fibras de coco son la celulosa y lignina. Esta última, provee la resistencia y rigidez a la fibra. La longitud de las fibras varia de 10 a 200 milímetros y su diámetro es de alrededor de 0,3 mm. Otras características de esta fibra son resistencia al calor y al impacto de las bacterias y el agua [5]. Estas características, hacen que la fibra de coco sea un material versátil que puede ser utilizado en cuerdas, colchones, alfombras, cepillos, entre otros. También es utilizada en obras civiles, tales como la prevención de la erosión, debido a que ayuda a sujetar el suelo y permite el crecimiento de cobertura vegetal. El uso de esta fibra como refuerzo de matrices de cemento ha sido ampliamente estudiado en Brasil [6]. Investigadores del Centro de Pesquisas e Desenvolviemnto CEPED-Bahía, han logrado transferir investigaciones a experiencias prácticas. Uno de los elementos desarrollados es una teja de 1.80m de largo por 0,40m de ancho, con un espesor de 1.5 cm. El otro elemento es una viga pequeña de 300 mm de longitud y con una sección cuadrada de 50mm. En ambos casos se utiliza la fibra de coco como refuerzo de matrices de cemento y arena. En India compósitos de fibras de coco y resinas fenólicas han sido desarrollados por el TIFAC (Technology Information, Forecasting & Assessment Council), como parte de un programa que promueve el desarrollo de nuevas tecnologías [7]. El gobierno de Sri Lanka promueve el Coir Council Internacional, como plataforma de apoyo a una industria incipiente. Su objetivo es agrupar a productores, exportadores y ponerlos en contacto con investigadores y posibles inversores a fin de mejorar métodos y aplicaciones para los productores de corteza de coco. El Instituto ATO DLO en Holanda lleva a cabo un proyecto que tiene como objetivo estudiar el potencial de aplicación de una determinada tecnología para la producción de paneles de fibras de coco de alta calidad [8].

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3.3.2.2 Tallo

Caña de Azúcar (Saccharum officinarum L) La caña de azúcar es una gramínea tropical, un pasto gigante emparentado con el sorgo y el maíz. El tronco de la caña de azúcar está compuesto por una parte sólida altamente fibrosa y una parte líquida, que contiene agua y sacarosa. La sacarosa del jugo es cristalizada en el proceso como azúcar y la fibra constituye el bagazo una vez molida la caña.

Figura 3.6 Caña de azúcar

Alguna parte del desecho simplemente se quema para obtener calos para el proceso de refinamiento del azúcar. Otra parte se retorna al campo. Y en algunos casos se utiliza para la fabricación de paneles. La caña de azúcar esta compuesta de fibra y médula. La fibra posee paredes gruesas y es relativamente larga (1-4mm). Se obtiene de la corteza y de nudos presentes en las cañas. Para obtener paneles de buena calidad es necesario utilizar únicamente la porción porosa de las cañas. Este desecho esta disponible en todas las regiones productoras de azúcar, y ha sido objeto de numerosos estudios para su aprovechamiento. Como desecho, no existen prácticamente problemas para su recolección. Las refinerías disponen de grandes cantidades de desechos, producto del proceso de extracción y refinamiento del azúcar. La cosecha de caña de azúcar suele durar entre dos y dos meses y medio, durante este tiempo el residuo es fácilmente aprovechable. Para el resto del año, el material debe ser almacenado. Durante este tiempo, debe ponerse especial cuidado en evitar la fermentación del desecho, debido al alto contenido de azúcar presente en el mismo. Para evitarlo, debe separarse la fibra de la médula. La médula de la caña es un excelente combustible para el proceso de refinado del azúcar. Si el resto de la caña es limpiada, secada y embalada correctamente puede almacenarse en el exterior. Existe incluso un método para almacenar húmeda la caña. El único requerimiento es que exista una corriente de aire entre los fardos de caña. Solamente la fracción fibrosa de la caña es apta para fabricar paneles de alta calidad.


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Caña de Maíz (Zea Mais) Luego de un completo análisis de la literatura obtenida y de las experiencias evaluadas, no se encontró ninguna utilización comercial de desechos de maíz para la fabricación de paneles.

Figura 3.7 Caña de maíz

Después de la Segunda Guerra Mundial, en la antigua Checoslovaquia se estuvo produciendo un panel de tres capas hecho con mazorcas de maíz y madera como chapa. Este proceso fue abandonado, debido a lo laborioso que resultaba su fabricación. La estructura de los tallos del maíz con un centro esponjoso rodeado de fibras, es similar a la de otras plantas como la caña de azúcar, ampliamente utilizadas para la fabricación de paneles. Los desechos se usan como forraje, como cama para ganado o simplemente se dejan en el campo, cuando no se incineran. Ocasionalmente se utilizan las mazorcas como combustible. Chow (1974) reportó que las cañas y las mazorcas de maíz pueden utilizarse para la fabricación de paneles. En su trabajo produjo paneles con partículas de maíz unidos con resinas de urea-formaldehído. Cáñamo (Cannabis sativa vulgaris) Planta de crecimiento anual, cultivada para fabricar cuerdas, vestidos, papeles, aceite, subproductos de aceite y medicinas. De gran robustez, no necesita ni herbicidas ni pesticidas en su cultivo. El tallo erecto, estriado longitudinalmente, puede alcanzar hasta los 3 m de altura. De forma cilíndrica tiene paredes exteriores gruesas. Las fibras se obtienen de la parte interior del tallo. Figura 3.8 Fibras de Cáñamo sacadas del tallo

Durante los últimos quince años, esta planta ha sido objeto de varias iniciativas con el fin de utilizarla como material de construcción. Utilizada en forma de partículas para fabricar bloques o en forma de lanas para usarla como aislamiento. Su uso se ha extendido en Francia, Alemania, Canadá y recientemente en España.

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Tallos de Algodón (del genero Gossypium )

El algodón se cultiva principalmente por su fibra, y los tallos de la planta se utilizan muy poco. El volumen de desecho por cosecha es relativamente bajo, en comparación con otras plantas y de difícil almacenaje. Por otro lado, durante su almacenamiento, puede retener parásitos en hibernación que fácilmente pueden atacar la cosecha del año siguiente. En Irán, un intento de comercialización de paneles fue inviable por este motivo [9].

Figura 3.9 Algodón

Si el problema de los parásitos puede resolverse, los tallos del algodón representan una excelente fuente de fibra. El tallo de esta planta tiene aproximadamente un 33% de corteza muy fibrosa. La estructura de las fibras de algodón es similar a la proveniente de maderas duras. La industria papelera ha aprovechado los desechos del algodón para hacer papel de alta calidad.

3.3.2.3 Hojas Sisal (Agave Sisalana) Planta con tronco de hasta 1 m de altura y hojas carnosas de color verde-grisáceo o verde brillante. Nativa de México. Cultivada para la obtención de fibras de sus hojas, que se emplean en la fabricación de cuerdas principalmente. La mayor producción se centra en Brasil, Este de África e Indonesia.

Figura 3.10 Sisal

El contenido de fibra de estas hojas ronda el 5%. Las fibras extraídas pueden alcanzar longitudes de 1.5 metros. El diámetro de la fibra es de aproximadamente 0,2 mm. El proceso de extracción de esta fibra es artesanal y en cierto modo peligroso. En condiciones climáticas buenas se empieza a cosechar a partir de los 3 años. Las fibras se obtienen de las hojas carnosas, se lavan y se dejan secar al sol. El tejido de la planta se elimina mediante proceso de magullado, raspado y lavado.


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La fibra se extrae mecánicamente usando máquinas sencillas. Las fibras obtenidas de sisal son de varias calidades, tienen una textura dura y de diferentes longitudes. Estas fibras son de color blanco, o blanco amarillento, resistentes al agua, suaves y ligeras de peso, a pesar de su resistencia. La demanda de la fibra de esta planta ha desminuido notablemente en los últimos años, esto debido a la incorporación al mercado fibras sintéticas [10]. El mercado mundial del sisal se ha reducido desde que comenzó a proliferar el uso de materiales como el polipropileno en bramantes de embalar y otras cuerdas. En los comienzos de los años setenta, la producción anual de sisal y henequén fue de alrededor de 750 000 toneladas; en el año 2000, este volumen se había contraído a 280 000 toneladas [11]. La exploración de nuevos mercados para esta planta incluye su utilización para fabricar materiales de construcción. A finales de la década de 1960 IT Building Materials Workshop del Reino Unido impulsó el desarrollo de investigaciones en Centroamérica, África y Asia con el fin de usar las fibras de esta planta como refuerzo en matrices de cemento, para fabricar elementos de cubierta. Los problemas reportados en estas investigaciones se refieren a la poca durabilidad de las fibras en una matriz alcalina como el cemento [12]. El SEBRAE promueve un proyecto que pretende demostrar la viabilidad de los compósitos de fibra de sisal como material de construcción. Los esfuerzos del proyecto se centrarán en determinar los parámetros técnicos de varias mezclas de sisal y cemento para que cumplan los estándares de productos de asbesto cemento implantados en el mercado. Los resultados de este proyecto, que comenzó a finales del 2004, se compartirán con otros países productores de sisal como China, Cuba, El Salvador, Kenia, México y Venezuela [13].

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3.3.2.4 Planta entera

Paja de cereales (trigo, centeno, cebada y avena) La paja de cereales constituye la segunda fuente de fibra agrícola para la producción de paneles. Entre la paja de cereales puede incluirse la que proviene del trigo, centeno, cebada, avena y arroz. La paja, la igual que la caña es un subproducto agrícola. A diferencia de la anterior, es difícil encontrar grandes cantidades de desecho en un solo punto. El almacenamiento se hace en fardos.

Figura 3.11 Campo de trigo

Su alto contenido de sílice las hace resistentes al fuego de forma natural. Existen plantas en diversos países que producen paneles de paja de cereales (de 5 a 15 cm. de espesor) con un recubrimiento de papel Kraft. Los paneles se realizan mediante calentamiento y extrusión, lo cual origina paneles de baja densidad que luego son cubiertos por una capa de papel kraft. Esta baja densidad es la que les provee su característica resistencia al fuego. Otra forma de usar la paja de cereales es como suplemento al contenido de madera en los paneles. También se ha desarrollado en los últimos años la construcción con fardos de paja de cereales. Existe una extensa red de referencias e incluso normativas en Estados Unidos 2 , que demuestran el apoyo institucional a este tipo de construcciones. Existen dos formas básicas de construcción con fardos de paja:

1. Fardos de paja estructurales. En los que se ejecutan paredes estructurales que reciben la carga transmitida por el tejado.

2. Fardos como cerramiento. En los que una estructura de madera o metal, es luego cubierta por paredes aislantes de paja, no estructural.

En ambos tipos de construcciones, la paja es luego cubierta con mortero, tanto en el interior como en el exterior. Unos de los beneficios más anotados de este tipo de construcciones, es el alto grado de aislamiento que se obtiene. También dependiendo de la densidad de los fardos, estos presentan propiedades resistentes al fuego. Uno de los fenómenos reportados por la bibliografía estudiada es que

2 Existe una normativa en Arizona E.E.U.U. sobre la construcción de casas con paja que data de 1996. http://www.eere.energy.gov/buildings/info/components/envelope/framing/strawbale.html Consulta hecha en diciembre de 2004.


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durante un incendio, se forma una capa de carbón en el exterior del fardo, que evita la combustión de la parte interna. El tiempo de la cosecha determina la calidad de la paja, que a su vez condiciona la calidad de los fardos. La calidad de la paja es mayor cuando el grano se encuentra en su estado de óptima madurez. Una paja verde, aún no ha alcanzad su máximo potencial, mientas que una excesivamente madura se torna quebradiza. Kenaf (Hibiscus cannabinus L) Es una planta herbácea de crecimiento anual que se ha cultivado desde el año 4000 AC. en Egipto. Emparentada con el algodón, ha sido usada durante años en África y partes de Asia en forma de fibras para la fabricación de tejidos e incluso como alimento. Figura 3.12 Fibras de kenaf

El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, realizó un intenso trabajo de investigación con esta planta a partir de la Segunda Guerra Mundial, ya que sus suministros de jute fueron bloqueados a raíz del conflicto. Como producto de esta investigación, en los años sesenta se eligió esta planta como la mejor alternativa a la madera, como materia prima para las industrias de pulpa y fabricación de papel. La morfología fibrosa del tallo dificulta el ataque de insectos. El crecimiento de esta planta es mejor en climas cálidos y húmedos, aunque puede adaptarse a varios tipos de suelos. Su crecimiento es bastante rápido (alrededor de 3 y 5 metros en 150 días de temporada de crecimiento) y puede alternarse con otro tipo de cultivos. En la planta, las fibras representan un 25% del peso en seco. En los tallos de esta planta pueden diferenciarse dos tipos de fibra. La externa, también llamada estopa, constituye el 40% del peso en seco del tallo. Estas fibras tienen alrededor de 2.6mm y son similares a las fibras de la madera blanda utilizadas para fabricar papel. En la parte interior se encuentra la base que constituye el 60% restante del peso seco del tallo. Estas fibras alcanzan 6mm de longitud y son similares a las obtenidas de maderas duras [14 ]. Entre los usos que se le dan a esta planta están: la fabricación de cuerdas, papel de alta calidad. La parte interior de los tallos se ha utilizado para fabricar esteras, que a su vez son usadas para control de erosión en campos, para fabricación de mantillas absorbentes para derrames de aceite.

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Aglomeradas con resinas se usan para fabricar tapicería interior de coches. Como se mencionó anteriormente, existe un creciente interés institucional, sobretodo en Estado Unidos, en aprovechar industrialmente esta planta. Existe incluso una Asociación Internacional del Kenaf dedicada al estudio y promoción de esta planta. Las investigaciones para desarrolla elementos constructivos con esta planta, se centran en la fabricación de paneles. Sellers [15] reporta la fabricación de paneles con partículas de kenaf aglomeradas con resinas de ureo-formaldehído, fenol formaldehído curados bajo presión y que cumplen las normativas americanas en cuanto resistencia mecánica y al fuego.

Arroz, cáscara (género Oryza) Es también un desecho agrícola, que al igual que el bagazo de caña, se encuentra de forma abundante en una sola área. La cáscara de arroz es de naturaleza fibrosa y se aglutina fácilmente con resinas para fabricar paneles.

Figura 3.13 Secado de arroz

Las cáscaras y su ceniza han encontrado también su aplicación como agregados en matrices de cemento. La ceniza de la cáscara de arroz tiene un alto contenido de sílice, lo que la convierte en un elemento puzolánico que funciona perfectamente como agregado o sustituto del cemento. Cáscara y tallos de girasol (Helianthus annuus) En la década de los 70, en la universidad de Minesota (Estados Unidos) se llevaron a cabo dos estudios para determinar las propiedades de paneles fabricados con tallos y cáscara de la semilla de girasol. Los resultados obtenidos indicaron tanto mejoras como inconvenientes por la adición de los tallos de la planta.

Figura 3.14 Flor de girasol

En Rusia se experimentó también con este desecho. El estudio data de 1960 y en el mismo se utilizaron cáscaras de la semilla de girasol aglomeradas con resinas de tipo fenol y urea-formaldehído.


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Bambú (genero Bambusa) Gramínea perenne de rápido crecimiento. Comprende una gama de aproximadamente 200 especies. Crece en regiones tropicales y sub-tropicales. La mayor parte de las especies se encuentran en Asia donde es ampliamente utilizado. Es en este continente donde más se ha estudiado sus posibilidades como material de construcción [16].

Figura 3.15 Tallos de bambú

Aparte de su uso como comida, artesanía o combustible, de forma natural puede utilizarse para la construcción de casas o como refuerzo de morteros de cemento. Su amplio uso se debe en parte al grado de conocimiento de su comportamiento físico y mecánico. Las propiedades de esta planta varían dependiendo de de la especie, la edad, el contenido de humedad, el tiempo de cosecha, el suelo y las condiciones climáticas. Lo anterior, unido a la falta de estandarización en las pruebas para determinar sus características, hace difícil la comparación entre especies. Entre sus ventajas están su alta resistencia a la tensión, su amplia disponibilidad y bajo costo. Los principales problemas que presenta como refuerzo están relacionados con el cambio de volumen, la sensibilidad a la humedad con la consecuente disminución de la adherencia y resistencia. La resistencia de esta planta se incrementa con su maduración. El tallo de la planta tiene una estructura tubular, dividida en intervalos por nudos que la rigidizan Esta característica es la que determina su resistencia a la flexión. 3.3.3 Según elemento constructivo A continuación se enumeran algunos de los productos que actualmente se pueden encontrar en el mercado y que tienen en común el uso de fibras vegetales en su constitución. Se ha hecho una clasificación según el elemento constructivo desarrollado:

• Aislantes • Bloques • Paneles

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En ANEXO 3.1 Ejemplos de Aplicación Comercial de Subproductos Vegetales, pueden consultarse las referencias más recientes encontradas en el mercado clasificados según la lista anterior.

3.3.3.1 Aislantes Los aislantes desarrollados utilizan los desechos en forma de fibra para fabricar lanas, o de partículas para fabricar relleno de cámaras aislantes en muros y suelos.

Figura 3.16 Lana de cáñamo

3.3.3.2 Bloques En cuanto a la fabricación de bloques se utiliza el desecho con forma de partícula y las matrices pueden ser magnesita, cemento Portland y cal

Figura 3.17 Cannabric. Bloque de cal y cáñamo

3.3.3.3 Tableros Pudo determinarse que desde hace un par de años se ha intensificado el uso de desechos agrícolas para la fabricación de paneles y pavimentos, especialmente en Estados Unidos. La característica común a los productos encontrados es que los desechos, en forma de partícula, son unidos mediante resinas, algunas de base formaldehído y otras menos tóxicas.

Figura 3.18 Tablero de partículas

En la actualidad existe una considerable actividad en las patentes de productos para la construcción que utilizan fibras de madera o mezclas de fibras de madera con fibras sintéticas. Esta actividad esta teniendo lugar principalmente en Europa y Japón, involucrando compañías como Dansk Eternit-Fabrik A/S, Cape Boards and Panels Ltd, Amfu Ltd, TAC Construction Materials, Rockwool AB, Turner and Newall, Matsushita Electrical Works y otras.


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3.4 Diseño de Compósitos de Fibras Vegetales Como se ha mostrado en la reseña histórica del uso de fibras vegetales en compósitos, el interés por este tipo de materiales no es nuevo. Los parámetros que determinan el comportamiento de los materiales compuestos son las propiedades físicas de las fibras, las propiedades de la matriz y la resistencia del compuesto resultante. Otros factores a tomar en cuenta son:

• El volumen y concentración de fibra • La orientación de la fibra • La forma del refuerzo: Dimensiones de fibra, fibras cortas alineadas, fibras

continuas, combinaciones • Distribución de la fibra

Volumen de fibra Cuando la matriz es un material polimérico de naturaleza orgánica, es habitual un contenido alto de fibra (Vf=0,2-0,7). Mientras que los materiales con una matriz inorgánica suelen tener un contenido bajo de fibras (Vf=0,01-0,30) Forma de la fibra La fibra puede incorporarse dentro de la matriz de muy diferentes formas. La forma más sencilla de inclusión es mediante fibras cortas con distribución aleatoria. En el otro extremo pueden encontrarse refuerzos hechos con fibras largas continuas, o filamentos dispuestos de forma paralela que ofrecen mayor resistencia. Diámetro de la fibra Depende del tipo de fibra. El diámetro de la fibra de refuerzo también puede afectar la resistencia del compósito, ya que las fibras cortas son por lo general más resistentes. Longitud de fibra La longitud de la fibra puede utilizarse para clasificar los compósitos. La disposición de las fibras puede ser continua, discontinua, o una combinación de ambas. La longitud de la fibra puede tener influencia significativa en las propiedades y resistencia del compósito. Las fibras de refuerzo que tengan longitudes menores que el largo crítico lc tenderán a desprenderse de la matriz, mientras que fibras con longitudes mayores que lc tenderán a romperse antes que fallar por falta de adherencia. La longitud de la fibra también afecta la forma que ésta puede alinearse y disponerse como refuerzo. Las fibras cortas son muy difíciles de alinear, lo que explica que usualmente se incluyan de forma aleatoria.

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Orientación de la fibra La orientación de la fibra tiene una influencia decisiva en las propiedades mecánicas y el comportamiento de los compósitos. La carga máxima de las fibras y la resistencia máxima del compósito se alcanzan cuñado las fibras están alineadas de forma paralela a una carga axial unitaria. Forma de la Fibra La forma de la fibra afecta su fracción de volumen dentro del compósito y puede afectar también las propiedades de la mezcla. Las fibras vegetales, al ser de naturaleza porosa, pueden reducir la densidad del compuesto e incrementar la relación resistencia-densidad del mismo. Naturaleza de los componentes La naturaleza frágil o dúctil de los materiales constituyentes, puede afectar las propiedades del compósito. Si las fibras son frágiles, el compósito tenderá a fallar en la porción lineal de la curva de carga-deformación, aunque la matriz sea dúctil. Si fibras dúctiles refuerzan una matriz dúctil, el compósito mostrará un comportamiento plástico hasta el límite de fractura. Por otro lado, si fibras dúctiles, refuerzan una matriz frágil, el compósito mostrará un comportamiento lineal hasta la primera fisura y después de esto mostrará un comportamiento dúctil en el que se observarán considerables elongaciones o deflexiones durante determinado período de tiempo. 3.5 Justificación de la investigación

Varios autores coinciden en constatar el hecho de que las fibras vegetales constituyen un recurso abundante y económico que puede ser utilizado en el desarrollo de materiales de construcción. Por otro lado su obtención, como residuos provenientes de una actividad agrícola aporta un valor ecológico que merece ser aprovechado. Las investigaciones hechas en el campo de fibras vegetales como refuerzo del cemento, han demostrado que es posible producir paneles de cemento-celulósico (reforzado con fibras de celulosa), como sustitutos de los paneles de asbesto-cemento. Los datos recolectados muestran que las fibras de celulosa pueden incorporase dentro de una matriz de cemento y aún así mantener una resistencia considerable a lo largo de los años. Sin embargo apuntan la necesidad de tratar el problema de la alta absorción, lo que origina fallos en su capacidad de resistir


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esfuerzos de flexión. El problema de la descomposición de fibras en un medio alcalino también ha sido tratado y necesita ser resuelto. Youngquist apunta que prácticamente la totalidad de las investigaciones reseñadas en la amplia investigación bibliográfica que hizo, sobre el uso de fibras vegetales en construcción, fallaban en investigar la durabilidad de los compósitos. Es hasta hace unos cinco años que han comenzado a aparecer aplicaciones comerciales como fruto de los estudios realizados durante las últimas décadas. En Estados Unidos existe un gran interés por aprovechar esta fuente de materia prima para fabricar tableros de partículas. Las estrategias comerciales actuales buscan incluso implantar centros de producción en áreas donde la disponibilidad de desechos es abundante3 3.5.1 Uso de la planta de maíz El porcentaje de crecimiento de esta actividad agrícola (el maíz, es junto con el trigo y el arroz uno de los cereales más importantes del mundo), la cantidad de desechos que genera (225 millones en 2004) y la forma en que son eliminados actualmente (incineración o enterramiento); justifican la búsqueda de nuevos usos para los subproductos resultantes. En la Tabla 3.2 del inciso “3.2. Uso actual de los Compósitos de Fibras Vegetales” puede observarse que, pese al crecimiento en la producción y a ser una de las plantas que mayor cantidad de residuos genera, los estudios que se han hecho sobre esta planta no son abundantes. Centrando el tema en Latinoamérica, esta planta ocupa el segundo lugar de producción, después de la caña de azúcar; y el primero dentro de los cereales. (Tabla 3.3)4. Es importante tomar en cuanta que este nivel de producción se debe sobretodo a un aumento del área cultivada y que esta a su vez determina la cantidad de desecho que se genera. En la Tabla 3.4 puede observarse cómo el maíz representa la mayor superficie cultivada de Latinoamérica. En este caso supera incluso a la caña de azúcar.

3 http://www.goldboard.com/global/global.htm. Esta página describe la oportunidad de negocio que representan las fibras de cereales como materia prima para fabricar tableros. Junto con una completa descripción de sus productos ofrece estrategias de mercadeo para implantarlo en otros países y funciona como plataforma de búsqueda para inversores. 4 Los datos de FAOSTAT, 2004.

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CAÑA DE AZUCAR 217,976,719 285,284,914 358,526,232 493,786,614 537,737,573 617,280,125

MAIZ 24,183,002 38,098,008 45,058,098 49,635,694 76,215,771 85,836,727

TRIGO 9,526,614 11,510,422 15,090,839 20,767,043 23,698,285 26,155,260

ARROZ 8,113,098 11,905,353 16,443,588 15,575,618 22,988,866 25,645,937

SORGO 2,192,682 7,533,232 9,321,937 10,081,454 11,382,578 12,212,463

CEBADA 1,544,756 1,172,783 1,262,742 1,480,951 2,253,318 3,117,034

AVENA 961,754 624,491 780,947 1,256,445 1,162,118 1,396,980

CENTENO 537,485 213,748 178,058 66,664 134,698 44,284

2000 2004CULTIVO Tm 1961 1970 1980 1990

Tabla 3.2 Comparativo Producción De Cereales y Caña de Azúcar en Latinoamérica (FAOSTAT 2004)

AREA CULTIVADAHa

MAIZ 19,933,785 25,844,340 24,908,455 24,894,956 26,653,155 27,465,056

TRIGO 8,001,955 7,960,311 10,075,559 10,673,991 9,241,146 11,359,409

CAÑA DE AZUCAR 4,409,314 5,192,525 6,326,922 7,947,997 8,339,908 8,747,389

ARROZ 4,506,223 6,629,612 8,207,132 6,176,099 6,387,308 6,475,453

SORGO 1,354,547 3,675,564 3,854,819 3,605,249 3,982,954 4,134,113

CEBADA 1,527,200 1,158,380 923,84 892,82 1,085,889 1,312,326

AVENA 890,675 548,827 599,114 860,955 706,758 873,357

CENTENO 733,176 398,644 234,77 77,019 95,221 61,336

2000 20041961 1970 1980 1990

Tabla 3.3 Comparativo Área Cultivada de Cereales y Caña de Azúcar En Latinoamérica (FAOSTAT 2004)

Si una hectárea de maíz produce cerca de 1,55 toneladas de residuos de tallos [17], durante el año 2004 se habrán generado 42,5 millones de toneladas de residuos en Latinoamérica y 225 millones en todo el mundo. Entre estos residuos que el maíz genera están la panocha que generalmente se quema, la caña que se tritura y entierra o que también se utiliza como cama de establo para el ganado [18]. En plantas de maíz secadas sobre el terreno en tres localidades de Guatemala, el peso en seco de las plantas variaba entre 220 y 314 g con las proporciones mostradas en la Figura 3.19 [17].


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Figura 3.19 Proporción Componentes de Planta de Maíz (REYES 2005)

Estas cifras muestran la importancia del volumen de residuos de la planta que a menudo se dejan sobre el terreno y luego se incineran. Esta distribución de residuos puede variar, sin embargo se sabe que generalmente, al menos la mitad de la materia seca del maíz la constituyen los residuos de la planta [19] Se considera por lo tanto, justificable proponer nuevas formas de aprovechamiento de una planta cuyo cultivo se incrementará en los próximos años, que constituye el cereal que más se produce en la región y que genera una cantidad de desechos importante que en la actualidad no se están aprovechando [20].

3.5.2 Uso de Matrices de cemento Pórtland, Cal aérea y Cal hidráulica Las características físicas y mecánicas de los compósitos hechos con fibras vegetales están determinadas básicamente por el tipo de matriz que se utiliza en su fabricación. Las fibras aportan beneficios durante la fase de curado, previniendo la aparición de micro fisuras y en estado seco son importantes ante solicitaciones post-fisuración de la matriz. Las dos razones por las que se refuerza una matriz son producir un compósito que sea más resistente que la matriz sin reforzar y mantener la matriz unida aún después de fisurada [8]. Las diferencias mecánicas entre diferentes compósitos son debidas principalmente a las características del aglomerante usado para su fabricación. Estas matrices pueden ser de dos tipos: orgánicas e inorgánicas. Entre las primeras se encuentran resinas con base vegetal, generalmente derivadas de la lignina presente en las mismas plantas. Entre las matrices inorgánicas se encuentran las de tipo mineral como el cemento y la cal, o sintéticas como las resinas de base urea-formaldehído, ampliamente utilizada en la fabricación de tableros de partículas.

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El uso de resinas sintéticas no es recomendable si el compósito estudiado pretende utilizarse en la fabricación de materiales para viviendas de bajo coste en países en desarrollo. Este tipo de aglomerantes son producidos en países desarrollados y generarían una dependencia de insumos foráneos, no recomendable en el caso de un material que pretende ser sostenible.

3.5.2.1 Cemento Portland Existe producción local en los países Latinoamericanos, y su uso podría justificarse por tres razones. La primera es que el hormigón sigue siendo el material de construcción contemporáneo más utilizado. Aprendimos a construir con hormigón y seguiremos haciéndolo de forma mayoritaria, al menos durante el primer siglo del milenio que ahora empieza. Según Idorn el consumo de hormigón era en 1976, cerca de diez veces mayor que sus principales competidores como materiales de construcción. Un cuarto de siglo después, la producción y uso del hormigón y por lo tanto del cemento, tiene más influencia en la vida de la gente que la que tenía entonces, especialmente en los países en desarrollo5.

POBLACIÓN: MILLONES

CEMENTO MILLONES DE TONELADAS

PRODUCCIÓN CAPACIDAD CONSUMOPaíses desarrollados 850 385 419 382

Países en desarrollo 4400 1004 1123 957

Total 5250 1389 1542 1339

Tabla 3.4 Población Mundial y Cemento. Producción, Capacidad de Producción y Consumo en los Países Desarrollados y en Desarrollo. Año 1995 (GUNNAR 1997)

Este material tiene además a su favor una alta resistencia y rápido fraguado. Y por último, se dan razones de tipo cultural. Dentro las clases populares, se ha ido creando una resistencia casi espontánea al uso de materiales que no sean “de cemento”. El hecho de que la vivienda sea un bien de difícil acceso para las grandes mayorías en los países en desarrollo hace que el dinero que con mucho esfuerzo se ha destinado para la construcción de “la casita”, prefiera ser usado en comprar pocos materiales, pero duraderos.

5 Idorn, Gunnar. “Concrete Progress”. 1997. Pp 312


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“Aún siendo contundentes las razones argumentadas en pro de la importancia de los materiales, en su relación con la vivienda social, hay otro hecho importante en Latinoamérica y es que las capas populares, los marginales ahorran en materiales. Ellos no tienen el acceso al ahorro tradicional, pero sí saben el valor de un centenar de ladrillos, de una puerta o de un inodoro [21]”. La mayor desventaja que tiene el uso de cemento, es que proviene generalmente de una industria que en los países latinoamericanos es monopolista. Esto se traduce en dependencia y coste añadido por el transporte necesario para su traslado del centro de producción al lugar de uso. El costo que el usuario de los países en desarrollo paga por este tipo de material puede llegar a ser 2,5 veces mayor que el precio original. En el mercado informal se dan incrementos de hasta 7,9 veces el valor inicial [3]. Este hecho explica porqué el cemento puede representar hasta un 25% del costo de construcción de una vivienda en los países en desarrollo, mientras que en los países desarrollados ronda únicamente un 3%. Este dato ilustra el hecho de que, en Latinoamérica, muchas veces el problema de la vivienda es un problema de materiales. De aquí la importancia de buscar alternativas al uso de materiales que, como el cemento, provienen de industrias monopolísticas que generan un alto grado de dependencia. Bajo este punto de vista adquiere sentido la búsqueda de alternativas para utilizar como conglomerantes en la fabricación de elementos constructivos. 3.5.2.2 Cal Aérea y Cal Hidráulica El uso de cal en morteros se remonta a más de cuatro mil años. Los morteros con base de cal han sido el principal ligante usado en construcción hasta finales del siglo XIX. En esta época comenzaron a aumentar las especificaciones de cemento Pórtland para fabricar morteros, basándose en la opinión de que los morteros con un endurecimiento más rápido y con mayores resistencias mecánicas eran mejores. Al principio se elaboraban mezclas de cemento y cal en proporciones variables, reconociéndose el aporte de la cal como plastificante de la mezcla. Sin embargo la resistencia continuó siendo el objetivo principal por lo que la proporción de cal fue cediendo hasta llegar al uso de morteros con base 100% de cemento [22].

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Sin embargo existen otras propiedades además de la resistencia que son importantes a la hora de determinar el tipo de mortero. El uso de la cal confiere a los morteros buena adherencia a los soportes, excelente plasticidad y estanqueidad sin figuración en forma de redes, aumenta la flexibilidad bajo tensión, aumenta la retención de agua necesaria para el fraguado y disminuye a retracción. Además es un material disponible abundantemente en los países latinoamericanos. Su producción, con materias primas locales, es dispersa, al igual que su comercialización. Esto favorece la implantación de talleres de producción de materiales en el mismo lugar de explotación, reduciendo el costo ambiental y económico que supone el transporte. Esta dispersión en la producción implica muchas veces un bajo grado de industrialización en la obtención del producto. Dependiendo del estado del horno de cal, la homogeneidad del producto y el rendimiento energético pueden ser puntos negativos a la hora de valorarlo como materia prima para la fabricación de elementos constructivos. El CO2 que se produce durante su fabricación podría ser otro punto de discusión sobre su conveniencia ecológica. Sin embargo, los hornos han ido perfeccionándose hasta alcanzar niveles altos de eficiencia. Otro punto en contra seria la resistencia de los pobladores a usar un material que “no sea de cemento”. Existen sin embargo un amplio abanico de dosificaciones y mezclas con las que combinar estos materiales y brindar al usuario final un material con prestaciones adecuadas. En esta dirección se centran los esfuerzos de este trabajo, cuyo desarrollo se muestra en los Capítulos siguientes. Bibliografía 1 Swamy R.N. “Natural fibre reinforced cement and concrete”. 1988. Pp.2 2 Ibíd. p.3 3 Bowyer L, Stockmann V. “Agricultural Residues. An Exciting Bio-Based Raw Material for the Global Panels Industry”. En Forest Products Journal. Vol 51, No. 1. enero 2001. Pp. 10-21 4 Fördös Z. “Natural or modified cellulose fibres as reinforcement in cement composites”. Natural Fibre Reinforced Cement and Concrete. Ed. R.N. Swamy. Balckie and Son. 1988.173-207 5Cámara Agropecuaria y Agroindustrial de El Salvador. “El cultivo del cocotero en el Salvador”. http://www.camagro.com/centro/index.asp.


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6 Agopyan, V, “Vegatable fibre reinforced building materials-developments in Brazil and other Latin American countries”. Natural Fibre Reinforced Cement and Concrete. Ed. R.N. Swamy. Balckie and Son. 1988.207-242 7 TIFAC. “Jute Composites- An Alternate to Wood Products” http://www.tifac.org.in/do/acm/case/jute.htm. Consulta hecha en enero de 2005 8FAO Committee on Commodity Problems. Coir-based building and packaging material. 14-17 diciembre de 2004. http://www.fao.org/docrep/meeting/008/j3329e.htm#P47_6104. Consulta hecha en enero de 2005 9 Younquist. “Agricultural Fibers for Use in Building Components”. 1996 Pp. 128 10 FAO. “Reunión del Grupo Intergubernamental sobre el Yute, el Kenaf y fibras afines” Roma 1998. http://www.fao.org/UNfao/bodies/ccp/hfj/98/X0129S.HTM#P47_663

11 FAO. “Alternative Applications for Sisal and Henequen” - Technical Paper No. 14 Proceedings of a Seminar held by the Food and Agriculture Organization of the UN (FAO) and the Common Fund for Commodities (CFC). Roma 2000. http://www.fao.org/documents/show_cdr.asp?url_file=/DOCREP/004/Y1873E/Y1873E00.HTM 12 Gram H.E. “Durability of Natural Fibres in Concrete”. Natural Fibre Reinforced Cement and Concrete. Ed. R.N. Swamy. Balckie and Son. 1988.143-172 13 FAO Committee on Commodity Problems. Sisal fibre replacing asbestos in cement composites. 14-17 diciembre de 2004. http://www.fao.org/docrep/meeting/008/j3329e.htm#P47_6104. Consulta hecha en enero de 2005 14 “About the Kenaf Plant” http://www.visionpaper.com/kenaf2.html 15 Sellers Terry. Et. Al. “Lignocellulosic-Based Composites Made of Core From Kenaf. An Annual Agricultural Crop”. 1996. International Union of Forestry Research Organizations. http://www.ersac.umn.edu/iufro/iufronet/d5/wu50501/pu50501.htm 16 Robles-Austriaco L, Pama R.P. “Bamboo reinforcement for cement and concrete” Natural Fibre Reinforced Cement and Concrete. Ed. R.N. Swamy. Balckie and Son. 1988. 92-142 17 FAO. “El maíz en la nutrición humana”. 1993. Pp.4 18 Feu, Mari Trini. “La agricultura o el ejemplo del reciclaje natural”. Revista Subproductes No.27. Pp.21 19 Barber S.A. “Corn residue management and soil organic matter”. Agron. J. 71:625-627.1979. Citado en “El maíz en la nutrición humana”.FAO 1993. Pp 5 20 Reyes Nájera C “Estudio del Comportamiento de Morteros de Cal Reforzados con Partículas de Maíz, para Componentes de Viviendas de Bajo Coste”. Actas 3a Conferencia Internacional Ecomateriales: Conectando la ciencia con la práctica. Noviembre, 2005. Santa Clara. Cuba. 21 Salas, Julián. “Tecnología apropiadas y materiales de construcción de muy bajo coste”. Seminario S7. CEMCO-Instituto Eduardo Torroja. 1998. 22 Herrero E. “Mezclas de Cal y Cemento en Morteros de Albañilería”. ANCADE. Jornada sobre la Utilización de la Cal en los Morteros”. Construmat 2001.CR

4 Cañadeazúcaryarrozsonlosdossubproductos

másestudiados.Elmaízocupaelséptimolugar.

En1913aparecenlas primeras referencias del uso de fibra

vegetalesenconstrucción.

Coincidiendoconlacrisisenergética, el interés científico por el

usodefibras vegetales aumento a partir de

1970

Pagina anterior Termómetro cámara de niebla salina. EUPB Barcelona, 2003

4

Estado del Arte

4.1 Interés científico de las Fibras Vegetales en Construcción. Las primeras referencias científicas encontradas del uso de fibras vegetales para fabricar materiales de construcción datan de 1914. Desde esa fecha hasta finales de los años cincuenta se encuentran relativamente pocas experiencias con estos subproductos. Sin embargo, a partir de la década de los sesenta aumentan los estudios sobre su utilización para la fabricación de compósitos (Figura 4.1), esta tendencia se mantiene prácticamente hasta nuestros días.

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Figura 4.1 Fibras Vegetales en construcción. Numero de referencias científicas 1913-2006

Youngquist et. al (1994) realizaron un completo estudio bibliográfico sobre el uso de fibras vegetales usadas como material de construcción. Basados en este estudio puede determinarse que prácticamente se ha estudiado el

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potencial de todo tipo de fibras vegetales y que muchas de ellas se utilizan en la actualidad. A partir de la exploración bibliográfica hecha para determinar el Estado del Arte, se enumeran de manera global los ejemplos de uso de fibras vegetales en varias regiones del mundo. La información se presenta en forma de Atlas a fin de identificar fácilmente las regiones donde se utilizan (Figura 4.2).

Figura 4.2 Fibras Vegetales en construcción. Interés científico por regiones 1913-2006.

4.2 Fibras Vegetales en Construcción. Uso por Región América Latina Ya en 1958, la fábrica Tablopan de Venezuela comenzó a producir una línea de paneles de bagazo de caña de baja, media y alta densidad. En 1987 se reportaron pruebas hechas a paneles fabricados en Cuba, los resultados cumplían la norma cubana NC4318:86 que generalmente se adecua a las normas internacionales.

4. Estado del Arte

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Además del bagazo de caña, se han utilizado ampliamente otro tipo de subproductos agrícolas. En Perú se ha desarrollado el sistema de quincha prefabricada, hecho a base de bambú y realizado con métodos de baja tecnología. Sobre los ejemplos de soluciones tecnológicas latinoamericanas, son valiosos los aportes de Salas [1] que muestran el estado del arte de las tecnologías latinoamericanas de interés social y los mecanismos necesarios para su posible industrialización. En Colombia se desarrolló un proceso completamente nuevo que permite la aplicación de la fibra natural conocida como fique o cabuya como alternativa al uso de asbesto. Inicialmente se fabricó e instaló una Planta prototipo para las primeras muestras y ensayos de calidad del producto y en este momento se encuentra en proceso de fabricación y montaje de una Planta para producción industrial de estos elementos bajo el nombre de ECOLIT en la Ciudad de Cali y se han establecido los primeros contactos para la exportación de esta tecnología en América Latina. En la región Brasil es sin duda el país que mayores esfuerzos científicos ha hecho en el desarrollo de compósitos de fibras vegetales. Las últimas experiencias reportadas incluyen la búsqueda de matrices cementicias compatibles con la naturaleza de las fibras (carbonatadas, de baja alcalinidad). Norteamérica En Estados Unidos se ha visto en los últimos años un incremento notable de la industria de paneles hechos con paja de cereales. Aunque la industria es aún incipiente, y han tenido algunos problemas motivados por exceso de confianza en un mercado novel, se ha observado un importante crecimiento. En 1995, Prime Board, empresa situada en Dakota del norte, fue la primera compañía en lanzar al mercado un tablero hecho con paja de trigo en lugar de fibra de madera. Para finales de 1999 al menos existían ocho plantas en fase de inicial de operaciones, que produjeron 350 millones de pies cuadrados de paneles de agrofibras. Paralelamente se observó un incremento en la aceptación de este tipo de productos, sobre todo por su carácter ecológico. Actualmente la industria esta enfocada en re-utilizar los desechos de cultivos agrícolas alimenticios (trigo, maíz, avena) y no solo los productores de fibra (cáñamo, yute). Con la Tabla 4.1 puede observarse que para ser uno de los

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países donde más desarrollada esta la investigación en este campo, el número de compañías dedicadas a este tipo de productos es aún pequeño. Sin embargo el potencial de crecimiento es considerable. Tomando en cuenta el volumen actual de residuos, se estima que la industria de paneles de fibras vegetales podría crecer hasta alcanzar dos terceras partes de la industria con partículas de madera consolidada actualmente.

EMPRESA Web Site UBICACIÓN PRODUCTO CARACTERÍSTICAS/COMENTARIOS

Isoboard www.isoboardenterprises.com Manitoba MDF, SPE Panel de fibra de trigo, resina tipo MDICanada

Prime Board www.primeboard.com North Dakota PB Panel de fibra de trigo, resina tipo MDI

Acacia Board www.duracane.com Louisana PB, UND Panel de caña de azúcar, resina tipo MDI

Phenix Biocomposites www.phenixbiocomposites.com/ Minnesota PB, UND, SPE Panel de trigo, fibra de soya. Resina de soyaPaneles con prestaciones estructurales

Hawaiian DuraGreen www.hawaiianduragreen.com Hawaii PB, near MDF Panel de caña de azúcarBasicamente fabricado paral mercado Japones

Pacific NW Fiber www.pacificfiber.com Idaho PB, UND Paneles de paja con resina fenólica

Agriboard www.agriboard.com Texas Houses Sistemas de pared con paneles estructuraleshechos con paja de cereales.

Harvest Board www.harvestboard.com Kansas PB Paneles con resina tipo MDI

Prairie Forest Products no disponible Kansas PB Panel de fibra de trigo, resina tipo MDI

FiberTech no disponible California PB Panel de paja de arroz con resina fenólicaSe han reportado algunos problemas técnicos

Affordable Building www.affordablebuildingsystems.com Texas Modular walls Paneles no estructurales sin resina.

Systems NOTAS: Paneles de 4'x8' (1.2x2.4m) con espesores de 3/16"-3/4" (5-20 cm)MDF= Medium Density Fiberboard (Panel de fibra. Densidad Media)PB=particleboard (Panel de Partículas)UND=Panel EstructuralSPE=Panel de revestimientoMDI=Methylene Diphenyl dIisocyanate (Resina sin formaldehído)

Tabla 4.1 Empresas Dedicadas a la producción de paneles con Fibras Vegetales en Norteamérica. Elaboración propia

Otro subproducto muy utilizado es el bagazo de caña de azúcar. Celotex, una compañía con base en Louisiana fabrico en 1920 el primer panel con este tipo de fibra. Desde entonces más de 20 plantas de paneles de bagazo de caña de azúcar se han construido alrededor del mundo. En el noroeste de los Estados Unidos se han reportado experiencias con paja de trigo y de centeno, para la fabricación de paneles. En Minesota se han utilizado tallos y cáscara de semillas de girasol para los mismos fines. Otro tipo de construcciones, que sobre todo en los últimos años han aumentado su nivel tecnológico y su popularidad, son las realizadas con fardos de paja. Este tipo de construcciones están compuestas por una cimentación de

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hormigón, estructura portante de madera. El cerramiento se realiza con fardos de paja, usualmente rectangulares, de diferentes dimensiones y el acabado final puede ser estuco en el exterior y revestimientos a base de yeso en el interior. Actualmente, también se están produciendo paneles de paja de cereales (básicamente trigo, cebada, avena y semillas de girasol) Europa En Suecia, la escasez de fibras de madera y el incremento de los precios de este material, han hecho atractivo el mercado de tableros de partículas hechos con bagazo de caña de azúcar. Otros países exploran las posibilidades de combinar madera, virutas y desechos agrícolas para fabricar paneles. En la República Checa, algunos investigadores profundizan el estudio de la caña de azúcar para producir tableros de partículas. Existe también un creciente interés por la construcción con paja. Investigadores en Alemania1, han desarrollado paneles de paja. En este caso el aglomerante utilizado ha sido de origen sintético, y los resultados reportados son incluso superiores a los obtenidos con partículas de madera. El estudio hecho por Troge y Pinke en 1978 usando paja y partículas de maderas blandas no ofrecieron buenos resultados en comparación con los paneles de madera, pero se acercaron bastante a la normativa. En Bulgaria. Tsolov experimentó con varios tipos de fibra. En el estudio se realizaron tableros con fibras de haya, cáñamo, algodón, mora, maíz y cáscara de girasol. Las fibras que mejor resultado obtuvieron fueron las de cáñamo. En Rusia se han reportado el desarrollo de materiales con alta resistencia a la compresión y flexión, hecha con desechos de lino y algodón, unidos con una resina sintética. También se han producido de arroz con buenas propiedades. La paja de arroz recibió un tratamiento previo con vapor y amoníaco que buscaba aumentar sus propiedades termo-endurecibles. Los paneles de alta densidad mostraron excelente resistencia a la flexión y bajo nivel de absorción de agua.

1 Hesch, R. “Straw is a viable material for the particleboard industry” Citado por Youngquist 2001.

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Asia A diferencia de Occidente, el uso del bambú en Asia es bastante frecuente. Después de la Segunda Guerra Mundial, se estableció en Kyoto, Japón, un centro de investigación para desarrollar materiales de construcción usando bambú. Esta planta se ha procesado en varios tipos de paneles. En Taiwán, un estudió determinó la viabilidad de producir paneles multicapa con virutas de madera y bambú. Un estudio similar en China, demostró que usando subproductos de bambú mezclados con astillas de ciprés podían alcanzarse los estándares fijados por su normativa. En este caso, el elemento estudiado fue un panel multicapa formado por dos capas de bambú y alma de poliuretano. En China también se ha explorado las posibilidades del bagazo de caña y los tallos de caña de azúcar para fabricar tableros de partículas. En Japón se han obtenido buenos resultados mezclando partículas de maderas con fibras de coco. En India se han desarrollado tableros de partícula a base de caña de azúcar sin aglomerante. Los tableros se produjeron cocinando el bagazo en una solución con un contenido alcalino del 2% y luego sometidos a presión mezclados con aceite. Los paneles obtenidos mostraron buenas propiedades aislantes. Los conglomerantes inorgánicos como el cemento y la cal han ganado popularidad en la India. Investigadores y fabricantes han enfocado muchos de sus esfuerzos en desarrollar materiales con este tipo de matrices. Los productos obtenidos por estas experiencias van desde paneles, elementos de tejado y piezas para pisos. El Instituto de Investigación y Desarrollo de Productos del Bosque en Laguna, Filipinas, tiene un activo programa de investigación que estudia la utilización de desechos agrícolas en la producción de paneles. La mayor parte del trabajo se centra en la cáscara de coco, los tallos de plátano y fibra de piña. Especial atención se pone en el uso de los tallos del plátano, ya que cada planta produce solamente una rama de fruta y los tallos son quemados generalmente.

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Oriente Medio En Egipto la paja de arroz es el principal subproducto empleado para paneles de fibras. Se ha reportado que la paja del arroz no ofrece la misma calidad en el producto final, que la madera. Esto se debe a que tiene porcentajes más altos de componentes no fibrosos. Otros materiales lignocelulósicos empleados incluyen los tallos del algodón, la caña de azúcar y el kenaf. Fahmy2 reportó en 1974 que estos materiales ofrecían mejores resultados que la paja de arroz. En Irak se desarrollaron tableros de partículas mezclando caña con madera. La resistencia del panel se incrementó considerablemente con la adición de la caña, pero la resistencia a la humedad se vio comprometida. La proporción que mejores resultados registró fue la de un 50% de contenido de cañas.3 En Arabia Saudita la caña de azúcar se ha utilizado como un recurso valioso par desarrollar materiales de construcción. África En Port Harcourt, Nigeria se realizó un estudio para determinar la posibilidad de fabricar tableros de partículas con desechos agrícolas. En el mismo se utilizaron aglomerantes naturales obtenidos del mangle como una forma de reducir el costo de las resinas sintéticas. El tablero desarrollado se obtuvo con una combinación de bagazo de caña de azúcar, mangle, viruta de madera y mazorcas de maíz. En Sudan y Botswana se buscan usos alternativos a los tallos de la sorgo para fabricar paneles [2] Oceanía Australia es sin duda alguna el país donde mayores esfuerzos se han realizado en el desarrollo de compositos a base de fibras vegetales [3]. De hecho este fue el primer país en el que se comercializaron productos totalmente libres de asbesto con sustitutos de fibras de madera. En 1981 la empresa James Hardy comenzó la producción de paneles libres de asbesto con sustitutos de fibras vegetales y ha sido tal el impacto de su tecnología que la misma se aplica en África (Everit), Latinoamérica (Mexalit), Europa (Saint Gobain y Uralita). 2 Fahmy, Y.A. Fadl N.A. “Study of the production of hardboard from some indigenous (Egyptian) agricultural residues” Citado por Youngquist 2001. 3 Al-Sudani, O.A. et. Al. “Properties of particleboard from reed-typha mixtures” Citado por Youngquist 2001.

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4.3 Uso de las fibras del maíz en construcción Para este trabajo de investigación se han realizado actualizaciones del Estado del Arte en 1999, 2002, 2004 y 2006. Se han localizado numerosas publicaciones, tesis doctorales y trabajos científicos que tratan el tema de las fibras vegetales como agregados en morteros. En estos pudo determinarse que, si bien tienen en común el uso de fibras vegetales, la fibra de maíz ha sido escasamente considerada como alternativa. Se localizaron pocas fuentes que citen el uso de fibras de maíz para la elaboración de compósitos, y las que si lo hacen, no tienen como objetivo el desarrollo de elementos constructivos para vivienda de bajo coste. Por lo que puede considerarse que el uso de compósitos de fibras de maíz y cemento con vistas a ser usados en vivienda popular, sigue sin ser investigado.

Se citan a continuación las fuentes que tienen relación directa con el tema estudiado, ya que se centran en el uso de desechos del maíz. Por otro lado se cita el trabajo de diferentes Centros de Investigación que han producido avances significativos en el tema de aprovechamiento de residuos agrícolas durante los últimos años. En algunos casos la producción científica se ha transferido a diversas empresas que lo han materializado en productos de aplicación en construcción. En el Anexo 4.1 puede consultarse una relación más completa de los estudios científicos que tienen estrecha relación con este trabajo. 4.4.1 Referencias científicas. Uso de desechos del maíz A.A.V.V. ”Use of coconut husk ash, corn cob ash and peanut shell ash as a cement replacement”. PASCAL No. 95-0366870.1995. DIALOG Las cenizas de la mazorca del maíz, de la cáscara de arroz y de la cáscara de maní, se utilizan como sustitutos del cemento. Se utiliza un desecho del maíz pero no en forma de fibra si no como ceniza agregada a la matriz. Chow, P. "Dry formed composite board from selected agricultural fiber residues" Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). 1975. New Delhi, India. 8p. Se trata de un estudio experimental en el que se fabricaron paneles de partículas de densidad media para uso en interiores. Los residuos utilizados incluyen: panoja, tallos y hojas secas de maíz, tallos de kenaf, cáscara de maní, granos de café, cáscara de semillas de girasol, hojas y corteza de roble. De los residuos estudiados, el autor apunta que las propiedades de los paneles hechos con residuos de maíz sometidos a presión superaron los requerimientos establecidos para paneles de partículas establecidos en el mercado.

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Durso, D.F. "Building Panels from agricultural residues" Tesis no publicada.: Purdue University. School of Agriculture, Department of Biochemistry. 1949. West Lafayette, Indiana. Estados Unidos. Esta tesis propone el uso de desechos de la planta de maíz para la producción de paneles. Los desechos se molieron y se uso resina como aglomerante, dando como resultado una pasta que moldeada a presión moderada, originaron materiales duros pero fáciles de cortar y abrillantar. A medida que se redujo el tamaño de las partículas empleadas en la fabricación de paneles, aumentó su resistencia a la tracción. La cantidad de resina empleada para la fabricación de paneles fue del 10% al 20% y la presión a la que se sometieron para su fabricación fue de 344.7 kPa. Hazen, T.E. "Utilization of whole vegetable stalks bonded with adhesives for building boards and structural panels". Tesis no publicada.: Purdue University. School of Agriculture, Department of Agricultural Engineering. 1950. West Lafayette, Indiana. Estados Unidos. Tesis muy similar a la anterior, ya que utiliza tallos de maíz, que combinados con resina, son utlizados para fabricar paneles. El porcentaje de resina utilizada es del 10% y la presión a la que se sometió la mezcla para fabricar los paneles fue de 2.4 Mpa. El autor señala que se nota un aumento en la resistencia al aumentar la cantidad de resina, aunque no es significativo. Janos S., Kalman S., Zoltan S. "Panels pressed from mixture of threshed maize cobs and specially cabamide-formaldehyde resin, cobs being longitudinally split" Patente Italiana. (DEBR-) Debreceni Agrartudo. P.N. IT 1150928, I.D. 861217. 1986. Italia. Esta patente muestra la forma de fabricar paneles usando panoja de maíz cortada longitudinalmente en dos y cuatro piezas. Estas piezas se mezclan con un agente aglomerante y se moldea a presión. Este método se basa en el hecho de que si se comprime una panoja de maíz a lo largo de su eje, se fisura longitudinalmente, pero su capa exterior permanece sin romperse. Reyes Nájera, C.; Avellaneda, J. “Estudio del Comportamiento de Morteros de Cal Reforzados con Partículas de Maíz, para Componentes de Viviendas de Bajo Coste.” Ponencia III Conferencia Internacional Ecomateriales. Santa Clara, Cuba 2005 Se ha estudiado la resistencia mecánica de un compósito de arena, hidrato de cal y puzolanas, reforzado con partículas de maíz; para fabricar elementos constructivos que puedan ser aplicados en la construcción de viviendas para países en vías de desarrollo. Se han analizado las resistencias a flexión y compresión de los compósitos con distinto contenido de partículas (2%,4% y 8%), a fin de determinar la proporción más adecuada. Se hicieron tres tipos de tratamientos previos a las partículas con el propósito de mejorar su comportamiento dentro del compósito: lavado simple, inmersión-lavado durante tres días y mineralizado con silicato de etilo. Finalmente se realizaron tres pruebas de envejecimiento acelerado: mojado-secado, niebla salina y rayos UVA que se compararon con una prueba de envejecimiento en condiciones ambientales externas durante un año. Schneider, G.L. “Acidic earthen cement compositions for building materials and process”. Patente estadounidense No. US 4225359 Clase 106/93 del 30 de septiembre de 1980. DIALOG Compósito formado por tierra, ácido sulfónico4, celulosa, y una matriz que podría ser de cemento, cal, asfalto, resinas sintéticas. El compósito podría incluir materiales fibrosos tales como tallos de maíz y un material celular inorgánico (e.g. vermiculita o perlita). La celulosa usada puede obtenerse de madera, paja, aserrín, papel de desecho u otras fuentes. Interesante para el presente estudio, la recomendación de usar desechos de maíz. Podría ser moldeado para la fabricación de elementos constructivos (bloques, láminas, tableros).

4 Producto originado por la reacción de ácido sulfúrico con un material orgánico.

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Vermass, C. H. “Manufacture of particle board based on unconventional raw material”. En UNIDO ID/WG.338/5:19p. Viena, Austria. 1981. DIALOG El artículo discute el uso en tableros, de materiales crudos de desecho, tales como tallos de algodón, paja, grama, caña, bambú, tallos de maíz, fibra de palma, jute, sisal, fibra de coco, papel de desecho y cáscara de arroz, girasol y maní. Las propiedades físicas de dichos materiales en una matriz de cemento y otra de resina, se comparan con las de los tableros a base de madera. Referencia directa al uso de planta de maíz. 4.4 Centros de Investigación. Existe un interés creciente en estudiar el potencial de los desechos agrícolas como materia prima para otras aplicaciones. Independientemente del potencial que la industria de los combustibles ha visto en los últimos años en los residuos agrícolas como fuente de los llamados biocombustibles; existe una serie de centros que han realizado esfuerzos serios en el desarrollo de compósitos de fibras naturales para la fabricación de elementos constructivos. 4.4.1 Advanced Natural Fibre & Nano-Estructured Biocomposite Group. Universidad de Toronto. Canadá. Entre las líneas de investigación desarrolladas por este grupo de investigación y que pueden considerarse afines a este trabajo están: Bioconversion of Agricultural Fibre Crops into Fibrous Resources for Composite Manufacturing La paja de trigo y los tallos del maíz se utilizan como fuente de compuestos termoplásticos fibrosos para la industria del automóvil y la construcción. El objetivo del proyecto es desarrollar una tecnología de bioconversión usando hongos y microbios que mejoren la resistencia y durabilidad de estos subproductos en una matriz polimérica termoformada. Se busca competir a nivel industrial con las fibras sintéticas obtenidas a partir de combustibles fósiles. Isolation of Nano-sized Microfibrils from Root Crops and Natural Fibres El objetivo de la investigación es desarrollar microfibras de alta resistencia a partir de desechos de trigo, maíz, cáñamo, lino, yute, y sisal. Las pruebas de laboratorio realizadas indican que la relación longitud/diámetro de las microfibras es más alta que la relación de las fibras originales, por lo que podrían desarrollarse materiales con mayor resistencia con una carga ambiental y energética mucho menor. Development of High Performance Natural Fibres for Composite Manufacture Las fibras naturales son paquetes de filamentos individuales. Cuando las fibras se someten a un tratamiento de calor superior a la temperatura de cristalización de la lignina, esta se ablanda liberando las fibras individuales. En proporción a su forma, la resistencia de los filamentos individuales es mayor que el paquete de fibra lignificado. El objetivo de este estudio es obtener estos filamentos mediante procesos termomecánicos. Software Development for Creep Prediction of Natural Fibre-plastic Composites for Building, Construction and Automotive Applications Las fisuras en los compósitos termoplásticos de fibras naturales sometidos a cargas se agravan con la temperatura y la humedad. Este proyecto pretende predecir mediante herramientas informáticas el desarrollo de las grietas en la etapa post-fisuración del compósito.

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4.4.2 Construir en Chanvre. Francia Asociación francesa que se dedica al estudio y potenciación industrial del cáñamo. Dentro de esta asociación se encuentra la Chanvrerie de l’Aube que en asociación con Balthazard et Cotte Batiment se dedica a la investigación de diferentes formas de utilización del cáñamo como material de construcción. Los primeros estudios con cáñamo se remontan a unos veinte años, apoyados en prácticas en las que se han visto los riesgos y dificultades que plantea el material y que han rozado a veces el límite del empirismo. Los primeros estudios realizados en laboratorios son muy recientes. Las dos líneas básicas de investigación se centran en el desarrollo de lanas aislantes y en hormigones de cáñamo. En Alemania se han realizado varios estudios sobre la utilización en lanas aislantes. Sin embargo, Francia es el único país en el que además de estos estudios se han hecho pruebas con la utilización de partículas para hacer morteros y hormigones. Sobre las fibras y las lanas aislantes puede afirmarse que, con los estudios hechos hasta ahora y con los resultados obtenidos, se dispone de productos con comportamientos técnicos muy satisfactorios. En lo que respecta a los hormigones de cáñamo, las dificultades apuntadas están esencialmente ligadas al comportamiento del agua sobre el material, ya que se han reportado resultados muy dispersos durante el secado y durante la vida del mismo. Las líneas de utilización del cáñamo desarrolladas por este grupo son: Utilización de la planta de cáñamo en forma de partículas. Granulado de cáñamo que puede utilizarse como aislante en suelos y muros o como agregado dentro de mortero para la fabricación de bloques. El producto desarrollado por esta línea se llama Chanvribat. (Ver fichas de materiales) Utilización de la planta de cáñamo en forma de fibras. Para la fabricación de lanas aislantes. Producto del desfibrado mecánico de la planta, las fibras son agrupadas para formar telas con una masa volumétrica de 20 a 40 Kg/m4. En función de esta masa y de las aplicaciones previstas (aislamiento en muros, techos y pisos) estas telas son cortadas en espesores de 4 a 20 cm. El producto comercial desarrollado se llama y se realizó en colaboración con la empresa EFFIREAL Desarrollo de morteros de cal para la fabricación de elementos constructivos. Junto a la empresa Strasservil se ha desarrollado un ligante hecho a base de cal, ligantes hidráulicos y puzolanas. El producto se comercializa bajo el nombre de Tradical 70 y se utiliza para la fabricación de bloques con adición de partículas e cáñamo.

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4.4.3 Composite Materials and Structure Centre. Michigan State University. Estados Unidos En este centro se estudian las posibilidades de los compósitos hechos enteramente de productos agrícolas. Las posibles aplicaciones de estos compósitos van desde tableros y elementos de cubierta, hasta piezas de automóvil. Sus esfuerzos se centran en el estudio de las fibras de maíz y de soja, con los que se pueden producir materiales compuestos tan resistentes como los reforzados con fibras de vidrio y menos costosos de producir. Entre las líneas de investigación que han desarrollado en este Centro están: Bio-composites From Engineered Natural Fibers for Housing Panel Applications Se ha desarrollado una técnica llamada Biocomposite Sheet Molding Compound Panel (BCSMCP), basada en una técnica desarrollada para fabricar compuestos de plástico y fibra de vidrio muy desarrollada en la industria del automóvil. Mediante este proceso se logró una disposición uniforme de fibras naturales que da como resultado un material homogéneo, con mejores posibilidades de fabricación a gran escala. Los productos que se pueden elaborar con esta técnica van desde paneles para la construcción o para la industria del automóvil. Se han evaluados las características mecánicas y térmicas de los compósitos basados en las normas ASTM. Los compósitos fueron hechos con las varias fibras naturales incluyendo, la hierba paja, yute, y cáñamo industrial. [4] Structural Bio-Composites from Engineered Corn Straw Fibers and Novel Soy-based Resins Se pueden producir poliuretanos a partir de aceites de plantas como la soja. La adición de fibras de maíz aumenta la rigidez de estos materiales en un rango de 150-300%, dependiendo del contenido de la fibra. Se pueden producir así poliuretanos con características comparables a las de productos derivados del petróleo. Esta tecnología ha logrado una Patente en Estados Unidos en 2004. 4.4.4 Consejo Nacional para Investigaciones Científicas y Tecnológicas CONICIT. San José, Costa Rica. Institución autónoma, creada en 1972 al servicio del desarrollo científico y tecnológico de este país. Se apoya en tres áreas principales: Desarrollo Científico y Tecnológico, Administrativa y Financiera y el Registro de Información Científica y Tecnológica. Aunado a estas áreas centrales existen cuatro coordinaciones encargadas de planificar, asesorar, controlar y mantener las relaciones institucionales con organismos vinculados al sector científico y tecnológico. Dentro del Área de desarrollo Científico y tecnológico se encuentra el trabajo de investigación de Ramirezcoretti que ha enfocado sus estudios estructurales a la búsqueda de soluciones en materia de vivienda social.

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Utilización de Residuos Fibrosos de la Agricultura para la Fabricación de Elementos de Vivienda Económica La posibilidad de utilizar recursos naturales renovables y actualmente desaprovechados para la solución de diversos problemas nacionales constituyó la base para la realización de esta investigación. La investigación se concentró en las alternativas de uso de los residuos fibrosos de la agricultura para la elaboración de elementos de vivienda económica. Por su abundancia relativa, se consideraron los residuos de la producción de arroz, de la caña de azúcar, del banano, y del coco. Se investigó, entre otros, aspectos de disponibilidad, procesamiento, características de los productos a fabricar, técnicas de fabricación, combinaciones óptimas que lograran propiedades aceptables para su empleo en la fabricación de estos elementos, demanda y oferta potenciales. La investigación también buscó determinar aquellos lugares donde debido a la disponibilidad y condiciones existentes, podrían convertirse en futuros centros de procesamiento y fabricación de estos materiales.

4.4.5 Departamento de Ingeniería Civil y Construcción de la Escuela Nacional de Trabajos Públicos (ENTPE). Lyon, Francia El Departamento de Ingeniería Civil y Construcción agrupa dos laboratorios de la Escuela Nacional de Trabajaos Públicos (ENTPE): Geomateriales y ciencias del Hábitat. Su actividad abarca todos los ámbitos de la construcción, desde la física de los materiales, estructuras hasta la física del edificio. Dentro de las nueve líneas de investigación que tiene el Centro se encuentra la de los Compósitos. En esta línea de investigación se encuentra el trabajo de Arnaud L. quien ha explorado las posibilidades de los desechos de cáñamo como material de refuerzo en compósitos. Materiales de Construcción a base de Componentes Vegetales [5] En colaboración con la Chanvrerie de l’Aube se han estudiado las propiedades físicas de materiales de construcción hechos a partir del cáñamo. Se estudian dos tipos de materiales muy diferentes: hormigones ligeros constituidos de partículas vegetales porosas y de una matriz y lanas de aislamiento realizadas a partir de fibras vegetales, susceptibles de sustituir a las lanas minerales. Además de las características físicas y mecánicas de los hormigones ligeros se han hecho estudios de sus propiedades térmicas. En cuanto a las lanas vegetales, se estudió la compresibilidad de las mismas y su capacidad de deformación sometida a esfuerzos de tracción. También se realizaron estudios teóricos y prácticos sobre su capacidad aislante. 4.4.6 Departamento de Ingeniería y Construcción Civil. Escuela Politécnica Universidad de Sao Paulo, Brasil. Departamento dedicado al estudio de los materiales y los componentes tradicionales e innovadores de la construcción. Dentro de sus líneas de trabajo se encuentra el Reciclaje de Residuos, los Hormigones especiales y los Materiales reforzados con fibras Vegetales. Con una gran actividad de difusión científica este centro ha organizado Congresos como el 10th Int. Inorganic-Bonded Fiber Composites Conference y sus aportes son habituales en revistas

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especializadas como la Cement and Concrete Composites. Muchos de los aportes científicos más relevantes en los últimos años han salido de esta institución de la mano de investigadores como Apoyan V. y Savastano Jr. H. Materiales Reforzados con Fibras Se estudian compósitos de cemento Portland, cal yeso o resina, con refuerzo de fibras de vidrio, sintéticas y vegetales. Se han desarrollado matrices a base de escoria de alto horno. Se han desarrollado esfuerzos por reducir la alcalinidad de la matriz con el objeto de evitar el deterioro de las fibras vegetales dentro de los compuestos. 4.4.7 Programa de Engenharia Civil / COPPE - Universidade Federal do Rio de Janeiro. Brasil Programa con 40 años de existencia y que centra sus esfuerzos en el desarrollo de investigaciones de alto nivel orientadas a la formación de científicos y al desarrollo de proyectos conjuntos con empresas privadas e instituciones extranjeras. Bajo esta filosofía de trabajo de la institución han salido valiosos aportes en el conocimiento de la mecánica de los compósitos de fibras vegetales. Destacan por su importancia los aportes de Toledo Filho R. Desarrollo y caracterización de materiales de bajo impacto ambiental. Proyecto en desarrollo desde 2005 en el que se caracterizan diferentes materiales de bajo impacto ambiental para usarlos en edificaciones rurales. Las líneas de actuación pasan por (i) el desarrollo de matrices con bajas emisiones de CO2 a base de cenizas de cáscara de arroz, fibras de sisal y bagazo de caña (ii) estudio de la durabilidad de este tipo de morteros.

4.4.8 Asociación Brasileña de Materiales y Tecnologías no Convencionales / Brasil Asociación nacida bajo el seno de la Pontificia Universidad Católica de Río de Janeiro. Dedicada al estudio científico de materiales y tecnologías de bajo impacto ambiental como: compositos de fibras vegetales, arquitectura en tierra y bambú. Desde 1984 participa en el desarrollo de la Conferencia Internacional de Materiales y Tecnologías no Convencionales con nueve citas realizadas en Brasil. En 2008 se ha convocado la décima edición en Cali, Colombia en colaboración con la Universidad del Valle5. Destaca el aporte científico de Ghavami K. que incluye entre otros temas el comportamiento de compositos reforzados con fibras vegetales y las posibilidades del bambú como refuerzo de matrices cementicias.

5 http://nocmat2008.univalle.edu.co/index.html

4. Estado del Arte

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4.4.9 Departamento de Recursos Renovables. The nova-Institute GMBH. Alemania

Es una institución privada que se dedica al desarrollo y promoción de innovaciones ecológicas. Sus actividades se centran en el estudio de subproductos vegetales, en especial cáñamo, y en políticas agrarias de ámbito europeo. El tipo de estudios que se realizan en este centro están encaminados a buscar, caracterizar y difundir mercados potenciales para que grupos industriales los desarrollen posteriormente. Study on Markets and Price situation of Natural fibres. Proyecto de ámbito europeo. Su objetivo es analizar el mercado presente y las proyecciones para las fibras de cáñamo y flash producidas en la Unión Europea. El estudio se centra en los mercados técnicos en los que tienen salida las fibras cortas, con especial énfasis en el mercado alemán, británico y escandinavo.

4.4.10 International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems and Structures. RILEM El interés generado en los últimos años sobre el impacto de las actividades constructivas en el ambiente y la búsqueda de materiales sostenibles ha sido la causa de la creación de un grupo de trabajo que investiga el uso de recursos reciclables con bajo impacto ambiental. [6] Environment-conscious construction materials and systems Grupo de trabajo que entre 2000-2005 se encargó de la búsqueda, revisión y evaluación del estado del arte de diferentes sistemas y materiales que cumplieran alguno de los siguientes criterios de sostenibilidad:

• Aplicación responsable de recursos naturales como la madera, las fibras naturales y la construcción con tierra.

• Sistemas efectivos de minimización de cargas ambientales en la producción y aplicación de nuevos materiales constructivos.

• Desarrollo de nuevos sistemas ambientalmente eficientes. En el apartado denominado Effective Applications of Natural Resources pueden encontrarse experiencias en el uso de ceniza de cáscara de arroz y desechos de madera en el desarrollo de nuevos compósitos.

4.4.11 Australia’s Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO). Australia Agencia australiana de Ciencia y tecnología, a nivel mundial es una de las instituciones científicas con mayor diversidad de ramas de investigación. Gran parte de la actividad científica desarrollada por esta institución en la década de 1980 se centró en la búsqueda de refuerzos de fibra natural como sustituto para las fibras de maderas duras usadas en la industria de paneles en Australia.

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Este interés por buscar sustitutos a la madera llevó al centro a evaluar el comportamiento de diferentes tipos de fibras como el sisal, el bambú y la banana entre otros. El desarrollo de dicha actividad investigadora llevó a colaborar con diferentes instituciones educativas, sobresaliendo el trabajo conjunto con la Universidad de Sao Paulo citada anteriormente. 4.4.12 BRE Centre for Innovative Construction Materials. University of Bath. Reino Unido Centro establecido en 2006 como resultado de una alianza entre el Departamento de Arquitectura e Ingeniería Civil, el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Bath y el Centro de Investigación de la Construcción (BRE) Esta entidad lidera investigaciones en el campo de innovación de materiales y técnicas constructivas. Centra sus esfuerzos científicos en el campo de los compósitos avanzados, los compósitos con fibras vegetales, la construcción con madera, los morteros a base de cal, construcción con tierra, geotextiles en la construcción, reciclaje de materiales, cementos con baja emisión de CO2. Esta institución tiene a su cargo la organización de la próxima Conferencia Internacional de Materiales y Tecnologías no Convencionales (NOCMAT 2009)6 4.5 Empresas Privadas. 4.5.1 James Hardy Industries Compañía australiana presente en el panorama constructivo desde 1917. En un principio se dedicó a la producción de productos de asbesto cemento. Sin embargo, a raíz de los problemas de salud asociados a la presencia de asbestos en los materiales constructivos, la compañía se ha convertido en un referente en la búsqueda de sustitutos de celulosa para este material. Este trabajo desarrollado ya desde las postrimerías de la IIa. Guerra Mundial se consolidó en la década de 1960 a raíz del renovado interés en las fibras de madera. Fruto de esta labor es la primera generación de paneles “Hardiflex” que con algunas variantes aún se sigue comercializando en la actualidad.

6 http://www.bath.ac.uk/ace/nocmat2009/

4. Estado del Arte

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4.6 Conclusiones e hipótesis de trabajo A través de las experiencias descritas en este capítulo ha podido observarse que el interés por las fibras vegetales como constituyentes de materiales de construcción no es nuevo y que además sigue generando interés científico. Prueba de ello es la edición de publicaciones científicas que abordan el tema de forma constante como Cement and Concrete Composites, Cement and Concrete Research y Construction and Building Materials 7. Otro indicador es la realización de Congresos como la International Conference on Non – Conventional Materials and Technologies que realizará ya la décima edición en 2008. Por otro lado la FAO ha declarado 2009 como el año Internacional de las Fibras Naturales. A través de Simposios, Congresos y Seminarios en todo el mundo, se busca potenciar su uso como material sostenible y renovable Los últimos trabajos de investigación en el campo de las fibras están encaminados a buscar su resistencia y estabilidad a largo plazo. Se ha establecido que la descomposición de las fibras es causada por la naturaleza alcalina de la matriz de cemento. También se ha demostrado que las fibras naturales se mantienen prácticamente intactas en un concreto carbonatado [7]. La impregnación de las fibras mediante tratamientos químicos no ha resultado ser del todo efectiva. Dado que la descomposición de las fibras se debe a la alcalinidad de la matriz, la solución podría buscarse en la matriz misma. Los cementos de baja alcalinidad podrían ser una alternativa a ser tomada en cuenta. Algunos agregados del cemento, como las cenizas volantes y el microsílice contribuyen también a reducir la alcalinidad a niveles aceptables para evitar la descomposición de las fibras. Otros autores como Oteiza, I. o Ramirezcoretti, proponen el uso de una matriz distinta del cemento. Según Cardim que realizó un estudio sobre hormigón reforzado con fibras de sisal, en la Universidad de Sao Paulo, Brasil se desarrolló una matriz de cemento de baja alcalinidad, en la que las fibras vegetales no sufren el deterioro característico, esta matriz está incluso patentada8. Otro esfuerzo reseñable es el que se lleva a cabo especialmente en Alemania y Francia desde hace unos quince años en los que 7 Parte de la red de publicaciones científicas asociadas a Elsevier, editorial especializada en Ciencia, tecnología y ciencia de la salud. http://www.elsevier.com/ 8 Cardim, Arnaldo. Doctorando E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona. Comunicación personal.

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se han centrado en la utilización de matrices de cal que resuelven mejor el problema de durabilidad de las fibras dentro de la matriz. Es hasta hace unos cinco años que han comenzado a aparecer aplicaciones comerciales como fruto de los estudios realizados durante las últimas décadas. En Estados Unidos existe un gran interés por aprovechar esta fuente de materia prima para fabricar tableros de partículas. En Europa por su parte se han comenzado a comercializar productos hechos a partir del cáñamo como material aislante. Pese a su similitud con varias de las fibras estudiadas, el maíz ha sido escasamente considerado como material constituyente de compósitos vegetales. El objetivo de esta tesis es el estudio teórico-experimental de un mortero reforzado con fibras de la planta de maíz, a fin de utilizar dicho material en la fabricación de componentes constructivos para viviendas de bajo coste. La tesis que se pretende demostrar es que las fibras de la planta de maíz pueden ser utilizadas como refuerzo de morteros. Como se ha visto, se han estudiado y aplicado ya algunos compósitos de fibras vegetales con cierto éxito, mientras que con otros se siguen haciendo pruebas para hacerlos viables. Por esta razón, el presente trabajo constituye un aporte en la tarea de identificar las posibilidades de reaprovechamiento que tienen estos subproductos agrícolas. Bibliografía 1 Salas, Julián. “Contra el Hambre de Vivienda. Soluciones Tecnológicas Latinoamericanas”. Edit. Escala. Bogotá, Colombia. 1992.ETSAV 2 Youngquist J. et. al. “Agricultural Fibers for Use in Building Components”. Proceedings of Symposium on the use of recycled wood and paper in building applications. Proc. 7286. Madison, WI:Forest Products mSociety:123-134 3 Robert S.P. Coutts “A review of Australian research into natural fibre cement composites”. En Cement and Concrete Composites Elsevier. Volume 27 (2005) 518-526. 4 Geeta Mehta, et al. “Novel Biocomposites Sheet Molding Compounds for Low Cost Housing Panel Applications”. En Journal of Polymers and the Environment. Springer Netherlands. Volume 13, Number 2 / April, 2005. Pp 169-175 5 http://www.entpe.fr/Prive/index-recherche.htm. Consulta hecha el 17 de octubre de 2006. 6 http://www.rilem.net/tcDetails.php?tc=192-ECM 7 Swamy, R.N. en “Vegetable plants and their fibres as building materials”. 1990. Pp.6

5 Laplantadelmaíz estáformada básicamentedecelulosa,hemicelulosaylignina

Pagina anterior Tallo de Maíz ampliado a 100 µm. Bhattacharya, Heinrich 2006

5

Metodología

Para hacer la definición metodológica del presente trabajo se recurrió a un análisis de las experiencias similares encontradas en las diferentes exploraciones bibliográficas y en el estudio de la normativa existente. El estudio experimental se dividió en cinco etapas (Tabla 5.1): 1ª. Fase: Caracterización de Materiales Cemento Portland, cal aérea, cal hidráulica. Datos según los fabricantes. Arena. Localización de arena silícea, con características similares a las disponibles en Guatemala. Agua Fibras de maíz- Determinación de características según especie. Localización de especie similar a la que se produce en Guatemala. Se utilizó desecho proveniente de la "Cooperativa del Camp St. Isidre" de Belcaire, Lérida. 2ª. Fase: Morteros de cemento. Pruebas preliminares con distintas proporciones de cemento/arena/fibra. Se observó un ligero aumento de la resistencia en las proporciones 1:7 y 1:9 (cemento/arena) donde la cantidad de fibra, arena y agua era mayor. Si a mayor contenido de agua disminuye la resistencia del mortero, el aumento registrado se debió al aumento de fibra. 3ª. Fase: Morteros de cemento, cal aérea y cal hidráulica. Influencia del tratamiento de fibras. Evaluación de tres tipos de mortero: cemento, cal apagada con adiciones y cal hidráulica pura; con el mismo contenido de fibra (4%), variándose en cada caso el tratamiento de la fibra. El objetivo fue comparar las diferencias debidas al tipo de mortero y al tratamiento de las fibras. El compósito de Tradical 70 reforzado con fibras mineralizadas fue el que mostró mejoras respecto a la muestra sin reforzar.

4ª. Fase: Morteros de cal aérea. Diferencias debidas al contenido de fibra. Se tomó el compósito que mejores resultados registró en la fase 3. Evaluación de morteros de Tradical 70 con distintos contenidos de fibras (2%-4%-8%). Los resultados muestran notables mejoras en la resistencia con un 2% y 8% de contenido de fibras. Se evaluaran resistencias con un año de curado. 5ª.Fase: Propuesta Tipológica. Componentes para viviendas de bajo coste.

Tabla 5.1. Resumen del Proceso Experimental

103

Basados en las experiencias recopiladas en el Estado del Arte se determinaron las variables en el proceso experimental, lo que permitió conocer el comportamiento mecánico básico del material e indicar las composiciones más recomendables para la elaboración de elementos constructivos. 5.1 Definición de Materiales Los materiales y componentes que se usaron para la fabricación de los morteros contemplados en el presente estudio fueron materiales locales empleados usualmente en la fabricación industrial de hormigones y morteros en el entorno de las empresas catalanas. 5.1.1 Matrices 5.1.1.1 Cemento Portland Se utilizó cemento Portland de resistencia normal. A pesar de tener como referencia el buen comportamiento, para este tipo de compósitos, de los cementos de baja alcalinidad (low-alcalis) se utilizará el cemento común tipo Portland ya que es el cemento de uso común en Latinoamérica. 5.1.1.2 Cal Hidráulica La cal hidráulica natural clase 5 CIMPOR, es un aglomerante hidráulico obtenido por cocción de calcáreos que contienen entre 15 y 20% de arcilla. Este material fue facilitado por la empresa "Cannabric" en España, aunque la cal procede de Portugal. 5.1.1.3 Cal Aérea con Ligantes hidráulicos y Puzolana El Tradical 70, de la casa comercial "Strasservil", es un ligante hecho a base de cal aérea apagada (75%), ligantes hidráulicos (15%) y puzolanas (10%) fabricado según la norma francesa DTU 20.1.[1] y DTU 26.1[2]. Este material fue facilitado por "La Chanvrerie de Bar Sur Aube" en Francia1. A pesar que la extracción y mezcla del material se realiza en Girona, España, por la empresa DECSA (Derivados Cálcicos) su comercialización se hace solamente en Francia. 5.1.2 Arena Debido a la variedad de arenas que pueden utilizarse en construcción, lo que se hizo a la hora de determinar el tipo de arena a utilizar en los experimentos, fue buscar el tipo de arena comúnmente se utiliza en Guatemala y luego buscar una similar disponible en el mercado catalán. Se determinó que en el sector de la construcción, en Guatemala, se utilizan principalmente arena de río, de pómez o “espumas de sílice” y arena basáltica, todas de naturaleza silícea2. La granulometría oscila entre 0 y 6 mm. Los morteros para levantado de muros están hechos generalmente de cemento y arena de río en una proporción 1:3 y son comúnmente llamados “sabietas”. A pesar de que existen en el mercado arenas de naturaleza caliza, estas no tienen un uso tan extendido como las de tipo silíceo. 1 LCDA Materials. En http://www.chanvre.com. Página consultada el 4 de febrero 2006. 2 Herrera, Estuardo director de Servicio Técnico de “Cementos Progreso” de Guatemala, consulta hecha el 25/01/2001 a través de su página web: http://www.cempro.com

5. Metodología

104

Árids de Catalunya dispone de tres tipos de arena3 con elevado contenido de sílice.

• Arena silícea: 97,5% de sílice y 5 mm granulometría máxima.

• Arena artificial lavada: 80% de sílice y 0,5 mm granulometría máxima.

• Arena natural lavada: 80% de sílice y 0,3 mm granulometría máxima.

• La primera se consigue con pedido especial. La segunda se despacha por camionadas, por lo que se desechó como posibilidad. La tercera es la que más fácilmente se consigue en el mercado, por lo que fue la opción escogida para hacer las pruebas. La curva granulométrica de la arena natural lavada se muestra en la Figura 5.1.

Figura 5.1 Curva Granulométrica Arena Natural Lavada. Fuente: Árids de Catalunya 5.1.3 Agua Se utilizó agua proveniente de la red urbana de Barcelona 5.1.4 Fibras de Maíz Material proporcionado por la Cooperativa Sant Isidre en Bellcaire, Lérida. Durante el mes de diciembre de 2000 se recopilaron los tallos de la planta de maíz que se utilizaron para este trabajo. La recopilación de material se hizo de forma manual (Figura 5.2). Se recogieron los tallos y posteriormente se eliminaron las hojas. El material se transportó en coche a Barcelona y se guardó al aire libre para secarlo a temperatura ambiente. Durante los días de lluvia se cubrió con un plástico. Las plantas de maíz provenían de semillas de la casa Pioneer4. Todas las partículas usadas en los ensayos fueron lavadas con agua potable y luego secadas en condiciones de laboratorio antes de incorporarlas a la matriz. Los tratamientos previos a los que se sometió algunas de las partículas se realizaron después de este primer lavado.

3 Calero, Ángel gerente de “Árids de Catalunya”, consulta telefónica. Tel. 93 589 18 72 4 http://www.pioneer.com/spain/default.htm

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Figura 5.2 Recogida Manual de Desechos de Planta de Maíz. Bellcaire Lérida La mayor parte de los materiales compuestos están formados por dos fases; una, llamada matriz, es continua y rodea a la otra fase, denominada fase dispersa. Las propiedades de los compuestos son función de las propiedades de las fases constituyentes, de sus proporciones relativas y de la geometría de las fases dispersas. Un esquema simple para clasificar los materiales compuestos consta de tres divisiones (Fig. 1.1): compuestos reforzados con partículas, compuestos reforzados con fibras y compuestos estructurales; además, existen dos subdivisiones para cada una. Se debe mencionar que la fase dispersa de los materiales compuestos reforzados con fibras tiene una relación longitud-diámetro muy alta. 5.1.4.1 Características Físicas Los tallos de la planta suelen ser de altos (≥2m), cilíndricos y formados por una sucesión de nudos y entrenudos. El primer paso para la extracción de partículas consistió en el corte mecánico entre nudos. Con la observación atenta de la estructura del tallo se observó que la capa exterior del mismo estaba intensamente lignificada, por lo que es más resistente que el interior del tallo. Esta capa de lignina es la que además mantiene unidas a las fibras. La figura 5.3 muestra una micrografía de la sección del tallo de maíz. Hacia el interior del tallo se encuentra una estructura espumosa de menor densidad denominada parénquima con células de forma poligonal, que llena el espacio entre haces vasculares. Al intentar separar las fibras éstas se rompían con facilidad, por lo que se concluyó que lo mejor sería utilizar las fibras pero unidas en grupos (partículas). Esto se debe a que el espesor de la capa exterior del maíz es de ~600 µm. Las células del parénquima tienen un diámetro ~70 µm y el espesor de su pared celular es de ~8 µm. Los haces vasculares (Figura 5.4) presentes en la médula del tallo tienen un diámetro de ~250 µm [3].

5. Metodología

106

Figura 5.3 Micrografía SEM Tallo de Maíz [Bhattacharya, Heinrich 2006]

Figura 5.4 Detalle haz vascular en parénquima del tallo [http://botit.botany.wisc.edu/]

Al aumentar a 20 µm (Figura 5.5) puede observarse de manera clara los haces vasculares, como elementos de mayor profundidad. La pared celular de las células es la esclerenquima formada básicamente de lignina y cuya función es básicamente de soporte [4].

Figura 5.5 Micrografía SEM Detalle parénquima del tallo [Hood 2006] Se procedió al corte del tallo por secciones determinadas por los nudos de crecimiento. A cada sección se le separó la capa exterior que es la que contiene las fibras y estas se cortaron en haces de fibras (unión de varias fibras). Basándose en ISO 8335 “Cement-bonded particleboards of Portland or equivalente cement reinforced with fibrous wood particles” [5] que norma las características de las partículas de madera para la fabricación de tableros con matriz de cemento; se utilizaron partículas con una dimensión promedio de 10mm x 3mm.

107

Las dimensiones de las fibras de refuerzo son determinantes a la hora de utilizarlas como refuerzo dentro de los compósitos, Diámetro Dependiente del tipo de fibra o partícula. Este parámetro relacionado con la longitud puede afectar la resistencia del compósito, ya que por lo general las fibras cortas son más resistentes que las fibras largas. Longitud Promedio La longitud de fibras puede utilizarse para clasificar los compósitos que refuerzan. Las fibras pueden ser continuas, discontinuas o una mezcla de ambas dentro de la composición del material. 5.1.4.2 Características Químicas La composición química de la planta de maíz es similar a la de otras plantas ampliamente estudiadas y utilizadas como refuerzos en matrices cementicias. Está formada básicamente de celulosa, hemicelulosa y lignina. La celulosa es un polisacárido vegetal que constituye el principal componente de las paredes celulares de la planta. La hemicelulosa es un polisacárido que recubre la superficie de las fibras de celulosa. Esta compuesta de una mezcla de diferentes azúcares y otros constituyentes solubles al agua. La lignina es un polímero insoluble en agua pero si en soluciones alcalinas [6]. Proporciona rigidez a la pared celular y actúa como puente de unión entre las células de la madera, creando un material que es notablemente resistente a los impactos, compresiones y flexiones. Realmente, los tejidos lignificados resisten el ataque de los microorganismos, impidiendo la penetración de las enzimas destructivas en la pared celular. La Tabla 5.2 muestra los diferentes componentes químicos de una planta de maíz en estado de máxima maduración del grano [7], que es el estadio final de desarrollo de la planta y que corresponde al tipo de tallos utilizados en el presente estudio. Con los datos de esta tabla puede verse que prácticamente la totalidad del desecho de la planta de maíz, contiene fibra estructural que puede utilizarse como refuerzo en el compósito. Los principales componentes químicos que forman las fibras de la planta tienen funciones estructurales y no estructurales. La fibra estructural incluye componentes de la pared celular, como la celulosa, la hemicelulosa y la lignina (Tabla 5.3). La fibra no estructural está formada por las sustancias que segrega la planta como respuesta a las agresiones o lesiones que sufre. Los componentes químicos no estructurales que contiene el tallo son la proteína cruda (PC) con valor alimenticio para forraje de ganado y las proanticianidinas que cumplen funciones de pigmentación. Ambos representan un 3,4% y un 0,9% respectivamente, del contenido de matera seca (MS) del tallo de la planta. El 95% restante contiene en alguna medida los componentes químicos con uso potencial como refuerzo.

5. Metodología

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Componentes Químicos

Lámina de la hoja

Vaina de la hoja Tallo Cáscara

mazorca Borla Total subproducto

MS (g/kg) 935 928 760 926 923 918

FND (g/kgMS) 694 800 800 887 796 769

FAD (g/kgMS) 362 387 475 383 396 408

Ceniza (g/kgMS) 168 100 74 46 112 85

PC (g/kgMS) 48 38 31 28 52 37

Lignina (g/kgMS) 44 48 64 29 59 52

Celulosa (g/kgMS) 215 284 397 335 290 320Hemicelulosa (g/kgMS) 332 413 325 503 400 362

TPA (A550nm/gMS) 14 12 8 6 9 11FAD-ceniza (g/kgMS) 103 54 14 20 47 36

MS Materia Seca en momento de cultivo PC Proteina Cruda FND Fibra Neutro-detergente FAD Fibra Ácido-detergente TPA Contenido total de proantocianidinas

Tabla 5.2 Componentes Químicos del Tallo de Maíz en estado de máxima maduración del grano (Tolera, 1999)

Componente Químicos Localización Función

Celulosa Pared celular Estructural

Lignina Pared celular + espacio intercelular

Estructural. Inhibición del ataque bacteriano

Hemicelulosa Pared celular + espacio intercelular

Estructural. Reparación de áreas dañadas

Tabla 5.3 Función de los Componentes Químicos del Tallo de Maíz

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5.1.4.3 Características Mecánicas La mayoría de avances en el conocimiento de las características mecánicas de las fibras vegetales se han dado en la industria del papel. La mayoría de información sobre las propiedades de las fibras puede encontrarse limitada a los informes de revistas especializadas [8,9]. Para determinar la resistencia mecánica de las fibras se buscó precedentes en informes de revistas especializadas y normativas. Los datos encontrados se muestran en la Tabla 5.5. Se ha estudiado la resistencia de las fibras del tallo del maíz para determinar el tipo de maquinaria necesaria para el corte de las plantas durante la cosecha del grano [10,11], y también para explorar su uso en el desarrollo de textiles [12]. Propiedad de la fibra Promedio % CV Min Máx

Longitud (cm) 3.0 55 1.5 8.5

Esbeltez (denier) 70 50 35 120

Resistencia (g/denier) 2.2 45 1.5 5.5

Elongación (%) 2.2 34 1.1 3.5

Módulo de Elasticidad

(g/denier) 127 44 65 264

Trabajo de Ruptura

(g/denier)

0.04 100 0.01 0.08

Porcentaje de

Absorción (%)

7.9 5.4 7.5 8.4

Tabla 5.4 Características Mecánicas de la Fibra de Maíz (Narendra, 2005)

Módulo de elasticidad Es la razón entre el incremento de esfuerzo y el cambio correspondiente a la deformación unitaria. También conocido como módulo de Young, es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. Si el esfuerzo es una tensión o una compresión, el módulo se denomina módulo de Young y tiene el mismo valor para una tensión que para una compresión, siendo una constante independiente del esfuerzo siempre que no exceda de un valor máximo denominado límite elástico. Coutts (1988) cita una serie de valores correspondientes a fibras individuales de madera que oscilan entre 9 y 150 GPa.

5. Metodología

110

Resistencia a la tracción Los valores encontrados en la literatura consultada varían entre 350-1000MPa [9]. Las características mecánicas de los compuestos reforzados con fibras dependen no sólo de las propiedades de la fibra, sino también del grado en que una carga aplicada se transmite a la fibra por medio de la fase matriz. Sin embargo, antes de incorporar la fibra dentro del compósito se evaluó su resistencia tracción como parte de la caracterización completa de los materiales en estado aislado y para determinar si el compósito falla por rotura de fibras o por adherencia entre la fibra y la matriz. La resistencia a la tracción se evaluó como la relación entre la carga de falla y el diámetro promedio entre los puntos de sujeción de la partícula montada en el dispositivo de prueba. Flexibilidad A pesar de la importancia de este parámetro para la fabricación de compósitos y en espacial para la fabricación de papel, esta propiedad ha sido poco documentada. Trabajo de fractura Es la energía necesaria para originar una superficie de fractura en el elemento ensayado. Esta propiedad relaciona la resistencia a la fractura del material con el área formada durante la fractura. 5.1.4.4 Definición del Contenido de Fibras Basados en la literatura existente ha podido determinarse que los compósitos con matrices orgánicas tienen un alto contenido de fibras (Vf=0,2-0,7). Por otro lado, los compósitos con matrices inorgánicas usualmente tienen un bajo porcentaje de contenido de fibras (Vf=0,01-0,30) [13] 5.1.4.5 Definición del Tratamiento de Fibras La descomposición de las fibras vegetales en el cemento se debe a que la fibra es atacada químicamente por el medio alcalino en el que se encuentra. Rahim [14] y Hans Erick Gram [15] apuntan algunos métodos que buscan mantener las fibras sin degradación en un ambiente alcalino. Fibras mojadas en agua Rahim hizo un estudio con partículas del tronco de la palma. Apunta que un mojado simple de las partículas con agua resultó ser el método más adecuado, ya que los azúcares se disuelven en el agua y luego pueden removerse y así las partículas duran más tiempo. Reporta una rápida mejora de las resistencias de los paneles hechos con partículas de tronco de palma mojadas en agua durante tres días; en comparación con las resistencias de la muestra de control, en la que se utilizaron las partículas sin tratar. Con base en esta experiencia se determinaron dos de los tres métodos de tratamiento de fibras. El primero fue lavar las fibras con agua. El segundo consistió en mojar las fibras lavadas durante tres días en agua. Se realizó un control de la absorción de agua de las fibras, así como de la variación en la masa debida estos tratamientos.

111

Fibras mineralizadas Gram apunta que una de las formas de evitar o retardar la descomposición de fibras de sisal consiste en impregnar las fibras de agentes que reaccionen con los componentes de las mismas y que al recubrirlas las protejan del ambiente alcalino en el que se encuentran. Entre los agentes que menciona se encuentran compuestos de silicatos, sulfatos o magnesio. En el laboratorio de materiales de la EUPB se disponía de un silicato con base etílica que fue el que se decidió utilizar para mineralizar la fibra. El silicato de etilo es una sustancia que al polimerizar se transforma en sílice amorfo que mineraliza las fibras. Usa como disolvente alcohol, que al volatilizarse permite el proceso de mineralización. Esta mineralización no es más que una capa protectora a modo de sellador que se forma en la superficie de la fibra. Se realizó un control de la absorción de silicato de etilo en las fibras, así como de la variación en la masa debida este tratamiento. Los tratamientos escogidos para la campaña experimental se muestran en la Tabla 5.5 SIMBOLOGÍA TIPO DESCRIPCION SF Mortero sin fibras CF Mortero con fibras

sin tratar

CFL Mortero con fibras

lavadas

Consiste en el lavado simple de las fibras durante diez minutos bajo agua del grifo, frotándola manualmente.

CFTL Mortero con fibras tratadas y lavadas

Consiste en el lavado simple de las fibras durante diez minutos bajo agua del grifo, frotándola manualmente. Posteriormente se dejaron sumergidas en agua durante 3 días.

CFM Mortero con fibras mineralizadas

Consiste en el lavado simple de las fibras durante diez minutos bajo agua del grifo, frotándola manualmente. Posteriormente se dejaron sumergidas en agua durante 3 días. Las fibras se dejaron secar en condiciones de laboratorio hasta alcanzar masa constante (3 días), luego se impregnaron con silicato de etilo mediante inmersión en la mezcla durante una hora y se dejaron secar hasta alcanzar masa constante (3 días más)

Tabla 5.5 Relación de tratamientos realizados a las fibras

5. Metodología

112

5.2 Formación del Compósito En términos generales, se considera que un material compuesto es un material multifase que conserva una proporción significativa de las propiedades de las fases constituyentes [16] de manera que presente la mejor combinación posible. De acuerdo con este principio de acción combinada, las mejores propiedades se obtienen por la combinación razonada de dos o más materiales diferentes. La mayor parte de los materiales compuestos están formados por dos fases; una, llamada matriz, es continua y rodea a la otra fase, denominada fase dispersa. Las propiedades de los compuestos son función de las propiedades de las fases constituyentes, de sus proporciones relativas y de la geometría de las fases dispersas. Un esquema simple para clasificar los materiales compuestos consta de tres divisiones según se muestra en la Figura 5.6.

Figura 5.6 Clasificación de los Materiales Compuestos (Callister, 1996)

5.2.1 Definición de Dosificaciones 5.2.1.1 Relación Aglomerante/Arena Para determinar la relación aglomerante/arena se consideró una serie de aplicaciones hipotéticas del compósito estudiado. Por otro lado se consideró la tipología de materiales constructivos que se utilizan actualmente en Latinoamérica, a fin de proponer un uso compatible culturalmente con los habitantes de la región. Se definieron entonces tres posible aplicaciones:

• Mortero para uniones y rebozados • Mortero para placas y tejas • Mortero para bloques

Quiñónez [17] señala que por motivos de economía y de resultados de laboratorio la proporción 1:1 de cemento y arena es la más adecuada para la fabricación de placas. Opus [18] apunta que para la fabricación de bloques de cemento la proporción de 1:5 de cemento y arena proporciona una resistencia de 200 Kg/cm2. El mortero normalizado, definido en el Pliego de Condiciones para la recepción de Conglomerantes Hidráulicos tiene una proporción 1:3 de cemento y arena [19] y es el que se utiliza para la unión de bloques.

113

Debido a que no se disponían de datos previos sobre la mezcla de fibras de maíz y morteros de cemento en los cuales basarse, se decidió realizar un barrido preliminar de proporciones cemento/arena en las que se mantuvo estable el peso de fibras. Al variar la proporción fibra/cemento se pretendió observar las diferencias en resistencia debido al aumento en la proporción de fibra como sustituto del aglomerante. Esta experiencia sirvió, además, para determinar el nivel de trabajabilidad de la muestra. Las proporciones de mezcla se muestran en las Tabla 5.6. Puede observarse que a medida que aumenta la proporción de arena y fibras y disminuye el aglomerante es necesario un incremento de agua en la mezcla para garantizar su trabajabilidad. Pudo también comprobarse el cambio de densidad debido a la adición de fibras, que en todos los casos disminuyó en comparación con la mezcla de control de mortero sin fibras, que se realizó en todos los casos.

Ratio

Cemento/arena Tipo Ratio Agua/cemento

Ratio Fibra/cemento

(%) Densidad

g/cm3

1:1 CF 0,26 1 2,2

1:1 SF 0,26 1 2,23

1:2 CF 0,4 1,5 2,2

1:2 SF 0,4 1,5 2,2

1:3 CF 0,52 2 2,14

1:3 SF 0,52 2 2,15

1:5 CF 0,77 3 2,06

1:5 SF 0,77 3 2,08

1:7 CF 1,16 4 2,04

1:7 SF 1,16 4 2,05

1:9 CF 1,45 5 2,01

1:9 SF 1,45 5 2,03

Tabla 5.6 Relación de Parámetros en Pruebas Preliminares. 5.2.1.2 Relación Fibras/Aglomerante Luego del análisis realizado de las experiencias más cercanas con fibras vegetales como refuerzo de materiales constructivos, se ha podido observar que existe un espectro muy amplio de porcentajes de refuerzo que van desde el 0,5% al 16% inclusive (Tabla 5.7). Varios ensayos coinciden en que el uso de fibras en una proporción de 0.5% en peso es la más adecuada, tanto para tensión como para compresión, independientemente de la edad de la probeta a la hora de hacer el ensayo. El comportamiento general es una reducción de la resistencia a medida que el refuerzo crece, sin embargo, para valores hasta un 1% de refuerzo sí existe un incremento en los valores de resistencia a la tensión en morteros de cemento, que es precisamente lo que se busca.

5. Metodología

114

Autor País % de fibras por masa

Longitud Fibras (cm) Agua/cemento

Aggarwal India

Chatveera, B Tailandia 15, 15.5, 16 1,2 0.7

Jorillo Japón 0.5, 1, 2.5 1, 3, 6 0.4, 0.5, 0.6

Lhoneux, B Bélgica 6

Oliveira, M Brasil 2.6 4 0.49

Pires Sobrinho, C. Brasil 0.5

Rahim, S Malasia 2, 2.5

Ramirez-Coretti, A. Costa Rica 0.35

Sande, O. Costa de Marfil 0.68

Savastano Brasil 4 1, 3, 6 0.3, 0.48, 0.46

Saxena, M India 0.5, 1, 2.5 0.5, 1.5 0.4, 0.425, 0,45, 0.475, 0.50

Shimizu, G Japón 0.8, 1.5, 2.5, 3.5, 5.5 3, 6, 9 0.4, 0.7

Soroushian, P Estados Unidos 1, 2 0.3 0.3, 0.35, 0.43

Tabla 5.7 Referencias Científicas uso de Fibras Vegetales. Parámetros Reportados

Quiñónez apunta que de las observaciones hechas en la elaboración y ensayo de mezclas de mortero con refuerzo de fibra, para la fabricación de láminas para techo, se pudo establecer que el uso de porcentajes de refuerzo mayores de 1% producen mezclas con mucha dificultad en su trabajabilidad. Basados en los resultados obtenidos en las pruebas preliminares hechas con matriz de cemento Pórtland, se decidió explorar otras matrices, manteniendo la relación 1:3 y variando la cantidad de fibras: 2%, 4% y 8%, con lo que se cubrió el rango de refuerzo estudiado en las pruebas preliminares. Las otras matrices evaluadas fueron: cal hidráulica (CIMPOR) y cal hidráulica con agregado puzolánico (TRADICAL 70), cedidas por las casas "Cannabric" y "La Chanvrerie de Bar sur Aube" respectivamente. Se escogieron estas por que con ambas se han realizado estudios y aplicaciones de refuerzo con partículas de cáñamo, llegando incluso a comercializarse. 5.2.1.3 Relación fibras/agua La unión completa del conglomerante y las adiciones para formar mortero depende en gran mediad de la adición de la cantidad correcta de agua. La deficiencia de agua se traduce en una unión incompleta, mientras que el exceso favorece la porosidad. En los dos casos se compromete la resistencia final de la mezcla que suele ser entonces menor que la óptima. 5.2.1.4 Influencia de la longitud de la fibra Las características mecánicas de los compósitos reforzados con fibras dependen, además de las propiedades de las fibras, del grado en que una carga aplicada se transmite a la fibra a través de la matriz. Existe una longitud de fibra crítica para aumentar la resistencia y la rigidez del material compuesto.

115

Esta longitud crítica lc depende del diámetro d de la fibra, de la resistencia a la tracción σf y de la resistencia de la unión matriz-fibra, τc, de acuerdo con

lc= σf d τc,

[5.1]

Si bien es cierto que las mayores resistencias de los materiales compuestos se alcanzan con fibras largas, con l>>lc, llamadas continuas; esta condición depende de la dirección de aplicación de la carga. La resistencia es significativa a lo largo de la dirección de alineación de fibras, mientras que en sentido transversal el reforzamiento prácticamente no existe. Los compuestos reforzados con fibras cortas presentan un comportamiento isotrópico ante los esfuerzos mecánicos. Aunque la eficiencia del reforzamiento es menor, la resistencia a esfuerzos multidireccionales es más efectiva y uniforme. Por otro lado tienen una velocidad y coste de producción menor que los compuestos con fibras continuas, ya que pueden ser configurados mediante moldeo por compresión, por inyección y extrusión. 5.2.1.5 Influencia de la orientación y concentración de la fibra La disposición de las fibras dentro del compóstio, influye notablemente en la resistencia. Con respecto a la orientación, existen dos situaciones extremas:

• Alineación paralela de los ejes longitudinales de las fibras y • Alineación al azar.

Las fibras continuas, normalmente se alinean, mientras que las fibras cortas se pueden alinear total o parcialmente o bien se pueden orientar al azar (Figura 5.7). Las propiedades de los materiales compuestos mejoran notablemente con una distribución uniforme de la fibra. Para el compósito del presente estudio se decidió utilizar fibras cortas, debido al sistema productivo definido y por las posibles aplicaciones del material desarrollado. El sistema productivo contempla la fabricación de bloques por compresión, por lo que el uso de fibras cotas facilita el proceso de fabricación; y este elemento constructivo se supone estará sometido a cargas en distintas direcciones, por lo que interesa que tenga un comportamiento isotrópico.

Figura 5.7 Tipos de refuerzo con fibras. Continuas y alineadas (a), discontinuas y alineas (b), discontinuas y orientadas

al azar (c). (Callister 1996)

5. Metodología

116

5.2.2 Combinaciones estudiadas 5.2.2.1 Maíz-Cemento Portland-Arena (P) Mortero de cemento Portland y arena fina de sílice, en proporción 1:3. Se hicieron 3400 g de mezcla, suficiente para dos moldes de tres probetas prismáticas cada uno, según UNE 80-101-88 [20]. Las cantidades de los componentes del mortero se detallan a continuación: Cemento 850 g Arena 2550 g Agua 425 g Fibras 17 g (2%), 34 g (4%), 68 g (8%) 5.2.2.2 Maíz-Cal Hidráulica-Arena (CH) El mortero se hizo mezclando CIMPOR y arena fina de sílice, en proporción 1:3. Se hicieron 3400 g de mezcla, suficiente para dos moldes de tres probetas prismáticas cada uno, según UNE 80-101-88. Las cantidades de los componentes del mortero se detallan a continuación: CIMPOR 850 g Arena 2550 g Agua 425 g Fibras 17 g (2%), 34 g (4%), 68 g (8%) 5.2.2.3 Maíz-Cal Hidráulica con Puzolana-Arena (T) El mortero se hizo mezclando Tradical 70 y arena fina de sílice, en proporción 1:3. Se hicieron 3400 g de mezcla, suficiente para dos moldes de tres probetas prismáticas cada uno, según UNE 80-101-88. Las cantidades de los componentes del mortero se detallan a continuación: Tradical 70 850 g Arena 2550 g Agua 425 g Fibras 17 g (2%), 34 g (4%), 68 g (8%)

117

5.3 Definición de la Campaña Experimental 5.3.1 Normativa Aplicable Se buscaron normativas que regularan los ensayos a realizar en compósitos hechos con fibras vegetales. La norma española AENOR, contempla el uso de fibras de acero y polipropileno en ensayos de hormigón, morteros y sus componentes. La norma ISO 8335 “Cement-bonded particleboards of Portland or equivalente cement reinforced with fibrous wood particles” regula las características de las partículas de madera para la fabricación de tableros con matriz de cemento, pero su ámbito de aplicación es para rangos de refuerzo de fibras en proporciones superiores al 30% por peso, lo que está por encima del rango definido para el presente estudio. Como puede verse el uso de fibras vegetales provenientes de desechos agrícolas, en compósitos no estaba específicamente normalizado hasta 2000, año en que se inició la campaña experimental. Consultados los catálogos (todos de 1997) de la ISO, ASTM y la ANSI, se localizaron algunas normas que podrían ayudar a definir la campaña experimental de este estudio.

A. Estudio aislado de los materiales

Fibras de maíz (FM) como refuerzo Normativa de referencia Resistencia Mecánica ASTM D 3822-79 / ASTM D 1445-75 / ASTM D-1578/ ISO 8335

B. Compósito

Características mezcla Normativa de referencia Clasificación y definiciones UNE 83-800-94 / ISO 8335 / UNE 83-500-89/ ISO 8335

Fabricación en laboratorio UNE 83-810-92 / UNE 83-502-88 / UNE 83-504-90

Longitud de fibras ISO 8335

Determinación del contenido de fibras UNE 83-512-89 (parte 2)

Docilidad UNE 83-503-88

Probetas UNE 83-821-92

Consistencia UNE 83-811-92

Densidad aparente (mortero fresco) UNE 83-814-92

Densidad aparente (m. Endurecido) UNE 83-820-94

Resistencias Normativa de referencia Compresión UNE 83-821-92 / UNE 83-506-86

Rotura por Flexotracción UNE 83-821-92 / UNE 83-509-88/ ISO 8335

Resistencia a cortante UNE 83-511-89

Resistencia al impacto UNE 83-514-92

Adherencia fibra-matriz No existe normativa

Tabla 5.8 Relación de Normativa Usada para Definir Campaña Experimental

5. Metodología

118

5.3.2 Definición de Probetas 5.3.2.1 Probetas para Ensayos de la Fibra del Maíz

Figura 5.8. Maquina IBERTEST para ensayo a

tracción de fibras

Las fibras de maíz se ensayaron a tracción simple. Este ensayo destructivo se realiza con una maquina que dispone de dos mordazas, una fija y otra móvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil. La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada. Para el ensayo se utilizó una maquina IBERTEST MOD. ELIB-50/W que dispone de cabezales de tracción con sistema de cierre en cuña modelo CTV. 5

El esfuerzo último a la tensión de la fibra fue evaluado como la relación entre la carga de falla y el área promedio bruta, determinada con el diámetro promedio medido en tres diferentes secciones transversales entre los puntos de sujeción de la fibra montada en el dispositivo de prueba esquematizado en la Figura 5.9 (21). Por razones operativas se utilizaron haces de fibras que pudieran ser sujetados por los cabezales de tracción de la máquina de ensayo. Se probaron probetas con dos valores promedios de esbeltez a fin de determinar su influencia en la resistencia a tracción. La longitud de anclaje osciló entre 20 y 25mm.

Figura 5.9. Croquis dispositivo ensayos de tracción (JUAREZ 2003)

Los parámetros de ensayo se muestran en la Tabla 5.9. En cada ensayo se registró la carga máxima. Tras su ensayo, las fibras fueron debidamente identificadas y almacenadas a temperatura y humedad controlada (20ºC y 40%HR). 5 Laboratorio de Materiales “Esteve Vicens” de la Escuela de Arquitectura del Vallés ETSAV.

119

Tipo de ensayo Tracción simple

Tipo de Control Carrera (mm/min)

Velocidad de carga 1 mm/min

Temperatura 25ºC

Humedad Relativa 45%

Fuerza Máxima de la máquina Escala 10/1

Captador Carrera Encoger

Longitud Base carrera 150mm

Tabla 5.9 Parámetros de Ensayo a Tracción en fibras de maíz.

5.3.2.2 Probetas para Ensayos de Compósitos Tal como se muestra en la Tabla 5.6 se realizaron una serie de estudios en probetas con una relación aglomerante/arena de 1:3. Esto se hizo basándose en los resultados obtenidos en las pruebas preliminares hechas con distintas proporciones de cemento/arena en las que se observó un ligero aumento de la resistencia en las proporciones 1:7 y 1:9 donde la cantidad de fibra, arena y agua era mayor. El aumento podía deberse precisamente al aumento de fibra. Por lo tanto se decidió comprobar si en el caso de morteros con proporción 1:3 ocurría lo mismo al aumentar el contenido de fibra. Por otro lado se probaron matrices de cal hidráulica (CIMPOR) y de cal hidráulica con agregado puzolánico (TRADICAL 70), cedidas por las casas "Cannabric" y "La Chanvrerie de Bar sur Aube", ambas dedicadas a la fabricación de elementos constructivos utilizando fibras de cáñamo. Las pruebas planificadas se muestran en la Tabla 5.10. Las dimensiones de las probetas están determinadas por la norma UNE 83-821-92, que establece un método para determinar las resistencias mecánicas de morteros [22]. Las probetas para ensayo son prismas rectos de 160x40x40 mm. Para cada determinación se hizo un juego de seis probetas. 5.3.2.3 Nomenclatura de Probetas La nomenclatura definida para clasificar las probetas sigue el siguiente orden:

Figura 5.10 Nomenclatura de Probetas

5. Metodología

120

La Figura 5.10 muestra la identificación de una probeta de Tradical 70 (T) con una relación aglomerante/arena de 1:3, con fibras mineralizadas (CFM) al 2% en masa (2). La probeta es la número 12 de la serie. Siguiendo esta nomenclatura se controló las probetas en todo el proceso experimental (Fig. 5.11)

MATRIZ (MARCA COMERCIAL)

RELACION AGLOMERANTE/ARENA

TRATAMIENTO EN FIBRAS % FIBRAS EN MASA NOMENCLATURA

Probetas Resistencia mecánica

Probetas Envejecimiento Acelerado

Portland (UNILAND) 1:3

Sin fibras (SF) Con fibras sin tratar (CF) Con fibras lavadas (CFL) Con fibras lavadas y mojadas por tres días (CFTL) Con fibras mineralizadas (CFM)

0 4 4 4 4

P 1:3SF P 1:3CF 4 P 1:3CFL 4 P 1:3CFTL 4 P 1:3CFM 4

6u 6u 6u 6u 6u

0 u.

Cal hidráulica (CIMPOR) 1:3


0 4 4 4 4

CH 1:3SF CH 1:3CF 4 CH 1:3CFL 4 CH 1:3CFTL 4 CH 1:3CFM 4

6u 6u 6u 6u 6u

0 u.

Cal + puzolana (TRADICAL 70) 1:3


0 2, 4, 8 2, 4, 8 2, 4, 8 2, 4, 8

T 1:3SF T 1:3CF 4 T 1:3CFL 4 T 1:3CFTL 4 T 1:3CFM 4

6u 18u 18u 18u 18u

6u 18u 18u 18u 18u

138 u. 78 u. Tabla 5.10 Nomenclatura y numero de probetas, según tipo de matriz, tratamiento y contenido de fibras.

5.3.2.4 Nomenclatura de Ensayos Los ensayos realizados se dividen cuatro grandes grupos:

ENSAYO NOMENCLATURA MATRIZ

a. Determinación características físicas Fraguado CF-01 P CH T

Consistencia CF-02 P CH T

Densidad CF-03 P CH T

b. Determinación características mecánicas

Resistencia a Flexotracción RF P CH T

Resistencia a compresión RC P CH T

121

c. Determinación de durabilidad Envejecimiento natural

Envejecimiento en Condiciones Ambientales

Naturales

EN-01 T

Envejecimiento en Laboratorio: 2.5 años (30 meses) EN-02 T

Envejecimiento acelerado

Capacidad de Absorción de Agua EA-01 T

Ciclos de Mojado y Secado EA-02 T

Ataque de Niebla Salina EA-03 T

Ciclos de Rayos Ultravioleta EA-04 T

d. Análisis microestructural Adherencia fibra-matriz AM-01 T

P Cemento Portland CH Cal Hidráulica CIMPOR T Cal aérea + puzolanas TRADICAL 70

Tabla 5.11 Nomenclatura y tipos de ensayos realizados según las matrices evaluadas.

Con las matrices de cemento Portland y de cal hidráulica natural se realizaron los dos primeros grupos de ensayos solamente. El trabajo de definición progresiva del compósito estudiado determinó que al principio se evaluaran las características físicas y mecánicas básicas de los tres tipos de matrices y que posteriormente se evaluara la durabilidad de la matriz que mejores resultados obtuviera al reforzarla con fibras de maíz. Por este motivo la matriz de cal aérea + puzolanas (Tradical 70) se utilizó en los cuatro grandes grupos de ensayo, mientras que las otras dos matrices solamente se estudiaron al principio.

5. Metodología

122

5.4 Procedimientos de Ensayo A continuación se describe de manera gráfica el proceso de elaboración de probetas para los ensayos mecánicos y de envejecimiento acelerado del compósito.

Figura 5.12a

Se pesaron y mezclaron los componentes. Para ello se utilizó una balanza con una precisión de 0,1 g. (Figura 5.12a).

Figura 5.12b

Se mezcló la arena y el cemento utilizando una espátula, posteriormente se incorporaron las fibras volviéndose a mezclar todo con la espátula. La mezcla en seco de los componentes se amasó durante tres minutos y posteriormente se incorporó el agua volviendo a mezclar durante tres minutos más. (Figura 5.12b).

Figura 5.12c Figura 5.12d

Se vertió la mezcla en los moldes diez minutos después del amasado. Los moldes se llenaron en dos capas compactando cada capa con 25 golpes en la mesa de sacudidas (Figura 5.12c). Luego de llenados los moldes se enrasaron usando una regla metálica. (Figura 5.12d).

Figura 5.12d

Durante 7 días se curaron las probetas enmoldadas en la cámara húmeda a 20 +/- 1ºC y a una humedad relativa de 95 %. (Figura 5.12e)

123

Figura 5.12f

Las probetas se desmoldaron a los 7 días de curado. Una serie se rompió el mismo día, otra se dejó curar en condiciones de laboratorio hasta los 28 días mientras que la última serie se curo en las mismas condiciones durante 30 meses. Figura 5.12f

Figura 5.12g

Cada probeta se rompió a flexotracción, mediante la aplicación de un rodillo de carga en el centro de la luz entre otros dos rodillos de apoyo. La velocidad de carga fue en todos los casos de 0.01 mm/min. Un lector electrónico registró la carga máxima en kg. Figura 5.12g

Figura 5.12h

Con cada una de las dos mitades de la probeta rota a flexotracción se hicieron las pruebas a compresión. La velocidad de carga fue en todos los casos de 0.01 mm/min. Figura 5.12h

Figura 5.12f

Las resistencias finales son el promedio de cada serie de probetas. En el caso de la resistencia a flexotracción el resultado final es el promedio de tres lecturas. En la resistencia a compresión es el promedio de seis lecturas. Figura 5.12f Los datos finales se tabularon y compararon gráficamente, a fin de establecer las diferencias en las resistencias de cada una de las mezclas.

5. Metodología

124

5.4.1 Determinación de Características Físicas 5.4.1.1 Tiempo de Fraguado Ensayo CF-01 Basado en UNE 83-821-92 que establece un método para determinar las resistencias a flexión y compresión de morteros [22]. 5.4.1.2 Determinación de la Consistencia Ensayo CF-02 Este valor está directamente relacionado con el escurrimiento o con la humedad del mortero fresco y proporciona una medida de la deformabilidad del mortero fresco cuando se le somete a cierta clase de esfuerzos. Basado en UNE 83-811-92 que establece un método para determinar las consistencia de las mezclas de los morteros frescos que contienen conglomerantes minerales y áridos de peso normal y ligeros, por medio de la mesa de sacudidas. [23]. La consistencia no es una propiedad en sí misma, pero se puede considerar como condición normalizada para preparar la muestra. Se determina midiendo el escurrimiento (valor medio de diámetro Ø mm) de una muestra del mortero fresco que se ensaya, según la fórmula:

Ø1+ Ø2 [5.2] ØT= 2

5.4.1.3 Determinación de la Densidad Ensayos CF-03 / CF-04 Morteros Frescos (CF-03) Normado por UNE 83-814-92 que tiene por objeto describir un método de referencia para determinar la densidad aparente de los morteros en estado fresco, fabricados con conglomerantes minerales y áridos normales, así como ligeros y pesados [24]. La densidad p, en kg/m3, de un mortero fresco es el cociente de la masa (m) en kg y el volumen (V) en m3, que ocupa el mortero, cuando se introduce en un recipiente de una capacidad dada.

p=m/V (kg/m3) [5.3] Morteros Endurecidos (CF-04) Normado por UNE 83-820-94 donde se especifica un método para determinar la densidad aparente de morteros endurecidos [25]. Se aplica a morteros ligeros y morteros normales, utilizando probetas de forma regular e irregular. En el caso de la presente investigación el volumen se ha calculado a partir de las dimensiones de las probetas.

125

5.4.2 Determinación de Resistencias Mecánicas 5.4.2.1 Resistencia a Flexotracción. Ensayo RF Normada por UNE 83-821-92 que establece un método para determinar las resistencias mecánicas de morteros. La determinación de la resistencia flexión se hace sobre probetas prismáticas. La resistencia a flexión viene dada por la carga necesaria para romper cada probeta en dos mitades [22]. La resistencia a flexotracción se calculó mediante la expresión:

Rf = 1,5 Ff l/b3 (N/mm2) [5.4] donde, Rf es la resistencia a flexotracción, b es el lado de la sección cuadrada del prisma (mm) Ff es la carga aplicada en el medio del prisma en la rotura (N) l es la distancia entre soportes (mm) 5.4.2.2 Resistencia a Compresión Ensayo RC Normada por UNE 83-821-92 que establece un método para determinar las resistencias mecánicas de morteros. La resistencia a compresión se determina sobre cada una de las mitades resultantes del ensayo a flexión. Se encuentra mediante la aplicación hasta rotura de una carga uniformemente repartida. La resistencia compresión se calculó mediante la siguiente expresión:

Rc = Fc/1600 (N/mm2) [5.5] donde Rc es la resistencia a compresión, Fc es la carga máxima a rotura (N) 1600= 40 x 40mm es la superficie de los platos o placas auxiliares (mm) Lugar de Realización de la Prueba Laboratorio de Materiales Escuela Politécnica Superior de edificación de Barcelona EPSEB

5. Metodología

126

5.4.3 Determinación de durabilidad. Envejecimiento Natural 5.4.3.1 Envejecimiento en Condiciones Ambientales Naturales

Ensayo EN-01

Evaluación de morteros de Tradical 70 con distintos contenidos de fibras (2%-4%-8%). Debido a la falta de normalización específica, se diseñaron una serie de pruebas tomando como referencia las experiencias que, con compósitos similares, han reportado otros autores6. El criterio básico para la realización de las pruebas de envejecimiento acelerado, ha sido el establecer un marco hipotético de condiciones climáticas a las que se verá sometido el material. Los elementos constructivos en los que se aplicará el compósito se utilizarán en clima semi-cálido tropical, húmedo y con hasta 20 grados de variación de temperatura en ciclos día-noche. Un ensayo acelerado puede definirse como una acción violenta y concentrada en el tiempo de los factores de alteración de un compuesto. Sin embargo, tal como lo apunta Vale Parapar7, no suelen ser posibles comparaciones con los resultados de exposición en tiempo real, e incluso no puede garantizarse que se produzcan los mismos mecanismo de alteración que ocurren en el ambiente externo. Una forma de ofrecer un parámetro de comparación, es realizar un ensayo de envejecimiento en tiempo real, en condiciones exteriores. Savastano y Gram 6

realizan esta experiencia, en la que comparan el envejecimiento en condiciones exteriores en diferentes localizaciones. Este experimento constituye la prueba de control, con la que podrán compararse el resto de pruebas de envejecimiento acelerado. Las resistencias obtenidas después de un tiempo, generalmente largo, de exposición pueden servir como punto de referencia a la hora de mostrar los datos obtenidos con las pruebas de envejecimiento acelerado. De esta manera pudo deducirse el tiempo que, en teoría, duraran los compósitos analizados, y no simplemente reflejar la resistencia luego de "n" ciclos de envejecimiento. Los datos metereológicos de temperatura y precipitación máxima de la ciudad de Barcelona8 pueden verse en la Tabla 5.12 que corresponden al año 2002 que fue cuando se realizó la exposición al exterior. 6 Gram, Hans Erick "Durability of Natural Fibres in Concrete" Aggarwal, L.K. " Durability Studies on Coir Fibre Reinforced Cement Boards" Soroushian, P; Marikunte, S. "Long-Term Durability and Moisture Sensitivity of Cellulose Fiber Reinforced Cement Composites." Wolfe, Ronald; Gjinolli, Agron. "Durability and Strenght of Cement Bonded Wood Particle Composites Made form Construction Waste" Savastano Jr, Holmer "Materiais à Base de Cimento Reforçados com Fibra Vegetal: Reciclegem de Residuos para a Construçao de Baixo Custo" Romildo D. Toledo Filho et. al. " Development of vegetable fibre-mortar composites of improved durability" 7 Vale Parapar, José. "Ensayos de materiales en Atmósferas Controladas". Publicaciones de la Universidad de Sevilla. 8 Anuario 2001 Serveis Metereológics de Catalunya. http://www.gencat.es/servmet/marcs/marcos_historia/marcs_anuaris.htm. Consulta hecha el 02 de mayo de 2003

127

Descripción del ensayo

Figura 5.13a Condiciones Naturales. Secado

Las probetas se fabricaron el 02 de diciembre de 2001. Tuvieron 7 días de curado en cámara húmeda y 21 días en condiciones de laboratorio. Posteriormente se colocaron al exterior donde han estado expuestas a las condiciones ambientales de la ciudad de Barcelona durante un año.

Figura 5.13b Condiciones Naturales. Secado

Cada serie de probetas se colocó sobre una baldosa cerámica a fin de evitar el contacto directo con el suelo. Las probetas se rompieron luego de doce meses de exposición al exterior.

DATOS METEREOLÓGICOS ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC ANUAL

T media 9,0 10,1 11,6 12,7 15,7 21,9 22,5 21,0 18,8 16,4 12,2 9,8 15,1

Precipitación 42,6 17,8 82,2 107,0 115,4 38,0 86,0 129,4 32,2 166,2 65,0 55,4 937,2

Media de T màx. 12,2 14,8 15,8 17,2 20,3 27,2 28,1 25,8 23,2 20,8 16,0 12,7 19,5

Media de T mín. 6,8 7,1 8,8 9,8 12,2 18,1 18,7 17,5 16,1 13,7 9,7 7,8 12,2

Días de helada (T mín =< 0°C) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Días de precipitación 7 6 7 9 11 5 5 14 9 6 9 9 97

T máx. absoluta 18,1 19,9 23,8 24,2 24,8 33,6 32,8 29,6 26,6 25,7 20,9 17,0 33,6

T mín. absoluta 4,0 3,1 4,3 6,4 6,4 9,7 14,7 13,0 9,2 8,7 6,2 5,2 3,1

Humedad relativa media 76 69 76 75 71 49 60 75 78 76 76 77 72

Irradiación media diaria 7,3 12,2 13,1 17,0 17,9 23,1 19,4 16,1 13,3 10,5 7,5 5,6 13,6

Vlocidad media 5,5 5,0 5,0 5,7 5,0 4,7 4,7 4,5 4,3 5,2 5,7 5,6 5,1

Tabla 5.12 Datos metereológicos de la ciudad de Barcelona. Año 2002 (SERMET 2001)

La temperatura media máxima (22,5°) se alcanzó en el mes de agosto. La precipitación máxima (166,2mm) se alcanzó en el mes de octubre. La irradiación global media diaria fue de 15,8 MJ/m2. Estos datos se muestran de forma gráfica en la Figura 5.15.

5. Metodología

128

Figura 5.14 Precipitación y temperatura Media de ciudad de Barcelona-Observatorio Fabra. Año 2002 (SERMET 2001)

Probetas Ensayadas Se realizaron un total de 21 probetas para realizar 7 ensayos. Como en el resto de ensayos se hizo una serie de control sin fibras (T 1:3 SF) y 3 series con diferentes contenidos de fibras (2%, 4%, 8%) para cada tipo de tratamiento estudiado.

MATRIZ TRATAMIENTO EN FIBRAS CONTENIDO DE FIBRAS NOMENCLATURA No. de Probetas

Tradical 70

• Sin fibras • Con fibras tratadas y lavadas • Con fibras mineralizadas

0%

2%, 4%, 8%

2%, 4%, 8%

T 1:3 SF T 1:3 CFTL (2,4,8) T 1:3 CFM (2,4,8)

3 u.

9 u.

9 u.

Tabla 5.13 Relación de Probetas Envejecimiento Condiciones Naturales

Los resultados obtenidos se muestran en el inciso 6.3.5, mientras que la relación completa de tablas y gráficos se encuentran en el ANEXO 6.3 Lugar de Realización de la Prueba Envejecimiento al exterior: Distrito Eixample. Ciudad de Barcelona Rotura de probetas: Laboratorio de Materiales Escuela Politécnica Superior de edificación de Barcelona EPSEB

129

5.4.3.2 Envejecimiento en Laboratorio: 2.5 años (30 meses)

Ensayo EN-02

Al igual que la prueba de Envejecimiento en Exterior, la prueba de Envejecimiento en Laboratorio se usa como parámetro de referencia a la hora de mostrar los datos obtenidos con las pruebas de envejecimiento acelerado. Esta es una manera de comprobar el tiempo teórico de durabilidad de los compósitos analizados, ya que en este caso la mezcla ha sufrido un desgaste en tiempo real. Descripción del ensayo Las probetas se fabricaron en los meses de marzo a septiembre de 2001. El proceso de fabricación y curado ha sido el mismo que el de los ensayos anteriores:

Figura 5.15

• Fabricación y moldeo • Curado en cámara húmeda durante dos días • Desmolde • Curado en condiciones de laboratorio durante

30 meses (Figura 5.15).

Probetas Ensayadas

MATRIZ TRATAMIENTO EN FIBRAS

CONTENIDO DE FIBRAS NOMENCLATURA

No. de

Probetas

Tradical 70

• Sin fibras • Con fibras tratadas y lavadas • Con fibras mineralizadas

0%

2%, 4%, 8% 2%, 4%, 8%

T 1:3 SF T 1:3 CFTL (2, 4, 8) T 1:3 CFM (2, 4, 8)

3 u 12 u 12 u

Tabla 5.14 Relación de Probetas Envejecimiento en Laboratorio durante 30 meses.

Lugar de Realización de la Prueba Envejecimiento y rotura: Laboratorio de Materiales Escuela Politécnica Superior de edificación de Barcelona EPSEB

5. Metodología

130

5.4.4 Determinación de durabilidad. Métodos de envejecimiento acelerado. 5.4.4.1 Ciclos de Mojado y Secado Ensayo EA-01Se somete las probetas a ciclos de mojado y secado con los que se acelera el proceso de desgaste de las fibras. Descripción del ensayo

Figura 5.16a

El ciclo de mojado dura seis horas. Se sumergieron las probetas en agua.

Figura 5.16b

Se secaron las probetas en exterior, durante un período de 42 horas. Se completa así un ciclo completo de 48 horas. Posteriormente se volvieron a sumergir en agua. Se han realizado 32 ciclos completos de mojado secado.

Probetas Ensayadas


CONTENIDO DE FIBRAS NOMENCLATURA

No. de

Probetas

Tradical 70

• Sin fibras

• Con fibras mineralizadas

0%

2%, 4%, 8%

T 1:3 SF T 1:3 CFM (2, 4, 8)

3 u

9 u

Tabla 5.15 Relación de Probetas Envejecimiento Ciclos mojado-secado

Lugar de Realización de la Prueba Envejecimiento y rotura: Laboratorio de Materiales Escuela Politécnica Superior de edificación de Barcelona EPSEB

131

5.4.4.2 Ataque de Niebla Salina Ensayo EA-02La posibilidad de que se elaboren materiales constructivos que en un futuro puedan ser utilizados en ambientes tropicales y marinos justifica este ensayo. Este ensayo esta normalizado por la ASTM B117-73. Descripción del ensayo

Figura 5.17a Ataque Salino. Colocación de probetas

Las probetas se someten, evitando el impacto directo, a una niebla generada a partir de una solución de NaCl (sal) al 5% en agua destilada, con un pH comprendido entre 6,5 y 7,2. La temperatura del ensayo es de 35+/-°C. El ángulo de exposición de las probetas es de 15° para evitar la condensación de gotas en la superficie de las probetas (Figura 5.17a).

Figura 5.17b Ataque Salino. Realización de Ensayo

Se colocaron las probetas en una cámara de metacrilato acondicionada para la prueba (Figura 5.17b). Esta cámara mantiene constantes la temperatura, la humedad relativa y la presión de pulverización que origina la niebla. El ensayo tiene una duración de 16 horas. En función de esta duración, pueden interpretarse los resultados analizando el deterioro superficial de la muestra, la perdida de peso y las resistencias mecánicas.

Probetas Ensayadas


CONTENIDO DE FIBRAS

NOMENCLATURA

No. de Probetas

Tradical 70

• Sin fibras • Con fibras mineralizadas

0%

2%, 4%, 8%

T 1:3 SF T 1:3 CFM (2, 4, 8)

3 u.

9 u.

Tabla 5.16. Relación de Probetas Envejecimiento Niebla Salina Lugar de Realización de la Prueba Envejecimiento y rotura: Laboratorio de Materiales Escuela Politécnica Superior de edificación de Barcelona EPSEB

5. Metodología

132

5.4.4.3 Ciclos de Rayos Ultravioleta Ensayo EA-03 El emplazamiento en lugares tropicales y/o marinos, en los que la incidencia solar es constante a largo del año, justifica la realización de dicha prueba. La radiación solar es aquella que alcanza la superficie terrestre después de haber sido filtrada y difundida por la atmósfera. Generalmente, los materiales inorgánicos no son afectados por la radiación solar9, en cambio, los materiales orgánicos sí pueden sufrir deterioro, por una exposición continuada a las radiaciones. Solo las radiaciones con longitudes de onda inferiores a unos 500nm, son capaces de alterar los materiales orgánicos. Esto se debe a la acción de la atmósfera, y en particular al ozono. Parapar apunta que la superficie terrestre apenas recibe radiación con longitudes de onda inferiores a 290nm. Puede concluirse que en un ensayo de alteración atmosférica, solo interesan aquellas radiaciones con longitudes de onda comprendidas entre 290nm y 500nm. En principio, es dentro de estos niveles de radiación que deben someterse las probetas del presente experimento. Sin embargo, tomando en cuenta que la intensidad total de la radiación influye en la velocidad de alteración, será conveniente, en función del ensayo acelerado, utilizar una fuente luminosa que produzca una radiación más intensa que la solar. Descripción del ensayo Las probetas se fijan a unas placas metálicas de 31X7,5 cm, que tienen dos agujeros de 6X9,5 cm por donde se recibe la radiación. Se sometieron las probetas a 250 ciclos completos de luz-oscuridad.

Figura 5.18a. Colocación de probetas en placas metálicas

9 Vale Parapar, José. "Ensayos de materiales en Atmósferas Controladas". Publicaciones de la Universidad de Sevilla.

133

Figura 5.18b. Colocación de probetas en máquina de ensayo Probetas Ensayadas Las probetas prismáticas de 4x4x16 cm tuvieron que ser cortadas en dos, debido a que no cabían en la cámara de ensayo (Figuras 5.18a / 5.18b). Las probetas resultantes tenían una dimensión de 2x4x16. Aunque este cambio dimensional imprevisto impedirá contrastar estos resultados con los del resto de pruebas de Envejecimiento Acelerado, se justifica, ya que dentro de las probetas ensayadas se encontraban unas sin refuerzo (probetas piloto) y otras con diferente proporción de fibras. Y es entre estas probetas en donde se establece la comparación de resultados, ya que todas fueron sometidas a las mismas características de ensayo.


CONTENIDO DE FIBRAS

NOMENCLATURA

No. de Probetas

Tradical 70

• Sin fibras • Con fibras mineralizadas

0%

2%, 4%, 8%

T 1:3 SF T 1:3 CFM (2, 4, 8)

6 u

18 u

Tabla 5.17 Relación de Probetas Envejecimiento Rayos UVA

Lugar de Realización de la Prueba Envejecimiento rayos UVA: Laboratorio de Materiales AKZO Nobel Rotura de probetas: Laboratorio de Materiales Escuela Politécnica Superior de edificación de Barcelona EPSEB .

5. Metodología

134

5.4.5 Análisis Microestructural 5.4.5.1 Adherencia fibra-matriz Ensayo AM-01 Las propiedades mecánicas de los compósitos dependen de la interacción entre la fase fibrosa y la fase matriz. La magnitud de la unión en la intercara de las fases matriz y fibra, determina la forma en que una carga aplicada se transmite a la fibra por medio de la fase matriz. Al someter el compósito a un esfuerzo de tracción, la unión entre la fibra y la matriz cesa en los extremos de la fibra y en la matriz se genera un patrón de deformación como se muestra en la Figura 5.19; en otras palabras, en los extremos de la fibra no hay transmisión de carga desde la matriz.[26].

Figura 5.19 Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra sometida a un esfuerzo de

tracción [Callister 1996]

La resistencia y la rigidez del material compuesto pueden aumentar dependiendo de una longitud de fibra crítica lc, que depende del diámetro d de la fibra, de la resistencia a tracción σf y de la resistencia de la unión matriz-fibra τc, de acuerdo con

σf d lc = τc [5.6]

Las fibras con longitudes sensiblemente mayores que lc (l>15 lc )se denominan continuas, mientras que las de menor longitud se denominan discontinuas o fibras cortas.. En las fibras discontinuas de longitud significativamente menor que lc, la matriz se deforma alrededor de la fibra de modo que apenas existe transferencia del esfuerzo y el efecto del reforzamiento de la fibra es menor. El efecto reforzante de las fibras es más significativo cuando se utilizan fibras continuas.

135

Bibliografía 1 DTU 20.1 Ouvrages en maçonnerie de petits éléments - Parois et murs. Norme expérimentale XP P 10-202. CSTB.1999 2 DTU 26.1 Enduits aux mortiers de ciments, de chaux et de mélange plâtre et chaux aérienne Norme homologuée NF P 15-201.CSTB 1999. 3 Bhattacharya A.K., Heinrich J. Cellular SiC ceramic from stems of corn-processing and microstructure. Journal of Materials Science 41 (2006) 2443–2448 4 http://clt.astate.edu/ehood/. Consulta hecha el 19 noviembre 2006 5 ISO 8335. Cement-bonded particleboards of equivalent Portland or cement reinforced with fibrous wood particles. International Organization for Standardization 1987. 6 W. Liu, A. K. Mohanty, L. T. Drzal, P. Askel, M. Misra. Effects of alkali treatment on the structure, morphology and thermal properties of native grass fibers as reinforcements for polymer matrix composites. En Journal of Materials Science 39. 2005. 1051 – 1055. SD 7 Tolera A, Sundstøl F. “Morphological fractions of maize stover harvested at different stages of grain maturity and nutritive value of different fractions of the stover”. En Animal Feed Science and Technology 81. 1999 1-16. SD 8 Toledo Filho R., Scrivener K., England G., Ghavami K. "Durability of alkali-sensitive sisal and coconut fibres in cement mortar composites". En Cement & Concrete Composites 22. 2000. 127-143. SD 9 Coutts R.S.P. “Wood fibre reinforced cement composites”. En Natural Fibre Reinforced Cement and Concrete. Ed. Swamy RN. 1988 Pp.1-63 10 Pasrad J, Gupta C. “Mechanical properties of maize stalk as related to harvesting”. En Journal of Agricultural Engineering Research. 20. 1975. 79-87. 11 Akritidis C.B.. “The mechanical characteristics of maize stalks in relation to the characteristics of cutting blade”. Journal of Agricultural Engineering Research, 19-1.1975. 1-12 12 Narendra Reddya and Yiqi Yanga. “Structure and properties of high quality natural cellulose fibers from cornstalks” En Polymer, Volume 46, Issue 15. 2005. 5494-5500 13 Fördös, Z. “Natural or modified cellulose fibres as reinforcement in cement composites”.En Natural fibre Cement and Concrete. Ed. Swamy RN. 1988 Pp 173-208. 14 Rahim, S. / Zakaria M.A. "Carbohydrate Content in Oil Palm Trunk and its Influence on Some Characteristics of Cement-Bonded Particle Board." En Fibre Reinforced Cement and Concrete. Rilem Proceedings. R.N. Swamy (ed). E & FN Spon. Londres 1992. Pp.1128-1151. 15 Gram, Hans Erick "Durability of Natural Fibres in Concrete" en Natural Fibre Reinforced Cement and Concrete. R.N. Swamy (ed). Blackie and Son. Londres 1988. 16 Callister, William D. “Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales”, 1° Edición, Barcelona, España, Editorial Reverté , 1997, pág. 532 17 Quiñonez, Francisco “Láminas onduladas de mortero de cemento reforzado con fibras de maguey”. Universidad de San Carlos. Guatemala 1990 18 Opus, Félix “Materiales de construcción” Editorial Dossat S.A. Madrid 1981.

5. Metodología

136

19 “Como deben ser los morteros de cemento” Hoja informativa No. 15. Curso de Albañilería. Instituto Gaudí de la construcción. Noviembre 1998-Enero 1999. 20 UNE 80-101-88. Métodos de ensayo de Cementos. Determinación de Resistencias Mecánicas. AENOR 1988 21 Juarez C . “Fibras naturales de lechuguilla como refuerzo en materiales de construcción”en Revista Ingeniería de Construcción Vol. 19 No. 2, 2005.Departamento de Ingeniería de la construcción. Pontificia Universidad Católica de Chile. 22 UNE 83-821-92. Métodos de ensayo de Morteros. Morteros Endurecidos. Determinación de Resistencias a flexión y compresión. AENOR 1992 23 UNE 83-811-92. Métodos de ensayo de Morteros. Morteros Frescos. Determinación de la consistencia. Mesa de sacudidas (Método de Referencia)AENOR 1992 24 UNE 83-814-92. Métodos de ensayo de Morteros. Morteros Frescos. Determinación de la densidad aparente. AENOR 1992 25 UNE 83-820-95. Métodos de ensayo de Morteros. Morteros endurecidos. Determinación de la densidad aparente. AENOR 1994 26 Bravo J.P. “Comportamiento Mecánico del Hormigón Reforzado con Fibra de Vidrio: Influencia del Porcentaje de Fibra Adicionado” Departamento de Ingeniería de los Materiales. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas. Universidad de Chile. 2003 27 Guinea G.V., et al. “Fractura frágil de fibras de sémola” Anales de Mecánica de la Fractura. 2003 Vol 20 17-22

Resistencia del compósito 5,37Mpa a flexión

8,96 Mpa a compresión.

Resistencia fibra de maíz

142Mpa a tracción.

Resistencia matriz de cal+puzolanas

4,3Mpa a compresión.

6

Longitud crítica lc de la fibra

40mm

Pagina anterior Fallo de adherencia fibra-matriz. EUPB Barcelona, 2003.

6

Resultados

Siguiendo la estructura definida en el Capítulo 5. Metodología, se presentan los resultados obtenidos en las diferentes pruebas experimentales realizadas.

Figura 6.1. Esquema Metodológico del Trabajo de Investigación.

La Figura 6.1 muestra el desarrollo experimental desde la fase inicial de recopilación y caracterización de material, a la que siguió una fase de dosificaciones preliminares, hasta dar con una combinación adecuada que se estudió exhaustivamente. Se optó por seguir este procedimiento debido a la falta de experiencias previas que estudiaran la adición de partículas de maíz a morteros de cemento Portland. En los morteros con fibras naturales que se han encontrado como referencia1 se utiliza una matriz de cal hidráulica con fibras de cáñamo. La empresa francesa Balthazard & Cotte Batiment comercializa el Tradical 70 que es un mortero de cal con el que se fabrican bloques de fibras de cáñamo. La empresa Cannabric emplea cal hidráulica de la casa CIMPOR para hacer bloques, también reforzados con cáñamo.

1 Construire en Chanvre en Francia y Cannabric en España

141

6.1 Características de las matrices estudiadas

6. Resultados

142

6.1.1 Cemento Portland Aglomerante hidráulico obtenido a partir de rocas calcáreas (CaO) y arcillas (SiO2, A1203 y Fe2O3) molidas y combinadas. El producto resultante se denomina polvo crudo que luego es sometido a 1400 ºC de temperatura dando como resultado el clinker. Este se muele y se combina con yeso en proporción 2% para regular el tiempo de fraguado. La energía necesaria para producir el clinker es de aproximadamente 1.700 joules por gramo, pero a causa de las perdidas de calor el valor es considerablemente más elevado, lo que implica une elevada demanda de energía para su fabricación. La propiedad aglomerante de las pastas de cemento Pórtland se debe a la reacción química entre el cemento y el agua, llamada hidratación. Los componentes principales del clinker Portland se muestran en la Tabla 6.1. Los dos silicatos de calcio, que constituyen cerca del 75% del peso del cemento Pórtland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el hidróxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este último es con mucho el componente cementante más importante en el hormigón. El fraguado, resistencia y estabilidad dimensional principalmente depende del gel del hidrato de silicato de calcio.

Nombre Composición Fórmula abreviada

Nombre del

mineral Porcentaje

Silicato tricálcico 3 CaO, SiO2 C3S Alita 40% - 60%

Silicato bicálcico 2 CaO, SiO2 C2S Belita 20% - 30%

Aluminato tricálcico 3 CaO, Al2O3 C3A 7% - 14%

Ferrito aluminato tetracálcico 4 CaO, Al2O3, Fe2O3 C4AF Celita 5% - 12%

Tabla 6.1. Composición del Clinker Portland

Cuando el cemento Portland es mezclado con el agua, el producto solidifica en algunas horas y endurece progresivamente durante un período de varias semanas. El endurecimiento inicial es producido por la reacción del agua, yeso y aluminato tricálcico, formando una estructura cristalina de calcio-aluminio-hidrato, estringita y monosulfato. El sucesivo endurecimiento y el desarrollo de fuerzas internas de tensión derivan de la reacción más lenta del agua con el silicato de tricalcio formando una estructura amorfa llamada calcio-silicato-hidrato. En ambos casos, las estructuras que se forman envuelven y fijan los granos de los materiales presentes en la mezcla. Una última reacción produce el gel de silicio (SiO2). Las tres reacciones generan calor.

El hidrato de silicato de calcio contiene cal (CaO) y sílice (SiO2), en una proporción sobre el orden de 3 a 2. En la pasta de cemento ya endurecida, estas partículas forman uniones enlazadas entre las otras fases cristalinas y los granos sobrantes de cemento sin hidratar; también se adhieren a los granos de arena y a piezas de agregado grueso, cementando todo el conjunto.

143

Cuando el cemento fragua, su volumen bruto permanece casi inalterado, pero el cemento endurecido contiene poros llenos de agua y aire, mismos que no tienen resistencia alguna. La resistencia esta en la parte sólida de la pasta, en su mayoría en el hidrato de silicato de calcio y en las fases cristalinas.

El aglomerante usado en los ensayos del presente trabajo es cemento Portland con adición de caliza, tipo CEM II/A-L, de categoría resistente media 32,5 R (325 kg/cm2). Los componentes básicos del cemento usado en este trabajo se muestran en la Tabla 6.2

Componentes Porcentaje

Clinker 81%

Componente minoritario adicional 0%

Filler caliza (excluido regulador de fraguado, "yeso"): 19%.

Tabla 6.2. Composición Básica del Cemento Portland CEM II / A-L 32,5R

Con buena trabajabilidad, aunque en los compósitos con contenidos de fibra mayores del 4% en masa esta se ve dificultada. Se utiliza normalmente para la elaboración de morteros de albañilería, hormigón en masa, hormigón armado, hormigón para elementos prefabricados no estructurales y hormigón para elementos prefabricados estructurales no pretensados.

Las características físicas y mecánicas del cemento Portland empleado en los ensayos y proporcionadas por el fabricante (UNILAND)2 se muestran en la Tabla 6.3

Características Físicas

Superficie específica Blaine 3.800-4.000 cm³/g

Expansión Le Chatelier 0 mm

Tiempo de inicio fraguado 140 min.

Características Mecánicas

Compresión a 1 día 12-14 MPa

Compresión a 2 días 22-24 MPa



Tabla 6.3. Características físicas y mecánicas del cemento Portland CEM II / A-L 32,5R usado en ensayos. 2 http://www.uniland.es consulta hecha el 15 de julio de 2008.

6. Resultados

144

6.1.2 Cal Hidráulica Natural En el presente trabajo se utilizó cal hidráulica natural de la empresa portuguesa CIMPOR. La cal hidráulica se obtiene por calcinación de calizas con mezclas de margas y arcillas ricas en sílice y óxido de hierro. Las margas calizas de la casa CIMPOR se extraen de los bancos situados en el borde occidental de la sierra de Boa Viagem a unos 49 km al oeste de Coimbra y se procesan en la fábrica de cal de Cabo Mondego en Portugal. Cuando estas margas calizas se calientan a temperaturas entre los 800°C y 1500°C dan lugar a compuestos como los silicatos de calcio, aluminatos y ferroaluminatos que tiene propiedades hidráulicas, que permite a este tipo de cales endurecer con el agua. La cal hidráulica muestra un fenómeno de doble fraguado. Al principio, se produce un endurecimiento al agua relativamente rápido de alrededor de un mes. Posteriormente experimenta un endurecimiento más lento al aire, debido a la acción del CO2, que se extiende a lo largo de varios años. Fraguado cal hidráulica: 1ª. fase Cal hidraulica+Agua Cal aérea, Cal viva, Sílice hidratado 2CaO, SiO2 +H2O Ca(OH)2, CaO, SiO2nH2O 2ª. Fase Cal aérea+Dióxido de Carbono Caliza Ca(OH)2+CO2 CaCO3

La Tabla 6.4 muestra los componentes y características de la cal hidráulica de la casa CIMPOR.

Constituyentes Margas calizas cocidas a 800°C -1500°C y molidas

Sulfato de Calcio (yeso) como regulador de fraguado.

Características químicas

Sulfatos (SO3) _ 3.0%

Cal total _ 45%

Cal libre _ 3%

Características físicas

Inicio de fraguado: 60 min

Expansibilidad: 20mm

Residuos a 0,090mm: 15%

Finura Blaine (cm2/m): 6500

Densidad (Kg/m3): 6500

Características mecánicas Flexión 28 días = 1,3 MPa

Compresión 28 días = 5,0Mpa

Tabla 6.4. Composición Básica de la Cal Hidráulica CIMPOR.

Los morteros fabricados con cal hidráulica tienen un comportamiento plástico lo que mejora su trabajabilidad. Otra característica es su fuerte adherencia.

145

Gracias a su capacidad de retención de agua, ofrece resistencia a las retracciones iniciales, lo que evita la fisuración de la mezcla. Este tipo de material es recomendable para revocos, especialmente en trabajos de restauración en el medio rural o edificios patrimoniales. Mezclada con cemento es adecuada para la prefabricación de bloques y bovedillas. Y funciona como adición en mezclas betuminosas y en el tratamiento de suelos húmedos y arcillosos. 6.1.3 Cal Aérea con cal hidráulica y Puzolana En este caso se utilizó un material comercializado bajo el nombre de Tradical 70. Un ligante hecho a base de cal aérea grasa (75%), cal hidráulica (15%) y puzolanas (10%). Tanto la cal aérea como la hidráulica, componentes básicos del Tradical 70, se obtienen a partir de la descomposición del calcio por acción del calor. La cal aérea Ca(OH)2 se obtiene por calcinación de piedras calizas puras a más de 900°C. En este proceso endotérmico se necesitan 425 Kilocalorías por Kg. De caliza. De esta manera la piedra pierde alrededor de un 45% de peso correspondiente a la pérdida de dióxido de carbono. Carbonato cálcico + calor Óxido de calcio + Dióxido de Carbono La cal viva (CaO) generalmente no endurece con el agua, ya que no tiene propiedades hidráulicas (1). Este material fragua por carbonatación al entrar en contacto con el CO2 del aire en un medio húmedo. El vapor de agua unido al CO2 forma el ácido carbónico. Este proceso empieza de forma rápida y se ralentiza y mantiene constante a lo largo de los años. Esta reacción es exotérmica y desprende 275 Kilocalorías por Kg. de cal viva. Hidratacion cal viva: Cal viva + agua Cal aérea CaO+H2O Ca(OH)2 Fraguado cal aérea Cal aérea+Dióxido de Carbono Caliza Ca(OH)2+CO2 CaCO3

El proceso de fraguado de la Cal hidráulica se ha explicado anteriormente en 6.1.2 Cal Hidráulica Natural. La presencia de estas dos formas de cal en el Tradical 70 explican la cinética de fraguado lento y que es comúnmente admitida en las cales. Una primera etapa de fraguado se asegura por la reacción entre los silicatos de calcio (o aluminatos y ferro-aluminatos cálcicos) y el agua que forman unos hidratos insolubles, así como la cal aérea. Estos elementos confieren al ligante unas propiedades mecánicas a corto plazo, mientras que las propiedades a largo plazo están determinadas por la reacción de carbonatación de la cal aérea (2).

6. Resultados

146

6.1.3.1 El papel de las puzolanas El 10% en volumen del Tradical 70 está constituido por puzolanas3. El código ASTM (1992), en la definición 618-78(3), define las puzolanas como "materiales silíceos o aluminio-silíceos quienes por sí solos poseen poco o ningún valor cementante, pero cuando se han dividido finamente y están en presencia de agua reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio a temperatura ambiente para formar compuestos con propiedades cementantes". Quiñónez apunta que esta definición debe tomarse solamente como punto de partida, ya que se han localizado puzolanas que aún saliéndose de esta definición, han reportado buenos resultados.(4). El principal aporte de las puzolanas a la mezcla es que ayuda a reducir la proporción de aglomerante principal, en este caso la cal aérea y la cal hidráulica. Además de mejorar la trabajabilidad de la mezcla, su inclusión mejora la resistencia del mortero, gracias a sus propiedades cementantes (5). Otros beneficios que se obtienen por la adición de puzolanas son la resistencia de la mezcla frente a sulfatos y cloruros, el incremento de la impermeabilidad por la reducción de fisuras en el fraguado, disminución del calor de hidratación y menor demanda de agua. Por otro lado su bajo costo las hace competitivas desde una óptica comercial. Las puzolanas pueden ser naturales o artificiales, según su origen: Puzolanas naturales

• Rocas volcánicas, en las que el constituyente amorfo es vidrio producido por enfriamiento brusco de la lava. Las cenizas volcánicas, la piedra pómez, las tobas y la obsidiana están dentro de este grupo.

• Rocas en las que el constituyente silíceo contiene ópalo. Originadas por

la precipitación de la sílice de una solución, por arcillas calcinadas naturalmente por un flujo de lava o de los residuos de organismos como las diatomeas,

Puzolanas artificiales

• Cenizas volantes. Producidas en la combustión del carbón mineral en las plantas térmicas fe generación de electricidad.

• Arcillas activadas o calcinadas artificialmente. Residuos de arcilla

sometidos a temperaturas superiores a los 800 ºC. • Escorias de fundición de aleaciones ferrosas de altos hornos. • Cenizas de residuos agrícolas como la ceniza de la cáscara de arroz,

ceniza del bagazo y la paja de la caña de azúcar. Dependiendo de la

3 Se denomina puzolana a una fina ceniza volcánica que se extiende principalmente en la región del Lazio y la Campaña, su nombre deriva de la localidad de Pozzuoli, en las proximidades de Nápoles, en las faldas del Vesubio. Posteriormente se ha generalizado a las cenizas volcánicas en otros lugares. Ya Vitruvio describía cuatro tipos de puzolana: negra, blanca, gris y roja.

147

temperatura de combustión, pueden obtenerse residuos minerales con alto contenido de sílice y alúmina.

En la Tabla 6.5 pueden observarse las características básicas del Tradical 70. Este material es indicado para realizar morteros para colocación de piedra natural, mamposterías, elementos de tierra cruda o cocida y uniones de tejas. Es adecuada para la realización de revocos en obras de restauración y como base para morteros con función aislante en muros y entresuelos.

Constituyentes

Cal aérea grasa (98% CaO) = 75%

Cal hidráulica = 15%

Puzolanas = 10%

Características químicas

CaO 78,36% SiO2 10,51 %

Al2O3 3,66%

SO3 1,60%

Fe203 1,58%

MgO 1,02%

K2O 0,42%

Na2O 0,25%

TiO2 0,09%

Mn2O3 0,08% P2O5 0,07%

CI 0,01 %

Características físicas

Coeficiente de conductividad térmica λ

= 0,20 W/m.K

Hidraulicidad (sílice soluble) = 9,71%

Granulometría = 0,001 à 0,09 mm

Contenido CO2 = 8,08 %

Retención de agua = 76,3 %

Densidad = 0,65 Kg/cm3

Características mecánicas

Flexión 28 días = 1,4 N/mm2 Compresión 28 días = 4,3 N/mm2

Tabla 6.6. Composición Básica del Tradical 70

Otra ventaja de este material es su comportamiento higrotérmico. Su elevado porcentaje de retención de agua genera un efecto aislante que aporta mejoras sensibles en el confort interior de las construcciones. Su capacidad de retención de CO2 es elevada en comparación con otros materiales como el cemento, lo que disminuye su liberación en la atmósfera. Este aspecto se profundiza en el inciso 7.4.6 que trata sobre los niveles de energía incorporada en los bloques de fibras de maíz. En el Centro de Investigaciones de la Universidad Central de Las Villas, Cuba, se ha desarrollado un cemento puzolánico con características similares a la matriz Tradical 70 empleada en este estudio. En el caso cubano la matriz tiene un contenido de 70% de puzolana y 30% de hidrato de cal. A través de la Red EcoSur se esta trabajando en el posicionamiento de este producto en Centroamérica y el Caribe. De esta forma los resultados obtenidos a través de este trabajo de investigación tienen la posibilidad de ser contrastados y aplicados en Latinoamérica utilizando la tecnología cubana.

6. Resultados

148

6.2 Características de la fibra de maíz

149

6.2.1 Dimensiones Las partículas utilizadas como refuerzo en las matrices estudiadas tenían una forma de tipo paralelepípedo con dimensiones promedio de 10mm x 2mm x 0,3mm (Figura 6.2). El proceso de obtención de partículas se hizo con medios exclusivamente mecánicos:

• Se cortaron los tallos en las secciones definidas por los nudos de crecimiento.

• Se separo mecánicamente la epidermis del tallo con mayor contenido de células lignificadas.

• Se procedió al corte manual de partículas hasta obtener el tamaño determinado.

Figura 6.2 Partículas de maíz usadas como refuerzo en los morteros estudiados

• Se realizó un análisis granulométrico a para garantizar la mayor

uniformidad en las dimensiones de partículas empleadas. La figura 6.3 muestra que el mayor porcentaje de fibras (80%) quedaron retenidas en el tamiz con malla 3mm.

Figura 6.3 Curva Granulométrica de las partículas de maíz usadas como refuerzo.

6. Resultados

150

6.2.2 Densidad Las partículas de maíz presentan una elevada porosidad, que determina su baja densidad. Esta característica porosa se debe a su naturaleza vegetal. Los haces capilares que pueden apreciarse en las micrografías mostradas en el inciso 6.1.4 Partículas de Maíz tienen como función trasportar la savia a lo largo del tallo. Esta estructura en forma de cilindros adosados explica la ligereza de las partículas que tienen una densidad promedio de 300 kg/m3. Es conveniente diferenciar entre la densidad de la partícula a aislada y la densidad de las partículas agrupadas. Se ha visto la porosidad interna de la partícula, que determina la cantidad de aire en el interior de las mismas. Pero además es importante la presencia de aire entre partículas, característica determinada por la geometría del agregado. Al medir la densidad de las partículas agrupadas el valor disminuye hasta 125 kg/m3. La Figura 6.4 muestra la composición en masa y volumen de una partícula aislada y de varias partículas agrupadas. La elevada porosidad de las partículas confiere al compósito resultante propiedades absorbentes que aumentan su capacidad de aislamiento acústico. 6.2.3 Contenido de Humedad Como paso previo a determinar la capacidad de absorción de las partículas, se realizó una medición de su contenido de humedad. La estructura capilar de las partículas favorece la retención de agua. Mediante un secado en estufa a T=60°C, se hicieron una serie de mediciones de la masa de las partículas y se relacionaron con la masa previa al secado, mediante la siguiente expresión:

Decremento de masa % = M(t)-Mi Mi x100 (6.1)

Donde M(t) es la masa de las partículas en el momento de pesado (t) Mi es la masa previa al secado. De esta forma se estableció la gráfica mostrada en la Figura 6.4, donde puede apreciarse que el contenido de humedad de las partículas equivale al 10% en peso de las mismas.

85

90

95

100

105

0 1 2 3 4 5 6 7 10 12 13 14

Días

% M

as

Figura 6.4 Curva de desorción de partículas de maíz.

151

6.2.4 Capacidad de Absorción Tomando en cuenta la elevada porosidad de las partículas de maíz se determinó su capacidad de absorción y desorción. Esta característica cobra importancia a la hora de definir la formulación y la puesta en obra de este material como agregado en morteros. El objetivo de esta prueba fue establecer la tasa de saturación de los vacíos presentes en la partícula y de tener una idea de la cinética del fenómeno de absorción y deserción de agua. Para esto se preparó una serie de muestras de partículas tratadas y sin tratar, a fin de poder comparar su comportamiento. Las partículas de maíz se secaron completamente a T=60°C y luego se sumergieron durante tres y cuatro días en agua. Se midió durante este tiempo el aumento de la masa y se relacionó con el tiempo de inmersión. A partir de las lecturas registradas, se estableció el porcentaje de aumento de masa al relacionar el cambio de masa de las partículas saturadas con la masa de las partículas secas, según la siguiente expresión:

Incremento de masa % = M(t)-Mo Mo x100 (6.2)

Donde M(t) es la masa de las partículas en el momento de pesado (t) Mo es la masa de las partículas secas.

0

50

100

150

200

250

300

0 1 2 3 4 5 10 15 20 25

Minutos

% In

crem

ento

mas

Figura 6.5 Curva de absorción de partículas de maíz.

La taza de saturación Sr puede obtenerse a partir de los mismos valores.

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4 5 10 15 20 25

Minutos

Sr (%

)

Figura 6.6 Curva de saturación de partículas de maíz.

6. Resultados

152

Puede observarse que a los 10 minutos de inicio de la prueba, las partículas están completamente saturadas (Sr=100%), lo que muestra la capacidad de absorción que tienen las partículas. El incremento de masa de las partículas se sitúa entorno al 275%. 6.2.5 Capacidad de Desorción Una vez saturadas las partículas, se midió la capacidad de secado en estufa y condiciones de laboratorio mediante la siguiente expresión:

Decremento de masa % = M(t)-Ms Ms x100 (F.3)

Donde M(t) es la masa de las partículas en el momento de pesado (t) Ms es la masa de las partículas saturadas. De esta forma puede obtenerse la tasa de desorción (Dr) que se muestra en la Figura 6.7.

0

20

40

60

80

1000 1 2 3 4 5 10 15 20 25

Días

Dr (

%

Figura 6.7 Tasa de desorción de partículas de maíz.

Esta prueba confirma la naturaleza porosa de las partículas estudiadas. El tiempo de secado es mayor, alcanzando el 100% a los cuatro días de inicio del ensayo en condiciones de laboratorio (T=20°C / HR=50%). Luego de analizar el decremento observado en la masa de las partículas, puede concluirse que el tiempo que éstas retienen la humedad es prolongado en comparación con el que necesitan para saturarse. Estas observaciones son importantes a la hora de definir las dosificaciones que se presentan en el inciso 6.3 Características del Compósito, ya que determinan la necesidad de realizar un mojado de las partículas previo a su incorporación dentro de la mezcla, a fin de no comprometer el fraguado de la mezcla al absorber el agua necesaria para provocar la reacción de los componentes cementantes de la matriz.

153

6.2.6 Mineralización de Partículas. La descomposición de las fibras vegetales en el cemento se debe a que la fibra es atacada químicamente por el medio alcalino en el que se encuentra. Gram (6) apunta que una de las formas de evitar o retardar dicha descomposición consiste en impregnar las fibras de agentes que reaccionen con los componentes de las mismas y que al recubrirlas las protejan del ambiente alcalino en el que se encuentran. El silicato de etilo es una sustancia que al polimerizar se transforma en sílice amorfo que mineraliza las fibras. Usa como disolvente alcohol, que al volatilizarse permite el proceso de mineralización. Este material es inocuo y se utiliza en obras de restauración pétreas, debido a su buen comportamiento en el sellamiento de poros que permiten el desgaste del material por conducción de sales. Zoghlami (7) cita algunos autores que han demostrado que este material disminuye la microporosidad de los elementos a los que se ha aplicado. Al aplicar este producto se forma un film continuo que tapa la microporosidad del material. En los capilares con diámetros menores de 10 micras la mayor parte de la solución queda retenida por tensión capilar, lo que explica la gran cantidad de polímero depositada en estrechamientos con estas dimensiones. En la Figura 6.8 puede verse una micrografía de las partículas de maíz. En este caso la mayor parte de los microporos miden en torno de 5 micras, lo que genera su sellamiento con la sustancia polimérica empleada. La protección mediante un agente con estas características evita el desgaste y posterior degradación de las mismas al incluirlas en matrices alcalinas.

Figura 6.8 Dimensión microporos en partículas de maíz.

Las pruebas que se describen a continuación permiten comprender el comportamiento físico de las partículas al someterlas al proceso de mineralización. 6.2.6.1 Absorción de silicato de etilo - Variación de masa Con esta prueba se estableció la cantidad de silicato de etilo que absorben las fibras de maíz tratadas y lavadas (FTL) luego sumergirlas durante 1 hora en la solución. Por otro lado sirvió para determinar el cambio en el peso de la partícula debido a la mineralización. Para medir los resultados, se hicieron medicines en tres series de partículas. Los materiales utilizados se muestran en la Tabla 6.6.

6. Resultados

154

MATERIAL PESO

Fibras de maíz tratadas y lavadas (FTL). Serie 1 Serie 2 Serie 3

59,4 g 59,4 g 43,7 g

Consistone FS 4 Componente A Componente B

656,2 g 125,0 g

Recipiente plástico para contener la solución

Coladores metálicos

Varilla de vidrio

Cuentagotas

Agua Oxigenada

Tabla 6.6 Mineralización de fibras. Materiales

Limpieza de varilla y cuentagotas con agua oxigenada, Pesado de fibras

Mezclado de componentes del "Consistone FS"

Inmersión de Fibras durante 1 hora y mezclado con la varilla de vidrio cada 5 min. Medición de masa cada 5 minutos

Escurrido de las fibras utilizando el colador. Pesado de las fibras a fin de determinar la masa en condición saturada (absorción de silicato de etilo). Se extendieron las fibras sobre una bandeja metálica, cuidando de moverlas cada 30 minutos para evitar que se adhirieran a la superficie de la misma

Se dejó polimerizar el silicato de etilo absorbido por las fibras, en condiciones de laboratorio. Se pesaron las fibras cada 24 horas, hasta llegar a masa constante, para determinar la variación final de masa debido a la adición de silicato de etilo

Tabla 6.7 Procedimiento Mineralización de fibras

4 Consistone FS marca Pinturas Parrot, de la casa AKZO Nobel Coating, S.A. Más información en sitio http://www.akzonobel.es/COATINGS+GROUP.HTM

155

A los 45 minutos de inmersión las partículas habían alcanzado un incremento de masa constante. Esta diferencia respecto a la absorción de agua, puede deberse al comportamiento capilar del silicato de etilo, ya que de forma gradual va tapando los microporos con diámetros menores de 10 micras presentes en la partícula, hasta alcanzar un grado de saturación que ocurre luego de 45 minutos de inmersión en la sustancia. Al momento de saturación el incremento de masa de las partículas es de un 205% respecto a las partículas sin mineralizar.

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Minutos

% In

crem

ento

mas

Figura 6.10 Incremento de masa debido al silicato de etilo en partículas de maíz.

Después de 5 días de secado en condiciones de laboratorio las partículas alcanzan una masa constante. Su peso en este momento es un 34% superior al peso de las partículas sin mineralizar

0

20

40

60

80

1000 1 2 3 5 6 7 10 11

Días

Dr (%

Figura 6.11 Desorción partículas mineralizadas.

6. Resultados

156

6.2.7 Resistencia a la Tracción. Con este ensayo se determinó la resistencia a tracción que tienen las fibras de la planta de maíz. Es importante conocer esta característica, ya que permite entender el comportamiento de las fibras como refuerzo dentro del compósito. En esencia, la matriz transfiere parte del esfuerzo aplicado a las fibras, las cuales soportan una parte de la carga. El grado de reforzamiento o de mejora del comportamiento mecánico depende de la fuerza de cohesión en la interfaz matriz-fibra. La interacción entre fibra y matriz no ocurre a nivel atómico o molecular, sino que puede describirse mediante mecánica continua. La longitud de la fibra puede tener influencia significativa en las propiedades y resistencia del compósito. Las fibras de refuerzo que tengan longitudes menores que el largo crítico lc tenderán a desprenderse de la matriz, mientras que fibras con longitudes mayores que lc tenderán a romperse antes que fallar por falta de adherencia. La longitud de la fibra también afecta la forma que ésta puede alinearse y disponerse como refuerzo. Las fibras cortas son muy difíciles de alinear, lo que explica que usualmente se incluyan de forma aleatoria (8). Se realizaron un total de 32 ensayos de tracción simple en una máquina electromecánica IBERTEST Mod. ELIB-50/W con una velocidad de solicitación nominal de 1 mm/min, de forma que la carga máxima se alcanzaba entre uno y tres minutos una vez iniciado el ensayo. Las probetas se instrumentaron con el fin de registrar la deformación del material. Para esto se escaneó las fibras antes y después del ensayo para determinar el cambio de longitud registrado. Mediante un programa informático de dibujo (CAD) se comparó los contornos de las probetas y se estableció la variación dimensional (Figura 6.12-6.13). Las Tablas 6.8 y 6.9 muestran la resistencia a tracción y las características geométricas de las probetas antes y después de ensayadas. En la mayoría de los ensayos a tensión el comportamiento de la fibra presentó una tendencia a ser elastoplástico, es decir que se deforma elásticamente hasta que ocurre una fractura de forma frágil (Figura 6.14). Esto puede deberse a la estructura microporosa de la fibra. Esto permite que algunas microceldas cedan individualmente o se separen entre sí, pero las restantes aún pueden soportar carga, sin embargo al final, la deformación es siempre permanente.

157

Figuras 6.12- 6.13 Instrumentación de probetas mediante programa CAD

Figura 6.14 Determinación de variación dimensional

PROBETAAREA BRUTA PROMEDIO CARGA RESISTENCIA

LONGITUD INICIAL LONGITUD FINAL % INCREMENTO

(cm2) (kN) Mpa cm cmA01 0,0785 139,4 177,58 10,046 10,332 2,847A02 0,21 171,3 81,57 10,019 10,052 0,329A03 0,1075 159,4 148,28 10,167 10,185 0,177A04 0,105 219 208,57 10,178 10,350 1,690A05 0,0875 89,3 102,06 9,545 9,620 0,786A06 0,0885 80,2 90,62 9,640 9,650 0,104A07 0,0995 175,89 176,77 10,017 10,023 0,060A08 0,0826 105,34 127,53 10,075 10,094 0,189A09 0,1171 165,78 141,57 9,985 10,010 0,250A10 0,0922 96,84 105,03 10,089 10,090 0,010A11 0,0283 45,9 162,19 10,000 10,032 0,320A12 0,0628 95,75 152,47 9,967 10,011 0,441A13 0,0985 106,57 108,19 9,954 9,993 0,392A14 0,0533 87,65 164,45 9,044 9,123 0,874A15 0,1075 195,3 181,67 10,207 10,250 0,421A16 0,0995 201,6 202,61 9,418 9,450 0,340A17 0,0815 138,1 169,45 10,013 10,015 0,020A18 0,089 85,1 95,62 9,764 9,950 1,905A19 0,0835 100,1 119,88 10,045 10,450 4,032A20 0,081 104,8 129,38 9,765 9,800 0,358

PROMEDIO 142,28 0,777

Tabla 6.8 Características geométricas y resistencia de probetas de maíz ensayadas. Esbeltez 10/1 (l/d)

6. Resultados

158

PROBETAAREA BRUTA PROMEDIO CARGA RESISTENCIA

LONGITUD INICIAL LONGITUD FINAL % INCREMENTO

(cm2) (kN) Mpa cm cmB01 0,0648 142 219,14 14,080 14,104 0,170B02 0,0675 155,1 229,78 14,049 14,113 0,456B03 0,0768 164,2 213,80 13,937 13,974 0,265B04 0,0638 105,4 165,20 14,073 14,092 0,135B05 0,0595 112,8 189,58 13,986 14,032 0,329B06 0,0458 108,3 236,46 13,955 14,025 0,502B07 0,0389 103,2 265,30 13,833 13,904 0,513B08 0,0397 125,67 316,55 14,084 14,102 0,128B09 0,0678 154,3 227,58 13,889 13,897 0,058B10 0,0567 150,3 265,08 14,023 14,041 0,128B11 0,0631 134,56 213,25 14,037 14,167 0,929B12 0,0562 97,1 172,78 14,022 14,056 0,242

PROMEDIO 226,21 0,321

Tabla 6.9 Características geométricas y resistencia de probetas de maíz ensayadas. Esbeltez 18/1 (l/d)

En las Figuras 6.15 y 6.16 se puede apreciar la variación de la carga de falla con respecto al área promedio bruta de la fibra. La tendencia fue que a mayor área bruta, la fibra soporta mas carga. Sin embargo, el esfuerzo último disminuye en las fibras con áreas brutas mayores ya que la carga se distribuye en una mayor área bruta transversal (Figuras 6.17 y 6.18). Las resistencias registradas, oscilan entre 316 a 165 MPa. Los valores de 142 y 230 MPa equivalente a la resistencia a tracción promedio resultaron ser menores a los reportados por otros investigadores [9,10].

0

50

100

150

200

250

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250

AREA BRUTA PROMEDIO

CA

RG

A U

LTIM

A (

Figura 6.15 Carga última a tracción con respecto a área bruta promedio de la probeta. Esbeltez 10/1

159

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060 0,070 0,080 0,090

AREA BRUTA PROMEDIO

CA

RG

A U

LTIM

A

Figura 6.16 Carga última a tracción con respecto a área bruta promedio de la probeta. Esbeltez 18/1

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250

AREA BRUTA PROMEDIO

RES

ISTE

NC

IA U

LTIM

A

Figura 6.17 Resistencia última a tracción con respecto a área bruta promedio de la probeta. Esbeltez 10/1

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060 0,070 0,080 0,090

AREA BRUTA PROMEDIO

RES

ISTE

NC

IA U

LTIM

A (

Figura 6.18 Resistencia última a tracción con respecto a área bruta promedio de la probeta. Esbeltez 18/1

6. Resultados

160

Cuando las fibras forman parte del compósito, la matriz transfiere parte del esfuerzo aplicado a las fibras, las cuales soportan una parte de la carga. El grado de reforzamiento o de mejora del comportamiento mecánico depende de la fuerza de cohesión en la interfaz matriz-fibra. Las probetas cortas con esbeltez 10/1 registraron los mayores valores de carga soportada, sin embargo la resistencia última fue un 33% menor que las probetas largas con esbeltez 18/1. Desde el punto de vista mecánico, el aumento en la relación l/d aumenta el área de la superficie específica disponible para transferir tensiones de la matriz a las fibras [11]. Sin embargo el uso de fibras excesivamente largas dificulta la trabajabilidad de la mezcla. Debido a este fenómeno se decidió finalmente limitar la longitud de la fibra dentro del compósito.

161

6.3 Características del Compósito

6. Resultados

162

Hasta ahora se han descrito de forma aislada las propiedades físicas y mecánicas de los componentes del compósito investigado. Todo intento de conformar un nuevo material debe tomar en cuenta las condiciones de servicio determinadas a partir del análisis de tensiones que puede resistir el material. Para lograr este objetivo ha sido necesario conocer primero la relación entre la microestructura de los materiales que formaran el compuesto y sus propiedades mecánicas [12 ]. El siguiente paso fue la combinación de los diferentes componentes, matriz cementicia y fibras de refuerzo, a fin de encontrar la combinación más adecuada. Para definir el compósito primero se delimitaron las premisas de diseño, tomando en cuenta:

• Las posibles aplicaciones y resistencias mínimas, • Los materiales componentes y dosificaciones, y • El sistema productivo a emplear para fabricar los elementos

constructivos. Posibles aplicaciones y resistencias mínimas: La resistencia a la compresión del mortero empleado, debe ser lo suficientemente buena para garantizar la transmisión de las cargas que resistirá el material durante su transformación en elemento constructivo y su posterior uso. Se consideró la tipología de materiales constructivos que se utilizan de forma preferente en Latinoamérica, a fin de proponer un uso compatible culturalmente con los habitantes de la región. Con esta premisa se definieron tres posibles aplicaciones del compósito, que se muestran en la Tabla 6.10

APLICACIÓN RESISTENCIA

Mortero para uniones y rebozados5 2.5 MPa

Mortero para placas y tejas

Mortero para bloques 6 1.3-4.3 MPa

Tabla 6.10 Parámetros de diseño. Definición de resistencias mínimas Materiales y dosificaciones: En el Capítulo 5 se establecieron una serie de relaciones para diseñar las mezclas de los compositos a estudiar. Las variables consideradas fueron:

• Materiales constituyentes: Morteros de cemento-arena Morteros de cal hidráulica-arena Morteros de Cal Hidráulica con Puzolana-Arena

Fase matriz

Fibras de maíz Fase dispersa 5 Resistencia de mortero M2.5 para de unión de bloques 6 Resistencia basada en materiales con características y prestaciones similares al composito estudiado en este trabajo. La resistencia mínima corresponde a bloques de mortero de cal hidráulica con fibras de cáñamo (Cannabric) y la resistencia máxima corresponde a morteros de cal con puzolanas (Tradical 70). La mayoría de bloques livianos hechos con cemento y agregado de arena pómez en Guatemala muestran resistencias compresión alrededor de 2,45 MPa, resistencia que se encuentra dentro de los límites definidos para el presente trabajo.

163

• Relación Aglomerante/Arena Se definió una relación 1:3 a partir de una exploración preliminar hecha con distintas proporciones de cemento/arena/fibra y basada en el mortero normalizado, definido en el Pliego de Condiciones para la recepción de Conglomerantes Hidráulicos y utilizado para la unión de bloques. • Relación Fibras/Aglomerante Manteniendo la relación 1:3 se varió la cantidad de fibras: 2%, 4% y 8%, con lo que se cubrió el rango de refuerzo estudiado en las pruebas preliminares descritas en 6.1.6.1 Definición de Dosificaciones • Relación Fibras/Agua Tomando en cuenta los datos aportados por los ensayos de Absorción y Desorción descritos en 6.2.4 y 6.2.5 Se sometió a las fibras a un proceso de saturación de agua previo a su incorporación dentro de la mezcla. La relación Agua/fibras empleada en el compósito se muestra en la Tabla 6.11

RELACION FIBRAS AGUA

4% 17 g 425 g

8% 34 g 425 g

16% 68 g 425 g Tabla 6.11 Relación fibras/agua probada en el compósito.

• Influencia de la longitud de la fibra Las fibras de refuerzo con longitudes menores que el largo crítico lc tenderán a desprenderse de la matriz, mientras que fibras con longitudes mayores que lc tenderán a romperse antes que fallar por falta de adherencia. La longitud de la fibra también afecta la forma que ésta puede alinearse y disponerse como refuerzo. • Influencia de la orientación y concentración de la fibra La carga máxima de las fibras y la resistencia máxima del compósito se alcanzan cuñado las fibras están alineadas de forma paralela a una carga axial unitaria.

Sistema productivo Se prevé que los elementos constructivos que se hagan con el mortero estudiado se fabriquen con métodos de prefabricación elementales, característicos de un nivel de industrialización liviano. Se considera el uso de bloqueras manuales o de moldes de láminas y tejas. Los materiales se producirían en pequeños talleres, básicamente rurales, en los que se utilizará mano de obra intensiva y con escasa preparación técnica. En resumen, se ha pensado en un material apropiado para el uso en proyectos autoconstruidos.

6. Resultados

164

6.3.1 Dosificaciones preliminares En las pruebas preliminares con distintas proporciones de cemento/arena/fibra, se observó un ligero aumento de la resistencia en las proporciones 1:7 y 1:9 (cemento/arena) donde la cantidad de fibra, arena y agua era mayor. Si a mayor contenido de agua disminuye la resistencia del mortero, es probable que el aumento registrado se haya debido al aumento de fibra. En la Tabla 6.12 se observa como a medida que aumenta la cantidad de arena, la cantidad de agua utilizada es mayor, esto se hizo para mantener la trabajabilidad de la mezcla. Dicho fenómeno se observa tanto en las series de probetas sin fibras como en las que tenían fibras. Un aumento en el contenido de agua implica una disminución de la resistencia a compresión, que puede llegar al 10% en el caso de los morteros de cemento Portland y arena 7

CEMENTO/ARENA AGUA/CEMENTO FIBRA/CEMENTO 1:1 0.26 0.01 1:2 0.40 0.015 1:3 0.52 0.02 1:5 0.77 0.03 1:7 1.16 0.04 1:9 1.45 0.05

TABLA 6.12 Relación de parámetros en pruebas preliminares.

Sin embargo, en las proporciones 1:7 y 1:9 donde es mayor la cantidad de arena y de agua, se observó un incremento de la resistencia de las probetas con fibras con respecto a las que no tenían fibras (Figuras 6.19-6.20). Una posible causa de esto es el aumento en la relación fibra/cemento del compósito. Es decir que a mayor cantidad de fibra con respecto al material aglomerante se registraron mejoras en la resistencia del compósito. Basado en la observación anterior, se decidió centrar los estudios en un solo tipo de proporción, para estudiar detalladamente las diferencias debidas a la variación del contenido de fibras y el comportamiento de las mismas dentro de matrices con otro tipo de aglomerante. Esto último se hizo debido a que los incrementos en la resistencia observados en las pruebas preliminares no fueron lo suficientemente elevados en comparación con las resistencias de morteros sin refuerzo, como para justificar su inclusión en matrices de cemento Portland. En algunos casos incluso, se observó una disminución de la resistencia del compósito (proporciones 1.1-1.5 de Figura 6.19 y 6.20).

7 Cementos Progreso S.A., Guatemala. Departamento Técnico. Comunicación vía mail a consulta formulada sobre el tema. Enero 2001.

165

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

1.1 1.2 1.3 1.5 1.7 1.9PROPORCIONES

Mpa

CON FIBRAS 1CON FIBRAS 2SIN FIBRAS

Figura 6.19 Dosificaciones preliminares. Comparativo resistencia a flexión de morteros con y sin fibras.

0

2

4

6

8

10

12

1.1 1.2 1.3 1.5 1.7 1.9

PROPORCIONES

Mpa

CON FIBRAS 1CON FIBRAS 2SIN FIBRAS

Figura 6.20 Dosificaciones preliminares. Comparativo resistencia a compresión de morteros con y sin fibras.

Se realizaron entonces, estudios de la proporción 1:3 con otros tipos de matrices aumentando la cantidad de fibras (2%, 4% y 8%). En esta fase se evaluaron métodos de tratamiento de fibras evaluados por otros autores [13], a fin de determinar su influencia en las características físicas y en la durabilidad del compósito:

• Probetas con fibras lavadas (CFL), • Probetas con fibras lavadas y mojadas tres días en agua (CFTL) • Probetas con fibras lavadas y mojadas tres días en agua y con silicatos

(CFM)

6. Resultados

166

6.3.2 Maíz-Cemento Portland-Arena Fueron la primera opción evaluada. El cemento constituye el material moderno más utilizado y con el que se alcanzan mayores resistencias en menor tiempo. En Guatemala, los morteros premezclados de cemento y arena de río, usados para la unión de bloques, presentan resistencias a compresión bastante elevadas con un valor promedio de 30,62MPa. 6.3.2.1 Características físicas Tiempo de Fraguado Ensayo P-CF-01 Según la norma UNE 83-821-92 el tiempo que deben pasar las probetas en molde dentro de la cámara húmeda es de dos días. Posteriormente éstas deben desenmoldarse y mantenerse dentro de la cámara durante cinco días más. Sin embargo, en el mortero maíz-Portland-arena, el primer fenómeno observado fue un retardo en el fraguado de la mezcla. Este hecho ha sido reportado por otros autores [14 ] y aunque el mecanismo de acción no es totalmente conocido, se supone que el aditivo que retarda el fraguado es absorbido por los granos de cemento, produciéndose una capa relativamente impermeable, que retarda el proceso normal de hidratación de la pasta. Finalmente esta capa es penetrada por el agua, iniciándose el fraguado siguiendo el mecanismo habitual. En el caso de las fibras, el componente que puede cumplir la función de retardante del fraguado es la glucosa que forma parte de la celulosa y hemicelulosa presentes en las paredes celulares de las fibras del tallo de maíz. La Tabla 6.13 muestra el efecto de la celulosa en el tiempo de fraguado del cemento.

Producto Dosis Principio de fraguado (h)

Fin de fraguado (h)

Sin aditivo 0 3,10 7,00

Sacarosa 0,5 %

1,0 %

5,30

10,00

13,00

16,00

Glucosa 1,0 %

2,0 %

9,00

14,00

15,00

22,30

Ácido fosfórico

0,5 %

1,0 %

2,0 %

4,5

6,0

8,0

12,00

14,00

20,00

Tabla 6.13 Efecto retardante de ciertos aditivos polisacáridos en el fraguado del cemento.

Finalmente se determinó que tres días en molde en cámara húmeda, seguidos de cuatro días desenmoldados y conservados en cámara húmeda eran suficientes para que las probetas tuvieran la consistencia suficiente para continuar el ensayo. Posteriormente una parte de las probetas se ensayó a 7 días y el resto se conservó en condiciones de laboratorio durante 21 días más previo los ensayos mecánicos.

167

Consistencia Ensayo P-CF-02 El mortero C1:3SF (sin fibras) presentó un escurrimiento de 177,5mm, mientras que el mortero C1:3CF (con fibras) presentó un escurrimiento de 165,25 a 174,25 mm, dependiendo de la cantidad de fibra usada como refuerzo. Según la clasificación definida en UNE EN 1015-6 [15], ambos morteros son plásticos (Tabla 6.14). La adición de fibras representó un aumento del 2% en la consistencia del mortero. Este fenómeno se explica por la acción ligante de las fibras, las cuales actúan como elementos de refuerzo en fase de fraguado, previniendo de la formación de grietas en la mezcla [16].

MORTERO VALOR DEL ESCURRIMIENTO (mm)

Seco < 140

Plástico 140 a 200

Fluido > 200

Tabla 6.14 Morteros para albañilería. Clasificación y denominación en función del escurrimiento.

La consistencia, pese a no representar una propiedad en si misma, nos da una idea de la derformabilidad del mortero en estado fresco e influye en la trabajabilidad de la mezcla. Se puede considerar la trabajabilidad como la característica más importante del mortero en estado fresco, ya que de ella depende la facilidad de manipulación de la mezcla. Un mortero será más trabajable cuanto más plástico sea. En este sentido, debe cuidarse el volumen de adición de fibras ya que disminuye la trabajabilidad de la mezcla. Este hecho influyó en los porcentajes de adición de fibras escogidos para el estudio. La Tabla 6.15 muestra las variaciones en la consistencia debida al porcentaje de fibras presentes en la mezcla.

MEZCLA MEDIDA 1 MEDIDA 2 PROMEDIO ESCURRIMIENTO

C1:3 SF 173 180 176,5180 177 178,5

C1:3 CF 2% 173 178 175,5175 171 173

C1:3 CF 4% 166 173 169,5168 163 165,5

C1:3 CF 8% 166 161 163,5169 165 167

177,5

174,25

167,5

165,25

Tabla 6.15 Consistencia Mortero C1:3. Influencia del contenido de fibras.

6. Resultados

168

Puede observarse que a mayor contenido de fibra aumenta la consistencia del mortero, pero disminuye la trabajabilidad de la mezcla. Se considera que el porcentaje máximo de 8% escogido para el estudio, garantiza la trabajabilidad del mortero, que será trabajado básicamente con métodos manuales. Densidad Ensayo P-CF-03 Propiedad directamente relacionada con los materiales componentes y con el contenido de aire. Según muestra la Tabla 6.16, la densidad del compósito en estado fresco disminuye en función del contenido de fibras. Es decir que la adición de fibra reduce la densidad del mortero, mientras que aumenta la consistencia.

MORTERO ESTADO FRESCO (kg/m3)

ESTADO ENDURECIDO (kg/m3)

C 1:3 SF 2172 2145

C 1:3 CF 2% 2135 2015

C 1:3 CF 4% 2110 1987

C 1:3 CF 8% 2080 1963 Tabla 6.16 Densidad del Mortero C1:3. Influencia del contenido de fibras.

En estado fresco, es importante la relación entre la densidad aparente y la consistencia, de manera que, dependiendo de la densidad aparente que presente el mortero fresco, éste debe llevarse a un nivel de consistencia en el que la trabajabilidad sea la óptima. Puede observarse, según muestra la Tabla 6.17 el nivel de consistencia requerido en función de la densidad aparente según la norma UNE-EN 1015-2.

DENSIDAD APARENTE DEL MORTERO FRESCO

CONSISTENCIA. VALOR ESCURRIMIENTO

Kg/m3 mm

>1200 175 +- 10

>600 a <1200 160 +- 10

>300 a <600 140 +- 10

<300 120 +- 10 Tabla 6.17 Nivel definido de consistencia de diversos tipos de mortero

en función de la densidad aparente según UNE-EN 1.015-2 Si se observan los valores de consistencia y densidad mostrados en las Tablas 6.13 y 6.14 respectivamente, se puede concluir que para todos los valores de densidad aparente obtenidos en este ensayo, el nivel de consistencia del mortero es adecuado para garantizar la trabajabilidad de la mezcla. Todos los valores de densidad aparente en estado fresco obtenidos son mayores de 1200 kg/m3, por lo que el mortero se clasifica como plástico y

169

pesado8. En estado endurecido se obtuvieron los valores mostrados en la Tabla 6.14. De nuevo, puede observarse que a mayor contenido de fibras disminuye la densidad del mortero. 6.3.2.2 Características mecánicas Resistencia a Flexotracción. Ensayo P-RF Mortero de cemento Portland y arena fina de sílice, en proporción 1:3. Se hicieron 3400 g de mezcla, suficiente para dos moldes de tres probetas prismáticas cada uno, según UNE 80-101-88 9 . Las cantidades de los componentes del mortero se detallan a continuación: Cemento 850 g Arena 2550 g Agua 425 g Fibras 34 g (4%)

CURADO SIN FIBRAS CON FIBRAS CFL CFTL CFM

7 días 5,72 2,01 3,58 4,33 4,14

28 días 7,25 3,53 5,66 7,29 6,15

Tabla 6.18 Morteros de Maíz-Cemento Portland-Arena. Resistencia a flexotracción

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

7 días 28 díasCURADO

Mpa

SIN FIBRAS CON FIBRAS CFL CFTL CFM

Figura 6.21 Morteros de Maíz-Cemento Portland-Arena. Resistencia a flexotracción 8 Los morteros se clasifican en dos grupos dependiendo de la densidad aparente en estado fresco: Morteros pesados (d>1200 kg/m3) que son los morteros tradicionales de cemento, cal o bastardos. Morteros ligeros (d<1200 kg/m3) que son morteros obtenidos mediante aditivos aireantes, áridos ligeros (perlita, arlita) o una combinación de ambos. 9 UNE 80-101-88. Métodos de ensayo de Cementos. Determinación de Resistencias Mecánicas.

6. Resultados

170

A flexotracción la mayor resistencia a 28 días la registra el mortero con fibras tratadas y lavadas (CFTL): 7,29 MPa. El mortero sin refuerzo de fibras (SF) presenta una resistencia de 7,25 MPa equivalente a un 99% de la resistencia del primero. Si se observa la pendiente de la curva resistencia-tiempo de curado veremos que la resistencia del mortero CFTL tiende a ser incluso mayor. La adición de fibras con tratamiento de lavado a temperatura y mojado mejoró en un 1% la resistencia a flexotracción del mortero a 28 días de curado. Resistencia a Compresión Ensayo P-RC A compresión el comportamiento es distinto. Ninguno de los tratamientos realizados en las fibras mejoró las características del mortero sin reforzar. El máximo valor alcanzado con fibras 15,05 MPa corresponde al mortero CFTL, sin embargo solamente equivale a un 58% de los 25,95 MPa alcanzados por el mortero SF a los 28 días.


7 días 18,48 5,22 7,55 9,12 8,25

28 días 25,95 8,55 14,97 15,05 13,66

Tabla 6.19 Morteros de Maíz-Cemento Portland-Arena. Resistencia a compresión

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00


Mpa


Figura 6.22 Morteros de Maíz-Cemento Portland-Arena. Resistencia a compresión Los valores más bajos a flexión (3,53 MPa) y compresión (8,55MPa) los registraron los morteros con fibras sin tratar CF.

171

La matriz de cemento no parece ser la más adecuada para utilizar fibras de maíz como refuerzo. Aunque la mayor resistencia a flexotracción la registra el mortero CFTL, el valor es solamente un 1% mayor que la resistencia de mortero sin reforzar, por lo que prácticamente no se justifica su inclusión debido a la poca mejora alcanzada. Además, es notable la diferencia a compresión donde el mejor comportamiento lo registra el mortero sin fibras SF y ninguna de las opciones con distintos tratamientos de fibras supera el 60% de la resistencia del mortero sin reforzar. Según la clasificación UNE 83-800 (Tabla 6.20), el mortero de Portland sin adición de fibras tendría una clasificación de M25, mientras que los morteros con adición de fibras tendrían una clasificación entre M7,5 y M16. Clase M 1 M 2,5 M 5 M 7,5 M 10 M 12,5 M 15 M 20 M 30

Resistencia compresión N/mm2

1 2,5 5 7,5 10 12,5 15 20 30

Tabla 6.20. Morteros para albañilería. Designación y clases (según UNE 83-800) Llegados a este punto parece oportuno considerar la conveniencia de buscar alternativas al uso extendido del cemento Pórtland, no desde el planteamiento utópico de una completa sustitución, sino como complemento al uso tan extendido que tiene actualmente. La búsqueda de conglomerantes autóctonos sustitutitos, complementarios de la importación o producción monopolística de cementos tipo portland para determinadas aplicaciones, es una línea de investigación prioritaria a nivel internacional, propiciada por numerosas instituciones como ONUDI; UNCH-HABITA; C.I.B; CYTED. Desde un punto de vista puramente económico, es interesante señalar que la producción de cemento requiere mayor inversión de capital que la de cal y puzolana. Así que donde sea factible, es conveniente sustituir, al menos en parte, el cemento por estos otros conglomerantes. En este sentido resultaría interesante plantear un uso de de conglomerantes según las prestaciones a las que se someterán los elementos constructivos: Cemento Pórtland para elementos estructurales principales y conglomerantes alternativos como la cal y puzolanas parea elementos de cerramiento o con sin solicitaciones estructurales importantes.

6. Resultados

172

6.3.3 Maíz-Cal Hidráulica-Arena 6.3.3.1 Características físicas La cal hidráulica natural clase 5 CIMPOR, es un aglomerante hidráulico obtenido por cocción de calcáreos que contienen entre 15 y 20% de arcilla. Este material fue facilitado por la empresa "Cannabric" en España, aunque la cal procede de la empresa Cimentos de Portugal. Tiempo de Fraguado Ensayo CH-CF-01 Según la norma UNE-EN 1015-2 el tiempo de fraguado en molde para morteros con conglomerantes hidráulicos es de dos días. Posteriormente deben conservarse cinco días más en cámara húmeda y los 21 días restantes den condiciones de laboratorio. En el caso de la adición de fibras se observó el mismo fenómeno de retardamiento del fraguado que se describió en los morteros con matriz de Portland. Debido a esto se mantuvo las probetas en el molde durante tres días. La glucosa presente en las fibras de maíz, funciona como retenedor de agua, retardando la evaporación y aumentando la docilidad del mortero. Es frecuente que también aumente la porosidad de la mezcla. En estado endurecido, la glucosa que aportan las fibras favorece por un proceso de fermentación la producción de gas carbónico, mejorando las características del mortero endurecido [1]. Consistencia Ensayo CH-CF-02 El mortero CH1:3SF (sin fibras) presentó un escurrimiento de 194,75mm, mientras que el mortero CH1:3CF (con fibras) presentó un escurrimiento de 190,75 a 187,25 mm, dependiendo de la cantidad de fibra usada como refuerzo.


CH1:3 SF 195 192 193,5189 203 196

CH1:3 CF 2% 192 186 189190 195 192,5

CH1:3 CF 4% 188 190 189184 193 188,5

CH1:3 CF 8% 185 186 185,5190 188 189

194,75

190,75

188,75

187,25

Tabla 6.21 Consistencia Mortero CH1:3. Influencia del contenido de fibras. Con la adición de fibra aumenta la consistencia del mortero, por lo que disminuye el valor del escurrimiento.

173

Densidad Ensayo CH-CF-03 El mortero obtenido con la cal hidráulica natural CIMPOR y arena es un mortero pesado. Al incorporarle fibras de refuerzo disminuye su densidad, tanto en estado fresco como endurecido, según se muestra en la Tabla 6.22.



CH 1:3 SF 2086 1920

CH 1:3 CF 2% 2034 1856

CH 1:3 CF 4% 2010 1800

CH 1:3 CF 8% 2012 1794 Tabla 6.22 Densidad del Mortero CH1:3. Influencia del contenido de fibras.

6.3.3.2 Características mecánicas

Resistencia a Flexotracción. Ensayo CH-RF El mortero se hizo mezclando CIMPOR y arena fina de sílice, en proporción 1:3. Se hicieron 3400 g de mezcla, suficiente para dos moldes de tres probetas prismáticas cada uno, según UNE 80-101-88. Las cantidades de los componentes del mortero se detallan a continuación: CIMPOR 850 g Arena 2550 g Agua 425 g Fibras 34 g (4%) La mayor resistencia a 28 días la registra el mortero sin fibras (SF): 1,38 Mpa. El segundo mejor valor lo tiene el mortero CF con 1,34 Mpa que equivale a un 97% del valor del mortero SF. El tercer mejor valor lo presenta el mortero CFM con una resistencia de 1,28 Mpa que corresponde a un 92% del valor máximo alcanzado. El valor más bajo a flexión (0,93 Mpa) lo registró el mortero CFTL, que representa un 67% de la resistencia máxima alcanzada por el mortero sin refuerzo.


7 días 0,98 0,88 0,55 0,79 0,94

28 días 1,38 1,34 1,08 0,93 1,28

Tabla 6.23 Morteros de Maíz-Cal hidráulica natural-Arena. Resistencia a flexotracción

6. Resultados

174

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60


Mpa


Figura 6.23 Morteros de Maíz-Cal hidráulica natural-Arena. Resistencia a flexotracción. Resistencia a Compresión Ensayo CH-RC A compresión la mejor lectura a 28 días la vuelve a registrar el mortero SF con 6,06 Mpa. El mortero CFM presenta una lectura de 3,69 Mpa equivalente al 61% del valor máximo. Muy similar es el valor alcanzado por el mortero CFTL que con 3,62 Mpa equivale al 60% del mortero SF. La pendiente de las curvas resistencia-tiempo de curado indica que esta diferencia entre mortero SF y los demás tiende a ser mayor conforme pasa el tiempo de fraguado. El valor más bajo fue 2,25 Mpa, registrado por los morteros con fibras sin tratar CF, equivalente a un 37% de la resistencia máxima alcanzada por los morteros sin refuerzo.


7 días 2,09 1,54 1,17 1,68 1,78

28 días 6,06 2,25 2,36 3,62 3,69

Tabla 6.24 Morteros de Maíz-Cal hidráulica natural-Arena. Resistencia a compresión.

175

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00


Mpa


Figura 6.24 Morteros de Maíz-Cal hidráulica natural-Arena. Resistencia a compresión.

Los resultados observados muestran que las mejores resistencias las alcanzan los morteros sin refuerzo de fibras. De esta manera no puede justificarse la inclusión de estas como refuerzo del compósito. Al relacionar los valores de densidad y resistencia, puede observarse que a menor densidad del mortero lograda mediante un aumento en el contenido de fibra, corresponde una disminución en la resistencia. Según la clasificación UNE 83-800 el mortero de cal hidráulica natural sin adición de fibras tendría una clasificación de M5, mientras que los morteros con adición de fibras tendrían una clasificación entre M2,5 y M6.

6. Resultados

176

6.3.4 Maíz-Cal Aérea+Cal Hidráulica con Puzolana-Arena El Tradical 70, de la casa comercial "Strasservil", es un ligante hecho a base de cal aérea apagada (75%), ligantes hidráulicos (15%) y puzolanas (10%) fabricado según la norma francesa DTU 26.1 y 20.1. Este material fue facilitado por "La Chanvrerie de Bar Sur Aube" en Francia y por Derivados Calcicos en Girona, España. En los morteros con fibras naturales que se han encontrado como referencia10 se utiliza una matriz de cal hidráulica con fibras de cáñamo. La cal añade trabajabilidad y además favorece la retención de agua. Según los resultados obtenidos por Barahona11 en Guatemala, muestran un incremento del 5 al 10% en retención de agua, con respecto a los morteros de cemento y arena de río. Los valores de adherencia obtenidos en este tipo de morteros reflejan un promedio de 1,56 kg/cm2. Se observó que en los morteros con mayor contenido de cal, mayor es su adherencia al bloque pero menor es su resistencia a la tensión. 6.3.4.1 Características físicas Tiempo de Fraguado Ensayo T-CF-01 De manera similar a los otros morteros ensayados, con la adición de fibras se observó un retardamiento del fraguado en los morteros de Tradical 70 y arena. Según la norma UNE-EN 1015-2, las probetas debían desenmoldarse a los dos días de curado en cámara húmeda. Sin embargo el nivel de fraguado alcanzado en las probetas con fibras no era suficiente para dejarlas fuera de molde, por lo que se decidió probar a desenmoldar a intervalos de un día. Después de cinco días pudo desenmoldarse las probetas, manteniéndolas durante dos días más en cámara húmeda, y posteriormente se dejaron curar en ambiente de laboratorio durante 21 días antes de su ensayo. Consistencia Ensayo T-CF-02 El mortero TCH1:3SF (sin fibras) presentó un escurrimiento de 160,5mm, mientras que el mortero T1:3CF (con fibras) presentó un escurrimiento de 155,25 a 150,75 mm, dependiendo de la cantidad de fibra usada como refuerzo.

10 Construire en Chanvre en Francia y Cannabric en España 11 Barahona, Rubén. " Evaluación de los morteros premezclados para levantado en Guatemala". 1999.

177


T1:3 SF 168 173 170,5172 172 172

T1:3 CF 2% 169 165 167172 163 167,5

T1:3 CF 4% 163 165 164168 170 169

T1:3 CF 8% 164 167 165,5170 162 166

171,25

167,25

166,5

165,75

Tabla 6.25 Consistencia Mortero T1:3. Influencia del contenido de fibras. A la vista de los valores obtenidos en los diferentes tipos de mezcla, se obtuvo un mortero de consistencia plástica en estado fresco. Con la adición de fibras disminuyó la trabajabilidad de la mezcla, el mortero se hizo más consistente y disminuyó el valor del escurrimiento. Densidad Ensayo T-CF-03



T 1:3 SF 1740 1620

T 1:3 CF 2% 1845 1426

T 1:3 CF 4% 1860 1410

T 1:3 CF 8% 1874 1400 Tabla 6.26 Densidad del Mortero T1:3. Influencia del contenido de fibras.

Los valores de densidad en estado fresco muestran un mortero pesado y los valores de consistencia permiten clasificarlo como plástico. Hacemos notar que a medida que disminuía la consistencia del mortero, aumentaba la dificultad de trabajar la mezcla, por lo que se estableció como límite razonable una adición del 8% en peso de fibras. Se determinó que el límite máximo de trabajabilidad con mezcla manual es de un 12% en peso de fibras. En estado endurecido es notable la influencia de la adición de fibras a la mezcla, ya que el valor de la densidad disminuyó notablemente en los morteros con refuerzo. Los valores obtenidos muestran que la adición de un 2% de fibras representa una disminución del 12% en la densidad de la mezcla en estado endurecido, mientras que las adiciones de 4% y 8% representaron una disminución de 13 y 13,6 respectivamente. La adición del 12% de fibras pese a dificultar loa trabajabilidad en estado fresco, representó una disminución del 15% en la densidad del composito en estado endurecido.

6. Resultados

178

6.3.4.2 Características Mecánicas Luego de evaluadas las resistencia a 28 días se hizo una comparación de los tres tipos de matrices considerados en el presente estudio, siendo el compósito de cal aérea+cal hidráulica + puzolana (Tradical 70) el que mejores resultados obtuvo al compararse con la mezcla de control. Se decidió entonces centrar esfuerzos en determinar las características mecánicas de este tipo de matriz luego de un mayor tiempo de curado. En este caso se prolongó hasta 900 días que fue el máximo tiempo del que se dispuso de trabajo en laboratorio. De esta forma se obtuvo una evaluación de su comportamiento en un rango de tiempo más significativo y que a su vez permitió comparar con los resultados de los ensayos de envejecimiento natural y envejecimiento acelerado realizados para evaluar la durabilidad del compósito, que se detallan en los apartados 6.3.5 y 6.3.6 de este trabajo. Resistencia a Flexotracción. Ensayo T-RF El mortero se hizo mezclando Tradical 70 y arena fina de sílice, en proporción 1:3. Se hicieron 3400 g de mezcla, suficiente para dos moldes de tres probetas prismáticas cada uno, según UNE 80-101-88. Las cantidades de los componentes del mortero se detallan a continuación: Tradical 70 850 g Arena 2550 g Agua 425 g Fibras 34 g (4%)

CURADO SIN FIBRAS CON FIBRAS 4% CFL 4% CFTL 4% CFM 4%

7 días 1,16 1,30 0,94 1,07 1,29

28 días 1,71 1,39 1,44 1,84 2,44

900 días 1,92 1,21 1,52 2,75 2,83

Tabla 6.27 Morteros de Maíz-Cal Aérea+Cal Hidráulica con Puzolana-Arena.

Resistencia a flexotracción. La mayor resistencia a 900 días la registra el mortero con fibras mineralizadas (CFM): 2,83Mpa. El segundo mejor valor lo tiene el mortero CFTL con 2,75 Mpa que equivale a un 97% del valor del mortero CFM. El mortero sin refuerzo de fibras (SF) presenta una resistencia de 1,92 Mpa que corresponde a un 68% del valor máximo alcanzado.

179

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Curing Time (days)

MPa

SP CP 4% CPL 4% CPTL4% CPM 4%

Figura 6.25 Morteros de Maíz-Cal Aérea+Cal Hidráulica con Puzolana-Arena.

Resistencia a flexotraccion Resistencia a Compresión. Ensayo T-RC En este ensayo la mejor lectura a 900 días corresponde al mortero CFTL con 4,23 Mpa. Casi igual es el valor registrado por el mortero CFM con 4,15 Mpa que equivale a un 98% del primero (Figura 6.26). El mortero sin refuerzo de fibras (SF) es el cuarto de todos, su lectura de 3,09 Mpa equivale a un 73% del valor máximo registrado y la pendiente de la curva resistencia-tiempo de curado no indica que pueda llegar a superar a la resistencia del mortero CFTL.

CURADO SIN FIBRAS CON FIBRAS 4% CFL 4% CFTL 4% CFM 4%

7 días 1,67 1,19 1,69 2,42 1,91

28 días 2,42 1,13 2,58 3,46 3,39

900 días 3,09 0,98 3,52 4,23 4,15

Tabla 6.28 Morteros de Maíz-Cal Aérea+Cal Hidráulica con Puzolana-Arena. Resistencia a compresión.

6. Resultados

180

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

CURADO(días)

MPA

SP CP 4% CPL 4% CPTL4% CPM 4%

Figura 6.26 Morteros de Maíz-Cal Aérea+Cal Hidráulica con Puzolana-Arena.

Resistencia a compresión Los valores más bajos a flexión (1,21 Mpa) y compresión (0,98 Mpa) los registraron los morteros con fibras sin tratar CF. Tanto la flexotracción como la compresión registraron incluso una disminución en la resistencia a 900 días. Según la clasificación UNE 83-800 este compósito de cal y puzolanas sin adición de fibras tendría una clasificación de M2.5, mientras que los morteros con adición de fibras tendrían una clasificación entre M2.5 y M6. El tipo de matriz que resulta ser más compatible con las fibras es la cal aérea con adiciones de puzolana y ligantes hidráulicos ("Tradical 70"). Y aunque las resistencias máximas alcanzadas equivalen a un 33% de las resistencias a flexotracción y a un 13% de la resistencia a compresión del mortero de cemento; debe señalarse que las posibles aplicaciones del mortero reforzado con fibras que se estudia, la constituyen elementos de cerramiento sin requerimientos estructurales importantes.

181

6.3.5 Determinación de Durabilidad: Envejecimiento Natural. 6.3.5.1 Envejecimiento en Condiciones Ambientales Exteriores Ensayo T-EN-01 La medición de su resistencia mecánica a doce meses sirvió para comparar el comportamiento en tiempo real con el envejecimiento acelerado.

Figura 6.27. Probetas C1.3CF. Con fibras sin tratar, luego de cuatro meses en condiciones de laboratorio. Las manchas en la superficie son indicadores del deterioro de las fibras dentro de la matriz.

Figura 6.28. Probetas T1.3CF4%. Con fibras mineralizadas y Tradical 70. El examen visual, luego de cuatro meses en condiciones exteriores no muestra signos de deterioro a nivel superficial. La diferencia de matriz y de tratamiento de fibras puede apuntarse como motivo de conservación de las fibras.

Luego de doce meses de exposición al exterior, las probetas no mostraban signos visuales de deterioro. El único indicio de desgaste podía notarse en la intensidad de la tinta de rotulador con la que fueron marcadas, ya que se veía con menor intensidad (Figura 6.29). La medición de su resistencia mecánica a doce meses dio una pauta para evaluar el comportamiento en tiempo real, en comparación con el envejecimiento acelerado.

Figura 6.29.Probetas tras doce meses de exposición

6. Resultados

182

Resistencia a Flexotracción

SF 3,9 6,02

CF 4% 2,98 3,21

CFL 4% 3,23 4,24

CFTL2% 3,95 4,75

CFTL4% 4,31 7,21

CFTL8% 5,37 8,63

CFM 2% 2,39 5,64

CFM 4% 3,27 6,06

CFM 8% 2,74 8,96

COMPRESIÓN

RESISTENCIAS A 12 MESES EXTERIOR

Tratamiento y Porcentaje de Fibras FLEXOTRACCIÓN

Tabla 6.29 Morteros de Tradical 70 . Envejecimiento en condiciones ambientales exteriores Resistencia a flexotracción y compresión.

1

CFM

8%

CFM

4%

CFM

2%

CFT

L8%

CFT

L4%

CFT

L2%

CFL

4%

CF

4%

SF

0

1

2

3

4

5

6Mpa

Figura 6.30 Morteros de Tradical 70 . Envejecimiento en condiciones ambientales exterior.

Resistencia a flexotraccion Los mejores resultados se obtuvieron con las mezclas que incluían fibras tratadas y lavadas. La resistencia máxima a flexotracción se obtuvo con el mortero con 8% de contenido de fibras tratadas y lavadas (CFTL 8%) La mezcla sin reforzar obtuvo el cuarto mejor resultado con 3,9MPa equivalente a un 73% de la mezcla con mayor resistencia.

183

Los morteros con fibras mineralizadas obtuvieron los valores más bajos en este ensayo, aún incluso que el mortero con fibras sin tratar, que mostraba un claro deterioro de las fibras dentro de la mezcla. Es probable que el proceso de mineralización de la fibra le reste ductilidad, por lo que su aporte como elemento resistente a la tracción se vea comprometido. Resistencia a Compresión

1

CFM

8%

CFM

4%

CFM

2%

CFT

L8%

CFT

L4%

CFT

L2%

CFL

4%

CF

4%

SF

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 Mpa

Figura 6.31 Morteros de Tradical 70 . Envejecimiento en condiciones ambientales exteriores. Resistencia a compresión

A diferencia del ensayo a flexotracción la mayor resistencia a compresión se registró en los compósitos con fibras mineralizadas. Las fibras tratadas y lavadas obtienen valores muy similares. La mezcla con mayor resistencia a compresión es la del mortero reforzado con 85% de fibras mineralizadas. La mezcla sin refuerzo de fibras obtuvo una resistencia equivalente al 67% de la mezcla con mejor resistencia a compresión. La mejor relación de resistencia a flexotracción y compresión la obtuvieron los morteros reforzados con fibras tratadas y lavadas (CFTL), siendo entre ellos la mezcla CFTL 8% la más resistente en ambos ensayos mecánicos.

6. Resultados

184

6.3.5.2 Envejecimiento en Laboratorio. 2.5 años (30 meses) Ensayo T-EN-02 Después de 30 meses de curado en laboratorio, las probetas no presentaron deterioro visual aparente. La Tabla 6.30 muestra los valores a flexotracción y compresión de los morteros con diferentes volúmenes y tratamiento de fibras envejecidos durante 30 meses en condiciones de laboratorio. Resistencia a Flexotracción

SP 1,00 3,09

CF 4% 1,21 0,98

CFL 4% 1,52 3,52

CFTL2% 1,65 2,58

CFTL4% 2,75 4,23

CFTL8% 4,74 9,01

CFM 2% 3,36 5,09

CFM 4% 2,83 4,15

CFM 8% 3,47 6,51

COMPRESIÓN

RESISTENCIAS A 30 MESES


Tabla 6.30 Morteros de Tradical 70 . Envejecimiento en Laboratorio (30 meses) Resistencias a flexotracción y compresión

De forma análoga al ensayo en condiciones ambientales naturales, las mezclas que registraron los mejores resultados fueron las de morteros reforzados con fibras tratadas y lavadas (CFTL). El mortero con 8% de fibras tratadas y lavadas (CFTL 8%) el que mayores resultados alcanza. En la prueba a Flexotracción obtuvo una resistencia de 4,74 Mpa. El segundo valor se obtuvo con el mortero reforzado con 8% de fibras mineralizadas (CFM 8%) y que equivale a un 73% del valor máximo. El mortero con 2% fibras mineralizadas (CFM 8%) alcanzó el tercer valor y que equivale a un 71% del valor más alto. La resistencia más baja correspondió al mortero sin fibras (SF) que alcanzó un 21% del valor máximo.

185

1

CFM

8%

CFM

4%

CFM

2%

CFT

L8%

CFT

L4%

CFT

L2%

CFL

4%

CF

4%

SF

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5 Mpa

Figura 6.32 Morteros de Tradical 70 . Envejecimiento en Laboratorio (30 meses)

Resistencias a flexotracción Resistencia a Compresión Las resistencias mecánicas superiores se registraron en los compósitos con 8% de fibras tratadas y lavadas (CFTL 8%). El segundo valor corresponde al mortero con un 8% de fibra mineralizada (CFM 8%) que equivale a un 72% del valor más alto. El mortero con 2% de fibra mineralizada (CFM 2%) alcanzó el tercer valor y que equivale a un 56% del valor más alto. El valor más bajo corresponde al mortero con 4% de fibra sin tratar (CF 4%) y que equivale a un 11% del valor máximo. Se concluye entonces que el mortero con 8% de fibras tratadas y lavadas (CFTL 8%) es el que mejores resultados obtiene en la prueba de resistencia a compresión luego de dos años y medio (30 meses) de envejecimiento en condiciones de laboratorio. En este ensayo cabe resaltar que los tres diferentes tratamientos dados a las fibras mejoraron las características de la mezcla sin refuerzo. De todos estos, la mezcla con mejor resistencia (CFTL 8%) obtuvo un valor tres veces superior (66%) al de la mezcla sin refuerzo.

6. Resultados

186

1

CFM

8%

CFM

4%

CFM

2%

CFT

L8%

CFT

L4%

CFT

L2%

CFL

4%

CF

4%

SF

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 Mpa

Figura 6.33 Morteros de Tradical 70 . Envejecimiento en Laboratorio (30 meses)

Resistencias a compresión Conclusión • El ensayo de envejecimiento a 2,5 años (30 meses) servirá como parámetro

de comparación a la hora de evaluar globalmente los resultados de los ensayos de envejecimiento acelerado.

• A la vista de los resultados obtenidos puede concluirse que la adición de

fibras como refuerzo del mortero, aporta mejoras en el mismo y que estas se mantienen a lo largo del tiempo evaluado.

• Es significativo que los valores máximos alcanzados equivalen a un 66% de

mejora en el caso de la Compresión y un 79% en el caso de la Flexotracción.

• De los dos tipos de tratamientos de fibras evaluados, se confirman los datos

obtenidos en las primeras pruebas, realizadas a 28 días de curado, ya que la mezcla con fibras tratadas y lavadas (CFTL) es la que obtiene los mejores resultados.

• Los valores de resistencia obtenidos en el ensayo en condiciones naturales

al exterior durante un año y el de 30 meses en laboratorio son similares. La mezcla CFTL 8% registró a flexotracción valores de 5,37MPa y 4,74 Mpa en exterior y laboratorio respectivamente.

• A compresión la resistencia fue de 8,63MPa en exterior y de 9,01 MPa en

laboratorio.

187

6.3.6 Durabilidad: Métodos de Envejecimiento Acelerado 6.3.6.1 Capacidad de Absorción de Agua Ensayo T-EA-01 Justificación Cualquier método de envejecimiento acelerado debe tener en cuenta los cambios de humedad que es capaz de soportar la muestra estudiada. Esto se logra permitiendo que el sistema de poros de la matriz que se analiza se vea sometido alternativamente a un llenado y secado de agua12 . Se determinó la capacidad y el tiempo de absorción de agua que tienen las diferentes proporciones de morteros estudiados. Este paso previo al resto de pruebas determinó la duración de los ciclos alternos a los que se sometieron las muestras. Descripción del ensayo El ensayo se divide en dos partes: Ensayo de Absorción y Ensayo de Desorción. En el primero se mide la capacidad de absorción de agua que tiene la muestra y el tiempo que emplea en alcanzar el nivel de saturación.

Figura 6.34. Fase mojado

Se prepararon un total de 27 probetas. Cada probeta correspondía a cada una de las proporciones de mezcla estudiadas hasta ahora. Las probetas se sumergieron en agua y se hicieron pesadas a intervalos de tiempo determinados, hasta alcanzar masa constante. (Figura 6.30).

Figura 6.35. Fase secado

En la Desorción se mide el proceso inverso, o sea, el tiempo que tarda la muestra en secarse completamente. (Figura 6.31).

12 Gram, Hans Erick "Durability of Natural Fibres in Concrete"

6. Resultados

188

Probetas ensayadas Se utilizaron las mezclas hechas para medir la Densidad Aparente de la mezcla en estado fresco. Se hicieron probetas de las siguientes mezclas:

MATRIZ

TRATAMIENTO EN FIBRAS

NOMENCLATURA

No. de Probetas Resistencias mecánicas

Portland

• Sin fibras • Con fibras sin tratar • Con fibras lavadas y mojadas por tres días • Con fibras mineralizadas

C1.1SF - C1.9SF C1.1CF - C1.9CF C 1:3 CFTL C 1:3 CFM

13 u.

Tradical 70

• Sin fibras • Con fibras lavadas • Con fibras lavadas y mojadas por tres días • Con fibras mineralizadas

T 1:3 SF T 1:3 CFL T 1:3 CFTL (2,4,8%) T 1:3 CFM (2,4,8%)

8 u.

Cimpor

• Sin fibras • Con fibras sin tratar • Con fibras lavadas y mojadas por tres días • Con fibras mineralizadas

CH 1:3 SF CH 1:3 CF CH 1:3 CFTL CH 1:3 CFM

4 u.

TOTAL 25 u.

Tabla 6.31 Capacidad de absorción de agua. Relación de probetas ensayadas Resultados Absorción La Figura 6.36 muestra los resultados de absorción del cemento Portland. Aproximadamente a las dos horas de iniciado el ensayo, la totalidad de las probetas habían alcanzado el 95% de saturación. Esta era completa a los dos días.

0

20

40

60

80

100

120

0 1 2 3 4 5 6 7 8

T(h*1/2)

Se

(%

C1.3SF C1.3CF C1.3CFTL C1.3CFM

Figura 6.36. Cemento Portland. Capacidad de absorción

189

0

20

40

60

80

100

120

0 1 2 3 4 5 6 7 8

T(h*1/2)

Se

(%

T1:3SF T1:3CFM2 T1:3CFM4 T1:3CFM8

Figura 6.37. Tradical 70. Capacidad de absorción La Figura 6.37 muestra la situación de los morteros hechos a base de Tradical 70. En este caso es a los 50 minutos que se había alcanzado la saturación máxima. Este resultado determina que el tiempo mínimo del ciclo de absorción en el ensayo de Mojado y Secado, debe ser por lo menos de una hora, para permitir la saturación completa del sistema de poros de la matriz. La disminución en la masa experimentada posteriormente puede deberse a una perdida de la materia por disolución en agua. Aunque también muestra un nivel de porosidad que afecta negativamente, al menos en principio, a la durabilidad de las fibras dentro del compósito. El paso del agua dentro de la estructura capilar de la matriz expone a la fibra a un contacto directo con un ambiente alcalino que termina degradándola [17 18]. Las ultimas referencias de las que se tiene noticia buscan entre otras cosas reducir la composición y permeabilidad de la matriz para evitar este deterioro de las fibras [19]. Debido a la composición de la matriz de Tradical 70, este posible deterioro podrá comprobarse una vez hechos los ensayos de Mojado y Secado. Desorción La Figura 6.38 muestra los resultados de desorción de las mezclas hechas a base de Tradical 70. Puede notarse que a los dos días se había secado ya un 80% de las probetas con fibras, mientras que la mezcla sin fibras había alcanzado ya un 88% de secado, esto podría deberse a la retención de agua provocada por la presencia de fibras. A los cinco días se había alcanzado prácticamente un nivel de masa constante.

6. Resultados

190

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

T(h)

Se

(%

T1:3SF T1:3CFM2 T1:3CFM4 T1:3CFM8

Figura 6.38. Tradical 70. Capacidad de desorción

Puede concluirse a raíz de este ensayo que la duración de los ciclos debe ser como mínimo de una hora de mojado y dos días de secado si se hace en condiciones de laboratorio. Estos tiempos podrían variar si se tratase de secado en estufa, donde la velocidad de desorción sería mayor.

191

6.3.6.2 Ciclos de Mojado-Secado Ensayo T-EA-02 Resistencia a Flexotracción

SF 2,39 4

CF 4% 1,02 3,4

CFL 4% 1,67 5,12

CFTL2% 1,98 4,95

CFTL4% 1,75 6,58CFTL8% 2,44 5,45

CFM 2% 2,98 6,19

CFM 4% 2,32 5,7

CFM 8% 2,66 5,66

COMPRESIÓN

MOJADO-SECADO. 32 CICLOS


Tabla 6.32 Morteros de Tradical 70. Ciclos de mojado-secado Resistencia a flexotracción y compresión.

1

CFM

8%

CFM

4%

CFM

2%

CFT

L8%

CFT

L4%

CFT

L2%

CFL

4%

CF

4%

SF

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3 Mpa

Figura 6.39 Morteros de Tradical 70. Ciclos de mojado-secado

Resistencia a flexotracción

6. Resultados

192

La resistencia máxima a flexotracción se obtuvo con el mortero reforzado con 2% de fibras mineralizadas (CFM 2%). El segundo valor se obtuvo con el mortero reforzado con 8% de fibras (CFM 8%) y que equivale a un 89% del valor máximo. El mortero sin fibras (SF) alcanzó el tercer valor y que equivale a un 80% del valor más alto. Por último está la resistencia del mortero con 4% de fibras (CFM 4%) que alcanzó un 77% del valor máximo. Se concluye entonces que el mortero con refuerzo de 2% de fibras mineralizadas es el que mejores resultados obtiene en la prueba de resistencia a flexotracción luego de ser sometido a 24 ciclos de mojado-secado. Resistencia a Compresión

1

CFM

8%

CFM

4%

CFM

2%

CFT

L8%

CFT

L4%

CFT

L2%

CFL

4%

CF

4%

SF

0

1

2

3

4

5

6

7 Mpa

Figura 6.40 Morteros de Tradical 70. Ciclos de mojado-secado

Resistencia a compresión Las resistencias mecánicas superiores se registraron en los compósitos con un 2% de contenido de fibra (CFM 2%). El segundo valor corresponde al mortero con un 4% de fibra (CFM 4%) que equivale a un 92% del valor más alto. El mortero con 8% de contenido de fibras (CFM 8%) alcanzó el tercer valor que equivale a un 91% del valor más alto. El valor más bajo corresponde al mortero sin fibras y que equivale a un 65% del valor máximo. Se concluye entonces que de nuevo es el mortero con refuerzo de 2% de fibras mineralizadas el que mejores resultados obtiene en la prueba de Resistencia a Compresión luego de ser sometido a 24 ciclos de mojado y secado.

193

6.3.6.3 Ataque de Niebla Salina Ensayo T-EA-03 Mediante un análisis visual no pudo observarse deterioro aparente de las probetas. La Figura 6.41 muestra las probetas antes de la realización del ensayo, mientras Figura 6.42 muestra las probetas luego de 24 horas en la cámara salina y de 2 días de secado en ambiente de laboratorio.

Figura 6.41. Probetas Antes del Ensayo

Figura 6.42. Probetas después del ensayo

Puede observarse como una fina capa de sal recubre la superficie de las probetas ensayadas. Debe anotarse que esta capa no era visible mientras las probetas estaban húmedas, pero al evaporarse el agua transportó por los poros el material salino desde el interior de la mezcla, hasta depositarlo en la superficie de las probetas. Resistencia a Flexotracción

SF 2,08 4,86

CF 4% 0,9 2,5

CFL 4% 1,6 4,13

CFTL2% 1,77 3,91

CFTL4% 1,56 7,53CFTL8% 1,83 6,11

CFM 2% 2,22 4,67

CFM 4% 2,79 6,55

CFM 8% 2,7 6,47

COMPRESIÓN

ATAQUE NIEBLA SALINA.


Tabla 6.33 Morteros de Tradical 70. Ataque con niebla salina Resistencia a flexotracción y compresión.

6. Resultados

194

1

CFM

8%

CFM

4%

CFM

2%

CFT

L8%

CFT

L4%

CFT

L2%

CFL

4%

CF

4%

SF

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3 Mpa

Figura 6.43 Morteros de Tradical 70. Ataque con niebla salina Resistencia a flexotracción.

La resistencia máxima a flexotracción se obtuvo con el mortero reforzado con 4% de fibras mineralizadas (CFM 4%). El segundo valor se obtuvo con el mortero reforzado con 8% de fibras y que equivale a un 99% del valor máximo. El mortero con 2% de fibras alcanzó el tercer valor y que equivale a un 82% del valor más alto. Por último está la resistencia del mortero sin fibras que alcanzó un 77% del valor máximo. Con el mortero reforzado con un 4% de fibras mineralizadas se alcanza la mejor resistencia a flexotracción, luego de terminada la prueba de ataque con niebla salina. Resistencia a Compresión

1

CFM

8%

CFM

4%

CFM

2%

CFT

L8%

CFT

L4%

CFT

L2%

CFL

4%

CF

4%

SF

0

1

2

3

4

5

6

7

8 Mpa

Figura 6.44 Morteros de Tradical 70. Ataque con niebla salina

Resistencia a compresión.

195

Las resistencias mecánicas superiores se registraron en los compósitos con un 4% de contenido de fibra (CFM 4%). El segundo valor corresponde al mortero con un 8% de fibra que equivale a un 98,7% del valor más alto. El mortero sin fibras alcanzó el tercer valor que equivale a un 74% del valor más alto (CFM 4%). El valor más bajo corresponde al mortero con 2% de fibra y que equivale a un 71% del valor máximo. Se concluye entonces que el mortero con refuerzo de 4% de fibras mineralizadas es el que mejores resultados obtiene en la prueba de Resistencia a Compresión luego de ser sometido a 24 horas de ataque salino.

6. Resultados

196

6.3.6.4 Ciclos de Rayos Ultravioleta. Ensayo T-EA-04 Mediante un análisis visual pudo determinarse que el área de la probeta expuesta a los rayos UVA presentaba signos de decoloración con respecto al área no expuesta. Debido a que las probetas estaban cortadas por la mitad pudo observarse la disposición aleatoria de fibras dentro de la mezcla, y no se observó deterioro visual aparente. Resistencia a Flexotracción

SF 2,34 4,62

CF 4% 0,9 1,12

CFL 4% 1,1 2,14

CFTL2% 1,75 2,18

CFTL4% 1,2 1,35

CFTL8% 2,21 2,66

CFM 2% 1,31 2,57

CFM 4% 0,95 1,53

CFM 8% 1,61 3,09

COMPRESIÓN

RAYOS ULTRAVIOLETA


Tabla 6.34 Morteros de Tradical 70. Ciclos de rayos ultravioleta Resistencia a flexotracción y compresión.

1

CFM

8%

CFM

4%

CFM

2%

CFT

L8%

CFT

L4%

CFT

L2%

CFL

4%

CF

4%

SF

0

0,5

1

1,5

2

2,5 Mpa

Figura 6.45 Morteros de Tradical 70. Ciclos de Rayos Ultravioleta

Resistencia a flexotracción.

197

De nuevo es el mortero sin fibras (SF) el que mayores resultados alcanza. En la prueba a flexotracción obtuvo una resistencia de 2,34 N/mm2. El segundo valor se obtuvo con el mortero reforzado con 8% de fibras (CFM8%) y que equivale a un 69% del valor máximo. El mortero con 2% de fibras (CFM2%) alcanzó el tercer valor y que equivale a un 56% del valor más alto. Por último está la resistencia del mortero con 4% de fibras (CFM4%) que alcanzó un 41% del valor máximo.

1

CFM

8%

CFM

4%

CFM

2%

CFT

L8%

CFT

L4%

CFT

L2%

CFL

4%

CF

4%

SF

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5 Mpa

Figura 6.46 Morteros de Tradical 70. Ciclos de Rayos Ultravioleta

Resistencia a compresión. Las resistencias mecánicas superiores se registraron en los compósitos sin fibras (SF). El segundo valor corresponde al mortero con un 8% de fibra (CFM 8%) que equivale a un 66,8% del valor más alto. El mortero con 2% (CFM 2%) de fibras alcanzó el tercer valor más alto y que equivale a un 55,6% del valor más alto. El valor más bajo corresponde al mortero con 4% (CFM4%)de fibra y que equivale a un 33,1% del valor máximo. Se concluye entonces que el mortero sin fibras (SF) es el que mejores resultados obtiene en la prueba de resistencia a compresión luego de ser sometido a 250 ciclos de radiación con rayos UVA. Conclusión • Luego de someter las probetas a un ensayo de 250 ciclos de radiación con

Rayos UVA, se comprobó que las probetas sin refuerzo de fibras (SF) son las que mayores resistencias mecánicas alcanzaron.

• Es evidente que la radiación afecta la eficacia de las fibras mineralizadas como refuerzo del compósito. Se esta buscando información para determinar si el silicato de etilo sufre algún deterioro al ser sometido a este tipo de radiación.

6. Resultados

198

6.3.7 Análisis Microestructural Se estableció que la longitud crítica de las fibras de maíz en una matriz de cal y puzolanas (Tradical 70) es de 39,9mm 6.3.7.1 Adherencia fibra-matriz El análisis hecho con microscopio, permitió observar que el fallo del compósito se debe a la falta de adherencia entre la fibra y la matriz (Figuras 6.47-6.51). Este fenómeno se explica por el valor de longitud crítica lc de las fibras utilizadas. Podemos concluir que la longitud de fibras utilizadas en el compósito es menor que la longitud crítica, ya que en ningún caso falló el material por rotura de fibra, sino por falta de adherencia entre las fibras y la matriz.

Figura 6.47 Fotografía con microscopio. Se observa el hueco libre dejado por la fibra al desprenderse de la matriz

Figura 6.48 Fotografía con microscopio. Hueco y fibra embebida en matriz.

199

Figuras 6.49-51 Fotografía con microscopio. Hueco y fibra embebida en matriz. Puede notarse el hueco con el contorno nítido de la fibra extraída y en esta los restos de matriz que pudieron quedar adheridos. En cualquier caso, las fibras antes que romperse, se desprendían de la matriz, originando el fallo por falta de adherencia.

6. Resultados

200

La Figura 6.52 muestra una representación esquemática del mecanismo de falla en el compósito debido a la falta de adherencia. Pueden observarse varias posibilidades de falla local que pueden ocurrir antes de la rotura del compósito.

Figura 6.52 Representación esquemática de propagación de una grieta a través de una

matriz reforzada con fibras (Coutts 1988)

A mayor distancia del inicio de la grieta las fibras están intactas y en el punto medio de la fibra, donde se producen los mayores esfuerzos de tensión, la fibra empieza a desprenderse de la matriz (e.g. fibra 1). Cuando se la ha transmitido suficiente tensión a la fibra y esta tiene una longitud mayor que lc (e.g. fibra 2), entonces esta puede romperse (e.g. fibra 4). Al desprenderse de la matriz, la energía de resistencia a la carga que tiene el extremo que falla se pierde del sistema y se disipa en forma de calor. Es entonces cuando la fibra se desprende totalmente de la matriz y una cantidad considerable de energía del sistema se pierde en forma de energía friccional (e.g. fibra 3).

Figura 6.53 Perfil esfuerzo-posición cuando la longitud de la fibra l es igual a la longitud crítica lc (Callister 1996)

Figura 6.54 Perfil esfuerzo-posición cuando la longitud de la fibra l es mayor que la longitud crítica lc (Callister 1996)

201

Figura 6.55 Perfil esfuerzo-posición cuando la longitud de la fibra l es menor que la longitud crítica lc (Callister 1996).

Observando las figuras 6.46-48 puede explicarse el hecho de que las fibras no se hayan roto, sino que se hayan desprendido de la matriz. Cuando se aplica un esfuerzo de tracción igual a la resistencia a tracción de la fibra σf a una fibra con longitud igual a la crítica (Figura 6.53) la carga máxima solo se consigue en el centro del eje de la fibra. Cuando se incrementa la longitud de la fibra el refuerzo se hace más efectivo, ya que la carga máxima es se distribuye en una mayor superficie de la fibra (Figura 6.54). Cuando a longitud es menor que lc, la fibra realmente no alcanza la carga máxima que puede soportar. En este caso la matriz se deforma alrededor de la fibra, de manera que apenas existe transferencia del esfuerzo (Figura 6.55). En este caso el efecto del reforzamiento es menor. Si analizamos los resultados de resistencia aislados obtenidos en los que las fibras y la matriz soportaron esfuerzos de 142Mpa y 4,3 Mpa respectivamente; y la combinación de ambos a flexotracción que arrojó un valor máximo de 5,37Mpa para una combinación de Tradical 70 y fibras tratadas y lavadas (CFTL8%), podemos observar que el sistema no alcanzó la resistencia a tracción máxima de la fibra σf . Tomando lo datos de resistencia a tracción máxima de la fibra (142Mpa), diámetro promedio (3,4mm) y de adherencia promedio entre fibra y matriz (12,1Mpa), puede determinarse la longitud crítica lc que tienen las fibras. Sustituyendo datos en la ecuación 6.6 para determinar lc se obtiene:

σf d 142Mpa*3,4mmlc = τc = 12,1Mpa = 39,9mm

Este dato sirvió para modificar las longitudes de fibra en la siguiente fase de la investigación, en la que el mortero se aplicó en la fabricación de un elemento constructivo.

6. Resultados

202

6.3.8 Influencia del Contenido de Fibras El primer fenómeno observado por la inclusión de fibras de maíz, fue que el fraguado de la mezcla se retardó, por lo que fue necesario dejarla en molde más tiempo de lo que indica la norma. Este retraso del fraguado es causado por la glucosa presente en las fibras de maíz que actúan como inhibidores de la hidratación del mortero [15]. Uno de los aportes que da la inclusión de fibras en una matriz es el incremento de la resistencia post-fisuración del compósito [20]. Este valor no se midió en esta campaña experimental, pero sí pudo observarse la diferencia de comportamiento entre las dosificaciones ensayadas. Mientras las probetas sin refuerzo mostraban una ruptura frágil, las probetas reforzadas tuvieron un comportamiento dúctil, con rotura completa hasta dos minutos después de iniciada la primera fisuración. En los ensayos hechos en probetas con envejecimiento normal, las resistencias más altas las alcanzan los morteros con un contenido del 8% en peso de fibras. En los ensayos de envejecimiento acelerado los valores más altos corresponden a los morteros con 4% de fibras.

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Porcentaje de Partículas

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Figura 6.56 Morteros de Tradical 70. Resistencia a flexotracción según el contenido de fibras.

203

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Porcentaje de Partículas

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2SPCPTLCPM

Figura 6.57 Morteros de Tradical 70. Resistencia a compresión según el contenido de fibras.

En las Figuras 6.56 y 6.57 se muestra la influencia del contenido de partículas en la resistencia de las probetas curadas en laboratorio. En el caso de las partículas tratadas y lavadas (CFTL) las probetas con 8% de partículas registraron resistencias 3 veces mayores a las reforzadas con 2%. En el caso de las partículas mineralizadas, llama la atención que la diferencia entre el 2% y el 8% de refuerzo es pequeña, mostrando un incremento de 27% a compresión y de 3% a flexión luego de 30 meses de curado. 6.3.8.1 Otros contenidos de Fibras Como parte del trabajo de caracterización del material se hicieron pruebas con contenidos de fibra mayores a 8% en masa. Sin embargo debieron dejarse de lado ya que las mezclas obtenidas tenían difícil trabajabilidad. En estado fresco se formaban grumos de fibras en el recipiente de amasado que dificultaban una distribución homogénea dentro de la mezcla. Los contenidos de fibras que se probaron fueron de 10%, 12% y 14%. Pudo determinarse que al límite de trabajabilidad se llega con la adición del 12% de fibras en la mezcla.

6. Resultados

204

6.3.9 Influencia del Tratamiento de las Fibras En base a lo mostrado en las Tablas 6.35 y 6.36 puede concluirse que pueden obtenerse mejoras en las resistencias mecánicas de la matriz, mediante la inclusión de fibras dentro de la matriz. Los datos recopilados en las tablas también muestran que las fibras de maíz deben tratarse para obtener mejoras en su comportamiento dentro del compósito.

12 meses Ambiente exterior

SP 1,16 1,71 1,00 3,9

CF 4% 1,3 1,39 1,21 2,98

CFL 4% 0,94 1,44 1,52 3,23

CFTL2% 2,01 2,13 1,65 3,95

CFTL4% 1,07 1,84 2,75 4,31

CFTL8% 1,65 2,85 4,74 5,37

CFM 2% 2,53 3,06 3,36 2,39

CFM 4% 1,29 2,44 2,83 3,27

CFM 8% 2,55 3,15 3,47 2,74

Tratamiento y Porcentaje de Fibras

Resistencia a la Flexión (Mpa)

7 días 28 días 30 meses

Tabla 6.35 Morteros de Tradical 70. Influencia del contenido y tratamiento de fibras



SP 1,67 2,42 3,09 6,02

CF 4% 1,19 1,13 0,98 3,21

CFL 4% 1,69 2,58 3,52 4,24

CFTL2% 2,49 2,43 2,58 4,75

CFTL4% 2,42 3,46 4,23 7,21

CFTL8% 3,54 6,23 9,01 8,63

CFM 2% 3,60 4,76 5,09 5,64

CFM 4% 1,91 3,39 4,15 6,06

CFM 8% 3,61 5,14 6,51 8,96

Tratamiento y Porcentaje de Fibras

Resistencia a la Compresión (Mpa)

7 días 28 días 30 meses

Tabla 6.36 Morteros de Tradical 70. Influencia del contenido y tratamiento de fibras

Resistencia a compresión. En los tres tipos de matrices utilizadas los valores de resistencia más bajos corresponden a los morteros con fibras sin tratar CF. De los tipos de tratamiento de fibras, los más adecuados son: lavar y dejar las fibras en agua durante tres días (CFTL) y mineralizar las fibras (CFM).

205

Las Figuras 6.58 y 6.59 comparan las resistencias de los dos métodos de tratamiento mencionados con el mortero sin reforzar. A 30 meses de curado la resistencia a flexión del mortero CPTL8% es casi cinco veces mayor que la del mortero sin refuerzo, mientras que la del CPM8% es tres veces mayor.

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

7 dias 28 días 30 meses

Tiempo de Curado

Res

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ón, N

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2

SPCPTL8%CPM 8%

Figura 6.58 Morteros de Tradical 70. Resistencia a flexotracción según el tratamiento de fibras.

A compresión la resistencia de los morteros CFTL8% y CFM8% es tres y dos veces mayor respectivamente, que la matriz sin refuerzo. De los tipos de tratamiento de fibras, el más adecuado en matrices de Tradical 70 es el de mineralizar las fibras.

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7 dias 28 días 30 meses

Tiempo de Curado

Res

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n, N

/mm

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SPCPTL8%CPM 8%

Figura 6.59 Morteros de Tradical 70. Resistencia a compresión según el tratamiento de fibras.

6. Resultados

206

6.4 Conclusiones

207

El maíz representa el cultivo con mayor superficie cultivada de Latinoamérica. En esta investigación se han estudiado las características mecánicas de un compósito hecho con desechos del tallo de esta planta, con el fin de aplicarlo en el desarrollo de materiales para viviendas de bajo coste. Tomando como base los resultados obtenidos, puede concluirse que la inclusión de fibras tratadas en matrices de cal mejora las características del mortero. Esto ocurre con todos los porcentajes de refuerzo ensayados, aunque de manera general la adición del 8% de partículas representó mejores resistencias. De los tratamientos ensayados el lavado e inmersión en agua se apunta como el más adecuado, por su combinación de mejora en la resistencia del mortero y por el bajo impacto ambiental que representa. La resistencia post-fisuración es un valor de resistencia de los morteros reforzados con fibras que convendría evaluar en los morteros que mejores resistencias obtuvieron en la presente campaña de investigación. 6.4.1 Características de la Matriz En este trabajo se estudiaron tres tipos de matrices que variaron en función del aglomerante utilizado.

• Cemento Portland • Cal hidráulica Natural (CIMPOR) • Cal aérea+cal hidráulica con puzolana

A raíz de los resultados pudo establecerse que la matriz de cemento no parece ser la más adecuada para combinar con fibras de maíz como refuerzo. La inclusión de fibras en el mejor de los casos solamente logra una mejora del 1% a flexotracción y ninguna a compresión, donde el valor más alto alcanzado por los morteros con fibras ronda el 60% de la matriz sin reforzar. En cuanto a la cal hidráulica natural (CIMPOR) los mejores resultados, tanto a flexotracción como a compresión, se obtuvieron en los morteros sin adición de fibras, por lo que no se justifica utilizarlas como refuerzo en matrices con este aglomerante. El tipo de matriz que resulta ser más compatible con las fibras es la cal aérea con adiciones de puzolana y ligantes hidráulicos ("Tradical 70"). Y aunque las resistencias máximas alcanzadas equivalen a un 33% de las resistencias a flexotracción y a un 13% de la resistencia a compresión del mortero de cemento; debe señalarse que las posibles aplicaciones del mortero reforzado con fibras que se estudia, la constituyen elementos de cerramiento sin requerimientos estructurales importantes. Otra característica reseñable de este aglomerante es su elevada capacidad de retención de CO2 en comparación con otros materiales como el cemento, lo que disminuye su liberación en la atmósfera.

6. Resultados

208

6.4.2 Características de las Fibras de Maíz Como punto de partida y basado en experiencias anteriores, las partículas utilizadas como refuerzo en las matrices estudiadas tenían una forma de tipo paralelepípedo con dimensiones promedio de 10mm x 2mm x 0,3mm. El proceso de obtención de partículas se hizo con medios exclusivamente mecánicos. La naturaleza porosa de las fibras de maíz redujo en todos los casos la densidad en estado endurecido del compósito. Un aporte del presente trabajo lo constituye la determinación de la longitud crítica y el volumen máximo de las fibras usadas como refuerzo. Basados en la resistencia máxima a tracción de las fibras y en su adherencia a la matriz escogida (Tradical 70+arena) se determinó que la longitud crítica lc para usarla como refuerzo en este tipo de matriz es de 40mm. El uso de fibras cortas generó un comportamiento isotrópico de la mezcla ante los esfuerzos mecánicos. Aunque la eficiencia del reforzamiento es menor, la resistencia a esfuerzos multidireccionales es más efectiva y uniforme. Sin embargo, las fibras más cortas tienen como consecuencia que el compósito falle por falta de adherencia entre la fase matriz y la fase fibrosa. Como volumen máximo se delimitó un contenido de 8% en masa de fibras. Las probetas ensayadas requirieron de instrumentos de mezclado y de moldeo en los que se dificultaba la trabajabilidad de la mezcla al usar fibras más largas de 10mm o contenidos mayores del 8% en masa. Sin embargo se hicieron pruebas con mayores volúmenes de fibra y se determinó que puede alcanzarse un nivel mínimo de trabajabilidad con volúmenes de fibra de hasta el 12%. De cara a la fabricación de elementos constructivos, también se plantea la posibilidad de aumentar la longitud de la fibra tomando como límite los 40mm de longitud crítica definida en esta fase de la campaña experimental. Se estableció este límite ya que el uso de fibras con longitud menor o igual a lc permite la fabricación de elementos constructivos mediante moldeo por compresión, por inyección y extrusión. Esto se traduce en rapidez de ejecución y en el caso de materiales para viviendas de bajo coste en la posibilidad de utilizar tecnologías blandas como bloqueras manuales que dependen casi exclusivamente de la disponibilidad de mano de obra local. Por otro lado, el elemento constructivo desarrollado se supone estará sometido a cargas en distintas direcciones, por lo que interesa que tenga un comportamiento isotrópico, que en esta caso está garantizado por las fibras cortas orientadas al azar.

209

6.4.3 Características del Compósito De la campaña experimental se ha determinado que la inclusión de fibras de maíz en morteros de cal aérea+cal hidráulica+puzolanas es una estrategia viable de aprovechamiento de subproductos agrícolas. Sin embargo, las mejoras dependen del contenido y tratamiento que se les de a las fibras antes de incluirlas dentro de la matriz. 6.4.3.1 Dosificaciones La dosificación óptima establecida a raíz de la campaña experimental es la siguiente: Tradical 70 1 Arena 3 Agua 0,5 Fibras 0,08 (8%) 6.4.3.2 Contenido de Fibras La adición del 8% en masa de fibras garantiza niveles adecuados de trabajabilidad de la mezcla y aporta mejoras en el comportamiento mecánico de la matriz. Este volumen puede incrementarse como máximo hasta un 12%, tomando en cuenta que con este contenido se compromete la trabajabilidad de la mezcla. 6.4.3.3 Tratamientos de las Fibras De manera general entre los tipos de tratamiento de fibras el más adecuado en matrices de Tradical 70 es el de mineralizar las fibras. A flexotracción registra valores un 25% mayores que la segunda opción más alta, el mortero CFTL. A compresión es solo un 2% menor que el mismo mortero CFTL que resulto ser el más alto, pero la evolución de la curva de resistencia-tiempo de curado muestra que podría llegar a superarlo. Bajo una óptica medioambiental, el tratamiento de lavado e inmersión durante tres días (CPTL) es el más adecuado para tratar las partículas, ya que implica el uso de un método de baja demanda energética, a diferencia de la mineralización que utiliza un agente químico que además de aumentar la carga energética necesaria para fabricar el compósito, implica dependencia de insumos foráneos, lo que desvirtúa su uso para proyectos de bajo coste.

6. Resultados

210

6.4.4 Durabilidad del Compósito 6.4.4.1 Condiciones Ambientales Naturales El incremento de resistencia de las probetas curadas en condiciones exteriores en comparación con las probetas curadas en condiciones de laboratorio, más que a la presencia de fibras puede deberse a un aumento en la carbonatación de la matriz al encontrase expuesta a un ambiente urbano con mayor cantidad de CO2. Este fenómeno coincide con observaciones experimentales hechas por Toledo Filho et. al. en las que el tratamiento de los compósitos en ambientes ricos en CO2 mejoraron la durabilidad del material [21]. 6.4.4.2 Envejecimiento Acelerado Las Tablas 6.37 y 6.38 muestran los resultados de las pruebas de envejecimiento acelerado en comparación con la resistencia de las probetas ensayadas luego de 12 meses de curado en ambiente exterior.


SF 2,08 2,39 2,34 3,9

CF 4% 0,9 1,02 0,9 2,98

CFL 4% 1,6 1,67 1,1 3,23

CFTL2% 1,77 1,98 1,75 3,95

CFTL4% 1,56 1,75 1,2 4,31

CFTL8% 1,83 2,44 2,21 5,37

CFM 2% 2,22 2,98 1,31 2,39

CFM 4% 2,79 2,32 0,95 3,27

CFM 8% 2,7 2,66 1,61 2,74

Tratamiento y Porcentaje de Partículas

Resistencia a la Flexión (N/mm2)

Ataque salino Mojado-secado Rayos UVA

Tabla 6.37 Morteros de Tradical 70. Comparativo Envejecimiento natural-envejecimiento acelerado



SF 4,86 4 4,62 6,02

CF 4% 2,5 3,4 1,12 3,21

CFL 4% 4,13 5,12 2,14 4,24

CFTL2% 3,91 4,95 2,18 4,75

CFTL4% 7,53 6,58 1,35 7,21

CFTL8% 6,11 5,45 2,66 8,63

CFM 2% 4,67 6,19 2,57 5,64

CFM 4% 6,55 5,7 1,53 6,06

CFM 8% 6,47 5,66 3,09 8,96

Tratamiento y Porcentaje de Partículas

Resistencia a la Compresión (N/mm2)

Ataque salino Mojado-secado Rayos UVA

Tabla 6.38 Morteros de Tradical 70. Comparativo Envejecimiento natural-envejecimiento acelerado

Resistencia a compresión.

211

En el ensayo de ataque salino no se registraron variaciones físicas de las probetas. Al evaporarse el agua, transportó por los poros de la mezcla material salino que originó eflorescencias en la superficie de las probetas. La resistencia a compresión con 4% de refuerzo de fibras tratadas-lavadas (CFTL) es un 55% mayor que la mezcla de control. A flexión se obtuvo un incremento de 34% en la mezcla con refuerzo de 4% de fibras mineralizadas (CFM) En el ensayo de mojado y secado la mejor resistencia a compresión se obtuvo con fibras tratadas-lavadas (CFM). Con 4% de refuerzo de fibras se obtuvo un incremento de 65% de la resistencia a compresión con respecto a la mezcla sin refuerzo. A flexión, la mejor resistencia la aporta un refuerzo de 2% de fibras mineralizadas que representa un 25% más que la resistencia de la mezcla de control. En el caso de los rayos UVA, no se registro mejora alguna con ninguna de las combinaciones de tratamiento y cantidad de refuerzo. Llama la atención entonces, el incremento en la resistencia de las probetas curadas en ambiente exterior, que también estuvieron sometidas a radiación solar. Aquí el incremento podría explicarse por el proceso de carbonatación al que se ve sometida el compósito, que reduce la alcalinidad del medio y disminuye el deterioro de las partículas [8,19-21]. Bibliografía 1 Herrero Nuñez, Eduardo. “Mezclas de Cal y Cemento en morteros de albañilería”. ANCADE. Jornadas sobre la utilización de la cal en los morteros: morteros puros y mixtos. Documento presentado en Construmat 2001. 2 Cerezo, Véronique. “Propriétés mécaniques, thermiques et acoustiques d’un matériau à base de particules végétales : approche expérimentale et modélisation théorique“. Tesis Doctoral L’Ecole Nationale des Trabaux Publics de l’Etat. 2006. 225 pp. 3 ASTM C 618 Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete. 2005 4 Quiñónez, Francisco. “Estado actual de la investigación de las puzolanas en Guatemala como material de construcción” Centro de Investigaciones de Ingenierìa, Universidad de San Carlos de Guatemala. 5 Barbeta Solà, Gabriel.” Mejora de la tierra estabilizada en el desarrollo de una arquitectura sostenible hacia el siglo XXI”. Tesis doctoral. Departamento Construcciones Arquitectónicas 1. Universidad Politécnica de Catalunya. 2002. 6 Gram, Hans Erick "Durability of Natural Fibres in Concrete" en Natural Fibre Reinforced Cement and Concrete. Pp. 163 7 Zoghlami, Karima. “Las areniscas miocénicas de la formación fortuna utilizadas en la construcción del acueducto romano de Zaghouan-Cartago”. Tesis Doctoral. Departamento de Geología. Universidad Autónoma de Barcelona. 2003.

6. Resultados

212

8 Fordös Z.”Natural or modified cellulose fibres as reinforcement in cement composites” en Natural Fibre Reinforced Cement and Concrete. 1998 Pp. 195 9 Coutts R.S.P. “Wood fibre reinforced cement composites”. En Natural Fibre Reinforced Cement and Concrete. Ed. Swamy RN. 1988 Pp.1-63 10 Narendra Reddya and Yiqi Yanga. “Structure and properties of high quality natural cellulose fibers from cornstalks” En Polymer, Volume 46, Issue 16. 2006. 5494-5500 11 Cyras V. “Relación, estructura, propiedades y procesamiento del material compuesto biodegradable obtenido a partir de policaprolactona/almidón y fibra de sisal”. Tesis Doctoral. INTEMA. Universidad Nacional de Mar del Plata. Argentina. 2001 12 Callister, W. “Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Editorial Reverté S.A. Barcelona, España. 2005

C140-06 Standard Test Methods for Sampling and Testing Concrete Masonry Units and Related Units 13 Rahim,S. "Carbohydrate Content in Oil Palm Trunk and its Influence on Some Characteristics of Cement-Bonded Particle Board".1992 14 Claramunt J., Vázquez E., Barra M. “Study of the applicable low-cost previous treatments to the vegetable fibers for their incorporation in the Portland cement mortars”. RILEM Conference on the Use of Recycled Materials in Building and Structures. UPC. Nov 2004. Abstract ID Number 339. 15 UNE-EN 1015-6:1999. Métodos de Ensayo para Morteros de Albañilería. Parte 6: Determinación de la Densidad aparente del Mortero Fresco 16 Ghavami K., Toledo Filho R., Barbosa N. “Behaviour of composite soil reinforced with natural fibres” En Cement and Concrete Composites 21. 1999. 39-48. 17 Martirena J. et al. "Durability of kenaf fibers used as ductile reinforcement in cement matrixes" 18 Toledo Filho R. et.al."Durability of alkali-sensistive sisal and coconut fibres in cement mortar composites" Cement and Concrete Composites. 2000; 22: p 127-143 19 Savasatano H. et al "Potential of alternative fibre cements as building materials for developing areas" Cement and Concrete Composites, 2003 20 Bouhicha, M. et. al. “Performance of composite soil reinforced with barley straw”. Cement and Concrete Composites. 2005; 27: p 617-621 21Toledo Filho R. et. al. "Development of vegetable fibre-mortar composites of improved durability". Cement and Concrete Composites. 2003; 25: p 185-196

Resistencia a compresión bloques de maíz

Bloque con 4% fi bras3,26Mpa



7

Energía incorporada 8,87 MJ/bloque

Pagina anterior Curado de probetas compósito de maíz y cal. Laboratorio de Materiales EUPB. Barcelona 2003

7

Propuesta de un Elemento:

Aplicaciones del Compósito Estudiado

7.1 Justificación En el Capítulo 2.Planteamiento del Problema se ha descrito el alcance de la escasez de vivienda que caracteriza a los países latinoamericanos. Se muestra además que el problema de la vivienda es en gran medida un problema de materiales, que unido al de estructura social y económica permite que la brecha de desigualdad entre ricos y pobres sea cada vez mayor. Los materiales de construcción naturales son sanos por regla general. El bajo rendimiento técnico que tienen algunos materiales orgánicos suele inclinar la balanza de lado de los productos artificiales con mayores prestaciones, generalmente de resistencia. Sin embargo, actualmente ha vuelto el interés por los materiales tradicionales muchas veces gracias a su indudable salubridad. A medida que se profundiza en el conocimiento de estos materiales, se exploran nuevas técnicas para utilizarlos de formas diferentes o para mejorar sus características. Son varias las líneas de investigación en el campo de los materiales en las que se buscan alternativas a las soluciones tradicionales en los países en desarrollo. A grandes rasgos las principales líneas de investigación en el campo de materiales enfocados a vivienda de interés social son:

• Utilización de materiales y subproductos locales, conservación de recursos y energía.

• Aumento de la durabilidad y resistencia al fuego de los materiales de construcción autóctonos.

• Tecnologías apropiadas; aspectos económicos de las investigaciones y desarrollos tecnológicos.

• Aplicación de técnicas de control de calidad para el mejor uso de los recursos.

• Conservación de los recursos naturales y energéticos.

217

Los materiales de construcción básicos que han sido mayormente estudiados incluyen:

• Tierra (arcilla, adobe, tapial, laterita) • Cemento, cal, yeso y puzolanas: Construcción de fábricas sencillas de baja o media capacidad Empleo de materias primas y subproductos locales Empleo de combustibles locales para la fabricación de elementos constructivos. • Hormigón, ferrocemento, ladrillos, bloques, elementos premoldeados. • Madera, bambú, subproductos vegetales.

Importancia de la transferencia horizontal de conocimientos de Sur a Sur. 7.1.1 El Reciclaje como Alternativa de Construcción Se estima que para el año 2050 la población humana alcanzará los 10,000 millones de habitantes con lo que causará un impacto ambiental ocho veces superior al actual, si se alcanza el crecimiento anual mundial de 2% pronosticado por la Organización Mundial del Comercio [1]. Es evidente la presión adicional que representa este crecimiento para los ecosistemas del mundo, sometidos ya a un gran desgaste. Vivimos en un planeta finito y con una determinada capacidad para asimilar los procesos vitales de las especies que alberga. La civilización humana lo ha llevado al límite al aumentar la población junto con una gran cantidad de residuos no biodegradables, desde la adopción del capitalismo y el crecimiento de la industrialización. Existe cierto consenso entre grupos ecologistas y algunos representantes de la industria en que para revertir el impacto de la actividad humana sobre el planeta, se hace necesario adoptar al menos una de las estrategias bautizadas como las cuatro erres: Reducir el consumo en general y la demanda de recursos no renovables en particular; Reutilizar en la medida de lo posible los elementos y bienes diseñados y construidos. El siguiente nivel de actuación consiste en Reciclar, esto es recuperar la fracción útil de un material mediante su extracción y reprocesamiento. A diferencia de la reutilización, el reciclaje implica una carga de energía adicional necesaria para transformar el material. En construcción el siguiente ámbito de actuación es el de la Rehabilitación, acciones que ocupen espacios infrautilizados o desocupados a fin de evitar la presión que representa la ampliación de la superficie edificada. A lo largo de este trabajo se ha mostrado el potencial de reciclaje que tienen los deshechos agrícolas como materia prima para la elaboración de materiales constructivos. La composición lignocelulósica de estas plantas las hace

7. Propuesta de un elemento

218

compatibles con industrias con procesos establecidos como los tableros de partículas y fibras. La estrategia propuesta entonces consiste en el reciclaje de estos subproductos y su utilización como materia prima para el desarrollo de un material constructivo. De cualquier forma se trata en todo caso de cambiar la visión que se tiene de estos subproductos, para considerarlos potencialmente útiles para otros usos. En todo caso se pretende reciclar estos “desechos”, pero cuidando de no infraciclarlos, o sea cuidando de mantener o mejorar la calidad del material obtenido con relación a sus componentes iniciales. Un material por el simple hecho de ser reciclado, no se convierte automáticamente en benigno desde el punto de vista ecológico, especialmente si no fue diseñado específicamente para ser reciclado [2]. En este sentido, se ha tenido en cuenta la naturaleza propia de los materiales que conforman el material que proponemos en el presente trabajo. El hecho de incorporar un material orgánico en una matriz inorgánica ha generado en nuestro caso un material biocompuesto. Este tipo de materiales se forman por biomineralización y en la naturaleza pueden encontrarse ejemplos como los dientes, las conchas de animales y algunos tallos de plantas. En estos casos una matriz orgánica polimérica es reforzada por un depósito inorgánico.

219

7.2 Antecedentes


220

7.2.1 Low Tech: Inventiva a Bajo Coste Los primeros antecedentes que pueden encontrarse relacionados con el compósito estudiado pueden encontrase en la arquitectura vernácula donde existen numerosos ejemplos de tecnologías respetuosas con el medio ambiente. Las construcciones autóctonas no suelen tener más fin que el de proveer un microclima adecuado a los habitantes para desarrollar sus actividades internas y en ningún caso pretenden modificar el clima externo, que usualmente se mantiene inalterado. Desde el punto de vista estructural o material, las manifestaciones vernáculas suelen caracterizarse por uso de materiales locales y de procesos de fabricación con baja carga energética, usualmente dependiente de mano de obra intensiva. Desde el punto de vista energético, la arquitectura vernácula hace uso de recursos fungibles, como el carbón y la madera, para satisfacer necesidades de acondicionamiento puntuales [3]. Actualmente las tecnologías vernáculas re-emergen como parte del repertorio de alternativas disponibles para enfrentar los actuales problemas ambientales. En la práctica constructiva del día a día, los constructores tradicionales conocen, a menudo mejor que los propios arquitectos, cómo adaptarse a condiciones ambientales cambiantes. Esto se debe en parte a que ellos pueden asumir el riesgo de experimentar alternativas que ofrecen resultados inciertos. Disponen además de tiempo suficiente para enmendar errores y no están sometidos a normativa ni urgencias de prestigio social. En este laboratorio permanente e informal de tanteo y error, las soluciones exitosas se convierten en ejemplos a seguir en la práctica formal de la arquitectura. Además del beneficio ambiental de las alternativas vernáculas y sus variantes actuales, esta el beneficio económico ya que ofrecen un ahorro inmediato en los gastos de reparación y consumo energético en la obra construida. Con los precios de la energía en una sostenida tendencia al alza, y la economía global consecuentemente afectada por ello, algunos arquitectos, constructores y promotores están ahora pensando decididamente en estrategias de construcción que hagan un uso racional de los recursos. 7.2.1.1 Procesos En muchas manifestaciones vernáculas, aprender a construir forma parte del proceso de convertirse en miembro activo del grupo social. Actividades como la talla de piedra, el corte de la madera, el moldeo o cocción de ladrillos, la colocación de pieles o telas, todo debe ser aprendido y forma parte del proceso de configurar la vivienda. La unidad construida depende de los materiales y los elementos tecnológicos disponibles para cada grupo humano. A medida que cambia la estructura social, se va perfilando cierta especialización y entonces son determinados individuos los que se dedican exclusivamente a la tarea de construir. Los individuos agrupados en gremios transmiten entonces los conocimientos a los aprendices que llegado el momento serán los nuevos constructores.

221

Esta breve descripción del fenómeno gremial en construcción nos sirve para mostrar que toda unidad construida es el resultado de un proceso, muchas veces espontáneo y empírico, que forma parte de la cultura y tradición de cada grupo humano. Este producto final varía según el grupo humano y las condicionantes económicas, ambientales y tecnológicas que le afectan. Este proceso cobra especial importancia en Latinoamérica, donde la vivienda no puede ser observada con la misma óptica con que se ve la vivienda en los países industrializados: como un producto terminado. Aquí se trata más bien de un proceso en el sentido estricto de la palabra, que no deja de cambiar según crecen y cambian las posibilidades económicas de las familias que la habitan. La vivienda no es un producto que se ocupa una vez esta terminado, sino un ente en constante cambio, que empieza desde la ocupación irregular o la adquisición de un lote, seguida de una edificación lenta que puede llevar varios años, según la capacidad de ahorro y dedicación de la familia.[4] El ejercicio de habitar en Latinoamérica es un proceso que conforma de manera paulatina la fisonomía de las ciudades. La vivienda no esta acabada, sino adaptándose constantemente, dando como resultado que los habitantes nazcan, crezcan e incluso mueran en viviendas no terminadas. Con la propuesta que se desarrolla como aporte de este trabajo de investigación se pretende acompañar a los habitantes de las viviendas latinoamericanas en este proceso de edificar su vivienda. Se trata de proponer herramientas y formas de hacer que les permitan configurar sus hogares con un mínimo de garantías de seguridad y confort. En este sentido el resultado de este trabajo pretende sentar las bases de un sistema constructivo que aporte con los ya existentes más posibilidades de proveer de soluciones habitacionales para los pobladores de países en desarrollo. 7.2.1.2 Equipos De manera muy general pueden encontrarse en Latinoamérica cuatro niveles de tecnología dependientes del nivel de ingresos de los sectores a los que se dirigen la soluciones habitacionales generadas5. Tecnología avanzada o high tech: Dirigida al sector de la población con mayores ingresos. Se caracteriza por el uso intensivo de materiales, equipos, elementos y diseños importados. Su aporte a la provisión de soluciones habitacionales de bajo coste es prácticamente nula. Tecnología media o soft tech: Presente en las promociones de vivienda fruto de programas oficiales nacionales o internacionales. Las tecnologías se encaminan al abaratamiento de costes y muchas veces se quedan en una imitación de modelos importados como los bloques de viviendas hechas con elementos prefabricados propios de ciudades dormitorio. Tecnología blanda o low tech: Propia del sector informal de suministro de materiales. Es en este tipo de sector donde posiblemente sean más útiles las


222

aportaciones tecnológicas, ya que en la búsqueda de soluciones más económicas se contempla un fenómeno de apropiación de tecnologías y de generación de soluciones propias que responden a la necesidad creciente de materiales de construcción. Muchas veces la búsqueda de soluciones económicas llevan a la sustitución de insumos importados por materiales disponibles localmente, como las cubiertas a base de elementos cerámicos o placas de fibras vegetales, uso de cal como aglomerante o puzolanas como adiciones del cemento portland; uso de madera y bambú, sustitución de bloques de hormigón por bloques de tierra prensada. Es en este sector en el que podría apoyarse una posible autonomía constructiva de los países latinoamericanos con respecto a las tecnologías importadas. De forma que es a este sector al que se dirige el aporte de este trabajo con el que se propone un sistema de industrialización liviana, con poca u ninguna dependencia de insumos foráneos y que sea transferible esto es, económica, simple y fácilmente replicable6. Que apoye en definitiva el proceso de configuración paulatina de la vivienda característico de las ciudades latinoamericanas. No tech: Respuestas de emergencia de los sectores más desfavorecidos. Indigentes, desplazados por conflictos armados o catástrofes naturales. Acompañadas de fenómenos de invasión de terrenos o de ocupación de solares con alto grado de riesgo. Se caracteriza por el uso de materiales precarios y sin garantías de seguridad. A este sector de la población que es aproximadamente el 20% se dirigen las nuevas políticas de mejora y consolidación barriales que buscan mantener el tejido social que se ha ido generando con el paso de los años.

7.2.1.3 Personas En Latinoamérica el sector informal genera alrededor del 50% de soluciones habitacionales. Son las personas alejadas de los circuitos comerciales inmobiliarios quienes autoproducen la mayor parte de viviendas que se construyen en la región.

Figura 7.1 Programa Servivienda. Bogotá, Colombia

Es a este sector de la población a el que se dirige el aporte de este trabajo. Se trata de que mediante técnicas de producción sencillas y con el aprovechamiento y reciclaje de los recursos materiales locales, cuenten con una alternativa técnicamente apropiada para edificar.

223

7.2.2 De Sur a Sur. Tecnologías Constructivas Latinoamericanas. Salas (2000) define un sistema constructivo como una entidad heterogénea formada por personas, medios materiales y conocimientos de una determinada tecnología, que hacen posible el acto de construir. Al hablar de tecnologías no nos referimos únicamente a la disponibilidad de maquinaría, sino a modos de hacer las cosas. La tecnología tiene un componente material que incluye los dispositivos mecánicos necesarios para aplicarla, pero también tiene un componente inmaterial, que esta relacionado con la forma que tienen los grupos humanos de organizarse para realizar determinada tarea. Puede hablarse de un sistema constructivo cuando reúne de forma simultánea:

• Tecnología que aporte mejoras sobre las formas de hacer pre-existentes • Equipo humano capacitado para aplicar dichos conocimientos. • Instalaciones y equipos de fabricación que produzcan elementos según

características específicas. La Tabla 7.1 muestra las etapas que caracterizan el proceso de desarrollo de un nuevo sistema constructivo.

1. Formación del equipo humano que ha de desarrollar e implementar el sistema

2. Delimitación del mercado potencial al que se destina

3. Análisis de los tipos de edificios que se pretenden realizar con el sistema.

4. Análisis y evaluación de la competencia existente

5. Materialización inicial del know-how propio del sistema

6. Comprobación formal del diseño del sistema

7. Ensayos escala real y evaluación de resultados

8. Decisiones sobre la gestión y organización.

9. Inicio de la producción.

PROCESO DE ELABORACIÓN DE UN SISTEMA CONSTRUCTIVO.

Tabla 7.1 Etapas Sistema Constructivo

A modo de síntesis y basados en el completo trabajo de recopilación y difusión de experiencias de Lorenzo Gálligo (2005), citamos la clasificación hecha por Bocalandro M, del tipo de tecnologías más usuales que se encuentran en el mercado latinoamericano [7]:


224

Tecnologías Industrializadas

1%

Tecnologías Tradicionales

40%

Tecnologías Informales

30%

Tecnologías Vernáculas

29%

Figura 7.2 Tecnologías más usuales en Latinoamérica

Tecnologías tradicionales: 40%. Uso de ladrillos, bloques, madera y hormigón in situ. Dirigidas al sector formal y entre sus realizaciones están las viviendas de tipo residencial e infraestructuras de carácter urbano. Se utiliza e proyectos de vivienda económica y en la consolidación de barrios.

Tecnologías informales: 30%. Uso de materiales en desuso. Desechos industriales y muchas veces precarios. Se encuentran en viviendas y barrios marginales.

Tecnologías vernáculas: 29%. Uso de materias primas sin procesamiento industrial como el barro, la madera rolliza, el bambú. Estas tecnologías se utilizan fundamentalmente en zonas rurales, poblaciones pequeñas y zonas urbanas periféricas.

Tecnologías industrializadas: Solo el 1% de las viviendas edificadas en Latinoamérica utiliza tecnologías constructivas prefabricadas, producto de industrialización liviana o intensiva. Los ejemplos más ilustrativos de industrialización integral apropiada que pueden encontrarse se citan en la Tabla 7. 3

Es evidente que en Latinoamérica todavía se producen las viviendas de manera muy tradicional. Los sistemas vernáculos e informales juntos representan el 60% del total de formas de producción de viviendas. Para ilustrar lo anterior imaginemos la construcción de vivienda en Latinoamérica como si fueran solo diez casas. Cuatro se hacen con técnicas tradicionales en un entorno urbano con servicios, tres utilizan tecnologías vernáculas y se ejecutan en un medio rural o en la periferia urbana y las tres

225

últimas se hacen con materiales precarios y se ubica en zonas marginales con alto riesgo en caso de fenómenos naturales. Solamente un pequeño trozo de una de las tres casas (la cisterna de agua, la casita del perro, el buzón para las cartas) se produce industrializadamente. Los sistemas tradicionales y vernáculos que abarcan el hormigón, la madera y la arcilla se emplean abundantemente y es razonable pensar que sigan siéndolo. El sector informal pese a las limitaciones que hace frente (Tabla 7.2), es responsable de gran parte de la construcción en Latinoamérica, y en materia de vivienda popular su peso específico es aún mayor.

Sin responsabilidad limitada

Los empresarios informales arriesgan todos sus bienes en cada operación en la que se involucran.

Sin derecho a propiedad

Al estar fuera de la ley, no existe forma de probar la propiedad. Como consecuencia viven con la constante amenaza de la expropiación y el desalojo.

Sin protección legal

Los empresarios informales no tienen derechos para hacer cumplir sus contratos ante la justicia. Las actividades informales no tienen protección ante agravios y estafas.

Sin acceso al crédito Al no disponer de títulos de propiedad, no tienen garantías sobre las que pedir prestado.

Tabla 7.2 Características de la informalidad en Latinoamérica. (SALAS 1998)

Parece razonable entonces intensificar esfuerzos encaminados a formalizar el sector informal. Salas (1998) apunta que sin la concurrencia de la industria, no es posible dar respuesta a nivel macro a los grandes problemas materiales que aquejan a los sectores populares, entre ellos la vivienda. Sobre estos esfuerzos de industrialización trata el apartado siguiente. 7.2.3 Industrialización de componentes Se ha observado que la industrialización está presente en un escaso 1% del total de soluciones técnicas latinoamericanas. Sin embargo las propuestas que sobretodo empezaron en la década de los 70 han ido madurando, consolidándose y adaptándose a una realidad social compleja. De esta forma el entusiasmo inicial por los sistemas de prefabricación pesada, herederos de la experiencia europea de posguerra, han ido dando paso a formas más sencillas que se adaptan de mejor manera a una realidad social y económica diferente. Es así que las tecnologías industrializadas con mayor difusión y permanencia se apoyan más en la autoconstrucción que en sistemas cerrados en los que el usuario tiene poca o nula participación. Queda aún mucho camino, y desde luego que pensar solo en la industrialización o la autoconstrucción como


226

panacea que resuelva la totalidad de la problemática de vivienda no sería una postura muy inteligente. Sin embargo el camino de apoyo al fenómeno autoconstruído parece una vía aceptable, sobretodo tomando en cuenta que la autoconstrucción es un hecho evidente e imparable ejecutado por un conjunto cada vez mayor de población que tiene solamente esta alternativa para acceder a una vivienda. De esta forma no parece inútil la presencia de tecnologías industrializadas livianas que garanticen unas calidades básicas, a la vez que genere focos de producción regionales (en oposición a los focos monopólicos), y que permita a los usuarios conformar con sus manos su hábitat. Salas (2000) aporta un perfil tipo de la empresa latinoamericana que se dedica a producir viviendas de manera industrializada:

• El usuario de las técnicas de industrialización suele ser una empresa constructora privada que intenta abarcar todo el proceso y cubrir otro tipo de demandas además de la vivienda: escuelas, locales públicos y de servicios.

• Técnicas incorporadas no hace más de 20 años y usualmente gracias a un primer encargo de importante volumen.

• Utiliza fundamentalmente elementos de hormigón armado prefabricado para estructura y cerramientos, combinados con soluciones tradicionales para cimentación y cubierta.

• Posee una planta fija de producción en la que ha realizado una inversión relativamente modesta y los montajes se realizan manualmente o mediante medios de elevación livianos.

• Uso intensivo de mano de obra, pero siempre dentro de la economía formal.

El siguiente paso consistió en explorar el estado actual de las tecnologías constructivas presentes en Latinoamérica.

227

7.3 Estado Actual de las Técnicas Constructivas industrializadas en Latinoamérica


228

Con el fin de buscar una tecnología compatible con el compósito estudiado en este trabajo, se realizó una completa exploración de las técnicas constructivas latinoamericanas que incorporan de alguna forma la industrialización de componentes. Para esto ha sido de gran utilidad el trabajo de la red CYTED bajo la cual se han elaborado una serie de estudios que buscan catalogar los diferentes tipos de técnicas constructivas industrializadas que pueden encontrarse en Latinoamérica. En esta línea son reseñables los trabajos de Walter Kruk (1993) Julián Salas (1998, 2000) y Pedro Lorenzo (2005). En ellos se describen una serie de tecnologías que han ido desarrollándose en los últimos veinte años y que reflejan una tendencia interesante: Son cada vez más los técnicos y empresarios que se involucran en la propuesta de componentes para viviendas de bajo coste. En el Anexo 7.1 pueden consultarse una serie de 150 fichas de tecnologías elaboradas a partir de los trabajos mencionados. Con los datos aportados por estos estudios se elaboró una base de datos que permite entender la industrialización en Latinoamérica, desde el punto de vista de los materiales más utilizados, los países de procedencia de la tecnología, el año de creación, el nivel de implantación y la tipología de viviendas que permiten resolver. La Tabla 7.3 muestra algunos de los mejores ejemplos de industrialización integral encontrados en la exploración de los sistemas latinoamericanos. Las 150 tecnologías encontradas no deben tomarse necesariamente como una muestra representativa del universo total de tecnologías constructivas latinoamericanas. Tampoco es el objetivo del presente estudio. Sin embargo representan un número importante tomando como base que representan tecnologías provenientes de 15 de los 19 países latinoamericanos1. Por otro lado, en 1993 ya reportaba Kruk que las 123 tecnologías que estudió equivalían a unos 40 millones de metros cuadrados construidos (alrededor de 800,000 viviendas). Pozak (2005) reporta el enorme avance hecho por las plantas productoras de tejas de microconcreto que pasaron de 20 plantas piloto en 1990 a una producción actual de 50,000 techos anuales repartidas en quince zonas de mercado presentes en siete países latinoamericanos [8] . Puede verse que, pese a representar aun todavía escaso 1% del total de viviendas edificadas, el crecimiento de este tipo de aportes tecnológicos latinoamericanos hace creer en la posibilidad de reducir la precariedad de ese enorme 30% informal todavía presente en la región. En todo caso se trata de un esfuerzo real de formalizar la informalidad llevado a cabo en forma seria por manos latinoamericanas.

1 Durante el mes de septiembre de 2007 se realizó en la ciudad de Córdoba, Argentina el “II Seminario de Ciencia y Tecnología para el Hábitat Popular.” Que bajo el lema Desarrollo tecnológico alternativo para la producción social del hábitat buscó un enfoque holístico al acercar el trabajo de profesionales que bajo diferentes disciplinas tratan el tema de la producción del hábitat social. Todos los trabajos presentes en el Seminario, que tratan la rama tecnológica (componentes constructivos, sistemas constructivos, materiales de construcción) figuran en la base de datos generadas en esta investigación.

SISTEMA MATERIAL DESCRIPCIÓN TIPO DE VIVIENDA PAÍS AÑO EVOLUCIÓN INSTITUCIÓN

SANCOCHO HORMIGÓN Vigas, paredes y losas formadas por bastidores metálicos que sirven como encofrado y armadura rígida de los elementos.

Unifamiliar/Colectiva Venezuela 1990 ImplantadoOTIP. C.A. Ing. Jose Peña. Email [email protected]

SERVIVIENDA MADERA Estructura portante de madera o acero con cerramientos a base de plaquetas modulares de hormigón en masa prefabricadas

Unifamiliar Colombia 1976 Implantado SERVIVIENDA. www.servivienda.org.co

SANDINO HORMIGÓNMuros compuestos por pequeñas columnas en las que se encajan paneles prefabricados de hormigón. Compatible con cubiertas prefabricadas o soluciones in situ

Unifamiliar Cuba. 1960 Implantado

CTDMC. Centro para el Desarrollo de los Materiales de Construcción. Maximino Bocalandro. [email protected]

BLOQUE PANEL HORMIGÓNVariante progresiva del sistema SANDINO. Producción industrial de pequeños bloques de hormigón que permiten el montaje manual. Se encajan en un sistema de columnas prefabricadas.

Unifamiliar Cuba. Implantado

CTDMC. Centro para el Desarrollo de los Materiales de Construcción. Maximino Bocalandro. [email protected]

SISTEMA “BENO” CERÁMICA, C. ARMADAMuro de doble placa de bovedilla armada. Además de soporte los paneles incluyen el aislamiento térmico y la instalación eléctrica. Alto porcentaje de prefabricación en obra.

Unifamiliar/Colectiva Argentina. 1973 Implantado

CEVE-Centro Experimental de la Vivienda Económica. www.ceve.org.ar /[email protected]

SISTEMA “DOMOZED” HORMIGÓNLosa nervada semiprefabricada. Formada por viguetas y domos que se usan como encofrado perdido. Se complementa con el hormigonado de una capa de compresión.

Unifamiliar Perú. Experimental

Universidad Nacional de Ingeniería. Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Artes.www.uni.edu.pe/sitio/academico/facultades/arquitectura email: [email protected]

TEJA MICROCONCRETO HORMIGÓN

Teja de pequeñas dimensiones elaborada con cemento, arena y agua mezclados y vibrados. Prefabricada con una mesa vibradora y moldes plásticos que le confieren la forma final. Puede colocarse en una estructura de madera, acero o viguetas de hormigón.

Unifamiliar Cuba. 1987 Implantado Ecosur.www.ecosur.org/ Tabla 7.3 Ejemplos de sistemas de industrialización integral en Latinoamérica

7.3.1 País de procedencia En la Figura 7.3 puede observarse los 15 países generadores de tecnologías. En Sudamérica es importante el aporte generado por Argentina y Uruguay. En el primero se localizan centros como el CEVE y el CECOVI con contrastada experiencia en el campo de tecnologías para vivienda social. Del segundo cabe resaltar la fortaleza del movimiento cooperativista que ha generado soluciones habitacionales para gran parte de la población local y de países vecinos.

0 5 10 15 20 25 30

Ecuador

Paraguay.

República Dominicana

El Salvador.

Guatemala

Colombia

Chile

México.

Venezuela.

Perú.

Cuba.

Brasil

Costa Rica

Uruguay.

Argentina.

Tecnologías Figura 7.3 Tecnologías en Latinoamérica. País de procedencia

En Centroamérica el aporte de Costa Rica es importantísimo. A la rica tradición de construcción en madera propia de áreas tropicales, se unen los esfuerzos del Programa Nacional del Bambú en aportar soluciones constructivas utilizando esta planta de rápido crecimiento, bajo peso y contrastadas propiedades mecánicas. En el Caribe es reseñable el aporte cubano. Desde las primeras propuestas de sistemas pesados a base de grandes paneles hasta el sencillo SANDINO que ha sido ampliamente replicado en el resto del continente

231

7.3.2 Material utilizado Según muestra la Figura 7.4 el material que predomina en las técnicas catalogadas es el hormigón armado que representa un 39% del total. Si se une a tecnologías que lo usan de manera análoga como el ferrocemento y el hormigón celular, entonces el conjunto llega a un 48% del total de tecnologías. Es importante la presencia de tecnologías que usan la madera y tecnologías mixtas que incluyen compósitos, plásticos y resinas naturales.

0 10 20 30 40 50 60 70

MÓDULOS SANITARIOS

HORMIGÓN CELULAR

TIERRA ARMADA

SUELO CEMENTO

TIERRA

ACERO

FERROCEMENTO

CERÁMICA, C. ARMADA

OTROS MATERIALES

MADERA

HORMIGÓN

Figura 7.4 Tecnologías en Latinoamérica. Material utilizado

Hormigón (39%): Material ampliamente utilizado en el sector formal e informal de construcción de viviendas pese a su costo elevado en algunos países, muchas veces ligado al transporte del cemento. Esta preferencia radica en su durabilidad, bajo mantenimiento, mejora de las condiciones de salubridad, inercia térmica y estatus social que otorga a las construcciones de bajo costo. Madera (17%): Producto natural renovable. La heterogeneidad de la materia prima determina que las soluciones constructivas se adapten a las especies que se encuentren en el lugar. Con madera se pueden realizar trabajos estructurales, de cerramiento y acabados. Para la construcción de vivienda suelen emplearse sistemas de tabique lleno, entramados y placas o paneles. Otros materiales (13%): Cementos puzolánicos, resinas vegetales, compósitos a base de celulosa o desechos agroindustriales como la ceniza de cáscara de arroz. Cerámica y Cerámica Armada (9%): El tradicional ladrillo de arcilla cocida usado de forma innovadora. Cambiando la densidad mediante la incorporación de microporos en la pieza o usando la pieza de forma no convencional dentro de paneles prefabricados en obra con armadura de acero. En techos se


232

encuentran aplicaciones en forma de dovelas para generar cubiertas abovedadas como las propuestas por el mexicano Carlos Gonzáles Lobo. Los aportes de Eladio Dieste al desarrollo como referente obligado de estas tecnologías son evidentes. Ferrocemento (5%): Micro hormigón armado, resultante de la asociación de mortero de cemento, arena y agua, con una armadura de acero constituida por alambres de pequeño diámetro poco espaciados entre sí. Forma parte de la familia de los hormigones estructurales. La característica más evidente de un componente prefabricado de ferrocemento es su reducido espesor (20 milímetros de media). La adaptación de las propuestas de Nervi hecha por el arquitecto brasileño Joao Figueira Lima Lelé están en la base del desarrollo de las tecnologías que usan el ferrocemento [4]. Acero (5%): Perfiles metálicos sirven de base a un esqueleto estructural que se combina con cerramientos tradicionales o prefabricados. Las soluciones más novedosas incluyen montaje en seco mediante tornillería o la creación de mallas isótropas que permiten por simple deformación adaptarse a cualquier forma deseada: cúpula, bóveda, paraboloide. Tierra (4%): Material ancestral con fuerte arraigo en los países Latinoamericanos. La alta sismicidad de ciertas zonas, unido a defectos en la ejecución han hecho que este material sea considerado inseguro. Su asociación a construcciones pobres y de baja calidad le otorgan una baja valoración social. Sin embargo los rasgos de economía de recursos y capital, las inmejorables características térmicas y el valor cultural asociado a la historia constructiva de ciertas ciudades le otorgan un valor añadido. Las tecnologías que usan este material como base se centran en mejorar los refuerzos verticales y horizontales de los muros y en mejorar la calidad de los adobes tradicionales, mediante la fabricación con prensas manuales que mejoran las propiedades mecánicas de los bloques y aumentan la productividad de los autoconstructores. Suelo cemento (3%): Mezcla de suelo, cemento y agua, generalmente con bajos contenidos de cemento y consistencias muy secas. Los suelos granulares de grano grueso son los más indicados ya que pueden pulverizarse y mezclarse más fácilmente reduciendo así el contenido de cemento. Puede emplearse cualquier tipo de cemento, aunque por su disponibilidad se utilizan mayormente cementos tipo I. Tierra armada (3%): Se presenta en paneles con marcos de madera o acero y alma de caña, cañizo o bambú. Hormigón celular (2%): Material poroso de baja densidad, alta capacidad de aislamiento térmica y buena resistencia mecánica, apto para ser empleado en la elaboración de premoldeados para fabricar bloques y paneles. Módulos sanitarios (1%): Unidades que integran las instalaciones de agua de servicio y drenajes. Se presentan en forma de paneles integrales divisorios entre baño y cocina; o como muebles que unifican los servicios de aseo.

233

7.3.3 Antigüedad de la tecnología Este es quizás el aporte más significativo que puede sacarse de esta parte de la investigación. Con la atenta observación de la Figura 7.5 puede observarse que hasta antes de 1960 los aportes tecnológicos latinoamericanos en materia de prefabricación eran escasos. De esta época es reseñable la prensa manual CINVA-RAM colombiana, que con muchas variantes y mejoras se ha ido difundiendo en la región. La década de 1960-70 se caracteriza por sistemas con uso intensivo del hormigón. Marca la aparición de los sistemas cerrados a base de grandes paneles como el PANEL IV cubano.

4

11

25

31

23

0

5

10

15

20

25

30

35

ANTES DE 1960 1960 / 1970 1970 / 1980 1980 / 1990 1990 / 2007

NUM

ERO

TEC

NIC

Figura 7.5 Tecnologías en Latinoamérica. Antigüedad de la tecnología

A partir de 1970 se empiezan a adaptar los sistemas cerrados, inspirados en la práctica europea, a una realidad social y económica diferente. Se diferencia la prefabricación de elementos como tableros y viguetas para cubiertas y entrepisos. Hacen su aparición sistemas que usan como base el acero, la cerámica armada o la madera. En la siguiente década se modifican sistemas antiguos, se especializan las tecnologías que utilizan el hormigón aligerado utilizado en forma de módulos o como base para encofrados. Aparecen los primeros sistemas que usan la tierra como material base como la Quincha prefabricada peruana y se inician las primeras experiencias brasileñas con el ferrocemento. Al uso de madera se le une el interés por otros materiales presentes en la región como el bambú o los residuos vegetales. Los últimos quince años se caracterizan por la implantación y difusión de las técnicas con mayor capacidad de adaptación y asimilación por parte del usuario. No importa tanto el material, sino la aplicación en forma de elementos modulares manipulables por los usuarios y que se adapten a la idiosincrasia de una población propensa a asociar las técnicas vernáculas con precariedad y pobreza. Se consolidan sistemas de techos como las tejas de microconcreto y los sistemas de cerramiento como el SANCOCHO venezolano o las placas BENO argentinas. Aparecen adaptaciones de sistemas prefabricados recientes como


234

la quincha ahora con base metálica o los ladrillos de cerámica aligerada; y se exploran aglomerantes alternativos al portland como los cementos puzolánicos con base de cal. Se incrementa el interés por la utilización de desechos agrícolas, hasta llegar incluso a las propuestas de resinas vegetales producto de alta investigación. Otra conclusión que puede extraerse de este análisis temporal de las tecnologías es que a partir de la década de 1980 es evidente la eclosión de propuestas. Además de factores socioeconómicos, es posible que esta tendencia al alza refleje además la mejora en la formación técnica de profesionales y empresarios, su implicación en la problemática habitacional y por la mejora de las propuestas técnicas. Es interesante anotar que a partir de 1990 se reducen los nuevos aportes. Una posible causa la podríamos encontrar en la variación del proceso de urbanización experimentado en las ciudades latinoamericanas. A partir de esta década las grandes metrópolis latinoamericanas han dejado de expandirse al mismo ritmo, observándose un mayor crecimiento en las ciudades intermedias cercanas a las megalópolis9. 7.3.4 Nivel de implantación Otra conclusión positiva que puede extraerse de la exploración realizada, es el nivel de implantación de las tecnologías estudiadas. Del total de casos un 61% se ha implantado frente a un 3% que se ha abandonado definitivamente. Las técnicas que se encuentran en un nivel experimental llegan a un 22%, mientras que las que han pasado esta etapa y tienen un nivel limitado de implantación (regional y no internacional) llegan al 24% del total.

3

2224

51

0

10

20

30

40

50

60

Abandonado Experimental Limitado Implantado

Figura 7.6 Tecnologías en Latinoamérica. Nivel de Implantación

Es posible que la disminución en el aporte de novedades observado a partir de 1990 se deba a que los esfuerzos de técnicos, instituciones y empresarios en consolidar y perfeccionar tecnologías propuestas años antes.

235

Como ejemplo paradigmático puede citarse el sistema constructivo argentino de placas de cerámica armada BENO, originado en 1973 y que tras muchas adaptaciones y mejoras se ha extendido por diversos países latinoamericanos, llegando incluso a utilizarse en El Salvador, en el que las placas cerámicas se sustituyen por piezas de suelo cemento. Otro excelente ejemplo lo constituyen las semibóvedas de Carlos Gonzáles Lobo. Este sistema que empezó utilizando una chapa de metal como encofrado perdido (CGL-1), ha ido evolucionando con el uso de cerámica armada (CGL-2) hasta llegar al sistema integral CGL-5 o Gran Galpón que resuelve la estructura portante, la cubierta e instalaciones de la vivienda; permitiendo al usuario complementar su vivienda a la medida de sus necesidades y recursos2. Una excelente aplicación del principio del Gran Galpón ha podido rastrearse en la propuesta de Aravena para el Conjunto Residencial en Iquique en el que se ha provisto de una estructura básica a un grupo de familias para que de manera ordenada puedan complementar su vivienda. Todo esto respetando el tejido social y urbano en el que vivían10. El sistema venezolano ViMa 1 creado en 2000, ha evolucionado hasta el ViMa 3 en el que además e la original madera de Pino Caribe se utilizan tableros aglomerados de fibras orientadas (OSB). Otro rasgo significativo de las tecnologías estudiadas es la especialización en partes del objeto construido. En otras palabras, puede observarse que de la solución integral prefabricada características de las propuestas iniciales, se ha evolucionado a la especialización en partes de la vivienda. De esta forma se encuentran soluciones depuradas e implantadas para techos como las tejas de microconcreto o para muros como los paneles del sistema SANCOCHO. Las nuevas soluciones integran los procedimientos más eficientes en la resolución de cada parte de la vivienda, sin casarse con los modelos que al principio simplemente se copiaban y seguían al pie de la letra [11].


236

7.3.5 Tipologías Aunque es evidente la enorme influencia de las experiencias europeas de posguerra en las propuestas iniciales encontradas en Latinoamérica, no puede perderse de vista que en Europa la vivienda construida en la década de 1950 fue básicamente de tipología colectiva en altura. En Latinoamérica en cambio las viviendas son básicamente unifamiliares de una o dos plantas (Figura 7.7). Los países con mayor presencia de tipologías colectivas son Venezuela y Argentina. Las ciudades latinoamericanas extensas y poco densas se caracterizan por grandes concentraciones de vivienda unifamiliar, lo que al final se refleja en las tipologías a las que se dirigen las técnicas exploradas.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Educación Salud

Infraestructura

Unifamiliar/Colectiva/Institucional

Colectiva

Unifamiliar/Colectiva

Unifamiliar

Tecnologías

Figura 7.7 Tecnologías en Latinoamérica. Tipologías que resuelven

En general los sistemas constructivos estudiados, están encaminados a la resolución de tipología de vivienda unifamiliar. Los sistemas cerrados a base de grandes elementos, dependientes de grandes plantas de producción y de eficientes sistemas de transporte, no tiene sentido en la realidad latinoamericana. Piezas pequeñas de no más de 80 kilos, muchas veces prefabricadas a pie de obra; facilitan la colocación sin medios mecánicos por uno o dos operarios (Figura 7.8).

Figura 7.8 Colocación de paneles sistema

SANCOCHO (SALAS 2002)

237

Figura 7.9 Sistema CONCAPREGO en entrepisos(LORENZO 2005)

Precisamente esta característica de pequeños elementos es la que permite que ciertas tecnologías usadas en vivienda unifamiliar, puedan adaptarse a tipologías colectivas como cerramientos en paredes y entrepisos (Figura 7.9).

La Figura 7.10 muestra de forma cronológica la aparición de tecnologías latinoamericanas en relación al principal material empleado. A manera de orientación se refleja el crecimiento urbano de una megaciudad latinoamericana: el distrito federal de México. Varias conclusiones pueden extraerse de este gráfico. La primera es la abundante aparición de propuestas a partir de la década de 1980. La segunda es la preeminencia del hormigón como principal material empleado en las propuestas exploradas. Y la tercera es la importante consolidación de las tecnologías estudiadas ya que, excepto contadas ocasiones, la totalidad de tecnologías se han mantenido a lo largo de los últimos 25 años. 7.3.5.1 Sistemas Estructurales Se caracterizan por el uso extensivo de hormigón armado, incluyendo los cimientos, columnas y vigas de soporte. Sin embargo también esta ampliamente difundida la madera como sistema estructural portante y en menor medida la cerámica armada, el acero y la tierra. 7.3.5.2 Sistemas para Techos Tan variables como las regiones climáticas características de Latinoamérica. Caracterizados por el uso de tejas cerámicas y de hormigón, placas y bóvedas de cerámica armada, estructuras portantes de madera. En general la cubierta se resuelve con piezas de pequeño formato como las tejas cerámicas o de microconcreto. Pueden encontrarse forjados planos ejecutados con sistemas prefabricados de vigueta-placas o vigueta-bovedilla. 7.3.5.3 Sistemas para Muros Es notable la preeminencia de sistemas de mampostería resueltos con bloques de hormigón. Fabricas de ladrillo y muros de adobe son otros elementos de mampostería que pueden encontrarse regularmente en la construcción de viviendas. En cuanto a sistemas prefabricados el material preferente es el hormigón armado en forma de placas y tabiques de cerámica unidos por nervios de hormigón. El uso de paneles prefabricados que rescaten sistemas vernáculos como la tierra armada (e.g. quincha prefabricada) es limitado.


238

Uno de los sistemas de prefabricación blanda a pie de obra que más llamó la atención por su pervivencia y transferibilidad es el de la prensa manual para la fabricación de adobes y bloques de suelo cemento. Con algunas variantes se ha mantenido y difundido su uso no solo en Latinoamérica sino que ha llegado incluso a países asiáticos o africanos. Tomando en cuenta que la envolvente (techos y muros) constituye alrededor del 60% del costo de una casa3, los esfuerzos de aplicación del compósito estudiado en este trabajo, se centraron en el desarrollo de un elemento constructivo que resolviera parte de dicha envolvente. Las paredes de cerramiento forman parte de esta “cáscara” y representan alrededor de un 33% del costo total de la vivienda. Esta es la razón por la que finalmente se decidió aplicar el compósito estudiado en la fabricación de un elemento constitutivo de pared. 3 Salas, Julián. “Contra el hambre de vivienda”. 1992

241

7.4 Propuesta Tecnológica


242

El extenso trabajo previo de revisión de tecnologías latinoamericanas, sirvió de punto de partida para encontrar la técnica para aplicar el compósito estudiado. A la hora de decidir la tecnología a utilizar se tomaron en cuenta que cumpliera los parámetros mostrados en la Tabla 7.4, algunos de los cuales ya fueron definidos por Massuh y citados por Lorenzo en su trabajo dentro del Programa 10x10 de la Red CYTED [7]:

Respetuosa con la cultura donde se inserta. Integrarse en ella y desarrollarse a partir de los recursos del propio medio.

Tecnología replicable. De fácil implantación y adaptación en diferentes contextos. Debe favorecer el uso de mano de obra intensiva, mediante la realización de pequeños elementos, susceptibles de ser manejados por una o dos personas. Que permitieran la prefabricación liviana a pie de obra. Debe emplear materiales regionales y herramientas de fácil obtención, fabricación y transformación regional. Debe favorecer el desarrollo de las economías regionales. No debe generar dependencia de sí misma. Es un medio, no un fin No debe prescindir de las tecnologías locales, sino interpretarlas, incorporarlas, racionalizarlas o enriquecerlas. No sustituirlas. No debe convertirse en una receta universal, de aplicación indiscriminada.

Tabla 7.4 Características de una Tecnología Apropiada y Apropiable Tomando en consideración la evolución seguida por las propuestas tecnológicas latinoamericanas presentadas anteriormente, se decidió centrar esfuerzos en la búsqueda de un sistema especializado en la resolución de una parte de la vivienda y no en una solución integral cerrada. El último esfuerzo reseñable en esta línea es el ya citado trabajo de Pedro Lorenzo dentro de la red CYTED en el que mediante diez experiencias realizadas en diez países diferentes se centraron en la resolución del techo de la vivienda, tomando a vivienda como un proceso de construcción progresivo, en lugar de un producto terminado. El presente trabajo continúa esta línea, centrándose e este caso en la resolución de otro elemento fundamental: los muros. Responsables de hasta el 33% del costo total de materiales de una vivienda, según el desglose hecho por Ortega y citado por Salas [1992]. Con los parámetros apuntados al inicio y con la premisa de resolver elementos de cerramiento se delimitó el campo de la tecnología en la que se emplearía el compósito de cal, arena y fibras de maíz caracterizado en este trabajo.

243

“¿Qué tipo de viviendas construiría en una zona, sin energía eléctrica instalada, con una angustiosa necesidad de cobijo, alta tasa de analfabetismo real, rentas de subsistencia?”

Julián Salas en Habiterra (1995) 7.4.1 La máquina CINVA-RAM Esta pregunta hecha por el autor citado dentro de un trabajo de catalogación de construcciones con tierra en América Latina ha guiado a manera de faro en la búsqueda dentro de las tecnologías disponibles dentro del contexto latinoamericano. Es reseñable que una de las primeras tecnologías en aparecer dentro del panorama latinoamericano a principios de la década de 1950, se haya ido adaptando y que aún sea objeto de aplicación en la actualidad.

CINVA-RAM

Ellson Block Master. Prensa mecanizada

Craterre. Mecanización pesada

Supertor. Prensa hidráulica

motorizada.

Figura 7.11 Evolución de bloqueras a partir de la original CINVA-RAM (SALAS 1995)

A partir de una referencia proporcionada por el profesor Domingo Acosta4 se exploró inicialmente la posibilidad de usar el compósito en la CINVA-RAM. Esta es una máquina para fabricar bloques que se opera de forma manual. Desarrollada por Raúl Ramírez del centro Interamericano de la cubierta (CINVA) en Bogotá, Colombia. Utiliza el principio de la compresión en la fabricación de bloques, a partir de varios materiales, incluyendo adobe [12]. Esta formada por una caja de acero con un fondo que se mueva hacia arriba y hacia abajo. La mezcla se pone en la caja, y una tapa de acero se coloca en la tapa. Una palanca se tira a un lado y el fondo se levanta, comprimiendo la mezcla contra la tapa fija. Luego se quita la tapa superior, y mientras se sigue bajando la palanca, el bloque sale por extrusión (Figura 7.12).

Figura 7.12 CINVA-RAM. Proceso de llenado y extrusión de bloques (GORE 2000)

4 Profesor de la Universidad Central de Venezuela. Con amplia experiencia en tecnologías "low-tech. http://fau.ucv.ve/idec/paginas/investigadores.html


244

El salto tecnológico de producir abobes manualmente de forma artesanal, a la utilización de una sencilla prensa puede ser una evolución de gran alcance. En determinados contextos latinoamericanos se esta hablando de pasar de formas de construir propias de períodos precolonízales a elementos propios de la prerrevolución industrial. Este tipo de mecanización constituye un extraordinario aporte. Mediante de una inversión inferior a los mil dólares se pasa de trabajar agachado a hacerlo de pie. Se cuadriplica la producción por persona y se transmite un esfuerzo de compresión de hasta 15Tn al adobe. Por otro lado se uniformiza la estabilidad dimensional de los adobes evitando las variaciones de tamaño producidas por un moldeo manual. 7.4.2 La máquina CETA-RAM. Un trabajo de arqueología tecnológica. Una de las variantes de la CINVA-RAM se localizó en Guatemala. Esta máquina fue bautizada por su creador Roberto Lou Má como CETA-RAM. Diseñada en 1976, se construyeron los primeros prototipos en el Centro de Experimentación en Tecnología Apropiada (CETA) hoy desaparecido. El nombre CETA-RAM se deriva de las iniciales de la entidad donde fue creada y del apellido Ramírez del creador de la CINVA-RAM. Localizar los documentos que explicaran la construcción y funcionamiento de esta máquina no fue tarea fácil. La primera dificultad con la que se tropezó fue que el Centro donde fue creada la máquina no funciona en la actualidad. Después de una intensa búsqueda en la Ciudad de Guatemala a través de referencias de personas implicadas en el tema de vivienda popular se localizó al creador de la CETA-RAM. El autor de esta máquina además de Ingeniero es especialista en Mecánica de Suelos y tiene una amplia experiencia en temas de Tecnología Apropiada. Tiene en su haber una serie de propuestas dirigidas a resolver problemas específicos en la construcción de viviendas. Muchas de estas se encuentran a nivel de bocetos a los que se tuvo la suerte de tener acceso (Figuras 7.13-7.14).

245

Figura 7.13. Maquina para Tejas. Croquis

Figura 7.14. Máquina para Tejas. Detalles En estos incunables se explica entre otras cosas la fabricación de una máquina para hacer tejas, utilizando ruedas de bicicleta recicladas. Muestra además la fabricación de una bloquera utilizando un sistema similar a la máquina anterior. Soluciones "low-tech" como las que propone Lou resultan interesantes para ser aplicadas en la fabricación del prototipo que será el aporte final de esta Tesis. Por otro lado resultan una alternativa a tomar en cuenta en el impulso de programas de construcción de vivienda popular en el país. 7.4.2.1 Breve historia de la CETA-RAM A raíz del terremoto de Guatemala de 1976, se impulsaron varios programas destinados a la reconstrucción de las aproximadamente 250,000 viviendas destruidas por el siniestro [13]. Es dentro de este clima de cooperación que Lou diseñó la CETA-RAM. Utilizando esta máquina se han propuesto desde la construcción de viviendas de bajo coste hasta la fabricación de estufas destinadas a equipar viviendas en el área rural [14]. (Figuras 7.15-7.16)

Figura 7.15. CETA-RAM Experiencias en área rural.

Figura 7.16. CETA-RAM. Levantado de muros.


246

Cabe destacar la gran actividad constructiva que se llegó a desarrollar utilizando dicha máquina, en los que se colaboró con instituciones como la Cooperación Española y que, por razones tanto políticas como económicas, se fue abandonando hasta ser hoy prácticamente inexistente. Las experiencias no pasaron de ser aportes limitados y duraron hasta 1981. Durante esta época el clima político no era favorable para la realización de proyectos de cooperación en el área rural. Las acciones de persecución a los pobladores y a las personas cooperantes, algunas de las cuales tuvieron que abandonar el país, fueron diluyendo poco a poco los esfuerzos por implantar la tecnología. 7.4.2.2 Descripción de la máquina. Tal como la define su autor la CETA-RAM es una prensa portátil, de operación manual, diseñada para fabricar bloques huecos para construcción. Y esta es la principal diferencia con la CINVA, ya que con esta se obtienen bloques macizos. El hecho de incorporar unos agujeros en el bloque, además de disminuir su peso, permite incorporar varillas de refuerzo, y contribuye al ahorro de material tanto en la fabricación del bloque como en el ahorro de formaletas para realizar el refuerzo estructural. La CETA-RAM se compone de tres partes principales (Ver planos adjuntos) • Caja o Molde con Tapadera. • Pistón • Dispositivo de Palanca. Compuesto por el Tenedor y el Codillo. La Tapadera del molde se abre y se cierra girando 90 grados en un plano horizontal. El Pistón posee dos piezas tubulares (N), que se encajan y deslizan sobre sendas columnas (F) atornilladas a la base del molde, y mediante las cuales el pistón es guiado en su desplazamiento vertical. El dispositivo de palanca activa el pistón, tanto para comprimir la mezcla de mortero, como para expulsar el bloque ya formado. 7.4.2.3 Digitalización de planos y búsqueda de perfiles equivalentes. A través de una búsqueda en Internet se logró localizar dos referencias de la CETA-RAM en la página web de Villageearth5. Fue a partir de la información de una de ellas, que se localizó al Ing. Lou creador de la máquina, quien finalmente nos proporcionó los planos en formato papel. Parte de los problemas de no contar con una versión acabada de los planos se reseñan en la descripción hecha en la página web mencionada anteriormente: "Only one of the drawings, showing only the block itself, includes dimensions. All other dimensions of the machine will have to be calculated from this. The thickness of steel to be used, and the precise positioning of the pivot points are not provided, which is likely to cause the reader some difficulty."6

5 http://villageearth.org/atnetwork/atsourcebook/chapters/housingconst.htm#La%20CETA-Ram 6 Ibídem

247

Se trato en primer lugar de solventar este problema, mediante la realización de planos detallados. Por lo que el primer paso consistió en pasar la información obtenida a planos de CAD. Este podría considerarse otro aporte de la Tesis, ya que los efectos de divulgación que pueden lograrse con planos digitalizados son mayores que el que se logra con el soporte tradicional de papel. De hecho ya ha sido compartida dicha información con el Ing. Ariel Gonzáles del "Centro de Investigación y Desarrollo para la Construcción y la Vivienda" (CECOVI) de Argentina. El primer tema a resolver fue la búsqueda de perfiles equivalentes en el mercado. Se hicieron algunas modificaciones en los perfiles originales, pero teniendo en cuenta en todo momento que el diseño básico de la máquina debía respetarse. De esta forma se sustituyeron las columnas centrales, que generan los orificios para armado, por unas de menor diámetro (30cm). En los extremos se utilizó una UPN de 160 en lugar del canal de 152mm listado por Lou. 7.4.2.4 Proceso Constructivo de la CETA-RAM La fabricación de la mayoría de elementos que componen la máquina requiere solo de trabajo común de herrería y torno. Sin embargo hay operaciones que requieren mayor cuidado como el rectificado de la forma y dimensionamiento de lagunas piezas en particular; el centrado y perforación de agujeros y la ubicación y alineamiento preciso de piezas en el ensamblado de las distintas partes de la máquina. Para la construcción del prototipo se encontró un pequeño taller situado en Sant Adriá del Besós, Barcelona. La dificultad en este caso fue la de encontrar precisamente un lugar donde aceptaran hacerse cargo de la fabricación de la máquina, ya que por el trabajo de torno y soldadura que implica la fabricación, implica un mayor tiempo de mano de obra. Por otro lado se ha demostrado que basta equipo sencillo para realizar la máquina y que es relativamente rápida su construcción. Se trabajó durante cuatro fines de semana. El tiempo real dedicado a la construcción de la máquina fue de cinco días (40 hr.) de trabajo. Para la fabricación en serie de estas máquinas, de cara a impulsar proyectos de desarrollo, es conveniente la fabricación previa de plantillas que faciliten el trabajo de corte y soldadura, ya que fue precisamente este renglón de trabajo el que absorbió mayor tiempo. En las Figuras 7.17 – 7.23 se muestra gráficamente el proceso de construcción de la máquina.


248

Figura 7.17 CETA-RAM. Estudio de planos.

Durante el primer día de trabajo se estudiaron planos y definieron perfiles.

Figura 7.18. Soldadura de piezas

El segundo se cortaron y se soldaron las primeras piezas.

Figura 7.19. Corte y montaje previo con puntos de soldadura.

El tercero se cortaron y soldaron piezas. Se hizo un montaje previo con puntos de soldadura.

Figura 7.20. Máquina soldada

El cuarto día se soldó la máquina. Se realizaron los primeros bloques. Se estudiaron mejoras en el diseño de la máquina.

249

Figura 7.21. Caja Central. Elemento a modificar.

Primer prototipo terminado

Figura 7.22. Caja modificada con chapas plegadas. Montaje y

llenado

Se desmontaron las piezas a modificar. Se soldaron las piezas modificadas

Figura 7.23. Prototipos originales y prototipos modificados.

Se realizaron los bloques modificados.

7.4.2.5 Modificaciones del Diseño Original El cuarto día de trabajo se fabricaron tres bloques de prueba (Figura 7.23). Para los mismos se usó un mortero de cemento, arena y agua en proporción de 1:3:0,5. Esta experiencia sirvió para comprobar el correcto funcionamiento de la máquina, para determinar el tiempo de fraguado dentro de la caja de molde y para observar posibles mejoras en el diseño de la CETA-RAM. A raíz de esta primera prueba se pudieron hacer las siguientes observaciones: El primer prototipo se dejo dentro de la caja durante 20 minutos y luego sacarlo resultó extremadamente difícil, esto debido a que el agua contenida en la mezcla se eliminó casi por completo en el proceso de compresión y el resto se secó en el tiempo de espera. La manipulación una vez sacado resultó bastante cómoda.


250

El segundo prototipo se dejó durante 5 minutos en la caja y el proceso de extrusión resultó bastante cómodo. Por otro lado el bloque se sacó suficientemente seco permitiendo una manipulación inmediata. El tercer bloque se dejo durante tres minutos dentro de la caja. Sacarlo de la caja fue extremadamente fácil, pero la manipulación resultó incómoda, al punto de fisurarse y partirse en dos. A este respecto Lou recomienda el uso de paletas metálicas de 3 a 5 mm de espesor, las cuales se colocan en el fondo de la caja de la máquina, antes del llenado con mezcla. Una vez moldeado el bloque, se retira con todo y paleta y es llevado al lugar de curado, depositado en el suelo y volteado cuidadosamente sobre un costado, liberando asía la paleta para su uso inmediato7. Puede concluirse entonces que usando un mortero de cemento, arena y agua en proporción 1:3:0,5 el tiempo mínimo de espera de la mezcla dentro de la máquina es de 5 min. El tiempo máximo ha de ser del orden de 15 min. Los bloques realizados en esta primera prueba tenían las caras totalmente lisas, característica que no facilita la adherencia de varias unidades dentro de un muro. Basados en esto se decidió incorporar una modificación en el diseño original de la máquina, consistente en una chapa plegada soldada en los lados menores de la caja (Figura 7.24-25). Con esto se logra un bloque con un troquel en los lados menores, lo que permite mayor superficie de agarre y mayor espacio entre bloques para rellenar con mortero de unión. (Figura 7.26-27)

Centro de Investigaciones. USAC. Guatemala

Tesis Doctoral UPC. Barcelona

Figura 7.24. CETA-RAM con caja central lisa.

Figura 7.25. CETA-RAM con caja central troquelada.

7 Lou Ma, Roberto. "Manual Para la Construcción de la CETA-RAM". 1981. Pag. 5

251

Figura 7.27. Bloques con caras laterales lisas. Figura 7.27. Bloques con troquel. 7.4.2.6 Fabricación de Bloques Se llena el molde con la cantidad apropiada de mortero, cerrando luego la tapadera, que sirve para enrasar la mezcla. Se lleva manualmente la palanca hasta la posición vertical. Se suelta el pestillo y se continua tirando de la palanca hasta llevarla a posición horizontal, completándose así el ciclo de compresión. Al accionar la palanca en sentido inverso y previa apertura de la tapadera, el bloque es expulsado del molde. El mantenimiento normal de la máquina consiste en limpiarla cuidadosamente al final de cada jornada y lubricar las partes movibles aplicándoles aceite mineral con una brocha. 7.4.2.7 Experiencias con la CETA-RAM Los primeros dos prototipos de la CETA-RAM se construyeron en abril de 1976, dos meses después del terremoto que sacudió Guatemala. Se llegaron a construir 22 unidades, las cuales se destinaron a diferentes proyectos de reconstrucción de vivienda en el área rural del país. Lou apunta que las máquinas, en condiciones de desgaste normales, podían llegar a tener una vida útil, en términos de producción, de 100,000 bloques.

Figura 7.28. Proyectos área rural Guatemala 1977.

Figura 7.29. Bloques apilados. Guatemala 1977. Motivos políticos obligaron al cese de estas actividades de desarrollo rural y obligaron a algunos de sus impulsores a abandonar el país. Se desconoce el


252

alcance que habría podido tener la difusión de este sistema constructivo, pero resulta interesante su rescate y aplicación como un ejemplo de solución tecnológica autóctona, no dependiente de grandes sistemas industriales, y que por sus características de planteamiento como la participación directa de los usuarios y el uso de materiales del lugar, puede catalogarse como sostenible.

253

7.5 Propuesta Tipológica: Los Bloques de Maíz


254

Se ha apuntado en varias ocasiones que, la finalidad de este trabajo es definir un proceso de producción de elementos ligeros a base de un subproducto agrícola (fibras de maíz) y mortero de cal. Entre los beneficios que pueden resaltarse de este planteamiento están:

• La incorporación de fibra de maíz como agregado se traduce en ahorro de material conglomerante.

• Definición de un proceso cerrado de producción, reutilización y reincorporación de un producto agrícola al sistema natural de procedencia.

• Caracterización de un compósito hecho a partir de subproductos agrícolas.

A diferencia de los experimentos de la 2ª a la 5ª. Fase del proceso experimental, en los que la obtención de fibra para probetas prismáticas de 4x4x16 cm podía hacerse cómodamente de forma manual; en esta fase, para obtener las fibras necesarias para la fabricación de bloques prototipo, se utilizó una trituradora con capacidad de cortar tallos de hasta 4,2cm de diámetro (Figura 7.30).

Figura 7.30 Biotrituradora. Corte inicial de tallos

Después del primer corte con biotrituradora, los trozos fueron cortados manualmente hasta obtener fibras con una dimensión promedio de 10mm x 3mm. Posteriormente se trataron según el método descrito como CFTL que consiste en Consiste en el lavado simple de las fibras durante diez minutos bajo agua del grifo, frotándola manualmente. Posteriormente se dejaron sumergidas en agua durante 3 días. 7.5.1 Proceso de Fabricación de bloques A la hora de fabricar los bloques es importante la preparación y el mantenimiento de la máquina CETA-RAM, la forma de preparar la mezcla, la mecánica para moldear los bloques y la forma de curar y almacenar los bloques producidos. El mantenimiento de la máquina se limita a labores de limpieza de todos sus componentes, una vez terminada la jornada de trabajo. Estos deben quedar libres de la mezcla empleada en la fabricación de bloques, lubricando sus partes móviles con aceite o desencofrante aplicado con una brocha. El siguiente paso consistió en la preparación de la mezcla. En primer lugar se mezclaron la cal con la arena (en proporción 1:3) en seco volteándolas repetidas veces con pala o mediante una mezcladora. Posteriormente se agregaron las fibras y se mezcló en seco hasta lograr una distribución homogénea de las fibras dentro del mortero. El siguiente paso consistió en la adición de agua a la mezcla en proporción 1:0,5 con relación a la cal.

255

A continuación se procedió a elaborar los bloques. El primer paso consistió en verificar que la palanca está en su posición de reposo y el pistón completamente abajo. Se abrió el molde girando la tapadera, dejando caer la platina de apoyo del bloque húmedo en el fondo del molde. Posteriormente se llenó el molde con la cantidad apropiada de mortero, cerrando luego la tapadera, que sirve para enrasar la mezcla. Se llevó manualmente la palanca hasta la posición vertical. Se soltó el pestillo y se continuó tirando de la palanca hasta llevarla a posición horizontal, completándose así el ciclo de compresión con la que se comprimió los bloques a una presión equivalente a 20 toneladas. Al accionar la palanca en sentido inverso y previa apertura de la tapadera, el bloque es expulsado del molde. Posteriormente se trasladó al sitio de curado.

7.31. Curado de bloques

Los bloques fabricados se cubrieron con plástico y regaron a intervalos de 12 horas durante siete días para garantizar un correcto proceso de curado. Posteriormente se dejaron a la sombra en condiciones ambientales de exterior durante 21 días y se ensayaron a 28 días a fin de determinar sus características físicas y mecánicas. 7.5.2 Características físicas del bloque Los bloques producidos por la CETA-RAM tienen las formas y dimensiones indicadas en la Figura 7.32. Las unidades son paralelepípedos con muescas en los extremos. Tiene dos huecos circulares en el interior que permiten la colocación de varillas de refuerzo. El uso de muescas mejora la adherencia entre bloques ya que aumenta la superficie de contacto con el mortero de pega. Pueden observarse los agujeros centrales y las muescas laterales generadas con la adición de una chapa plegada dentro del cajón de la máquina CETA-RAM.


256

Planta

Alzado lateral

Alzado frontal

7.32. Dimensiones bloque de maíz fabricado con máquina CETA-RAM

Los bloques permiten modulaciones de 0,5 y 1,0 m. La longitud de tres bloques con sus respectivas juntas suman exactamente un metro (Figura 7.33).

100 cm

16cm 32 cm 32 cm 32 cm

7.33. Disposición de bloques enteros y media pieza

Pieza M-01 La pieza básica está formado por un bloque de 32x15x13cm. Gracias a estas dimensiones es posible trabajar con módulos de pared de 0,5-1,0m. Los huecos en los bloques permiten la colocación de varillas de refuerzo vertical cada 0,5-1,0m.

M-01

Pieza M-02 Tiene una dimensión de 16x15x13 cm y permite realizar remates en vanos de puertas y ventanas, así como soluciones en esquinas.

M-02

257

Pieza M-03 Con dimensiones de 32x15x13 cm tiene deprimida la parte central con un grosor de 5cm. Con esta forma puede utilizarse como elemento de encofrado perdido en remates de muro y refuerzos horizontales intermedios.

M-03

Pieza M-04 Media pieza de 16x15x13 cm y tiene la misma función que el módulo M-03, pero con la versatilidad de uso en vanos y esquinas.

M-04

Figura 7.34

Elementos modulares básicos Las características dimensionales pueden ser obtenidas con pequeñas variaciones en el molde de la máquina CETA-RAM. Mediante la incorporación de piezas de sección cuadrada dentro de la caja, es posible adaptar el diseño original y obtener las formas diseñadas. 7.5.3 Características mecánicas del bloque De los datos observados puede concluirse que los tanto los bloques con refuerzo del 4% como del 8% se encuentran dentro de la normativa que regula las resistencias para elementos sin solicitación estructural. Las resistencias obtenidas se muestran en la Tablas 7.5- 7.8

ID. SERIE SF

Probeta No. Carga kgTensión de rotura

(sección bruta)Tensión de rotura

(sección neta)Mpa Mpa

1 40000 8,32 8,96

2 19400 4,04 4,35

3 19000 3,95 4,26

4 22300 4,64 5,00

5 20700 4,31 4,64

6 23900 4,97 5,35

VALOR MEDIO 24216,67 4,38 4,72 Tabla 7.5 Bloques Mortero sin fibras (SF). Resistencia a compresión


258

ID. SERIE CF4%




1 14700 3,06 3,29

2 12600 2,62 2,82

3 15100 3,14 3,38

4 12600 2,62 2,82

5 19000 3,95 4,26

6 13300 2,77 2,98

VALOR MEDIO 14550,00 3,03 3,26 Tabla 7.6 Bloques Mortero con 4% fibras (CF4%). Resistencia a compresión

ID. SERIE CF8%




1 12600 2,61 2,83

2 10000 2,08 2,25

3 13900 2,88 3,12

4 14700 3,05 3,30

5 12000 2,49 2,69

6 16100 3,34 3,61


ID. SERIE CF12%




1 11850 2,46 2,65

2 11250 2,34 2,52

3 11800 2,45 2,64

4 12400 2,58 2,78

5 12150 2,53 2,72

6 12050 2,51 2,70


Cabe destacar que, pese a haber obtenido mejoras de alrededor de un 30% en la resistencia del mortero cuando se analizó el compósito en probetas; este resultado no se reproduce de la misma manera cuando se trata de bloques.

259

En este caso los bloques fabricados con la matriz sin ningún refuerzo resultaron ser los que mejores resistencia mecánicas obtuvieron y, a medida que aumenta el contenido de fibras, la resistencia a compresión disminuye. Sin embargo, las características mecánicas del bloque con 4% de contenido en masa de fibras (3,26 Mpa a compresión) permiten su uso en tipologías de vivienda unifamiliar de una o dos plantas como máximo. Este valor es superior a la resistencia del adobe cuyo rango de resistencia varía de 0,5 a 2Mpa y equivalente a un 81% de los bloques de suelo cemento que tienen una resistencia de 4Mpa y a un 65% del de los bloques de arcilla aligerada y de hormigón cuya resistencia ronda los 5 Mpa. 7.5.4 Aplicaciones Los bloques pueden ser aplicados para resolver cerramientos en viviendas unifamiliares o colectivas. En el Capítulo 8 se muestra que los bloques pueden aplicarse como elementos de mampostería de carga en viviendas de forma regular, de hasta un máximo de dos niveles, en zonas sísmicas. El bloque estudiado, como resultado de un proceso de industrialización liviano, puede aplicarse en sistemas constructivos tradicionales, vernáculos e informales. Gracias a esto puede utilizarse parcialmente en el 99%, e íntegramente en el 60%, de las tecnologías disponibles para la construcción de vivienda social en Latinoamérica. 7.5.5 Variables Tipológicas En este trabajo se introdujo una variación en la geometría del bloque con la que se asegura una mayor superficie de contacto con el mortero de agarre. La inclusión de otros elementos dentro de la caja básica, podrían transformar el volumen rectangular básico en otro para usos específicos como agujeros en el medio para armado y mezcla, sisas para uniones, estrados para un acabado decorativo.

Figura 7.35 .Variables tipológicas (GORE 2000) En base a los resultados positivos obtenidos con los bloques ensayados, se propone como futura línea de trabajo explorar las posibilidades de una variable tipológica más. Esta consiste en el desarrollo de un sistema a base de bloques con juntas en seco. Bloques con juntas en seco La principal ventaja de un sistema de interconexión de bloques huecos es la disminución e incluso eliminación de mortero de pega, ya que la conexión entre elementos se logra gracias a las características geométricas del bloque. En


260

este caso las conexiones entre bloques deben estar diseñadas para soportar los esfuerzos horizontales a los que se verá sometido el elemento. En una unidad de mampostería el elemento formado por bloques interconectados debe: :

• Disponer de un mecanismo de conexión eficiente. Con el fin de resistir los esfuerzos de corte y carga en diferentes direcciones, especialmente la carga horizontal.

• Facilitar la alineación, a fin de garantizar un proceso constructivo simple y exacto.

• Formar parte de un sistema modulado, que a su vez permita inscribirse dentro de módulos mayores.

• Producción de elementos similar a los sistemas de producción pre-existentes, a fin de poder adaptar la maquina existente.

• Bajo peso de los bloques, con un peso promedio de 12 kg por unidad. • Favorecer la eliminación de encofrado. • Favorecer la construcción en seco, minimizando el hormigonado in situ.

Las características dimensionales y los mecanismos de unión en seco pueden ser obtenidos mediante pequeñas variaciones en el molde de la máquina CETA-RAM. Mediante la incorporación de piezas de sección cuadrada dentro de la caja, es posible obtener las formas diseñadas (Figura 7.36).

Figura 7.36 Elementos modulares básicos con juntas en seco

Las uniones en seco tienen un papel importante en la transmisión de cargas dentro del sistema. Estas uniones mejoran la resistencia del muro ante cargas horizontales. Los mecanismos de unión facilitan la colocación de las diferentes hiladas en obra incluso para obreros poco especializados.

Figura 7.37 Unión elementos modulares con juntas en seco

261

Se ha tenido especial cuidado en mantener los huecos originales del bloque CETA-RAM para garantizar la continuidad vertical de los espacios y mantener la posibilidad de incorporar varillas de refuerzo que mejoren la integridad del sistema. En las figuras siguientes se muestran los mecanismos de unión entre bloques.

7.5.6 Niveles de Energía Incorporada en los bloques de Fibras de Maíz La energía incorporada en un material consiste en la cantidad de energía asociada a todos los procesos del ciclo de vida de ese producto. Un balance de energía incorporada (embodied energy) contabiliza aquella utilizada en:

• La concepción y diseño un producto o servicio • La extracción y transporte de las materias primas • La transformación de las materias primas y en la fabricación de un

producto. • La comercialización del producto. • La utilización o la aplicación del producto. • El desensamblaje, la deconstrucción, la descomposición y la disposición

de residuos y desechos • El salvamento de componentes reutilizables, la adecuación para

reutilización y el reciclaje

El intercambio de CO2 está íntimamente relacionado con la energía consumida en la fabricación de los materiales constructivos. En el caso de los materiales orgánicos este intercambio se mantiene durante el período comúnmente denominado “vida útil” y que no es sino una parte más de todo el proceso. En promedio se producen 0,098 toneladas de CO2 por GJ de energía incorporada8

Usualmente la energía incorporada se mide como la cantidad de energía no renovable por unidad de material constructivo. Se expresa como megaJoules (MJ) o gigaJoules (GJ) por unidad de peso (kg o Ton) o área (m2). El proceso de cálculo de la energía incorporada es complejo ya que incorpora datos provenientes de numerosas fuentes.

Este análisis inicial puede extenderse desde una unidad constructiva (análisis del producto) a la mampostería (siendo entonces un análisis por partida); o incluso al edificio completo (análisis del sistema). Los límites de este trabajo permiten mostrar los datos del producto fabricado a partir del compósito estudiado, mostrando la energía incorporada del producto.

El análisis exhaustivo del ciclo de vida del producto dentro de un sistema, sobrepasa, por su complejidad, los límites impuestos en esta investigación, pero constituye una materia de estudio necesaria para ahondar en la búsqueda de formas de construcción más coherentes y respetuosas con el medio ambiente. Ya que, unidas a la determinación de la energía incorporada en un sistema, se encuentran implicaciones de tipo ambiental como el uso de

8 http://www.cmit.csiro.au/brochures/tech/embodied/. Consulta realizada el 26 de julio de 2008.


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recursos de la biosfera, emisión de gases, degradación ambiental y pérdida de la biodiversidad.

Por regla general, la energía incorporada es un indicador razonable del impacto medioambiental global de los materiales y sistemas constructivos. Sin embargo, la mejor forma de estudiarlos es desde una escala temporal global que tome en cuenta factores como la durabilidad y comportamiento en fase de servicio como material constructivo. Estos dos últimos parámetros de análisis pueden tener un efecto mitigador o compensatorio de los impactos ambientales iniciales asociados a la energía incorporada.

Es necesario anotar que la medida de la energía incorporada puede constituir un dato valioso siempre y cuando no se vea en términos absolutos. La energía incorporada inicial de varios materiales y sistemas puede variar entre proyectos, dependiendo de las cadenas de suministros, los métodos constructivos, el sitio de emplazamiento y la forma de ejecución.

La energía incorporada debida al funcionamiento del edificio es difícil de estimar ya que el contenido de energía no renovable de los materiales, componentes o sistemas de reposición no puede predecirse fácilmente. Por mencionar un ejemplo, ¿cómo sabemos en la actualidad la energía incorporada de un cristal o un perfil de aluminio dentro de cien años? Sin embargo, a medida que los edificios sean energéticamente más eficientes y que la cantidad de energía en fase de operación sea menor; entonces la energía incorporada de los materiales constituyentes será cada vez más importante.

Al final son los costos de mantenimiento los que determinan un mayor costo energético. Las políticas de ahorro de energía deberían priorizar entonces el ahorro en el mantenimiento, y después centrarse en reducir los costos energéticos en la producción de los materiales de construcción. Debemos de tener en cuenta que los materiales de construcción son utilizados también en el mantenimiento y por tanto invertir en reducir los consumos de energía en su producción significa también reducir los consumos de energía en el mantenimiento Existe una relación muy estrecha entre la energía incorporada de los materiales y su impacto ambiental. Sin embargo es ampliamente aceptado que la energía incorporada constituye solamente una forma más de medición que, aunque cada vez más importante, no debe tomarse como única base para la elección de determinado material, componente o sistema. La energía incorporada constituye pues, una medida del impacto ambiental de la construcción y de la efectividad de todo proceso de reciclaje, particularmente de las emisiones de CO2.

Aunque la energía incorporada por unidad de masa de los diferentes materiales usados para construcción varía enormemente desde los cerca de 2GJ por tonelada de hormigón a los cientos de GJ por tonelada de aluminio9. No es apropiado usar únicamente estos valores para prescribir determinado material, ya que la durabilidad entre ellos es diferente, como también lo es la cantidad 9 http://www.cmmt.csiro.au/brochures/tech/embodied/index.cfm. Consulta hecha el 31 de julio 2008.

263

necesaria de cada uno de ellos para cumplir la misma función como elemento constructivo.

7.5.6.1 El reciclaje de materiales y la reducción de la energía incorporada.

La reutilización de materiales constructivos puede llegar a ahorrar cerca del 95% de energía incorporada, que de otra forma se desperdiciaría. Algunos materiales como los ladrillos o las tejas sufren perdidas de cerca del 30% al reciclarlos. El ahorro debido al reciclaje varía sustancialmente entre el 95% del aluminio y el 20% del vidrio por poner un ejemplo.

Es posible que algunos procesos de reaprovechamiento de materiales usen más energía de la que en teoría ahorran. Esto ocurre si se necesitan cubrir largas distancias en el transporte del producto o componente del sitio de derribo al nuevo lugar de implantación.

Las viviendas unifamiliares tiene generalmente un valor inicial bajo de energía incorporada total y por unidad de área, ya que consumen menos materiales que otra tipología de edificios. La energía incorporada de las viviendas en los países occidentales varía entre 4,5 GJ/m2 a 5,5GJ/m2, dependiendo básicamente de los materiales de cimentación, el cerramiento elegido y el número de plantas.

7.5.6.2 Calculo de energía incorporada en bloques de maíz

Tomando como base los datos de energía incorporada disponibles en el banco de datos BEDEC PR/PCT del Instituto de Tecnología de la Construcción de Cataluña (ITEC)10 se cuantificó la energía incorporada en un kg de compósito de cal y fibras de maíz y posteriormente en una unidad bloque. Los resultados detallados en la Tabla 7.9 nos muestran que cada bloque hecho con mortero de fibras de maíz con un peso unitario de 7,7kg tiene un total de 8,87 MJ de energía incorporada como producto.

Componente Porcentaje MJ/kg Energía incorporada CO2/kg Emisiones CO2 Energía incorporada Emisiones CO2 en masa (EEV) MJ/kg (kg) (EEV) MJ/bloque kg/bloque

Tradical 0,22 4,82 1,0524 0,83000 0,18122 8,1035 1,39541

Arena 0,66 0,15 0,0983 0,00800 0,00524 0,7566 0,04035

Agua 0,11 0,006 0,0007 0,00029 0,00003 0,0050 0,00024

Fibras 0,02 0 0,0000 0,00000 0,00000 0,0000 0,00000

Fabricación 0 0,0000 0,00000 0,00000 0,0000 0,0000

TOTAL 1,00 1,1513 0,8383 0,1865 8,8651 1,4360

Tabla 7.9 Cálculo energía incorporada (MJ) por kg y unidad de bloque de fibras de maíz.

10 http://www.itec.es/noubedec.e/bedec.aspx


264

Como puede observarse en la Tabla 7.10 de los elementos constructivos seleccionados por cumplir una función similar a la del bloque ensayado, nuestro elemento con 8,87 MJ/ud tiene el segundo mejor resultado en cuanto a energía incorporada de producto.

Producto Volumen

(cm3)Presentación

Unidad Peso Energía incorporada Energía incorporadaEmisiones

CO2kg (EEV) MJ/kg (EEV) MJ/unidad

Ladrillo hueco doble 24 11,5 7,5 2070 ladrillo 1,6 2,77 4,43 0,34

Bloque de cal, arena y fibras maiz 32 15 11,5 5520 bloque 7,7 1,15 8,86 1,44

Ladrillo macizo elaboración manual 29 14 5 2030 ladrillo 3,77 2,77 10,44 0,79

Bloque arcilla aligerada (termoarcilla) 30 19 19 10830 bloque 10 2,77 27,70 2,1

Bloque hueco sílico-calcáreo 40 20 15 12000 bloque 17 2 34,00 3,23

Bloque hueco de cemento 40 20 20 16000 bloque 16,82 2,35 39,53 3,7

Bloque arcilla expandida 50 20 25 25000 bloque 21,25 2 42,50 4,04

Bloque solido de cemento 30 20 20 12000 bloque 23,16 2,35 54,43 5,09

Dimensiones BANCO BEDEC PR/PCT

Tabla 7.10 Cálculo energía incorporada (MJ) por kg y unidad de bloque de fibras de maíz.

Sin embargo, después de esta cuantificación “de la cuna a la puerta” como productos es necesario hacer una matización. El siguiente paso consiste en considerar el número de unidades necesarias para cumplir la misma función constructiva. En este caso se cuantificó el número de unidades necesarias para cubrir un m2 de pared. Los resultados de esta comparativa se muestran en la Tabla 7.11

Producto Energía incorporada Ud/m2 muro Energía incorporada(EEV) MJ/unidad MJ/m2 muro

Bloque de cal, arena y fibras maiz 8,86 21 185,96Ladrillo hueco doble 4,43 49 217,17

Bloque arcilla expandida 42,50 7 297,50

Bloque arcilla aligerada (termoarcilla) 27,70 15,5 429,35

Bloque hueco de cemento 39,53 11 434,80

Bloque hueco sílico-calcáreo 34,00 15 510,00

Ladrillo macizo elaboración manual 10,44 61 637,02

Bloque solido de cemento 54,43 15 816,39

Tabla 7.11 Cálculo energía incorporada (MJ) por m2 de muro.

Llegados a este nivel de análisis puede comprobarse que el bloque con fibras de maíz obtiene los valores más bajos de energía incorporada por m2 de muro. Puede concluirse entonces que a nivel de partida, de entre las opciones comparadas, es el material con el mejor resultado en cuanto a energía necesaria para su fabricación.

265

7.5.6.3. Emisiones de CO2 asociadas a la fabricación de bloques con fibras de Maíz

Una de las métricas ambientales usadas por los arquitectos en la actualidad para clasificar nuestros edificios la constituyen las emisiones de CO2 asociadas a la construcción de los mismos.

Directamente relacionada con la energía incorporada en las edificaciones, esta forma de medir parte de la huella ecológica de la construcción tiene un carácter didáctico importante. El concepto de emisiones de CO2 y su incidencia en las características del medio esta implantado de tal manera en el nuevo inconsciente colectivo que es cada vez más fácil utilizarlo como forma de mostrar a los usuarios el impacto que tiene la actividad constructiva como consumidora intensiva de materiales.

En el caso del material investigado en esta tesis se realizó una comparativa de las emisiones de CO2 a nivel de producto (bloque) y a nivel de partida (m2 de muro) asociadas al uso de los bloques de fibras de maíz. Los resultados se muestran en la Tabla 7.12 que relaciona las emisiones de CO2 del material en comparación con otros que pueden cumplir la misma función constructiva.

Puede observarse que los bloques de fibras de maíz con un total de 30,24 kg/m2 de muro, muestran el tercer mejor resultado justo por detrás del ladrillo hueco doble y el bloque de arcilla expandida.

Producto Peso Emisiones Ud/m2 muro Emisiones CO2kg CO2 kg/ud kg/m2 de muro

Ladrillo hueco doble 1,60 0,34 49,00 16,66

Bloque arcilla expandida 21,25 4,04 7,00 28,28

Bloque de cal, arena y fibras maiz 7,70 1,44 21,00 30,24

Bloque arcilla aligerada (termoarcilla) 10,00 2,10 15,50 32,55

Bloque hueco de cemento 16,82 3,70 11,00 40,70

Ladrillo macizo elaboración manual 3,77 0,79 61,00 48,19

Bloque hueco sílico-calcáreo 17,00 3,23 15,00 48,45

Bloque solido de cemento 23,16 5,09 15,00 76,35

Tabla 7.12 Cálculo de emisiones de CO2 por m2 de muro.

Partiendo del hecho de que el porcentaje de edificación de viviendas unifamiliares en Latinoamérica representa un 60% del total de la actividad constructiva 11 . El cálculo de las emisiones de CO2 puede usarse como instrumento para facilitar la toma de conciencia por parte de constructores y

11 A modo de comparación con este dato, cabe resaltar que en España edificación de viviendas unifamiliares representó el 75% de la actividad constructiva de 2005. Fuente: Instituto Nacional de Estadística, www.ine.es/inebase/cgi/axi.


266

usuarios finales de que su vivienda genera una carga ambiental por construcción y uso.

Este ejercicio tiene un gran potencial didáctico que a la larga se hace cada vez más necesario de cara a producir los “pequeños cambios” imprescindibles para reducir la carga ambiental que la construcción genera.

Como técnicos nos vemos emplazados a mejorar las tecnologías para que el aprovechamiento de la materia y energía gane en eficiencia. Estas tecnologías han de ser coherentes con el medio y compatibles con la naturaleza, usando los materiales y servicios de los ecosistemas sin destruirlos. La eficiencia sigue el principio de “hacer más con menos”. Busca lograr un menor uso de materiales y energía. La coherencia es una estrategia biomimética orientada a reconciliar técnica y naturaleza. Esto se logra gracias a la aplicación de principios de reutilización, recuperabilidad y aprovechamiento energético con conciencia entrópica. Este trabajo de investigación se ha planteado desde una perspectiva de eficiencia y coherencia al recuperar y reutilizar desechos de una actividad agrícola para generar materiales constructivos con una clara vocación social.

267

Bibliografía 1 Edwards B, Hyett P. “Guía básica de la sostenibilidad”. Editorial Gustavo Gili. Barcelona, España. 2005 121 pp 2 Braungart M; McDonough W. “Cradle to Cradle. Rediseñando la forma en que hacemos las cosas”. Editorial Mc GrawHill 2005. Pag. 54. 3 Serra Florensa R. “Les energíes a l’arquitectura”.Edicions UPC. Barcelona, España. 1996 Pag. 119. 4 Salas,J. “La industrialización posible de la vivienda latinoamericana”Editorial Escala. Colombia. 2000. 5 Salas, Julián. “Contra el Hambre de Vivienda. Soluciones Tecnológicas Latinoamericanas”. Edit. Escala. Bogotá, Colombia. 1992.ETSAV 6 A.A.V.V. “Office building in Costa Rica. Measuring up to the criteria of sustainable construction”. Holcim Foundation for Sustainable Construction. Suiza 2006 56 p. 7 Lorenzo Galligo, P. “Un Techo para Vivir. Tecnologías para viviendas de producción social en América Latina”. Edicions UPC. Barcelona, España. 2005 González Ortiz, Humberto. “Carlos González Lobo... Caminos hacia lo alternativo dentro del ámbito conceptual, proyectual y contextual de la arquitectura”. Tesis Doctoral. Departamento de Proyectos Arquitectónicos. UPC. 2001. 8 Pozak Kathryn “De Plantas piloto a zonas de Mercado. La diseminación de la teja de microconcreto (TMC) en América Latina”. Actas III Conferencia Internacional sobre Ecomateriales. Santa Clara, Cuba 2005. 9 Pinto da Cunha, José Marcos. “Urbanización, redistribución espacial de la población y transformaciones socioeconómicas en América Latina”. En Serie Población y Desarrollo. CEPAL. No. 30,2002. 50pp. 10 Baraona, Ethel: Pirilo, Claudio; Reyes, César “Arquitectura Sostenible”. Editorial Pencil. 2007. 360pp. 11 Kruk, Walter “Catálogo Iberoamericano de Técnicas Constructivas Industrializadas para Viviendas de Interés Social”. Subprograma XIV. Red. CYTED. 1993. 260pp 12 Gore Nils. “Understanding Stabilized Earth Block Construction Using the Cinva-Ram”. University of Kansas School of Architecture and Urban Design. 2000 http://kubuildingtech.org/ngore//nilsweb/cinvablocks/index.html 13 Consejo Nacional de Planificación Económica. Unidad de Desarrollo Urbano y Vivienda. "Efectos del terremoto del 4 de febrero de 1976 sobre los asentamientos humanos de Guatemala". Guatemala 1978. 14 De León Pablo. "La Bloquera CETA-RAM para Programas de Vivienda Popular". Centro de Experimentación en Tecnología Apropiada, Guatemala 1987. Lou Ma Roberto "Cookstove Construction by the Terra-CETA Method". Centro de Experimentación en Tecnología Apropiada, Guatemala 1982.

El bloque puede aplicarse en viviendas de distribución sencilla de hasta dos plantas

o como elemento de cerramiento.



Mampostería de bloques de maíz

Resistencia a compresión (fm) 1,46Mpa

Resistencia a cortante (fv) 1,20Mpa



8

Mampostería de bloques de maíz

Resistencia a compresión (fm) 1,46Mpa

Resistencia a cortante (fv) 1,20Mpa



Pagina anterior Levantado con bloques CETA RAM.

8

Aplicaciones del Bloque de maíz Propuesta dentro de un Sistema

La aplicación del compósito estudiado en el presente trabajo de investigación forma parte de un sistema de piezas de pequeño tamaño y fácil manipulación por autoconstructores. Se ha puesto especial atención en proponer un sistema que haga énfasis en la racionalización y planificación de procesos, en lugar de apoyarse en sistemas altamente mecanizados. Basado en las experiencias de industrialización que se han desarrollado en los últimos años en Latinoamérica, se ha optado por un sistema blando, que además de los aspectos técnicos como las máquinas, herramientas y materiales; tome en cuenta aspectos de organización del trabajo, racionalización de procesos y participación de los usuarios de la vivienda (Tabla 8.1).

TIPO TECNOLOGÍA DESCRIPCIÓN

Sencilla Basada en una mas de conocimientos populares

Intermedia Con un nivel medio entre lo tradicional y lo avanzado

De poco costo Con una relación inversión/salario anual del orden de 1/1 y 3/1

Blanda Procura un equilibrio con el medio.

Asimilable Transforma lo adquirido, lo adapta e incluso lo supera.

De escala adecuada Entre la pequeña y la gran escala

Tabla 8.1 Recopilación de ideas y criterios sobre

Tecnología Apropiada

273

El nivel de industrialización elegido busca optimizar la puesta en obra, favoreciendo la mejora progresiva de mano de obra poco calificada. Para lograrlo se ha optado por disminuir la dificultad de colocación mediante el empleo de un programa compuesto por cuatro tipos básicos de bloque. Este sistema ligero de fabricación permite adaptarlo a un gran número de tipologías constructivas y puede ser usado en la resolución de proyectos de vivienda unifamiliar de una planta, o como elementos de cerramiento en proyectos de más niveles. El uso de elementos similares a los bloques existentes en el mercado facilita la aceptación inicial y posterior asimilación por parte de los diseñadores, constructores y usuarios; gracias a su adaptabilidad a los programas y medios constructivos ampliamente utilizados en Latinoamérica. El sistema potencia la prefabricación a pie de obra a fin de reducir la repercusión económica y ambiental debida al transporte. Prefabricación blanda a pie de obra El traslado de alguna de las actividades de obra a pequeños talleres o plantas de producción, constituyó una novedad en la forma de concebir la arquitectura. La forma tradicional constructiva se vio afectada por conceptos de normalización y tipificación de componentes elaborados fuera de su posición definitiva dentro de la edificación. La introducción, al menos en parte, de métodos organizativos de la industria en la ejecución de obras, convirtió el montaje estructural en un proceso industrial. Esta progresiva industrialización ha generado otro tipo de variables que se deben sumar al hecho constructivo, como el almacenamiento y transporte que dependiendo de la distancia al sitio de obra generan una serie de cargas ambientales que no se tenían en la construcción tradicional. Una forma de industrialización especialmente útil en el caso de viviendas de interés social es la prefabricación de pequeños elementos a pie de obra. Por un lado se reducen los espacios necesarios para el almacenaje y se anulan los costes por transporte de los elementos prefabricados. Los bloques y la tecnología de fabricación propuestos en este trabajo se adaptan al tipo de prefabricación blanda mencionado.

8. Aplicaciones del bloque de maíz

274

8.1 Descripción de la propuesta

275

Tomando como base la práctica del arquitecto cubano Maximino Bocalandro [1] y de la empresa española BSCP [2] se han definido las etapas del sistema en el que se utilizará el bloque propuesto en este trabajo:

01 Definición de las premisas básicas del sistema.

02 Estudio bibliográfico de premisas afines.

03 Definición los principios básicos de coordinación modular.

04 Definición los principios estructurales del sistema.

05 Diseño de las piezas que componen el sistema.

06 Diseño los moldes necesarios para fábrica r las piezas.

07 Diseño los nudos, uniones y juntas entres las distintas piezas.

08 Definición del orden de fabricación de piezas.

09 Definición del almacenamiento de las piezas fábrica das.

10 Definición del orden de montaje.

Tabla 8.2 Etapas del Sistema Constructivo en el que se usarán los bloques de maíz.

8.1.1. Definición de las premisas básicas del sistema. El principal objetivo es la aplicación del compósito estudiado dentro de un sistema tecnológico blando, fácilmente asimilable técnica y socialmente por los pobladores de las áreas rurales en Latinoamérica. El uso bloques hechos a partir de desechos de la actividad agrícola busca aprovechar un subproducto para resolver parte de un sistema constructivo, a la vez que da sentido y un nuevo valor a la gestión de los residuos generados por las actividades de los pobladores. 8.1.2. Estudio bibliográfico de premisas afines. Desarrollado en el Capítulo 7 de la Tesis. A partir de la actualización de las técnicas constructivas industrializadas usadas en la construcción de vivienda popular en Latinoamérica se identificó una serie de ejemplos afines y se encontró la base técnica necesaria para desarrollar la propuesta de este trabajo. 8.1.3. Definición los principios básicos de coordinación modular. Las dimensiones y formas de los elementos que componen una vivienda están determinadas por el uso que les da el hombre y las dimensiones del cuerpo humano (planos de trabajo, alturas de antepechos, longitud de la cama o dimensiones de los armarios).


276

a. Medidas verticales. Suelen depender del sistema tecnológico empleado. Los criterios definidos para el sistema propuesto son: Altura suelo-techo: Variable entre 2,40-2,70 m como medida general. Permite igualar las divisiones interiores a los bordes de los forjados. Para espacios de uso esporádico (circulaciones, almacenaje) se fijó como mínimo en 2,10. Altura suelo-suelo: Depende de los espesores de forjado empleados. Se definió el límite variable entre 2,70 y 3,00 m. Su uniformidad permite el uso de tramos iguales de escaleras y de elementos de fachada fuera de los bordes del forjado. b. Medidas horizontales. Se agruparon en tres. El primer grupo vinculado al uso lo forman las profundidades de armarios y planos de trabajo en cocina. El rango varía entre 0,50 y 0,60m. El segundo grupo está definido por el mobiliario propio de los ambientes (dormitorio, estar, comedor) y las circulaciones perimetrales que estos generan. El tercer grupo se refiere a las zonas de paso, para el cual existen una serie de mínimos que deben ser tomados en cuenta (ancho del cuerpo en pasillos, formas de sentarse, formación de grupos en vestíbulos). El primer grupo puede vincularse directamente a las formas, tamaños y soluciones constructivas, mientras que los dos últimos dependen de la localización de los elementos de división en el interior de la vivienda, para los que debe existir un ordenamiento dimensional que en este caso depende de una correcta modulación. La Tabla 8.3 recoge una serie de criterios que deben ser tomados en cuenta en la racionalización, organización geométrica y dimensional de un sistema prefabricado. 01 REGULARIDAD ESTRUTURAL:

Con un ordenamiento riguroso del sistema portante se racionaliza el proceso constructivo y permite adaptarlo a diferentes niveles de prefabricación.

02 AGRUPAMIENTO, REGISTRABILIDAD Y AUTONOMIA DE LAS INSTALACIONES

El agrupamiento de instalaciones permite minimizar costos y evita interferencias con el sistema portante. La registrabilidad de las instalaciones facilita el mantenimiento y las reparaciones. Con la autonomía de las instalaciones se permite la ampliación de servicios.

03 AUTONOMÍA DE LAS DIVISIONES INTERIORES

Gracias a este criterio es posible adaptar la vivienda a las necesidades del usuario.

04 INTERIOR DE LA VIVIENDA SEMITERMINADO

De esta manera revestimientos, acabados y equipamiento de la vivienda quedan como partidas que pueden irse completando mientras los usuarios habitan la vivienda. Requiere ver la vivienda como proceso y no como objeto que puede ocupase hasta que está totalmente terminado.

Tabla 8.3 Criterios Generales para la racionalización del Proyecto (Basados en SALAS 2000)

277

8.1.4. Definición los principios estructurales del sistema. La definición de esta etapa del sistema adquiere espacial importancia al considerar que gran parte de las poblaciones rurales de Latinoamérica se asientan en emplazamientos con alto riesgo sísmico. Tomando en cuenta que una gran parte de la resistencia inherente del edificio a fuerzas laterales está determinada por su planta básica de distribución [3] En este sentido, la elección de un sistema estructural con una configuración sencilla, correctamente alineada ante los sismos es altamente recomendable. El bloque propuesto en este trabajo permite adaptarse como base de elementos de cerramiento dentro de sistemas estructurales adintelados, para viviendas de uno y dos niveles. Por otro lado, gracias a su forma ahuecada permite la incorporación de elementos de refuerzo verticales como varillas o cañas de bambú. El sistema estructural a base de viga y dintel escogido, puede adaptarse a la resolución de múltiples programas arquitectónicos. Favorece la simplicidad y simetría requeridas en zonas con riesgo sísmico y es compatible con el bloque estudiado 8.1.5. Diseño de las piezas que componen el sistema. Se propone el uso de un elemento fácilmente asimilable por los constructores y usuarios. El uso de bloques está ampliamente difundido en la región, por lo que constituye una vía posible de aplicación del compósito caracterizado en este estudio.

Las unidades producidas por la CETA-RAM se muestran en la Figura 8.1 y fueron descritos ampliamente en 7.5.2 Características físicas del bloque.

Figura 8.1 Unidades de mampostería Los bloques son paralelepípedos con muescas en los extremos. Tiene dos huecos circulares en el interior que permiten la colocación de varillas de refuerzo. El uso de muescas mejora la adherencia entre bloques ya que aumenta la superficie de contacto con el mortero de pega. La pieza básica está formada por un bloque de 32x15x13cm. Gracias a estas dimensiones es posible trabajar con módulos de 0,5-1,0m. Las características dimensionales pueden ser obtenidas mediante la incorporación de piezas de sección cuadrada dentro en el molde de la máquina CETA-RAM.


278

Tamaño y peso de los elementos Característica eminentemente práctica. La flexibilidad, en sentido arquitectónico/espacial, de un sistema constructivo esta determinada por el tamaño de los elementos que lo forman. El uso de pequeños elementos facilita la prefabricación en obra y el manejo por uno o pocos usuarios. Por otro lado el uso de elementos grandes disminuye el tiempo de ejecución y el número de juntas. Depende de mayores elementos auxiliares de transporte y montaje y difícilmente caza con procesos de prefabricado en obra. La Tabla 8.4 muestra las implicaciones del uso de grandes o pequeños elementos desde el punto de vista del fabricante, del sistema, del constructor y del proyectista.

Respecto a Elementos grandes dimensiones Elementos pequeñas dimensiones

Ventajas

- Menor número de maquinas diferentes y más fácil mantenimiento. - Facilidad de ejecución. -Menos mano de obra por unidad prefabricada. -Economía de grandes series

-Maquinaria e instalaciones más baratas. -Mayor radio de acción de plantas de producción. -Versatilidad y adaptabilidad a pedidos más pequeños.

FÁBRICA NTE

Desventajas

- Maquinaria y mantenimiento más costosos. - Menor radio de acción de plantas productoras. - Dificultad de adaptarse a pequeños pedidos. - Dependencia de una demanda estable y de gran volumen.

- Mayor número de máquinas diferentes. -Dependiente de una extensa red de distribución, ajena a la planta de producción. - Elementos modulares no siempre compatibles con los de otros productores.

Ventajas

-Ahorro de mano de obra in situ -Simplificación y control de la organización en obra. - Ahorro en materiales y en ejecución de juntas. - Menor plazo de ejecución. - Menor cantidad de equipo de montaje.

- Equipos ligeros de elevación. - Versatilidad de la organización de obra.

CONSTRUCTOR / PROMOTOR

Desventajas

- Maquinaria más pesada y cara - Dependencia total del programa y de incidencias en el suministro de elementos.

- Gran uso de manos de obra y buena parte especializada. - Riguroso control de calidad de suministros y ejecución. - Abundante pérdida de material - Mayor longitud de juntas. - Mayor plazo de ejecución

Ventajas - Facilidad de mediciones y presupuestos. - Estandarización de los detalles. - Control de la ejecución.

- Flexibilidad de aplicaciones. - Libertad volumétrica y formal

TÉCNICO PROYECTISTA

Desventajas - Repetición sistemática de una misma solución.

- Necesidad de solución de detalles en obra. - Numerosas juntas en fachada. - Dificultad para los suministradores.

Tabla 8.4 Implicaciones del Tamaño de los Elementos de un Sistema Constructivo (SALAS 2000)

279

Los bloques de maíz fábrica dos con la máquina CETA RAM pesan 1,5 Kg. la unidad. Pese a ser un elemento con un peso manejable por una sola persona el autor considera que debe aún reducirse el peso para facilitar la colocación. Esto pasa por incrementar el contenido de fibras, reduciendo la resistencia del elemento y mejorando la trabajabilidad de la mezcla para evitar la formación de nudos de fibras que comprometan la resistencia del compósito. Un extremo que podría explorarse consiste en la utilización de las fibras como elemento principal de la mezcla y el uso de la matriz como elemento aglomerante. De esta forma debería replantearse el uso del elemento y su aplicación como elemento de carga debería desecharse del todo, sin embargo se mantiene viable el uso como encofrado perdido o como elemento aislante.

La propuesta de elemento constructivo planteada en este trabajo consta de cuatro unidades básicas de bloques hechos con el compósito de maíz y cal estudiado. Gracias a sus características físicas y mecánicas los bloques pueden ser empleados como: •Elementos de cerramiento •Piezas de encofrado perdido. (Figura 8.2) Del diseño original de bloques generados con la máquina CETA-RAM se han estudiado variaciones tipológicas tomando como base a los resultados positivos obtenidos con los bloques ensayados. Estas variaciones buscan mejorar la adherencia entre los bloques, aumentando la superficie de contacto con el mortero de pega.

Figura 8.2 Piezas en muro

8.1.6. Diseño de los moldes para fabricar las piezas. Los bloques se fábrica ron con la prensa manual CETA RAM, ampliamente descrita en el Capítulo 8. Para este trabajo se realizó un completo juego de planos en CAD que se muestran en el Anexo 8.11 y que constituyen un aporte más de este trabajo (Figura 8.3).

1 Estos planos se plantean como un aporte más de este trabajo. En la línea de los objetivos de su creador el Ing. Roberto Lou se pretende difundir la tecnología como alternativa en programas de construcción de viviendas de interés social. Se han registrado bajo licencia 2.5 de CreativeCommons.www.creativecommons.org


280

Figura 8.3 Diseño CAD de bloquera manual CETA-RAM

La construcción de esta máquina requiere personal capacitado en trabajos de herrería y mecánica en general. En su mayoría todos los componentes que forman la CETA RAM requieren trabajo común de mecánica de banco y algo de torno. Con esta máquina portátil, de sencilla operación manual, se pueden fabricar bloques huecos a una presión que puede alcanzar las 20 toneladas [4]. 8.1.7. Diseño los nudos, uniones y juntas entres las distintas piezas. Las zonas de unión entre elementos donde es preciso obtener continuidad se denominan juntas. Esta continuidad puede ser de diversos tipos: estática, térmica, acústica, de estanqueidad al agua y al aire e incluso estética. Estos elementos deben diseñarse como una especie de fisuras premeditadas a fin de que faciliten la adaptación del sistema ante solicitaciones externas. Por lo tanto es recomendable diseñarlas y ejecutarlas para absorber:

- Variaciones de temperatura - Modificaciones de forma por el efecto de las cargas - Garantizar la impermeabilidad ante los agentes atmosféricos.

Respecto a este punto cabe resaltar la adaptabilidad del elemento a los sistemas existentes con las soluciones de nudos, juntas y uniones disponibles para bloques, además de la posibilidad de uso como encofrado perdido. Los huecos interiores en el bloque, además de disminuir la cantidad de material empleado en su fabricación, permiten la colocación de refuerzos verticales. Estos a su vez pueden anclarse a las soleras y vigas de remate, dándole continuidad al sistema. Esta sencilla mejora con respecto a los adobes usados generalmente en las construcciones vernáculas, permite adaptar los elementos a sistemas antisísmicos. En el caso del elemento propuesto en este trabajo el tipo de juntas es el característico de un sistema de mampostería.

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8.1.8. Definición del orden de fabricación de piezas. Para la preparación de la mezcla es necesario contar con un espacio amplio, acorde al número de bloques que se van a producir. Con una bloquera pueden producirse entre 400 y 600 bloques por jornada de 8 horas de trabajo2. Los materiales para la mezcla han de estar almacenados en un lugar seco y fresco, preferentemente a la sombra. Los sacos de mortero de cal y puzolanas han de colocarse sobre un palet para evitar el contacto directo con el suelo. Las fibras de maíz, luego del proceso de cortado y lavado han de estar completamente secas y almacenadas en contenedores que las aíslen del suelo y de la presencia de insectos. Se mezclan en primer lugar la arena y el mortero de cal en seco, hasta obtener una mezcla homogénea de color uniforme. Posteriormente se le agregan las fibras y se mezcla manualmente durante unos cinco minutos, hasta obtener una distribución homogénea de agregados dentro de la mezcla. Llegados a este punto, puede adicionarse el agua de la siguiente manera. Al principio se le agrega la mitad de la cantidad necesaria y se mezcla durante dos minutos, posteriormente se le agrega lentamente el resto sin dejar de mover la mezcla y se da por terminado hasta obtener una consistencia ligeramente seca. Una manera sencilla de comprobar la cantidad de agua en la mezcla, consiste en tomar una cantidad de mortero en la mano y formar una bola que ha de ser compacta y que no humedezca la mano, en este momento pude asegurarse que el contenido de agua en la mezcla es el adecuado. Es importante que la cantidad de agua no exceda la humedad óptima de la mezcla. Esta cantidad ha de ser tal, que permita lubricar las partículas que forman el mortero y favorecer el desplazamiento del agregado dentro de la mezcla en el momento de la compactación. Posteriormente se realiza el bloque mediante compresión. Antes de transportar el bloque se le coloca en la parte superior una placa que puede ser metálica o de madera. El bloque se traslada al punto de curado, se coloca lateralmente y se separan las placas con mucho cuidado para no descantillarlo. 8.1.9. Definición del almacenamiento de las piezas fabricadas. Después del moldeo se debe colocar los bloques en un lugar plano cubierto del sol y la lluvia. Pasadas 24 horas pueden apilarse unos sobre otros según muestra la figura. Deben mantenerse bajo sombra y regarse con una regadora de fina aspersión. Para favorecer el curado deben cubrirse con plástico o bolsas de papel mojado. Estas condiciones de humedad deben mantenerse por un mínimo de 8 días y bastará con regarlos una vez al día, si se mantienen cubiertos. Posteriormente pueden descubrirse y mantenerse apilados al exterior hasta que cumplan los 28 días de curado. Pasado este tiempo, los bloques están listos para ser usados. 2 Valores citados por De León P. (1987) basados en la disponibilidad de material a pide de lugar de fabricación y el trabajo de un oficial y un ayudante habituados al uso de la máquina.


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8.1.10. Definición del orden de montaje. El uso de los bloques fábrica dos con la máquina CETA RAM es exactamente igual al de los bloques tradicionales de hormigón. a. Cimientos El sistema debe contar con un cimiento adecuado para transmitir eficientemente las cargas al suelo. Los requerimientos principales que debe satisfacer el cimiento son: -Tener un factor de seguridad adecuado, teniendo especial atención a la rotura por corte del suelo de apoyo. -El asentamiento del cimiento debe moverse dentro de límites tolerables que no afecten la estructura.

-La profundidad de cimentación debe evitar suelos superficiales orgánicos y la zona de variaciones estacionales de humedad. -Para vivienda deben utilizarse cimientos corridos, con continuidad en los vanos de puertas y ventanas. -Para viviendas de una planta puede utilizarse cimientos de hormigón armado o de suelo-cemento en proporción 10:1, hecho en capas compactadas de 5cm. -Sobre el cimiento se colocará una solera hidrófuga de hormigón armado.

Figura 8.4a Cimiento corrido para muros de maíz.

b. Levantado de muros. La mecánica del levantado de muros con bloques CETA-RAM es similar a la de la edificación con bloques tradicionales. -Se anclan las varillas de refuerzo vertical en la solera hidrófuga. -En los extremos y vértices de la solera hidrófuga se colocan un par de bloques nivelados a modo de guías. Posteriormente se completa la hilada. -Este procedimiento se repite hasta llegar a la altura deseada, respetando los vanos de puertas y ventanas.

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-Los huecos en los que coincide una varilla de refuerzo vertical deben llenarse de mortero al menos cada 3 hiladas. -Se debe emplear la misma mezcla para el mortero de pega y el de relleno de huecos que contienen el hierro de refuerzo vertical.

Figura 8.4b Levantado de muro sobre solera hidrófuga.

c. Refuerzos Los refuerzos verticales y horizontales actúan simultáneamente a la hora de una solicitación y su efecto rigidizante permite que el sistema trabaje en su totalidad, resistiendo de esta forma un posible colapso.

Los tipos de refuerzo recomendados para una vivienda de una sola planta en la que se utilicen bloques de la CETA RAM son: -Refuerzo horizontal: soleras hidrófuga y de coronamiento con sección de 0,15 x 0,15m. El refuerzo ha de ser 2 Ø12 + estribos Ø10/0,40m. -Refuerzo vertical: Varillas Ø12/1m con solape de 0,30m. Se anclarán en las soleras hidrófuga y de coronamiento.

Figura 8.4c Refuerzos horizontales con piezas-encofrado

d. Aparejos Se refiere al sistema de ensamble o armado de los muros construidos con lo bloques propuestos. La elección del tipo de aparejo depende de condicionantes mecánicas y estéticas. Los bloques propuestos en este trabajo están coordinados dimensionalmente, de tal manera que permiten la formación de


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diferentes tipos de aparejo (Figura 8.5). Una relación completa de aparejos y juntas se muestra en el Anexo 8.2

Figura 8.5 Diferentes tipos de aparejo logrados con los bloques de maíz-CETA RAM

La condición mecánica fundamental que debe cumplir los elementos que forman el muro es tener un comportamiento isotrópico, esto es que los elementos que lo forman tengan las mismas propiedades físicas en todas las direcciones de un plano. Aunque una vez incluidos dentro de un elemento compuesto por piezas y mortero, el comportamiento del conjunto será anisotrópico. e. Mortero de pega El mortero en estado plástico debe fluir bien, ser trabajable, contar con una buena retención de agua y mantener dichas propiedades por largo tiempo. Además, debe adherirse bien a las unidades de mampostería y ser consistente entre una preparación de mezcla y otra. El nivel de retención de agua ha de garantizar la hidratación del material cementante. Su función principal es la de adherir las unidades de mampostería. La resistencia a la compresión del mortero en estado endurecido, incide en la capacidad del muro para transmitir cargas de compresión y es un indicativo de la resistencia a esfuerzos de corte y a esfuerzos de tracción. El mínimo de resistencia a compresión a 28 días debe ser 7,5MPa3. En los morteros de cemento Pórtland y cal, el cemento contribuye a la durabilidad, la resistencia temprana, una tasa de endurecimiento uniforme y una alta resistencia a la compresión; la cal le añade impermeabilidad, adherencia y baja contracción. Los morteros hechos solamente de cemento y arena más agua no retienen bien el agua y su adherencia es muy pobre. Trabajabilidad Es la propiedad esencial del mortero en estado plástico, mediante la cual puede ser manipulado y esparcido con facilidad sobre la cara superior de las

3 Los morteros se clasifican según su resistencia a la compresión en: M (17,5 Mpa), S (12,5 Mpa), N 7,5 Mpa. Construcción de casas sismorresistentes de uno y dos pisos. Curso SENA. Universidad Nacional de Colombia. 2003

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paredes de las unidades de mampostería, las salientes de las mismas y alcanza un contacto íntimo y completo con las irregularidades de la superficie de éstas. Lo opuesto a un mortero plástico es un mortero áspero. La trabajabilidad está directamente relacionada con la plasticidad e indirectamente con la viscosidad, la cohesión, y la densidad. La trabajabilidad de un mortero es fácilmente reconocible por un buen albañil, pero no existe ensayo para cuantificarla ni para medir sus características. Retención de agua Esta propiedad le permite al mortero conservar el agua necesaria para la hidratación del cemento en ambientes absorbentes como las superficies de las unidades de mampostería. La retención de agua incide mucho en el endurecimiento y en la resistencia final del mortero. Una mezcla incapaz de retener el agua no permite la hidratación de sus materiales cementantes. Para ilustrar de una mejor manera las recomendaciones anotadas anteriormente se ha desarrollado los proyectos constructivos de dos tipos de casas de interés social (Anexo 8.2). Todos los detalles importantes son mostrados de forma gráfica mediante secciones y detalles en los que se muestra cómo se resuelve el proyecto usando los bloques de maíz dentro de sistemas adintelados tradicionales.


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8.2 Propiedades de los materiales

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Las cualidades resistentes de la mampostería están determinadas por las características mecánicas de las unidades de mampostería, el mortero de pega utilizado y la calidad de la ejecución. A continuación se realiza una descripción de las propiedades de los materiales que conforman la mampostería fábrica da a partir del material propuesto en la Tesis. La mampostería propuesta esta formada por unidades de bloques y mortero de pega fábrica dos con el compósito estudiado. La resistencia especificada a la compresión de la mampostería, fm basada en el área neta de la sección correspondiente, constituye un índice de la resistencia de la mampostería a la compresión. Para determinarla pueden realizarse ensayos sobre pilas de mampostería o analíticamente a partir de la resistencia a compresión de sus componentes. Para fines de análisis preliminar de las posibilidades de aplicación del material estudiado se utilizó esta segunda vía. A partir de las resistencias obtenidas en las Partes 2 y 3 de este trabajo, se ha calculado el comportamiento mecánico a compresión, tracción, flexocompresión y cortante de la mampostería. Estos datos se utilizarán posteriormente en el análisis sísmico del compósito utilizado dentro del sistema descrito. 8.2.1 Propiedades mecánicas de los materiales componentes 8.2.1.1 Propiedades de los bloques Resistencia a compresión La Tabla 8.5 muestra los valores de compresión fcb obtenidos en bloques con contenidos de fibra del 8% y 12% en masa

Serie Carga promedio (Kg.)

Resistencia a compresión (sección bruta) Mpa

Resistencia a compresión (sección neta) Mpa

CF8% 14550 3,04 3,24

CF12% 11917 2,48 2,67

Tabla 8.5 Resistencia a compresión de Bloques de Maíz.

Actualmente no existe un conocimiento muy amplio de la relación esfuerzo-deformación de los bloques bajo compresión. Bonet (2003) apunta que en ladrillos de arcilla esta relación es casi lineal hasta el fallo. Anota además que las unidades perforadas muestra un comportamiento frágil, desaconsejándolas en zonas sísmicas. Sin embargo esta característica geométrica favorece la incorporación de armaduras de refuerzo en el muro, por lo que la anterior recomendación es válida para muros de mampostería sin reforzar.


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Resistencia a la tracción El valor de la resistencia a tracción uniaxial de las unidades de mampostería (ftb) se obtiene a partir de la resistencia a compresión de la unidad (fcb). La siguiente ecuación muestra una relación fcb - ftb utilizada a menudo:

ftb = c √fcb [8.1]

c es una constante que tiene en cuenta el tipo de ensayo: c = 0,28 para ensayo de tensión uniforme c = 0,34 para ensayo de tensión indirecta c = 0,69 para ensayo de flexión De los tres anteriores es el ensayo de tensión indirecta el que proporciona las mediciones más realistas de la resistencia a la tensión de las unidades de mampostería sometidas a fuerzas en su propio plano

Serie Resistencia a compresión (sección neta) Mpa

Resistencia a tracción (Mpa)

CF8% 3,24 0,61

CF12% 2,67 0,56

Tabla 8.6 Resistencia a tracción de Bloques de Maíz.

Los bloques sometidos a esfuerzos de tracción presentan una relación esfuerzo-deformación casi elástica lineal hasta cerca de la carga de rotura. A partir de este punto se produce un fallo frágil. Modulo de elasticidad Característica difícil de definir a causa de escasa información de pruebas experimentales de referencia. A modo de orientación puede anotarse que las unidades de arcilla cocida como los ladrillos, presentan un comportamiento elástico lineal, mientras que los bloques de hormigón muestran un comportamiento no lineal. A pesar de que no existe un método estándar para evaluar el módulo de elasticidad, esta característica puede definirse de manera aproximada a partir de la resistencia a compresión del bloque. Tomando como referencia la formula para determinar el módulo de elasticidad de ladrillos de arcilla, se propone la siguiente ecuación:

Eb= 300 fcb [8.2]

Serie Resistencia a compresión (sección neta) Mpa

Módulo de elasticidad (Mpa)

CF8% 3,24 973,00

CF12% 2,67 801,50

Tabla 8.7 Módulo de elasticidad de Bloques de Maíz

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8.2.1.2 Propiedades del mortero El mortero propuesto para unir los bloques está compuesto por cal, arena y puzolanas. Sus propiedades físicas y mecánicas se muestran detalladamente en el Capítulo 6 de la Tesis. La calidad del mortero de unión depende en gran medida del proceso de fabricación y colocación, tareas realizadas por el albañil. De ahí que estas características, pese a su importancia, sean muy difíciles de controlar. Entre las principales propiedades del mortero cabe destacar: 1. Adherencia unidad-mortero: Al penetrar el mortero en las rugosidades de l superficie del bloque se forma una especie de llave de corte entre las hiladas. 2. Consistencia: Capacidad de fluencia y manejabilidad de la mezcla. El mortero propuesto para unir los bloques presentó un escurrimiento de 160,5mm (mezcla TCH1:3SF descrita en 6.3.4.2). La consistencia de mortero es plástica en estado fresco. 3. Retentividad: Capacidad del mortero de mantener su consistencia y trabajabilidad. Esta característica es importante ya que facilita la unión de las piezas en el muro. En este sentido es muy favorable el uso de un mortero de cal como el estudiado por su mayor plasticidad y retentividad en comparación con morteros de cemento. Las propiedades mecánicas del mortero que más influyen en el comportamiento estructural de la mampostería son su deformabilidad y su adherencia con las piezas. La primera característica determina en gran medida la resistencia a carga vertical, mientras que la adherencia influye en la resistencia a cortante del muro. La resistencia a compresión del mortero fj no influye significativamente en el comportamiento estructural de la mampostería, sin embargo es el indicador más utilizado para determinar su calidad. La determinación de esta característica tiene sentido ya que otras propiedades como la adherencia, el módulo de elasticidad y la resistencia a la tracción pueden relacionarse de forma indirecta con la compresión. 8.2.2 Propiedades Mecánicas de la mampostería La mampostería como sistema responde mejor a los esfuerzos de compresión. Su respuesta ante cargas axiales depende de la interacción entre bloques y mortero. Tanto las piezas como el mortero tienen características esfuerzo-deformación diferentes (Figura 8.6), así que al estar sometidas al mismo esfuerzo el material menos deformable (los bloques) restringe las deformaciones transversales del material más deformable (el mortero), introduciéndole esfuerzos transversales de compresión [5]. En cambio, en los bloques se introducen esfuerzos de tracción transversales, que disminuyen su resistencia respecto a la que se obtiene en el ensayo de compresión simple del bloque aislado.


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Figura 8.6 Relación esfuerzo-deformación: bloques, mortero y mampostería

(Paulay y Priestley, 1992)6

Los prismas que se utilizan en los ensayos suelen romperse precedidos de una fisuración vertical en las unidades centrales. Esto se debe a que la expansión lateral libre de la capa de mortero se ve limitada por los bloques superior e inferior. Esta limitación en la deformación confina el mortero que se ve sometido a un estado de compresión triaxial (más favorable que en el ensayo normalizado del mortero en el que se somete el material a una compresión uniaxial). La pieza se encuentra sometida a una combinación de compresión axial vertical y tracción biaxial en el plano horizontal, situación más desfavorable que la compresión uniaxial propia del ensayo normalizado. Las principales propiedades mecánicas de las fábricas de bloques son: Resistencia a compresión (fk), Resistencia a cortante (V), Resistencia a flexión (fx), Relación tensión- deformación (σ - є) 4 8.2.2.1 Resistencia a compresión (fk). La resistencia a compresión de los paneles de mampostería está determinada por la resistencia a compresión de los materiales que la componen, el tamaño y tipo de las piezas y el espesor de la junta de mortero. La resistencia a compresión puede determinarse para fines de diseño y control de alguna de las siguientes formas: a. Ensayos experimentales La resistencia a compresión pude determinarse experimentalmente mediante rotura de probetas representativas de la misma. La obtención experimental de fk se hace a partir de la rotura a compresión de tres pobretas de la fábrica construidos con materiales y mano de obra propios de la zona de estudio. 4 Moreno R. 2006

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b. A través de la resistencia de los materiales constituyentes: Mediante formulas, se determina la resistencia a compresión de la mampostería en función de las resistencias de sus materiales componentes. (unidades fcb, y mortero fj). La resistencia a compresión de la mampostería se determina cola siguiente fórmula:

fm = C fcb [8.3] donde fm es la resistencia a compresión de la mampostería C es un factor de correlación dependiente de la continuidad de la mampostería. En este caso al ser continua y sin junta longitudinal su valor es 0,45. fcb es la resistencia a compresión del bloque Las resistencias a compresión de la mampostería usando este método se muestran en la Tabla 8.8.

Serie

fcb (sección bruta)

Mpa fcb (sección neta)

Mpa fm (sección bruta)

Mpa fm (sección neta)

Mpa

CF8% 3,04 3,24 1,37 1,46

CF12% 2,48 2,67 1,11 1,20

Tabla 8.8 Resistencia a compresión (fm). Mampostería de Bloques de Maíz

La tipología de la pieza es importante, ya que la rotura de la fábrica a compresión se inicia por tracciones transversales que fisuran las unidades. De esta forma, si las piezas tienen huecos importantes, en el ensayo, las paredes perimetrales y los tabiques interiores de la pieza se ven sometidos a concentración de esfuerzos transversales. Estos esfuerzos reducen su capacidad resistente y generan roturas frágiles y explosivas. En este sentido, la presencia de fibras en el mortero de origina un comportamiento dúctil de las piezas. Por otro lado, la resistencia de la fábrica aumenta con el incremento de la altura de la pieza, ya que existirá mayor sección transversal de ésta para confinar la misma cantidad de mortero. Si existen menos juntas en una altura determinada de fábrica (por aumento de la altura de las piezas), mayor será su resistencia. Por último debe anotarse el espesor de la junta de mortero, ya que la resistencia de la fábrica disminuye al aumentar el espesor de la junta. Cuanto mayor es la cantidad de mortero que debe confinar la pieza, mayores son las tracciones transversales sobre ésta y menor es la resistencia de la fábrica. 8.2.2.2 Resistencia a cortante (V). La capacidad de la fábrica de resistir esfuerzos cortantes, determina la resistencia de los muros de arriostramiento frente a las fuerzas laterales de viento o sismo. Normalmente estos esfuerzos horizontales vienen acompañados por compresiones verticales que favorecen el mecanismo


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resistente (Moreno 2006). Se ha observado que el esfuerzo cortante resistente, cuando la falla es por tensión diagonal, es proporcional a la raíz cuadrada de la resistencia en compresión (Miranda 2003). La resistencia a cortante de un módulo de mampostería se determina mediante la siguiente fórmula:

V=√fm [8.4] donde V es la resistencia a cortante fm es la resistencia a compresión de la mampostería La resistencia a cortante de la mampostería de los bloques de maíz determinada mediante esta formula se muestra en la Tabla 8.9

Serie

fm (sección bruta)

Mpa fm (sección neta)

Mpa V (sección bruta)

Mpa V (sección neta)

Mpa

CF8% 1,37 1,46 1,17 1,20

CF12% 1,11 1,20 1,06 1,10

Tabla 8.9 Resistencia a cortante (V). Mampostería de Bloques de Maíz

8.2.2.3 Resistencia a flexión La acción horizontal del viento provoca presiones y succiones sobre los muros de cerramiento. De esta forma se originan flexiones en la pared que queda confiada a la resistencia a flexión de la fábrica.

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8.3 Diseño sísmico de muros de cerramiento


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Aparte del coste, la comodidad e higiene, un requisito indispensable y que además facilita la replicabilidad de una propuesta de bajo costo, es la seguridad estructural de la solución habitacional. Además de su propio peso y las cargas debidas al funcionamiento, las edificaciones se ven a veces sometidas a movimientos sísmicos. La franja de países latinoamericanos ubicada al lado del Océano Pacífico se caracteriza por una actividad sísmica relevante, por lo que se hace necesario tomar en consideración una serie de parámetros que garanticen desde la fase de proyecto, la seguridad estructural del sistema. Los sismos son causados por el movimiento de las placas tectónicas o por la actividad volcánica. La Figura 8.7 muestra las regiones con mayor presencia de sismos en el mundo [7].

Figura 8.8. Zonas de riesgo sísmico. (Minke 2006)

La principal zona de riesgo sísmico es el llamado “Cinturón de Fuego del Pacífico” ,que corresponde al litoral Pacífico en América del Sur, asciende hacia el Norte bordeando la costa Pacífica de Centro y Norteamérica y desciende a lo largo del litoral Asiático.

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La otra zona cruza Europa de Este a Oeste, pasa por Turquía, Birmania y la India, y se une al Cinturón del Pacífico a la altura de las islas Célebes. En Asia se han registrado terremotos con intensidad 8 en la escala de Richter, mientras que en los andes se ha llegado a registros de 8.7 grados. Anualmente se registran cerca de cien terremotos con intensidades superiores a los 6 grados, y alrededor de 20 con intensidades mayores de 7 grados en la escala Richter. 8.3.1 Consideraciones iniciales debidas al sismo. Durante la etapa de diseño se ha de procurar que la forma geométrica de la edificación esté conformada por volúmenes de formas simples y dispuestos de manera simétrica con respecto a los ejes longitudinal y transversal de la planta. De esta forma se garantiza que los efectos de eventuales movimientos sísmicos le causen el mínimo daño dado el comportamiento homogéneo de su configuración. Un sistema de resistencia sísmica eficiente está formado por un conjunto de muros estructurales, que resistan los empujes sísmicos horizontales en las dos direcciones principales de la planta; muros de rigidez en sentido perpendicular a los muros estructurales y diafragmas que facilite el trabajo conjunto de los muros estructurales. El buen comportamiento sísmico de una edificación de uno y dos pisos depende en gran medida de la aplicación de ciertos criterios generales apropiados: 1. Simplicidad: Distribuciones que faciliten la distribución equilibrada de los muros, evitando en lo posible formas altamente irregulares que generen momentos críticos en la estructura. Edificaciones formadas por volúmenes diferentes ligados unos a otros, se deforman y reaccionan de manera independiente, no contribuyen al comportamiento homogéneo necesario en un sistema sismorresistente.2 2. Simetría: Propiedad geométrica con la que se contrarrestan movimientos de torsión en planta. A medida que aumenta la simetría del edificio, disminuye el riesgo de concentración de esfuerzos, el momento torsor en planta y el comportamiento de la estructura es más fácil de analizar y más predecible. En una edificación con simetría estructural el centro de masa y el centro de resistencia están localizados en el mismo punto. 3. Rigidez: Se refiere a la capacidad que un elemento estructural tiene para oponerse a ser deformado. Se dice que un cuerpo es más rígido cuanto mayor sea la carga que es necesario aplicar para alcanzar una deformación dada. 4. Uniformidad: Se refiere a la homogeneidad de los materiales que forman los elementos que desempeñan trabajos similares dentro de la estructura.


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5. Continuidad: Para garantizar la efectiva transmisión de cargas de la cubierta a los cimientos, los elementos estructurales han de ser continuos verticalmente. La continuidad horizontal se logra cuando los muros estructurales están alineados en parejas con la misma cota de base y remate. Debe existir aproximadamente la misma cantidad de muros en las dos direcciones perpendiculares de la vivienda, ya que las fuerzas del sismo se pueden presentar en cualquier dirección Para edificaciones de uno o dos plantas como suelen ser las viviendas en proyectos sociales, el mayor peligro es que durante un terremoto las paredes cedan y en consecuencia colapse el tejado. Es necesario entonces garantizar, como premisa estructural, que las paredes no fallen ante los sismos. En un diseño sismorresistente los elementos estructurales se distribuyen siguiendo principios básicos como la simplicidad, simetría, resistencia, rigidez y continuidad. La forma en que un edificio reacciona ante las fuerzas dinámicas generadas por los sismos, es bastante compleja. Esta situación debe tenerse presente al visualizar las fuerzas laterales sobre una configuración determinada de edificación. De manera general estas fuerzas son representadas separadamente en dirección de cada uno de los ejes principales del edificio (Figura 8.8).

Figura 8.8 Diagrama analítico fuerzas sísmicas (Arnold 1987)

Cuando la forma es rectangular se consideran solamente dos ejes, mientras que para un círculo todos los ejes son iguales. Si la forma es irregular, deben entonces considerarse varios ejes. En realidad las fuerzas sísmicas son mucho más complejas de lo que pueden representar los diagramas mencionados, ya que el movimiento del suelo es errático y es difícil que la dirección principal del movimiento coincida con uno de los ejes. Ya que siempre se tendrán componentes no axiales en el movimiento del suelo, la mejor manera de representar la respuesta de una edificación al sismo sería la mostrada en la Figura 8.9.

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Figura 8.9. Movimiento real de las fuerzas sísmicas. (Arnold 1987)

Por razones prácticas, ya que las fuerzas sísmicas pueden provenir de cualquier dirección, la mejor manera de representar los casos peores es mediante la aplicación de fuerzas perpendiculares a los ejes principales de muros o marcos. Si el movimiento del suelo y sus fuerzas resultantes se presentan diagonalmente, los muros y marcos dentro de esos dos ejes pueden participar en su resistencia reduciendo la magnitud de la fuerza actuante (Figura 8.10).

Figura 8.10.Consideraciones de fuerza según ejes de estructura (Arnold 1987) La calidad de una estructura sismorresistente puede expresarse con la siguiente formula:

Ce=RxD [8.5] donde Ce = Calidad estructural R = Resistencia D = Ductilidad Basados en esta relación puede concluirse que a menor resistencia de una estructura, mayor debe ser su flexibilidad ante movimientos sísmicos. Por otro lado si la estructura es altamente resistente la ductilidad ha de ser menor. Al diseñar elementos para zonas sísmicas debe tomarse en consideración que las fuerzas que actúan sobre la edificación, son proporcionales a su masa, y que las deflexiones se incrementan significativamente con la altura de los elementos. Las edificaciones se ven afectadas durante el movimiento sísmico, por las fuerzas horizontales producidas por un sismo. Las aceleraciones verticales en cambio suelen ser un 50% menores que las horizontales.


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Si se proyectan viviendas de dos plantas, es recomendable que la primera sea sólida hecha con bloques reforzados o sistema de vigas y columnas, mientras que la segunda sea liviana, de preferencia resuelta con estructura de marcos de madera o acero. Minke (2006) cita una serie de puntos que deben ser tomados en cuenta a la hora de proyectar viviendas sismorresistentes: 1. La construcción no debería localizarse en laderas 2. La oscilación de la estructura no debería coincidir con la frecuencia de movimiento de la tierra, para evitar que entre en resonancia. Una buena regla consiste en procurar hacer estructuras flexibles en terrenos duros o cercanos a epicentros de sismos, en los cuales sus vibraciones son rápidas, y edificios rígidos en suelos suaves o lejanos de epicentros. 3. Los cimientos deben localizarse al mismo nivel. Si existieran diferencias de nivel significativas, la cimentación debería ser separada. Ya que elementos con diferente altura tienen una resonancia diferente, estos deberían oscilar independientemente. 4. La forma en planta debe ser lo más compacta y simétrica posible. Las plantas circulares son más estables que las rectangulares (Figura 8.11).

Figura 8.11 Consideraciones sísmicas. Tipos de plantas En el comportamiento sísmico de una edificación, influye fuertemente el diseño del perímetro. Si existe gran variación de resistencia y rigidez alrededor del perímetro, el centro de masa no coincidirá con el centro de resistencia, originando fuerzas de torsión que tenderán a causar rotación del edificio respecto a su centro de masa, y por lo tanto riesgo de colapso. 5. La edificación ha de presentar uniformidad en los materiales que configuran componentes con solicitaciones similares. Se ha de garantizar la continuidad vertical y horizontal de la estructura, esto se logra alineando los planos de carga. 6. Los cimientos han de cumplir la función de anillos resistentes de anclaje y deben por lo tanto, ser reforzados.

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8. Las paredes han de resistir movimientos de flexión y cortante. Los muros de mampostería han de tener juntas reforzadas con mortero de pega. 8. Los muros de mampostería que nos son de carga, han de tener refuerzos verticales en forma de pilares que los fijen estructuralmente a los cimientos. 9. Las esquinas y juntas entre paredes, así como los vanos de puertas y ventanas han de estar reforzados verticalmente por elementos anclados a los cimientos a fin de resistir los empujes horizontales.

10. Los muros han de rematarse por una solera o viga de coronamiento, que a su vez a de coincidir con los dinteles de puertas y ventanas. 11. Los techos han de ser lo más livianos que el entorno y el programa arquitectónico lo permitan. 12. Las cúpulas y bóvedas han de apoyarse en vigas de amarre. 13. Los vanos desestabilizan el sistema, por lo que han de ser cuidadosamente localizados y proporcionados. Más importante que el uso de uno u otro material es la elección y el cálculo estructural del sistema así como las dimensiones y distribución de los vanos tal como se describirá en los siguientes apartados.

8.3.2 Parámetros de diseño sísmico de los muros Usualmente los fallos en las paredes se producen porque carecen de una solera de coronamiento, por escasa resistencia al corte y flexión, o porque los vanos de puertas y ventanas están dispuestos de manera tal, que debilitan la estructura. Existen tres aproximaciones básicas para diseñar viviendas sismorresistentes: La primera consiste en construir las paredes, los techos y sus uniones conectados de forma rígida para que puedan resistir sin romperse los movimientos sísmicos. La segunda opción es dotar a la estructura de suficiente ductilidad para que la energía cinética del sismo se disipe mediante la deformación. En la tercera opción los muros se diseñan igual que la segunda, pero el techo se apoya sobre columnas exentas de los muros. De esta manera se asegura que los dos sistemas estructurales con diferentes frecuencias de movimiento, oscilen independientemente durante un sismo. Desde el punto de vista estructural, el daño sísmico generalmente se relaciona con deformaciones irrecuperables (inelásticas), así que cualquier determinación de daño debe referirse preferentemente a cierta cantidad de deformación.


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Bonet (2003) diferencia cuatro sistemas dentro de una estructura que se encuentran propensos al daño: 1. Elementos estructurales: Son los que resisten las cargas verticales (gravitatorias) y las cargas laterales (e.g. sismo). 2. Elementos secundarios5: Muros divisorios, ventanales, revestimientos, sin función portante pero que interactúan con el resto del conjunto y no pueden ser ignorados. Dentro de este tipo de elementos se encuentran los muros de cerramiento y divisorios formados con los bloques ensayados en este trabajo. 3. Instalaciones: Elementos auxiliares que suministran servicios a la edificación. Su importancia ante un evento sísmico está marcada por los accidentes asociados a su deterioro o colapso (fugas de gas, cortocircuitos)

4. Contenidos: Mobiliario, equipos, personas. Elementos que se encuentran dentro de la edificación, pero que no forman parte de la estructura. Su consideración como carga viva es importante en el proceso de diseño sismorresistente. Los elementos estructurales puede formar, de manera inadvertida, parte del sistema resistente lateral. Si los muros divisorios, no se aíslan de la estructura mediante juntas deslizantes, entonces tienen que ser diseñados como parte integral de la estructura. Su localización constituye entonces un aspecto estructural [3]. A causa de su gran rigidez, una pequeña porción de muro situada en un lugar equivocado puede redistribuir las cargas y modificar el comportamiento de la estructura. Las distribuciones asimétricas de muros pueden generar esfuerzos de torsión en el sistema. Por otro lado, los elementos no estructurales pueden proporcionar cierto grado de redundancia útil6. Un ejemplo común de resistencia sísmica no calculada, comprobado en varios sismos, es la capacidad de las divisiones de madera con marcos para sostener un edificio de mampostería no reforzada, después de que han colapsado totalmente los muros de carga. 8.3.3 Incidencia de vanos de puertas y ventanas Ante movimientos sísmicos los vanos de puertas y ventanas tienden a desestabilizar el sistema. En estos casos suelen aparecer grietas en diagonal que empiezan en los bordes de los vanos. Bajo requerimientos sísmicos, las

5 Bonet se refiere a ellos como elementos arquitectónicos, descripción que no se comparte en este trabajo ya que se considera a los elementos estructurales como componentes básicos del lenguaje arquitectónico. 6 Los miembros redundantes son elementos estructurales que en condiciones normales de diseño, no desempeñan una función estructural o están muy poco solicitados, pero que son capaces de resistir fuerzas laterales si es necesario. Proporcionan un factor adicional de seguridad si existen incertidumbres analíticas en el diseño.

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fuerzas se concentran en las esquinas de esos vanos, originando grietas en diagonal que si se combinan con un refuerzo horizontal deficiente pueden llevar al colapso del elemento y de toda la estructura.

Para garantizar un mínimo de anclaje los dinteles de puertas y ventanas han de empotrarse al menos 40cm dentro de la pared. En este caso el área de muro sobre el dintel tiene menor resistencia y podría colapsar en caso de sismo (Figura 8.12).

Figura 8.12. Medidas antisísmicas. Refuerzo en esquinas (Minke 2006)

Así que la mejor solución es utilizar la solera de coronamiento como dintel de puertas y ventanas y como apoyo de la estructura portante del techo (Figura 8.13).

Figura 8.13. Medidas antisísmicas. Refuerzo en dinteles (Minke 2006) También es recomendable que la sección de muro debajo de las ventanas sea lo más liviana y flexible posible. Basados en experiencias de oros autores [4,5], se enumeran las siguientes recomendaciones a seguir a la hora de proyectar la posición y dimensiones de vanos de puertas y ventanas: -Ancho máximo de puertas y ventanas: 1 metro y no mayores de 1/3 de la longitud del muro. -Por consideraciones sísmicas, la longitud de pared entre intersecciones o esquinas no debe ser mayor de 4 metros7. -La distancia de esquinas a puertas o ventanas no debe ser menor de 1 metro y al menos ha de ser equivalente a 1/3 del alto del muro [4]. -Las puertas han de abatir hacia afuera. Del lado opuesto a la puerta de entrada, es conveniente localizar otra puerta o ventana larga que pueda utilizarse como salida de emergencia. 7 Se muestra en 8.4 el análisis estructural realizado para determinar esta y las siguientes recomendaciones.


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8.3.4 Comportamiento sísmico de la mampostería. Como se mencionó anteriormente, por sencillez de análisis se suelen clasificar los mecanismos resistentes de las edificaciones de obra de fábrica en mecanismos en el plano y fuera del plano. Y aunque es imposible que un terremoto mueva exactamente a una estructura en dirección transversal y longitudinal, se acepta hacer la distinción entre mecanismos en el plano y afuera del plano, permitiendo una simplificación del análisis. 8.3.4.1 Resistencia y fallo en el plano. Cuando se somete a paredes de fábrica a cargas cíclicas en el plano, estas adoptan tres tipos de mecanismos y modos de fallo. El mecanismo depende de la geometría de la pared y de la calidad de los materiales, de las restricciones del contorno y de las cargas actuando sobre las paredes. Es por eso importante que en las paredes de cerramiento propuestas en este estudio, exista una adecuada conexión entre la estructura portante y el paño de fábrica, a fin de dotar de estabilizar el elemento de cerramiento asegurando las restricciones del contorno. Una pared de fábrica es capaz de resistir las fuerzas laterales en el plano con el efecto combinado de la deformación a flexión, a cortante y el movimiento de cuerpo rígido. Si la pared es compacta, entonces el desplazamiento lateral esta determinado por la deformación a cortante. Si la pared es esbelta, la mayor contribución se obtiene de su resistencia a flexión. El mecanismo resistente en el plano determina los tres tipos de agrietamiento en las paredes de obra de fábrica: -Las grietas diagonales, típicas de falla o a cortante y debidas al exceso de los esfuerzos tensionales principales. -Grietas horizontales, producidas por el fallo de deslizamiento, se originan a lo largo de las juntas de mortero para las paredes compactas con poca carga vertical. Este sería el tipo de agrietamiento que podría presentarse en los muros de cerramiento con bloques de cal y maíz propuestos en este trabajo. Al no ser muros estructurales, la falta de carga vertical debe equilibrarse con uniones adecuadas a la estructura portante. Este nexo debe ser tomado en cuenta en el análisis sísmico de la estructura resistente a fin de no comprometer la estabilidad del sistema por los esfuerzos generados por la presencia esfuerzos generados por los diafragmas de cerramiento. Por otro lado, dependiendo de la estabilidad del cerramiento, este podría contribuir a la estabilidad del conjunto gracias al efecto de redundancia útil. -Grietas horizontales o aplastamientos en la base de la pared por fallos a flexión en paredes esbeltas. En este tipo de paredes podría darse el caso de fallo al vuelco, dependiendo de la carga vertical.

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El colapso general de un muro en el plano ocurre generalmente por la combinación de estos modos de fallo y no por la concurrencia aislada de uno de ellos. 8.3.4.2 Resistencia y fallo fuera del plano. El fallo más común fuera del plano se origina por un anclaje inadecuado de la pared al diafragma del piso. En estos casos la pared se comporta como una viga en voladizo y colapsa si las fuerzas de inercia sobre la pared empujan por encima del punto de inestabilidad. Si se anclan adecuadamente, las paredes se comportan como elementos verticales en flexión, ya que las fuerzas de inercia sobre las paredes son distribuidas a los diafragmas adjuntos. Como normalmente el mortero tiene limitada resistencia a la tensión, los muros anclados se agrietaran preferentemente por el centro de la pared. Esto da como resultado el vuelco en la dirección fuera del plano, por lo que si, los esfuerzos son lo suficientemente intensos la pared puede volverse inestable y colapsar. Para garantizar una buena respuesta estructural de los bloques ante el sismo, estos deben formar parte de un sistema tridimensional de muros y forjados bien conectados, actuando en conjunto como una caja estable y robusta. De esta forma debe considerarse las propiedades de la fábrica como un conjunto de piezas y motero. Un fallo común en las piezas consiste en la aparición de grietas verticales, originadas por la deformación vertical e incrementada por la deformación del mortero en las juntas. Las deformaciones en el mortero se generan porque éste tiende a expandirse más que el bloque al que une, debido a su mayor flexibilidad y mayor coeficiente de Poisson. Ya que el mortero está unido a la unidad de mampostería, es esta la que resiste la expansión lateral adicional del mortero.


304

8.4 Modelos de análisis de muros de fábrica.

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Los elementos de obra de fábrica se comportan como un material inelástico y anisótropo. Las técnicas modernas de cálculo por ordenador que se basan en el método de los elementos finitos proponen modelos específicos que incorporan aspectos específicos de las obras de fábrica como la resistencia a compresión y tracción. Cuando se analizan estructuras formadas por elementos lineales se usan modelos unidimensionales, llamados elementos barra. Las construcciones de obra de fábrica exhiben en cambio un comportamiento no lineal a causa de baja resistencia a tracción. Es por esto que la obra de fábrica experimenta fácilmente estados de intensa fisuración cuando se le somete a diversas solicitaciones. Debido a esto, la manera más sencilla de reproducir el comportamiento no lineal de estos elementos es considerarlos con limitada o nula resistencia a la tracción. Para el análisis de paneles muro se utilizan entonces modelos bidimensionales o tridimensionales. Los modelos de análisis de estructuras de obra de fábrica se clasifican en dos grupos: micromodelos y macromodelos. 8.4.1 Micromodelos. Basados en el método de los elementos finitos, estos modelos reproducen el comportamiento global de un material compuesto mediante una discretización geométrica detallada. Incorporan leyes constitutivas no lineales de cada uno de los componentes. Los micromodelos aplicados a elementos compuestos como el hormigón o la obra de fábrica exigen un enorme esfuerzo de cálculo debido a la necesidad de emplear discretizaciones densas y métodos iterativos para resolver los sistemas de ecuaciones no lineales resultantes. Cuando lo que se analiza es un muro de fábrica, para las piezas se emplean elementos finitos de tensión plana8. La aplicación de estos modelos queda restringida al estudio de paneles individuales o muros con un reducido número de aperturas. Pueden analizarse además efectos locales sobre muros debidos a cargas concentradas. Unida a la experimentación de probetas de fábrica, la micromodelización constituye una técnica válida para profundizar en el comportamiento real de la fábrica. La aplicación de micromodelos al estudio de fábrica de ladrillo se remonta a 1978 cuando aparecen los primeros modelos simplificados en el que se considera que los ladrillos tienen un comportamiento indefinidamente elástico e isótropo. Los micromodelos desarrollados posteriormente emplean ya elementos finitos de tensión plana, posteriormente se implementan modelos triaxiales completos, elementos triangulares de tensión plana. Los modelos más recientes diferencian el comportamiento elástico lineal de las piezas que forma la fábrica y el comportamiento no lineal del mortero.

8Tipo de análisis que considera un comportamiento estructural de elasticidad bidimensional.


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8.4.2 Macromodelos. En comparación con la complejidad de los micromodelos, este otro tipo de procedimientos de análisis se caracterizan por un menor número de incógnitas y se ha desarrollado al punto de poder describir la respuesta del muro en el plano a solicitaciones sísmicas hasta el colapso. Consideran la fábrica como un material continuo con una determinada ecuación constitutiva, incluyendo una relación tensión-deformación y un criterio de rotura. Existen dos tipos básicos de macromodelos: los desarrollados para el hormigón armado y los que analizan la obra de fábrica. El primer macromodelo para el análisis no lineal de obra de fábrica en estados biaxiales de tracción-compresión se basó en un modelo de comportamiento elasto-frágil para el material. Posteriormente se han incluido relaciones tensodeformacionales no lineales y criterios de rotura bidimensional. Brencich y Lagomarsino (1998) propusieron un modelo de macroelementos para representar una estructura y determinar su capacidad sísmica mediante un análisis estático no lineal [ 8 ]. Este modelo se utiliza en un programa tridimensional de análisis no lineal para estructuras de fábrica de ladrillo o mixtas (como muros de cerramiento combinados con elementos de hormigón armado, acero o madera); que ha sido desarrollado en la Universidad de Génova, Italia (Galasco et al., 2002). Este programa esquematiza el edificio mediante “objetos estructurales” (paredes, forjados, vigas, pilares). Está proyectado para un análisis incremental no lineal con control de fuerza o desplazamiento, análisis pushover, análisis modal y análisis dinámico con excitación sísmica en la base de la estructura de obra de fábrica de ladrillo. El tipo de análisis que realiza el programa permite evaluar directamente los mecanismos de colapso, la disipación de energía, mientras que permite determinar en términos de estado límite de desplazamiento, un medida de la vulnerabilidad del edificio. El programa distribuido comercialmente como TreMuri se ha utilizado en este trabajo para evaluar el comportamiento sísmico de dos viviendas proyectadas con estructura portante de hormigón y muros de cerramiento de bloques de cal y fibras de maíz estudiados en la tesis.

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8.5 Evaluación de la vulnerabilidad sísmica de la estructura mediante análisis no lineal.


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El programa utilizado en esta fase del trabajo ha sido ideado para realizar el análisis estático no lineal de edificios de obra de fábrica tomando como base la normativa italiana OPCM-3274/03 y 3431/05[9 ] El proceso a seguir en la verificación de la estructura se muestra de forma esquematizada en la Figura 8.14.

Figura 8.14.Fases de Análisis estático no lineal con programa TreMuri.

En la fase de input o introducción de datos se realiza la construcción del modelo de cálculo. Posteriormente se carga la geometría de la edificación y las características de los elementos estructurales, de los materiales, las cargas y de las uniones entre elementos. Durante la fase de análisis se constituye el modelo “mesh” siguiendo el método FME (Frame by Macro Elements), el análisis push-over y de vuelco. La última fase es la de Verificación y consiste en la evaluación de la capacidad de resistencia de la estructura, con la posibilidad de interactuar con los resultados. Si éstos no son satisfactorios, es posible modificar el proyecto, mediante sucesivas aproximaciones hasta obtener el resultado resistente deseado. La mejor manera de determinar el efecto de los sismos sobre una estructura es la observación del directa del daño ocasionado en las mismas. el problema es en realidad muy complejo y no permite un riguroso análisis teórico previo. Así que los autores de este programa han tomado como punto de partida el análisis de cómo la estructura responde a las solicitaciones sísmicas. Observando la Figura 8.15, puede notarse que los dos tipos de fallo que ocurren en un muro de fábrica suelen aparecer siempre entre dos aberturas. Al crear la malla, el programa de cálculo genera un macroelemento de

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mampostería. La principal característica es que contiene en su interior los enlaces constitutivos para resistir el corte y la flexión.

LISTON: Refleja comportamiento a flexión

BANDA: refleja comportamiento a corte

Figura 8.15 Modos de fallo de muros de fábrica por efectos del sismo y equivalente en modelo de malla

(S.T.A. Data 2007)

Las areas grises que se muestran en la Figura 8.16 son trozos de muro que, basados en la observación de experiencias sísmicas, no sufren daño. En estas áreas se localizan los nodos para construir la malla. La malla equivalente se genera al conectar a los nodos las porciones de muro que sí sufren daño (listones/bandas) siguiendo el flujo de carga de las tensiones. En base a este principio, el programa es capaz de generar una malla que represente los aspectos técnicos del problema. En la misma figura se muestra en línea discontinua en la malla equivalente, la dirección de las fuerzas que afectan a los elementos del muro. Una correcta modelización requiere un análisis espacial que examine el comportamiento complejo de la estructura. Los nodos pueden ser comunes a más paredes y representan el instrumento de transmisión de fuerzas entre un elemento y otro del sistema. Después de modelado, el programa realiza la fase de cálculo en dos etapas: 1. Asignación de la carga sísmica, mediante la designación de la sismicidad de la zona, tipo de suelo y de la sensibilidad sísmica. 2. Calculo “pushover” para generar la curva de capacidad resistente de la estructura.


310

Figura 8.16. Programa 3Muri. Elementos que forman la malla. y diagrama de esfuerzos.

Las líneas discontinuas muestran los esfuerzos que afectan a los diferentes elementos que forman la “malla equivalente”. La presencia de aberturas determina la forma del mapa de tensiones.

Figura 8.18. Detalle malla equivalente. Tomando los parámetros sísmicos predefinidos, el programa traza el espectro sísmico y lo utiliza para calcular la resistencia que la estructura debe garantizar. 8.5.1 Análisis Estático no lineal Los métodos de cálculo y verificación modernos utilizados en la legislación sísmica de varios países, proponen una descripción de la respuesta estructural en términos de desplazamiento en lugar de fuerza. En este tipo de análisis juega un papel fundamental los procedimientos estáticos no lineales. Al considerar la respuesta no lineal de los materiales tanto el cálculo de las fuerzas internas como los desplazamientos son más representativos de los esperados durante un sismo [ 10 ]. Este tipo de metodologías no son más que métodos simplificados en los que el problema de la valoración de la máxima respuesta esperada como consecuencia de un sismo, se traduce en el estudio de un sistema no lineal con un único grado de

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libertad, equivalente al modelo dotado con “n” grados de libertad, que representa la estructura real [11]. La característica común de estos procedimientos es que se basan en el uso del análisis estático no lineal (pushover) para caracterizar el sistema sísmico resistente a través de curvas de capacidad. Se le llama estático, ya que la fuerza sísmica externa se aplica estáticamente a la estructura y no lineal por el modo de comportamiento mostrado por los elementos resistentes de la estructura.

Figura 8.18. Curva de capacidad. Relación fuerza-desplazamiento. (S.T.A. Data 2007)

Con estas curvas lo que se intenta es mostrar es la curva envolvente de los ciclos de histéresis producidos durante el sismo y pueden ser consideradas como un indicador del comportamiento post-elástico de la estructura (Figura 8.18). La curva obtenida del análisis pushover (que se convertirá en curva de capacidad, teniendo en cuenta las características del sistema equivalente de un grado de libertad) muestra la relación del cortante en la base con el desplazamiento horizontal de un punto de control de la estructura. Cada punto de la curva puede asociarse con un determinado estado de daño global del sistema. De esta manera también es posible asociar a determinado nivel de desplazamiento, el grado de eficiencia estructural y el daño correspondiente. La curva se obtiene a partir del análisis pushover, que prevé la aplicación de una distribución prefijada de fuerzas que son incrementadas de manera estática y monotónica. Esta aplicación de fuerzas se mantiene más allá del punto límite de rotura. De esta manera pueden hacerse análisis de control de fuerza o de la relación fuerza- desplazamiento. La distribución de cargas aplicadas tiene el propósito de representar la distribución de las fuerzas inerciales inducidas por el sismo. De entre los datos que pueden obtenerse de la curva de capacidad de la estructura, es posible valorar de forma precisa el factor de sobrerresistencia definido por la relación αu/α1. En el que α1 se define como el punto sobre la curva que representa el


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primer muro de la estructura que alcanza su resistencia última, mientras que αu representa el momento en el que se ha alcanzado el 90% de la máxima fuerza resistente del edificio (Figura 8.19).

Figura 8.19. Curva de capacidad. Factor de sobrerresistencia (S.T.A. Data 2007)

El factor de sobrerresistencia permite cuantificar el comportamiento por el cual la resistencia estructural a cortante en la base sigue aumentando aún después de alcanzado el límite elástico del primer muro. Esto se debe a una redistribución no lineal de las tensiones sobre otros elementos de la estructura que aún se encuentran en fase elástica. La capacidad ofrecida por la estructura debe entonces ser confrontada, desde una perspectiva sísmica, con la demanda requerida por la fuerza externa originada por un sismo. Los efectos de la disipación de energía, que ofrecen un margen adicional de resistencia (que no puede explicarse recurriendo solamente a la teoría elástica lineal), se revelan sobretodo en el campo de la respuesta no lineal de la estructura. La demanda requerida por el sismo y la capacidad resistente de la estructura son dependientes una de la otra: ambas están vinculadas a las variaciones en la rigidez y de amortiguamiento desarrollados por el sistema estructural durante la solicitación sísmica. 8.5.2 Análisis pushover Para realizar una evaluación simplificada de la vulnerabilidad sísmica de una estructura pueden realizarse análisis estáticos no lineales conocidos como análisis pushover. El tipo de análisis es estático porque se genera al distribuir una serie de fuerzas estáticamente sobre la estructura. Tales fuerzas aplicadas horizontalmente, tienen el propósito de simular la acción del sismo. Las fuerzas se diferencian por su dirección y distribución. El programa utilizado prevé la posibilidad, fijando un determinado tipo de esfuerzos, de controlar una respuesta genérica hasta el colapso, por lo que posibilita asumir una coherente distribución de fuerzas, controlar los mecanismos de fallo de un plano hasta la rotura; determinando de esta manera

313

la resistencia máxima y la vulnerabilidad de la estructura mediante un método simplificado. La no linealidad se debe al tipo de enlace entre los distintos materiales que conforman el muro. La resistencia final del muro al colapso, se debe a la acción combinada de los elementos que conforman el muro, ya que aunque fallen ciertos tramos, las secciones resistentes soportan el conjunto. El propósito del análisis global es estudiar el grado de desplazamiento de un nodo de control debido al progresivo aumento de la carga sísmica. El programa genera un diagrama que compara la resultante de la fuerza sísmica con el desplazamiento del nodo de control. Este diagrama recibe el nombre de “curva de capacidad portante” o “curva pushover”. La curva de capacidad (desplazamiento-fuerza) se convierte a aceleración y desplazamiento espectral, dando origen a una nueva curva llamada espectro de capacidad. Este cambio a coordenadas espectrales se realiza para poder compararla con el espectro de demanda sísmica. En la Figura 8.16 se muestra un ejemplo del espectro de capacidad de una edificación y el espectro de demanda. Para una tipología de edificio dada, definida por el sistema estructural, se obtiene el punto de desempeño al encontrar la intersección de los espectros de capacidad y demanda. Con la técnica del pushover se empuja una estructura mediante una carga monotonica incremental, de manera que las deformaciones aumenten hasta llegar al colapso; esta técnica se aplica en un análisis estático no lineal, donde se considera la sección agrietada de los elementos estructurales, mediante la reducción de un % de el momento de inercia. El diseño se realiza para un punto de desempeño en donde se igualan la demanda sísmica, con la capacidad a carga lateral de la estructura, en este método se puede ver los daños de los elementos estructurales en forma de articulaciones plásticas o de otro modo el agotamiento de las secciones por disipación de la energía que le introduce el sismo de diseño. En resumen se usa para saber la capacidad de la estructura a carga lateral.


314

Figura 8.20. Espectro de Capacidad y Demanda (Moreno González, 2006)

8.5.3 Análisis dinámico El programa de análisis sísmico permite realizar un análisis dinámico paso a paso, aplicando a la base de la estructura, en las tres direcciones principales, acelerogramas de tres componentes oportunamente seleccionados. El resultado para cada análisis, es una visualización temporal de los movimientos en los nudos de la estructura, en los que puede apreciarse también los máximos desplazamientos relativos en el plano registrados durante el análisis y el estado de daño de cada uno de los elementos una vez terminada la solicitación sísmica. Durante el análisis, se aumenta el desplazamiento hasta que el daño de los elementos estructurales represente una disminución de la resistencia del 20% de su valor máximo. A partir de este momento se interrumpe el análisis y se muestra el desplazamiento límite que ofrece la estructura. El desplazamiento máximo se compara con el desplazamiento generado por el sismo. Al ejecutar el cálculo, el programa presenta un listado de análisis posibles, que se generan para diferenciar la dirección y distribución de las cargas que afectan a la estructura y poder definir así la situación más desfavorable. 8.5.4 Comprobación estática de la estructura Las solicitaciones sobre los muros y losas debidas a la transmisión de cargas verticales se determinan considerando apoyos simples de muros, el momento flector generado por las cargas verticales, el tipo de ejecución, la carga lateral debida al viento y a la excentricidad de las cargas que actúan sobre el muro. Para analizar estáticamente la estructura, el programa utiliza la malla creada para hacer el análisis no lineal, adaptando la teoría de la malla equivalente a un análisis en campo lineal. Las comprobaciones efectuadas están determinadas por la Norma Italiana D.M.1987 (punto 2.2.1) [ 12 ] que se detallan a continuación.

315

8.5.4.1 Esbeltez del muro La comprobación de la esbeltez resulta satisfactoria si se cumple la siguiente condición:

h0/t≤20 [8.6]

h0: longitud libre de inflexión de la pared ρ•h t: espesor del muro h: altura interna de la planta ρ: factor lateral de unión 8.5.4.2 Excentricidad de las cargas Esta comprobación resulta satisfactoria si se cumplen las siguientes condiciones:

e2/t ≤ 0.33 [8.7]

e1/t ≤ 0.33 [8.8]

donde: t: espesor del muro es: excentricidad total de las cargas verticales ea: excentricidad debida a la tolerancia de ejecución h/200 ev: excentricidad debida al viento ev = Mv / N 8.5.4.3 Resistencia a las cargas verticales En este caso es necesario que se cumpla la siguiente condición

Nd ≤ Nr [8.9]

donde: Nd: Carga vertical de calculo en la base del muro Nr: Carga vertical resistente; Nr = Φ fd A A: Área de la sección horizontal del muro fd: resistencia de calculo del muro; Φ: coeficiente de reducción de la resistencia del muro (2.2.1.4.). Para cada muro portante se efectúan análisis en tres diferentes secciones: superior, central e inferior. Para cada una de estas secciones se presenta el valor del esfuerzo normal solicitante (Nd) calculado en base a la masa y a la combinación de cargas) y el esfuerzo normal resistente (Nr =Φ fd A). El análisis se considera superado si se cumple la relación:

Nd/Nr ≤ 1 [8.10]


316

8.6 Descripción de resultados

317

8.6.1 Edificaciones Evaluadas Para evaluar el comportamiento de los bloques de maíz ante solicitaciones sísmicas se estudió su aplicación teórica en dos tipologías diferentes de vivienda. Ambas corresponden a proyectos de vivienda de tipo social en Latinoamérica, uno ejecutado y otro en fase de diseño.

• El primer caso evaluado corresponde al proyecto Casa para un Hombre de Maíz diseñada por el autor de esta Tesis finalista del concurso EcoHabitat 2005, organizado por la red EcoSur9.

• El segundo caso analizado es un módulo del proyecto Elemental

diseñado por el arquitecto Alejandro Aravena en Iquique, Chile [13]. Ambos proyectos están concebidos como viviendas-proceso, esto es, que permiten la adaptación de los usarios dentro de un marco estructural definido, que ordena y regula las sucesivas modificaciones. El proceso de evaluación en ambos casos sigue el siguiente orden: 8.6.1.1 Descripción de la tipología de vivienda: Premisas de diseño arquitectónico, programa y distribuciones, sistema estructural, areas construidas y proceso constructivo 8.6.1.2 Definición de los parámetros sísmicos para la clasificación estructural de la vivienda: Se definen los materiales y sus características mecánicas. Dependiendo del sistema estructural empleado se determina el factor de reducción de respuesta sísmica genérico. Se define la clasificación de ocupación a fin de establecer el índice de sismicidad, en base a la categoría de ocupación se define un factor de importancia de la estructura según la Tabla 8.10.

Categoría

Descripción de la edificación Factor de

importancia

I Edificios de importancia fundamental para la protección civil en caso de terremoto: hospitales, bomberos, ayuntamientos.

1,4

II

Edificios importantes por la afección a muchas personas como consecuencia de un eventual colapso: teatros, escuelas.

1,2

III Edificaciones ordinarias, no comprendidas entre las dos anteriores: vivienda, almacenes, naves industriales.

1,0

Tabla 8.10 Factor de importancia de la edificación

En el caso de los muros de bloques de maíz se utilizaron los valores obtenidos a partir de los ensayos hechos al mortero y a los bloques (Tabla 8.11)

9 http://www.ecosur.org/content/view/304/291/


318

Símbolo Característica Valor

fm Resistencia media a compresión del muro 133,33 N/cm2

τ0 Resistencia media al corte del muro 4,44 N/cm2

E Valor medio del Módulo de elasticidad Normal 1800 N/mm2

G Valor medio del Módulo de elasticidad tangencial 300 N/mm2

w Peso específico medio del muro 18 kN/m3

Tabla 8.11 Parámetros mecánicos de resistencia de muros de bloques de maíz.

8.6.1.3 Definición de las características sísmicas del sitio: Se describe el escenario de riesgo sísmico del lugar de emplazamiento. Se realizó la equivalencia a la norma italiana OPCM 3274 que es la que utiliza el programa de análisis sísmico. Las características descritas son: Zona sísmica: Dependiente de las características geológicas del lugar de emplazamiento. Las zonas se clasifican del 1 al 4 según la aceleración de los movimientos sísmicos que sufren.

Zona 1 2 3 4

Aceleración 3.434 m/s2 2,453 m/s2 1.472 m/s2 0.491 m/s2

Tabla 8.12 Zonificación sísmica, según aceleración del terreno.

Categoría de suelo: Clasificado según el perfil estratigráfico del terreno de asentamiento. La Tabla 8.13 muestra la clasificación según la norma de referencia14.

Tipo Característica

A Formaciones rocosas o suelo homogéneo muy rígido.

B Depósitos de arena o grava muy densos, o de arcilla muy consistente

C Depósitos de arena o grava medianamente densos.

D Depósitos de terreno granular sueltos o poco densos de reciente formación.

E Estratos aluviales superficiales sobre una base rígida de tipo A o B.

Tabla 8.13 Categorías de suelo según su perfil estratigráfico.

Espectro de respuesta elástica: Dependiente del tipo de suelo, está constituido por una forma espectral (espectro normalizado), independiente del nivel de sismicidad, multiplicada por el valor de la aceleración máxima (agS) característica del sitio. Se muestra por períodos (TB, TC, TD) que separan los diversos tramos del espectro, dependientes del nivel estratigráfico del terreno

319

de cimentación. La Tabla 8.14 muestra los parámetros del espectro de respuesta elástica según el tipo de suelo.

Categoría del suelo

S TB TC TD

A 1,0 0,15 0,40 0,20

B,C,E 1,25 0,15 0,50 0,20

D 1,35 0,20 0,80 0,20

Tabla 8.14 Parámetros de respuesta elástica de componente horizontal.

8.6.1.4 Comprobación estática de la estructura Como se mencionó en 8.5.4 el análisis se considera superado si se cumple la relación: Nd/Nr ≤ 1 [8.10]

8.21a

El software presenta los resultados de manera similar al análisis no lineal. Un esquema bicolor indica si los elementos de la malla cumplen o no, sin especificar las fases de daño. El color verde indica que el elemento ha superado el análisis. Figura 8.21a

8.21b

Una tabla muestra la relación de los muros analizados utilizando el mismo código de color que la malla del muro (Figura 8.21b). Los valores mostrados detallan las paredes que han sufrido colapso y el número de bandas de la malla que no superan el análisis.

8.21c

Es posible visualizar todos los parámetros utilizados en el cálculo y determinar el punto donde falla el muro: parte superior, central o inferior (Figura 8.21c). Con estos datos es posible mejorar el comportamiento estático de la estructura, modificando la geometría, el tipo de materiales y las condiciones de refuerzo.


320

8.6.1.5 Resultados del Análisis estático no lineal Verificando el Estado Límite Último (SLU) y el Estado Límite de Daño (SLD) se determinó si las tipologías analizadas satisfacen los requerimientos sísmicos límites. Verificación del Estado Límite Último (SLU). Los muros de mampostería estudiados varían su resistencia hasta que alcanzan los valores máximos de fallo por corte a lo largo de las juntas del mortero o flexión en la que las grietas atraviesan las unidades de mampostería. A medida que el sistema se acerca a tales valores, el aporte de los muros es menor. El valor de respuesta del edificio (Du) se determina cuando finalmente se alcanza el 80% del Estado Límite Último. Después de analizar la curva push-over de la edificación se analiza la curva de oscilación simple asociada, a fin de poder calcular el período del sistema equivalente con el que se calcula el valor máximo de respuesta requerido por el sismo. De esta manera la estructura es sismorresistente si se cumplen las condiciones:

Dmax(sismo) < Du (edificio)

[8.11]

q < 3

[8.12]

q muestra la relación entre la carga sísmica y la resistencia elástica del sistema. Otros valores mostrados son el valor de la aceleración límite en el momento del colapso que a su vez genera el valor del desplazamiento generado. Verificación del Estado Límite de Daño (SLD) El desplazamiento máximo correspondiente a SLD (Dd) es el valor más pequeño entre el desplazamiento correspondiente al valor máximo de corte en la base de la edificación y el desplazamiento que genera la diferencia máxima en la verticalidad del muro en la base y la coronación permitida por la normativa de control:

dr < 0.003 h [8.13]

donde dr es el desplazamiento entre planos (superior e inferior) y h es la altura interplanos. El análisis se considera satisfactorio si se cumple la siguiente condición:

Dmax (del sismo a SLD) < Dd (del edificio) [8.14]

321

8.22a

El software utilizado permite mostrar los resultados de forma analítica, pero tiene además una interfaz grafica que resulta muy útil de cara a visualizar los daños que sufren los diferentes elementos estructurales. La Figura 8.22a muestra la ventana de resultados en donde puede verse el desplazamiento en planta y alzado de un muro sometido a carga sísmica.

Se complementa además con la tabla de analítica y la curva pushover que indican los valores SLU y SLD con los que se muestra si la estructura cumple ante las solicitaciones sísmicas. Un mapa de colores mostrado en la Figura 8.22b indica el estado de daño de los elementos estructurales y un modelo en 3d permite hacer simulaciones de la forma en que la estructura va respondiendo a medida que se incrementa la carga lateral generada por el sismo.

8.22b


322

8.6.2 Aporte de los muros de maíz Para poder evaluar el aporte debido a los bloques de maíz se realizaron tres modelos de la misma estructura:

Modelo A. Estructura con bloques de maíz como elemento estructural portante.

8.23a

Modelo B. Estructura con sistema de columnas y vigas como sistema portante y cerramiento con muros de bloque de maíz.

8.23b

Modelo C. Estructura con sistema de vigas y columnas sin muros de cerramiento

8.23c

Con la comparación de los resultados obtenidos en el análisis de los 3 modelos diferentes se elaboraron unas tablas que muestran la respuesta de la estructura según la dirección de aplicación de la fuerza. De esta comparación puede observarse el aporte que los bloques de maíz han dado al sistema estructural. Al sistema estructural analizado se le aplican fuerzas en sentido positivo y negativo (X-Y) perpendiculares a sus ejes principales. De esta forma para cada modelo se realizan inicialmente 8 análisis. Posteriormente se realiza una serie de análisis que tienen en cuenta la excentricidad accidental de la estructura, definida por la normativa de referencia como:

eai=+/-5%L (8.6)

323

donde L es la dimensión máxima del plano en dirección perpendicular a la acción sísmica. De esta forma se pueden hacer tantos análisis como son las posiciones que puede asumir el centro de masa como consecuencia de tal excentricidad accidental en las direcciones X y Y. Así tenemos que todos los 8 análisis base se deben efectuar sin excentricidad, con excentricidad positiva y con excentricidad negativa. De esta forma se completa un total de 24 análisis.

Dirección de aplicación de la fuerza

Excentricidad

Distribución aplicada

No. análisis

+/- X

0 Proporcional a la masa Proporcional a la masa x altura.

4

+/- Y 0 Proporcional a la masa Proporcional a la masa x altura.

4

+/- X positiva Proporcional a la masa Proporcional a la masa x altura.

4

+/- Y positiva Proporcional a la masa Proporcional a la masa x altura.

4

+/- X negativa Proporcional a la masa Proporcional a la masa x altura.

4

+/- Y negativa Proporcional a la masa Proporcional a la masa x altura.

4

Tabla 8.15 Dirección de aplicación de fuerzas y número de análisis por modelo

Al final se realiza una comparación de los análisis efectuados a los tres modelos y en base a la diferencia de resultados se pueden encontrar las diferencias debidas al uso de bloques de maíz. De cada uno de los análisis se generó la correspondiente curva pushover en la que se relacionan el esfuerzo cortante en la base del muro y el desplazamiento que se origina en el nodo de control. La relación completa de datos de cada uno de los modelos se muestra en el Anexo 8.3.


324

8.6.3 Caso 1

Casa para un hombre de Maíz.

Quetzaltenango, Guatemala

Figura 8.24 Croquis Proyecto “Casa para un hombre de maíz”

BLOQUE 1PARA ANÁLISIS


Para hacer el análisis sísmico, se dividió la vivienda en dos bloques independientes estructuralmente, con un centro de masa distinto. Ambos cuerpos se encuentran separados por una pasarela de madera, que a su vez es estructuralmente independiente. (Figura 7.25. Planos vivienda).

325

Pedro Reyes dejó a sus hijos un terreno. Dividieron el terreno en dos y cada uno decidió construir su casa. A Jorge le quedó la parte con conexión a la red de luz y drenaje, mientras que a Maco le toco la parte con el pozo antiguo de agua. De inmediato Jorge decidió demoler la antigua construcción de adobe y construir su casa con hierro y cemento. Sin embargo Maco cree que puede encontrar una forma de hacer su casa respetando lo que dejó su padre, y además es posible que deba dividir el terreno en dos partes al dejárselo a sus hijos. El es el hombre de maíz promotor de este proyecto.

A. Descripción tipológica El programa final resuelve dos viviendas para familias de 4 miembros cada una. Se localiza en un terreno urbano de 6 x 14 m. Se pretende integrar la construcción vernácula existente y aplicar desde la fase de diseño el uso de “bloques de maíz” fabricados con la prensa manual CETA-RAM. La vivienda, de dos plantas, se resuelve con una estructura portante de columnas y vigas de hormigón armado. Los muros de cerramiento de la primera planta se harán con doble hilada de bloques de maíz con un espesor 30cm. Los muros de la planta superior están formados por una hilada de bloques de maíz con un espesor 15cm más capa de aislamiento hecha a base de la médula esponjosa de los tallos del maíz. Los planos de la vivienda con la modulación de bloques se muestran en la Figura 8.25. . La disposición de aberturas en el lado sur y sur-este garantiza la provisión de luz necesaria en el interior de la vivienda. La vivienda dispone de una cubierta vegetal definitiva. Se mantiene el pozo original como fuente de agua potable para consumo humano y en su interior se adapta un depósito para aguas pluviales que tendrán uso sanitario y de regadío. El planteamiento en fases hace que la edificación pueda usarse simultáneamente como vivienda-huerto o vivienda-taller de materiales. El proyecto toma elementos del contexto cultural del usuario y los utiliza obteniendo una construcción que le brinda las condiciones adecuadas de confort y que a la vez contribuye a la mejora del ambiente urbano. El proyecto se integra al entorno ya que utiliza elementos vernáculos como el pozo y el huerto urbano, no solo como elemento “decorativo” sino como parte importante del proyecto. La adición de fibras al mortero para fabricar bloques, además de mejorar su resistencia disminuye la cantidad de aglomerante, esto se traduce en una economía de material que beneficia a los usuarios. La puesta en valor de un subproducto podría convertirse en una fuente adicional de ingresos para los agricultores de la región. B. Parámetros sísmicos y clasificación estructural Para efectuar el cálculo se utilizaron los valores mostrados en la Tabla 8.10, definidos previamente en la campaña experimental. A la edificación se le ha asignado un nivel de importancia de 1,0 correspondiente a las edificaciones de Categoría III (vivienda).


328

C. Características sísmicas del emplazamiento.

Zona sísmica: Guatemala está dividida en cuatro zonas sísmicas. La intensidad sísmica aumenta a medida que la región se acerca al Océano Pacífico [15]. Quetzaltenango, la ciudad en la que se ubica el proyecto se encuentra dentro de la región con mayor nivel de intensidad sísmica, justo en la intersección del Anillo del Pacífico con el Anillo Ecuatorial (Figura 8.26). La aceleración pico del terreno en el sitio de emplazamiento es de 3,60 m/s2 característico de la zona sísmica 1.

Figura 8.26. Ubicación proyecto “Casa para un hombre de maíz

Tipo de suelo: El suelo está compuesto por rocas eruptivas antiguas y modernas, las cuales, según el INSIVUMEH 16 , corresponden al período terciario. Las condiciones corresponden a un suelo rígido tipo B según la normativa de referencia, formado por roca cubierta de depósitos estables de cenizas volcánicas, arenas, gravas o arcillas duras. Según clasificación mostrada en la Tabla 8.13, los valores utilizados corresponden a los del suelo tipo B. D. Comprobación estática de la estructura De los tres modelos analizados se obtuvieron los siguientes resultados: Muros portantes de bloques de maíz (Modelo A): El valor del esfuerzo normal solicitante (Nd) es menor al esfuerzo normal resistente en todos los muros Nr, por lo que la relación Nd/Nr es en todos los casos menor a la unidad. Por lo tanto la estructura cumple el análisis estático (Tabla 8.16)

Pared Bandas rotas Nd / Nr Max h0 / t Max e1 / t Max e2 / t Max

1 0 0,71 16,67 0,155 0,0832 0 0,69 16,67 0,153 0,0833 0 0,72 16,67 0,156 0,0834 0 0,62 16,67 0,083 0,0835 0 0,87 12,5 0,063 0,063

Tabla 8.16 Casa Hombre de Maíz. Verificación estática de Modelo A Puede verse también que la esbeltez máxima es en todos casos menor que 20 (eq. 8.6) y las excentricidades menores que 0,33 (eq. 8.7-8.8).

329

Estructura portante de hormigón+cerramiento bloques maíz (Modelo B): De nuevo la estructura cumple el análisis estático a carga vertical ya que la relación Nd/Nr es en todos los casos, menor a la unidad. (Tabla 8.17)


1 0 0,86 20,00 0,100 0,1002 0 0,70 16,67 0,156 0,0833 0 0,97 20,00 0,143 0,1004 0 1,00 20,00 0,143 0,100

Tabla 8.17 Casa Hombre de Maíz. Verificación estática de Modelo B Tanto la esbeltez máxima (≤20) como la excentricidad (≤ 0.33) cumplen los valores requeridos por la normativa de referencia. Estructura portante de hormigón sin muros de cerramiento (Modelo C): En este tercer caso la estructura también cumple satisfactoriamente los tres criterios de evaluación (esbeltez, excentricidad y resistencia a cargas verticales) que contempla el análisis estático, tal como se muestra en la Tabla 8.18.


1 0 0,99 16,67 0,139 0,0832 0 0,75 16,67 0,149 0,0833 0 0,98 16,67 0,140 0,0834 0 0,91 16,67 0,135 0,083

Tabla 8.18 Casa Hombre de Maíz. Verificación estática de Modelo C

Dado que los tres modelos escogidos resultaron adecuados estáticamente, la diferencia la marcó el resultado obtenido con el análisis estático no lineal que sirvió para observar el comportamiento de los tres Modelos analizados ante solicitaciones sísmicas. E. Comprobación sísmica. Resultados del Análisis estático no lineal A raíz de un análisis inicial se determinó que la disposición de aberturas no favorecía el comportamiento estructural de la vivienda. Los ajustes que debieron hacerse a la estructura a partir del planteamiento inicial fueron los siguientes: 1. El análisis inicial con los muros de bloques de maíz usados como muros de carga se hizo con las aberturas dispuestas según la primera propuesta arquitectónica. La estructura cumplió 12 de los 24 análisis realizados. Los mecanismos de fallo observados se localizaron en los muros con mayor número de aberturas, tal como muestra la Figura 8.27a.


330

Figura 8.27a. Mecanismos de fallo. Modelo inicial Casa para un Hombre de Maíz.

Figura 8.27b. Casa para un Hombre de Maíz. Resultados análisis inicial:

Cargas, Deformación en planta, Deformación muro, Curva pushover

331

Los muros de la segunda planta próximos a las aberturas sufren rotura completa por flexión (color rojo en modelo 3D). Los mismos muros en la primera planta sufren una deformación plástica por flexión (color rosa), esto quiere decir que los muros sufren una deformación no recuperable. Los paños sin aberturas y los elementos estructurales de hormigón mantienen su integridad. De igual forma la observación atenta de la curva pushover (Figura 8.28) permite observar que la estructura no supera el análisis estructural realizado. El desplazamiento que genera el sismo es mayor (Dmax=2,09cm) que el desplazamiento último que resiste la estructura (Du=1,64cm).

Figura 8.28. Curva Pushover Casa Hombre de Maíz-01. Análisis no superado

2. En vista del resultado anterior se decidió replantear estructuralmente el proyecto. Se optó por eliminar las pequeñas aberturas separadas por paños delgados de muro y unificarlas en una sola central, evitando vanos cerca de las esquinas y logrando una disposición simétrica en planta. Al variar el sistema estructural, el análisis resultó satisfactorio para las 24 direcciones de carga sísmica que realiza el software. La curva pushover que muestra la Figura 8.29, muestra que el desplazamiento máximo generado por el sismo (Dmax =0,12cm) es menor que el desplazamiento último que aguanta la estructura (Du =2,09cm) en el sentido de aplicación de la carga. La evolución de las cargas y la influencia en la resistencia de uno de los muros que componen la vivienda se muestran en la Figuras 8.30a-8.30b, mientras que el informe completo con los 24 análisis efectuados se muestra en el Anexo 8.3. Puede observarse que una vez finalizado el análisis la conveniencia de unificar las aberturas y localizarlas en el centro del muro, alejándolas de las esquinas.


332

Figura 8.29 Curva Pushover Casa Hombre de Maíz-02. Análisis superado

En la primera planta el color rosa indica que el muro ha sufrido deformación plástica por flexión, mientras que el color verde en la segunda planta muestra que el muro se mantiene integro.

Figura 8.30a Casa para un Hombre de Maíz. Resultados análisis superado: Cargas, Deformación en planta, Deformación muro, Curva pushover

Estos mismos resultados pueden observarse en el modelo grafico en 3d en el que además se muestra la respuesta del resto de muros en el momento previo de finalizar el análisis Figura 8.30b. El muro que arriostra por el medio al sistema se mantiene integro en la primera planta, mientras que en la segunda se observa el mismo tipo de deformación plástica por flexión que aparece en los muros circundantes.

333

Figura 8.30b Casa para un Hombre de Maíz. Modelo 3d con resultados de análisis superado: La mampostería utilizada para la construcción de muros divisorios y fachadas en los edificios de concreto, es considerada normalmente por los diseñadores estructurales sólo como una sobrecarga de efecto uniforme para la estructura y como tal es ignorada en el proceso de análisis y diseño estructural [17]. No tener en cuenta la interacción de esta estructura compuesta no está siempre en el lado de la seguridad, puesto que la interacción entre el muro y el pórtico bajo cargas laterales altera significativamente las características dinámicas de la estructura y por lo tanto su respuesta a las cargas sísmicas, las cuales crean una fuente importante de riesgo durante estos movimientos [18]. La comparación de los tres modelos analizados con el programa de análisis estático no lineal muestra resultados que confirman el razonamiento anterior. Si se observa los datos presentados en las Tablas 8.19, 8.20 y 8.21 puede notarse que de los tres casos estudiados es el resuelto con mampostería de bloques de maíz armada el que mejores resultados alcanza, ya que cumple con las 24 comprobaciones realizadas por el programa. Por su parte el Modelo B no cumple con 12 de las 24 (50%) verificaciones del Estado Límite Último (SLU). Esto no quiere decir que necesariamente colapse la estructura, ya que del análisis gráfico puede deducirse que tal extremo no ocurrirá, sin embargo alcanza una reducción del 20% de la resistencia máxima (SLU) en los 12 esfuerzos provenientes de las direcciones señaladas en la tabla. La superación del Estado Límite de Daño (SLD) se alcanza en una de las verificaciones (4%) en la que si podría haber colapso por la superación del desplazamiento máximo del nodo de control.


334

MODELO A. MUROS PORTANTES DE BLOQUES DE MAÍZ

No. Dirección sismo

Carga sísmica proporcional Ecc. [cm] Dmax SLU

[cm] Du SLU [cm] q* SLUVerificaciónS

LUDmax SLD

[cm] Dd SLD [cm]Verificación

SLD

1 +X Masse 0,0000 0,124 2,088 0,754 Sì 0,049 0,848 Sì2 +X 1° modo 0,0000 0,150 2,138 0,888 Sì 0,060 0,418 Sì3 -X Masse 0,0000 0,124 2,079 0,737 Sì 0,049 0,360 Sì4 -X 1° modo 0,0000 0,151 2,179 0,861 Sì 0,060 0,378 Sì5 +Y Masse 0,0000 0,485 2,200 1,587 Sì 0,093 1,040 Sì6 +Y 1° modo 0,0000 0,854 2,280 1,934 Sì 0,170 0,920 Sì7 -Y Masse 0,0000 0,497 2,200 1,620 Sì 0,094 1,000 Sì8 -Y 1° modo 0,0000 0,927 2,321 1,995 Sì 0,186 1,001 Sì9 +X Masse 31,8072 0,124 2,037 0,755 Sì 0,049 0,757 Sì10 +X Masse -31,8072 0,124 2,009 0,773 Sì 0,049 0,276 Sì11 +X 1° modo 31,8072 0,150 2,047 0,900 Sì 0,060 0,263 Sì12 +X 1° modo -31,8072 0,150 1,993 0,926 Sì 0,060 0,393 Sì13 -X Masse 31,8072 0,124 2,039 0,739 Sì 0,049 0,799 Sì14 -X Masse -31,8072 0,124 2,044 0,749 Sì 0,050 0,448 Sì15 -X 1° modo 31,8072 0,150 2,014 0,897 Sì 0,060 0,330 Sì16 -X 1° modo -31,8072 0,151 2,061 0,882 Sì 0,060 0,238 Sì17 +Y Masse 30,9500 0,486 2,200 1,593 Sì 0,093 1,000 Sì18 +Y Masse -30,9500 0,487 2,200 1,584 Sì 0,094 1,040 Sì19 +Y 1° modo 30,9500 0,852 2,280 1,940 Sì 0,168 0,920 Sì20 +Y 1° modo -30,9500 0,833 2,280 1,918 Sì 0,165 0,880 Sì21 -Y Masse 30,9500 0,497 2,200 1,621 Sì 0,094 1,000 Sì22 -Y Masse -30,9500 0,498 2,200 1,620 Sì 0,094 0,840 Sì23 -Y 1° modo 30,9500 0,930 2,321 1,998 Sì 0,187 1,001 Sì24 -Y 1° modo -30,9500 0,917 2,321 1,988 Sì 0,184 1,201 Sì

Tabla 8.19 Casa Hombre de Maíz. Verificación sísmica de Modelo A: Muros portantes de bloques de maíz.

MODELO B. COLUMNAS Y VIGAS PORTANTES DE HORMIGÓN + MUROS DE BLOQUES DE MAÍZ CERRAMIENTO




LUDmax SLD


SLD

1 +X Masse 0,0000 0,409 2,408 1,221 Sì 0,112 1,121 Sì2 +X 1° modo 0,0000 0,975 3,158 1,476 Sì 0,261 1,440 Sì3 -X Masse 0,0000 0,406 2,381 1,209 Sì 0,113 1,118 Sì4 -X 1° modo 0,0000 0,969 3,114 1,458 Sì 0,262 1,439 Sì5 +Y Masse 0,0000 2,955 2,400 2,589 No 1,014 1,079 Sì6 +Y 1° modo 0,0000 3,303 2,519 2,565 No 1,192 1,239 Sì7 -Y Masse 0,0000 2,971 2,399 2,591 No 1,022 1,079 Sì8 -Y 1° modo 0,0000 3,319 2,519 2,567 No 1,201 1,239 Sì9 +X Masse 31,8072 0,399 1,778 1,258 Sì 0,103 0,965 Sì10 +X Masse -31,8072 0,401 1,747 1,263 Sì 0,103 0,963 Sì11 +X 1° modo 31,8072 0,943 3,033 1,512 Sì 0,243 1,312 Sì12 +X 1° modo -31,8072 0,943 3,010 1,519 Sì 0,242 1,292 Sì13 -X Masse 31,8072 0,390 1,802 1,244 Sì 0,102 0,959 Sì14 -X Masse -31,8072 0,400 1,782 1,247 Sì 0,105 0,996 Sì15 -X 1° modo 31,8072 0,937 3,060 1,497 Sì 0,243 1,307 Sì16 -X 1° modo -31,8072 0,943 3,041 1,491 Sì 0,246 1,327 Sì17 +Y Masse 30,9500 2,960 2,400 2,618 No 1,018 1,079 Sì18 +Y Masse -30,9500 2,948 2,400 2,581 No 1,009 1,079 Sì19 +Y 1° modo 30,9500 3,307 2,519 2,582 No 1,195 1,199 Sì20 +Y 1° modo -30,9500 3,295 2,519 2,557 No 1,188 1,239 Sì21 -Y Masse 30,9500 2,973 2,399 2,619 No 1,024 1,079 Sì22 -Y Masse -30,9500 2,966 2,399 2,586 No 1,019 1,079 Sì23 -Y 1° modo 30,9500 3,320 2,559 2,591 No 1,202 1,199 No24 -Y 1° modo -30,9500 3,315 2,519 2,563 No 1,198 1,239 Sì

Tabla 8.20 Casa Hombre de Maíz. Verificaciones de Modelo B

Mientras tanto llama la atención observar que el Modelo C prácticamente colapsaría ya que solamente se superan 15 de las 24 verificaciones del Estado Límite Último y ninguna de las verificaciones del Estado Límite de Daño. De

335

aquí se comprueba la importancia de los muros de mampostería como elementos arriostradores, que mejoran la respuesta estructural del sistema. MODELO C.COLUMNAS Y VIGAS PORTANTES DE HORMIGÓNSIN CERRAMIENTO




LUDmax SLD


SLD

1 +X Masse 0,0000 0,000 0,000 0,000 No 0,000 0,000 No2 +X 1° modo 0,0000 5,421 7,539 3,368 No 2,168 1,362 No3 -X Masse 0,0000 5,067 8,054 2,982 Sì 2,027 1,520 No4 -X 1° modo 0,0000 5,430 6,671 3,290 No 2,172 1,360 No5 +Y Masse 0,0000 4,696 6,442 2,481 Sì 1,878 1,281 No6 +Y 1° modo 0,0000 4,968 6,801 2,447 Sì 1,987 1,361 No7 -Y Masse 0,0000 4,690 6,520 2,485 Sì 1,876 1,240 No8 -Y 1° modo 0,0000 4,960 7,159 2,551 Sì 1,984 1,360 No9 +X Masse 31,8072 5,054 4,959 3,128 No 2,021 1,371 No10 +X Masse -31,8072 5,062 6,720 2,994 Sì 2,025 1,353 No11 +X 1° modo 31,8072 5,416 5,126 3,375 No 2,166 1,259 No12 +X 1° modo -31,8072 5,417 6,103 3,314 No 2,167 1,265 No13 -X Masse 31,8072 5,073 5,153 3,008 No 2,029 1,408 No14 -X Masse -31,8072 5,085 6,701 2,871 Sì 2,034 1,390 No15 -X 1° modo 31,8072 5,439 5,317 3,353 No 2,175 1,297 No16 -X 1° modo -31,8072 5,481 5,799 3,063 No 2,192 1,303 No17 +Y Masse 30,9500 4,707 5,202 2,674 Sì 1,883 1,201 No18 +Y Masse -30,9500 4,675 5,201 2,660 Sì 1,870 1,201 No19 +Y 1° modo 30,9500 4,993 6,161 2,568 Sì 1,997 1,281 No20 +Y 1° modo -30,9500 4,952 5,961 2,556 Sì 1,981 1,321 No21 -Y Masse 30,9500 4,700 5,160 2,679 Sì 1,880 1,160 No22 -Y Masse -30,9500 4,676 5,240 2,655 Sì 1,870 1,200 No23 -Y 1° modo 30,9500 4,974 5,920 2,678 Sì 1,990 1,280 No24 -Y 1° modo -30,9500 4,949 6,040 2,675 Sì 1,980 1,320 No

Tabla 8.21 Casa Hombre de Maíz. Verificaciones de Modelo C F. Conclusión Caso 1: Casa para un Hombre de Maíz Vistos los resultados de la comprobación estática y del análisis estático no lineal, puede concluirse que el Modelo A, en el que se resuelve la estructura con muros portantes de bloques de maíz es el indicado para la tipología de vivienda y las condiciones geológicas y sísmicas de Quetzaltenango en Guatemala. Los tres Modelos superaron el análisis estático, pero tanto el modelo mixto de estructura portante de hormigón con muros de cerramiento (Modelo B), como el sistema de vigas y columnas de hormigón sin ningún arriostramiento (Modelo C) colapsarían dadas las condiciones sísmicas y la tipología de vivienda analizadas. En el caso del Modelo B es posible que la heterogeneidad de los materiales genere una respuesta diferente de los elementos componentes ante las solicitaciones sísmicas, lo que unido a un problema de uniones entre muros, vigas y columnas originen el fallo de la estructura. En el caso del Modelo C es posible que la falta de arriostramiento sea la causante del colapso. El modelo A cumple las condiciones de sencillez estructural y homogeneidad de material, suficientes para superar el análisis estático y sísmico.


336

8.6.4 Caso 2

Proyecto Elemental.

Iquique, Chile

Figura 8.31 Vivienda “proceso”. Esquema evolutivo (Elemental S.A. 2007)

337

Proyecto de fortalecimiento del tejido social y urbano en una ciudad ubicada en el desierto chileno. Los proyectistas debieron alojar a 100 familias que durante los últimos 30 años habían ocupado ilegalmente un terreno de media hectárea llamado Quinta Monroy en el centro de Iquique. A pesar del costo del terreno (tres veces más que lo que la vivienda social normalmente puede pagar por suelo), lo que se quería evitar era la erradicación de estas familias a la periferia. El mayor aporte del proyecto es la idea de dejar de pensar en la vivienda como gasto para empezar a verla como una inversión social. Los usuarios no fueron separados de la red social y urbana a la que pertenecen.

A. Descripción tipológica El proyecto divide el solar en lotes de 9 x 9 m para cada construir cada casa. Se edificó en cada lote un volumen de 6 x 6 x 2,5m de construcción inicial que contiene un baño y una cocina, bajo una losa de hormigón armado. Sobre esta losa se diseñaron apartamentos dúplex de 6 x 6 x 5 m, de los cuales se entregó una torre de 3 x 6 x 5 m. con un espacio de doble altura que también incluye baño y cocina. Ambas propiedades tiene acceso directo al espacio colectivo y su horizonte de crecimiento es de 72 m2 en condiciones seguras y de buena habitabilidad. Estructuralmente el proyecto se resuelve con un sistema de columnas y vigas de hormigón armado. Los cerramientos exteriores son de bloque de hormigón, que en este estudio son reemplazados por bloques de maíz. Para las particiones interiores se utilizan paneles de madera o chapa plástica ondulada. Los marcos estructurales generan espacios suficientemente amplios para desarrollar un programa de vivienda, pero lo suficientemente pequeños para permitir ampliaciones constructivamente sencillas y de baja tecnología, que no comprometan estructuralmente al conjunto. Al estar estos “poros” separados por porciones de edificio, la eventual mala calidad de las ampliaciones hechas por autoconstrucción, queda enmarcada y racionada (Figura 8.31). B. Parámetros sísmicos y clasificación estructural Para efectuar el cálculo se utilizaron los valores mostrados en la Tabla 8.10, definidos en la campaña experimental. Por el tipo de uso (vivienda) las edificaciones se clasifican como de Categoría III, con un factor de importancia de 1,0. A diferencia del proyecto anterior, la forma en torre de tres plantas de estas viviendas, similar al gran galpón del mexicano Carlos Gonzáles Lobo, le confiere a la edificación una esbeltez que a priori dificulta la resolución integra con mampostería portante. Para el análisis se dividieron las viviendas en módulos estructurales definidos por los lotes de 9 x 9 m y formados por el apartamento en primera planta y una torre de dos alturas de 3 x 6 x 5 m.


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C. Características sísmicas del emplazamiento.

Zona sísmica: Según datos del USGS10 la ciudad de Iquique se ubica dentro de una zona sísmica con una aceleración pico del terreno de 3,20-4,00 m/s2 Tipo de suelo: Clasificado según el perfil estratigráfico del terreno de asentamiento. Las características geológicas corresponden a un suelo tipo A. Espectro de respuesta elástica: Según clasificación mostrada en la Tabla 8.7, los valores utilizados corresponden a los del suelo tipo A.

Figura 8.33. Ubicación proyecto “Elemental”

E. Comprobación estática de la estructura De los tres modelos analizados se obtuvieron los siguientes resultados: Muros portantes de bloques de maíz (Modelo A): En este primer caso la estructura no cumple el análisis estático inicial. A pesar de que los valores de esbeltez y excentricidad se encuentran dentro de normativa; el valor del esfuerzo normal solicitante (Nd) es mayor al esfuerzo normal resistente (Nr) en tres de cuatro los muros que forman la estructura por lo que la relación Nd/Nr es en estos casos mayor a la unidad (valores en rojo en Tabla 8.22).


1 1 1,24 15,6 0,134 0,0782 0 0,60 10 0,328 0,1114 2 2,07 15,6 0,078 0,0785 3 3,16 15,6 0,078 0,078

Tabla 8.22 Proyecto Elemental. Verificación estática de Modelo A Estructura portante de hormigón+cerramiento bloques maíz (Modelo B): Con este Modelo estructural tanto la esbeltez máxima (≤20) como la excentricidad (≤ 0.33) cumplen los valores requeridos por la normativa de referencia. Por otro lado, el esfuerzo normal solicitante es menor al esfuerzo normal resistente (Nd/Nr<1) en todos los casos, como lo muestra la Tabla 8.23 La estructura cumple satisfactoriamente el análisis estático previo al análisis sísmico.

10 United States Geological Survey. http://www.usgs.gov/

341

Pared Bandas rotas Nd / Nr Max h0 / t Max e1 / t Max 0,1

1 0 0,51 20,00 0,100 0,1002 0 0,26 20,00 0,100 0,1004 0 0,59 20,00 0,100 0,1005 0 0,44 20,00 0,100 0,100

Tabla 8.23 Proyecto Elemental. Verificación estática de Modelo B Estructura portante de hormigón sin muros de cerramiento (Modelo C): En este tercer caso la estructura también cumple satisfactoriamente los tres parámetros de evaluación que comprende el análisis estático (Tabla 8.24).


1 0 0,58 15,00 0,221 0,1102 0 0,73 15,00 0,097 0,0754 0 0,40 15,00 0,075 0,0755 0 0,70 15,00 0,137 0,075

Tabla 8.24 Proyecto Elemental. Verificación estática de Modelo C

El posterior análisis sísmico permitió determinar si los dos modelos que superaron el análisis estático (B-C) eran válidos bajo cargas laterales por sismo. E. Comprobación sísmica. Resultados del Análisis estático no lineal Luego de realizado el análisis pudo confirmarse que el Modelo A (Tabla 8.25) solucionado con muros portantes de mampostería tampoco cumple los requisitos de seguridad sísmica en el emplazamiento y para esta tipología de vivienda en específico. MODELO A. MUROS PORTANTES DE BLOQUES DE MAÍZ




LUDmax SLD


SLD

1 +X Masse 0,0000 3,386 6,931 4,612 No 1,302 0,696 No2 +X 1° modo 0,0000 4,042 6,620 6,737 No 1,617 0,750 No3 -X Masse 0,0000 2,471 3,653 3,648 No 0,850 0,881 Sì4 -X 1° modo 0,0000 3,108 2,885 5,175 No 1,176 0,933 No5 +Y Masse 0,0000 0,941 2,875 0,894 Sì 0,376 1,122 Sì6 +Y 1° modo 0,0000 1,599 2,764 1,218 Sì 0,561 0,991 Sì7 -Y Masse 0,0000 1,472 2,464 1,539 Sì 0,432 0,788 Sì8 -Y 1° modo 0,0000 2,359 2,744 2,240 Sì 0,713 0,819 Sì9 +X Masse 30,3000 3,336 6,693 4,902 No 1,281 0,692 No10 +X Masse -30,3000 2,916 6,581 4,414 No 1,075 0,754 No11 +X 1° modo 30,3000 4,014 7,021 7,121 No 1,606 0,744 No12 +X 1° modo -30,3000 3,574 6,326 6,678 No 1,404 0,806 No13 -X Masse 30,3000 2,933 2,103 3,328 No 1,058 0,821 No14 -X Masse -30,3000 2,251 3,401 3,393 No 0,740 0,891 Sì15 -X 1° modo 30,3000 3,542 3,313 5,713 No 1,385 0,926 No16 -X 1° modo -30,3000 2,864 3,253 5,100 No 1,062 0,997 No17 +Y Masse 30,3000 1,182 1,653 1,136 Sì 0,419 1,050 Sì18 +Y Masse -30,3000 0,693 3,379 0,855 Sì 0,277 1,402 Sì19 +Y 1° modo 30,3000 1,965 1,713 1,614 No 0,622 0,960 Sì20 +Y 1° modo -30,3000 1,141 2,981 1,101 Sì 0,415 1,116 Sì21 -Y Masse 30,3000 1,868 2,408 1,905 Sì 0,537 0,776 Sì22 -Y Masse -30,3000 1,035 2,535 1,171 Sì 0,349 0,814 Sì23 -Y 1° modo 30,3000 2,610 2,726 2,820 Sì 0,832 0,808 No24 -Y 1° modo -30,3000 1,843 2,737 1,714 Sì 0,554 0,835 Sì

Tabla 8.25 Proyecto Elemental. Verificaciones de Modelo A


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En este caso se cumplen solamente 11 de las 24 verificaciones del Estado Límite Último (45%) y 13 de las 24 verificaciones del Estado Límite de Daño (54%). El análisis no cumple para ambos límites en 10 direcciones de aplicación de la carga sísmica por lo que además de superada la reducción de un 20% de resistencia máxima se traspasa el desplazamiento máximo del nodo de control, por lo que la estructura colapsaría en cualquiera de estas diez ocasiones. Tomando como ejemplo la curva pushover (Figura 8.34) para el análisis No. 16 de la tabla 8.18, que es una de las direcciones de aplicación de carga sísmica no superadas, puede verse que el desplazamiento que genera el sismo es mayor (Dmax=3,54 cm) que el desplazamiento último que resiste la estructura (Du=3,31) lo que produciría el colapso de la misma.

Figura 8.34. Proyecto Elemental. Muros portantes de bloques de maíz. Curva pushover.

El resultado cambia si se trata de un sistema resuelto con estructura portante de hormigón armado y muros de cerramiento (Modelo B. Tabla 8.26), ya que en este caso se cumplen satisfactoriamente las 24 verificaciones efectuadas para las diferentes direcciones de aplicación de carga sísmica. Es evidente que en este caso ha sido determinante la tipología de vivienda ya que la zona sísmica en los dos casos analizados es similar y el tipo de suelo en el caso chileno es más homogéneo y rígido que en el caso guatemalteco estudiado. Este ejemplo muestra la importancia de la evaluación de un sistema en su conjunto y dentro de las particularidades de su emplazamiento, mientras que demuestra que la transposición de un sistema de un lugar a otro no necesariamente garantiza la estabilidad estructural ante fenómenos sísmicos.

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MODELO B. COLUMNAS Y VIGAS PORTANTES DE HORMIGÓN + MUROS DE BLOQUES DE MAÍZ CERRAMIENTO




LUDmax SLD


SLD

1 +X Masse 0,0000 1,587 9,658 1,124 Sì 0,583 1,508 Sì2 +X 1° modo 0,0000 1,959 4,160 1,174 Sì 0,716 1,444 Sì3 -X Masse 0,0000 1,620 6,107 1,158 Sì 0,583 1,378 Sì4 -X 1° modo 0,0000 2,118 9,900 1,319 Sì 0,738 1,550 Sì5 +Y Masse 0,0000 1,307 1,869 1,084 Sì 0,484 1,377 Sì6 +Y 1° modo 0,0000 1,786 2,395 1,162 Sì 0,646 1,690 Sì7 -Y Masse 0,0000 1,140 1,883 1,009 Sì 0,452 1,378 Sì8 -Y 1° modo 0,0000 1,596 2,479 1,086 Sì 0,599 1,687 Sì9 +X Masse 30,3000 1,614 8,567 1,140 Sì 0,587 1,489 Sì10 +X Masse -30,3000 1,465 3,079 1,017 Sì 0,578 1,342 Sì11 +X 1° modo 30,3000 1,970 5,307 1,158 Sì 0,726 1,367 Sì12 +X 1° modo -30,3000 2,006 3,738 1,273 Sì 0,704 1,281 Sì13 -X Masse 30,3000 1,617 7,158 1,155 Sì 0,583 1,420 Sì14 -X Masse -30,3000 1,637 5,588 1,189 Sì 0,579 1,271 Sì15 -X 1° modo 30,3000 2,123 6,481 1,310 Sì 0,743 1,354 Sì16 -X 1° modo -30,3000 2,166 5,339 1,426 Sì 0,731 1,457 Sì17 +Y Masse 30,3000 1,349 2,375 1,072 Sì 0,506 1,440 Sì18 +Y Masse -30,3000 1,319 1,794 1,141 Sì 0,466 1,292 Sì19 +Y 1° modo 30,3000 1,846 3,232 1,159 Sì 0,672 1,617 Sì20 +Y 1° modo -30,3000 1,779 2,285 1,215 Sì 0,624 1,554 Sì21 -Y Masse 30,3000 1,168 2,063 0,957 Sì 0,467 1,446 Sì22 -Y Masse -30,3000 1,173 1,812 1,069 Sì 0,437 1,296 Sì23 -Y 1° modo 30,3000 1,599 2,911 1,046 Sì 0,618 1,554 Sì24 -Y 1° modo -30,3000 1,613 2,360 1,141 Sì 0,583 1,623 Sì

Tabla 8.26 Proyecto Elemental. Verificaciones de Modelo B Si se toma de nuevo el análisis 16 descrito en el modelo A, puede verse en la curva pushover (Figura 8.35) que con el sistema estructural adoptado en el Modelo B sí se supera el análisis ya que el desplazamiento que genera el sismo es menor (Dmax=2,17 cm) que el desplazamiento último que resiste la estructura (Du=5,34). El modelo 3d del análisis realizado nos muestra también el estado íntegro de las paredes (Figura 8.36).

Figura 8.35. Proyecto Elemental. Curva pushover.

Estructura hormigón armado + cerramiento muros de bloques de maíz.


344

Figura 8.36. Proyecto Elemental. Modelo 3d con análisis No. 16 En el caso del Modelo C mostrado en la Tabla 8.27 queda de manifiesto una vez más la importancia de los muros de cerramiento como estabilizadores del sistema. En este sistema formado solamente por marcos de hormigón, de nuevo han fallado completamente todas las verificaciones del Estado Límite de Daño (0% de efectividad) y se han cumplido 16 de las 24 verificaciones del Estado Límite Último (75%). Quiere decir esto que el sistema colapsaría

Figura 8.37. Proyecto Elemental. Curva pushover. Estructura hormigón armado sin cerramiento.

Por su parte vista la curva pushover del análisis No.16 (Figura 8.37) muestra que la Dmax=7,54cm es mayor que el desplazamiento último que resiste la

345

estructura (Du=5,69), lo que provoca el colapso cuando se alcanza dicho estado. MODELO C.COLUMNAS Y VIGAS PORTANTES DE HORMIGÓNSIN CERRAMIENTO




LUDmax SLD


SLD

1 +X Masse 0,0000 6,633 6,570 1,857 No 2,653 1,741 No2 +X 1° modo 0,0000 7,486 7,418 1,889 No 2,994 1,681 No3 -X Masse 0,0000 6,744 9,700 1,829 Sì 2,698 1,740 No4 -X 1° modo 0,0000 7,550 6,604 1,984 No 3,020 1,740 No5 +Y Masse 0,0000 5,946 8,030 2,069 Sì 2,378 1,568 No6 +Y 1° modo 0,0000 6,668 9,288 2,008 Sì 2,667 1,703 No7 -Y Masse 0,0000 5,958 7,478 2,117 Sì 2,383 1,781 No8 -Y 1° modo 0,0000 6,692 7,881 2,009 Sì 2,677 1,791 No9 +X Masse 30,3000 6,702 7,732 1,785 Sì 2,681 1,666 No10 +X Masse -30,3000 6,635 5,891 1,921 No 2,654 1,637 No11 +X 1° modo 30,3000 7,502 10,626 1,907 Sì 3,001 1,665 No12 +X 1° modo -30,3000 7,439 6,456 1,995 No 2,976 1,576 No13 -X Masse 30,3000 6,728 10,156 1,846 Sì 2,691 1,664 No14 -X Masse -30,3000 6,736 8,207 1,902 Sì 2,694 1,635 No15 -X 1° modo 30,3000 7,601 8,181 1,928 Sì 3,040 1,605 No16 -X 1° modo -30,3000 7,537 5,690 2,084 No 3,015 1,575 No17 +Y Masse 30,3000 5,885 8,620 1,960 Sì 2,354 1,618 No18 +Y Masse -30,3000 6,004 6,124 2,091 Sì 2,402 1,511 No19 +Y 1° modo 30,3000 6,630 8,307 1,848 Sì 2,652 1,745 No20 +Y 1° modo -30,3000 6,714 7,103 2,008 Sì 2,686 1,656 No21 -Y Masse 30,3000 5,886 7,749 1,994 Sì 2,354 1,824 No22 -Y Masse -30,3000 6,023 7,359 2,229 Sì 2,409 1,666 No23 -Y 1° modo 30,3000 6,643 8,075 1,893 Sì 2,657 1,830 No24 -Y 1° modo -30,3000 6,742 7,815 2,126 Sì 2,697 1,746 No

Tabla 8.27 Proyecto Elemental. Verificaciones de Modelo C F. Conclusión Caso 2: Proyecto Elemental De los tres Modelos analizados, solamente dos superaron el análisis estático inicial (Modelo B y Modelo C). De estos dos al final fue la estructura resuelta con vigas y columnas de hormigón y muros de cerramiento de bloques de maíz (Modelo B) la única que superó el análisis sísmico. Tomando en cuenta las características geológicas con un suelo homogéneo y la tipología de vivienda analizada puede concluirse que en este caso la heterogeneidad de materiales del Modelo B es una ventaja, ya que provee a la estructura de suficiente ductilidad para que la energía cinética del sismo se disipe mediante la deformación. Con respecto al Modelo C, es de nuevo la falta de arriostramiento la posible causante del colapso. Por su parte el modelo A no cumplió ni siquiera el análisis estático, así que era previsible que tampoco superara el posterior análisis sísmico. En este caso queda evidenciada la limitación de usar los bloques de maíz y cal en muros de carga en edificaciones de más de dos plantas, aunque se trate de tipologías con distribuciones sencillas en planta.


346

8.6.5 Conclusiones En este capítulo se ha evaluado la aplicación del bloque desarrollado en este trabajo de investigación, dentro de un sistema definido a partir de la actualización del mapa tecnológico de materiales prefabricados disponible en Latinoamérica. La vigencia de una prensa manual de bloques, pensada originalmente para la fabricación de adobes, ha sido el punto de partida para el desarrollo de un bloque con el compósito estudiado. El uso de bloque se ha planteado como una forma sencilla y eficaz de implantación del compósito de fibras de maíz, ya que su uso esta ampliamente difundido en la región. De esta manera se utiliza la mampostería como sistema soporte que facilite la incorporación de un nuevo material con propiedades mecánicas y físicas adecuadas para la resolución de proyectos de vivienda de interés social y que a la vez presenta un buen desempeño ambiental. Dentro de los requisitos que este material usado dentro de un sistema tradicional de mampostería, debía cumplir se relaciona con las exigencias sísmicas de la región. Para evaluar su desempeño se utilizó un programa de análisis estático no lineal y se simuló su aplicación dentro de dos tipologías diferentes de vivienda social en dos emplazamientos con elevado riesgo sísmico. Quedó demostrado que no existe una receta universal de aplicación y que un sistema depende del emplazamiento, las características geológicas de asentamiento, de la solución tipológica adoptada y de los materiales con los que finalmente se resuelve la estructura. Por otra parte se ha demostrado la importancia de los muros de cerramiento que usualmente son considerados sólo como una sobrecarga de efecto uniforme para la estructura y como tal ignorada en el proceso de análisis y diseño estructural. Se ha visto que cumplen un papel decisivo en la sismorresistencia de edificaciones con tipologías sencillas como las aquí analizadas, ya que desempeñan un papel activo como refuerzos transversales ante cargas sísmicas y que su inclusión y buen dimensionamiento pueden ser determinantes en el colapso o no, de una edificación. Bibliografía 1 Bocalandro. M. “El proyecto con sistemas prefabricados. Ponencia en el I Curso Internacional de construcción prefabricada. Puerto Ordaz, Venezuela. IDEC-OTIP, 1992 2 Sistema BSCP. Building System with Concrete Panel. http://www.bscp.es/index.htm 3 Arnold C; Reitherman R. “Configuración y diseño sísmico de edificios”.Editorial Limusa. México D.F.. México. 1988. 298pp. 4 De León P. “La Bloquera CETA-RAM para programas de Vivienda Popular” Centro de Experimentación en Tecnología Apropiada. Guatemala 1988. 64pp

347

5 Bonett Díaz R. “Vulnerabilidad y Riesgo Sísmico de Edificios. Aplicación a Entornos Urbanos en Zonas de Amenaza y Moderada”. Tesis Doctoral. Departamento de Ingeniería del Terreno, Cartografía y Geofísica. Universidad Politécnica de Catalunya. 2003. 6 Paulay, T.; Priestley M. “Seismic design of reinforced concrete and masonry buildings”. Ed. John Wiley & Sons. 1992. 768 p. 7 Minke, G “Building with Earth. Design and Technology of a Sustainable Architecture” Birkhäuser. 2006. Berlín, Alemania. 200pp 8 Brencich, A; Lagomarsino, S. (1998). “A macroelement dynamic model for masonry shear walls”, Technical Report. Computer Methods ins Structural Masonry. Ed. G.N. Pande, J. Middleton, B. Kralj. E & FN Spon. London 1998, 348 pp. 9 (OPCM-3274/03) Norma Técnica para el Proyecto, la evaluación y el adecuamiento sísmico de los edificios. 10 Moreno González, Rosangel “Evaluación del riesgo sísmico en edificios mediante análisis estático no lineal: Aplicación a diversos escenarios sísmicos de Barcelona” Tesis Doctoral. Departamento de Ingeniería del Terreno, Cartografía y Geofísica. Universidad Politécnica de Catalunya. 2006. 11 Shibata, A , Sozen, M., 1976, “Substitute Structure Method for Seismic Design in Reinforced Concrete,” Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 102, No. ST1, January, pp. 1-18. 12 Norme tecniche per la progettazione, esecuzione e collaudo degli edifici in muratura e per il loro consolidamento. DM Lavori Pubblici del 20/11/1987 13 Baraona E; Reyes C; Pirillo C. “Arquitectura Sostenible”. Editorial Pencil. Valencia, España. 2007 357pp. 14 Norma de construcción sismorresistente:parte general y edificación (NCSR-02) REAL DECRETO 997/2002, de 27-SEP,del Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Medio Ambiente. España. 15 Güendel, F. ; Protti, M. “Sismicidad y sismotectónica de América Central”. Revista Física de la Tierra 1998, No. 10: 19-51. 16 Instituto Nacional de Sismología, Vulcanología, Metereología e Hidrología de Guatemala. http://www.insivumeh.gob.gt/ 17 Carrillo J; Gonzáles G. “Influencia de la Mampostería No Reforzada en el Comportamiento Inelástico de Pórticos de Concreto” Revista Dyna Facultad de Minas Universidad Nacional de Colombia. Año 74, No. 152, pp. 217-227. Medellín, Colombia. 2007. 18 Orduña A; Ayala G. “Análisis no lineal de muros de mampostería confinada sujetos a cargas Laterales” Engenharia Civil Universidade do Minho. Número 11, 2001. Pp 21-34. Portugal

supraciclando el mortero de maíz…

como nutriente mineral

Sílice 60% aporte de mineral primario, mejora granulometria terreno Cal 30% corrector acidez del suelo

como plaguicida natural el contenido de sílice favorece la formación de los tricomas, elementos morfológicos que usa la planta para repeler las plagas.

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supraciclando el mortero de maíz…

como nutriente mineral

Sílice 60% aporte de mineral primario, mejora granulometria terreno Cal 30% corrector acidez del suelo

como plaguicida natural el contenido de sílice favorece la formación de los tricomas, elementos morfológicos que usa la planta para repeler las plagas.

Pagina anterior Portada del disco de poesía deSaid Luviano, poeta mexicano Foto: bdebaca-José Luis Ruiz (http://www.flickr.com/photos/bdebaca/)

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De la tierra a la tierra.

Cerrando el ciclo de la Cal y el maíz

La irrupción de la industria humana dentro del sistema natural que había regido desde sus orígenes el equilibrio vital del planeta, ha alterado de alguna manera el orden espontáneo del sistema, generando una serie de elementos, que a manera de tecnósfera se han sumado a la biosfera preexistente. A través de la extracción, concentración, alteración y sintetización de las sustancias de la corteza de la Tierra; los seres humanos han ido generando gran cantidad de materiales que no pueden ser devueltos fácilmente a la tierra, o al menos no pueden hacerlo de forma inocua. Si nuestros sistemas contaminan la masa biológica de la Tierra y siguen expulsando materiales técnicos…o bien los devuelven inutilizables, viviremos en un mundo limitado, en el que la producción y el consumo habrán de restringirse, y la Tierra se volverá literalmente una tumba1. Como técnicos del sector de la edificación consideramos necesario entender desde una perspectiva diferente el uso de los materiales constructivos. En base al trabajo desarrollado en esta investigación se ha ido revelando la necesidad de plantearse seriamente la idea de que los materiales creados por el hombre, al igual que los creados por la Tierra, tienen un metabolismo 2, un ciclo vital similar al de los sistemas biológicos que empieza desde la transformación de la materia prima de origen natural (catabolismo), continua en fase de servicio como elemento constructivo (anabolismo) y que debe continuar una vez agotado su uso dentro de una edificación. Esta continuidad puede ser como materia prima de otro elemento tecnológico o simplemente retornar a la biosfera de donde se extrajo inicialmente (excreción).

1 Braungart W, McDonouugh W. “Cradle to cradle. Rediseñando la forma en que hacemos las cosas”. 2005 2 En este sentido resulta atractivo adoptar el enfoque con el que Carpintero (2005) se acerca a la evolución económica a través de su interesante análisis del metabolismo de la economía española en la segunda mitad del siglo veinte.

353

Si verdaderamente puede plantearse la sostenibilidad, ha de ser desde la imitación consciente de la naturaleza y su eficiente uso del flujo de nutrientes en el que el concepto de desecho no existe. Esta forma de proyectar, tomando en cuenta que los nutrientes contendidos en los materiales conforman y determinan su diseño [1], es lo que llamamos diseño con conciencia entrópica. Los recursos que el ser humano transforma para generar productos pueden ser de tipo biótico (seres vivos, recursos biológicos) o abióticos (inanimados, procedentes de la corteza terrestre). El destino final de estos materiales puede ser: la litosfera (suelo), la hidrosfera (agua) y la atmósfera (aire). La actividad del hombre transforma los recursos en productos y residuos mediante los procesos industriales y el transporte necesario para conectar los diferentes procesos. En este sentido cobra especial importancia el conocimiento completo de los flujos directos y ocultos necesarios para desarrollar un producto. El trabajo central de esta Tesis se ha centrado en evaluar el potencial de un mortero de cal, con adiciones puzolánicas y arena, reforzado con fibras de la planta de maíz para la fabricación de elementos constructivos para viviendas en áreas rurales de Latinoamérica. Al hilo de lo expuesto anteriormente se plantea como futura línea de investigación la continuidad del ciclo vital del compósito de maíz y cal desarrollado. Como una primera aproximación al desarrollo de esta posibilidad, se han encontrado una serie de referencias que indican que dado su composición química, este material podría utilizarse como corrector de suelos ácidos en áreas tropicales. Proponemos el material constructivo desarrollado a partir de un subproducto, como una etapa más de la vida total de sus elementos componentes. De esta manera en lugar de utilizar la materia prima en una espiral descendiente de degradación, lo que se busca es que en cada etapa de su vida pueda cumplir plenamente una función que de manera sintética sigue los siguientes pasos:

Componente fundamental de un organismo vivo y de la corteza terrestre Componente fundamental de un material compuesto utilizado para fabricar elementos, que a su vez son piezas fundamentales de un bien con dimensiones humanas y sociales: la vivienda. Componente fundamental de un nutriente cuya principal función es corregir los niveles de acidez del suelo, para volver a ser al final…

9.1

Componente fundamental de un organismo vivo y de la corteza terrestre

9. De la tierra a la tierra

354

9.1 La cal, la cosecha intensiva y el desgaste del suelo.

glifosato roundup agrobacterium

355

Los métodos de cosecha intensivos en los que se cortan las plantas casi de raíz, aceleran la erosión del suelo, y los abonos químicos usados tanto en la agricultura como en la industria a menudo tienen como consecuencia la salinización y acidificación del suelo, contribuyendo anualmente a la desertización de mas de veinte veces la superficie de tierra fértil que la naturaleza crea[ 2 ]. El problema de la acidificación se acrecienta, por el desbosque irracional y la agricultura migratoria a que son sometidas las tierras, con lo que se favorece la pérdida de nutrientes de la capa cultivable por lavaje y erosión. La acidez de los suelos es uno de los factores más limitantes para el desarrollo de la agricultura en los trópicos. Estos son pobres en fósforo, calcio, magnesio y potasio, y aún cuando puedan tener altos contenidos de materia orgánica, los niveles de nitrógeno disponible son bajos, debido a problemas en la mineralización de la misma. A su vez, suelen poseer altas concentraciones de aluminio y hierro que son tóxicas para la mayoría de cultivos comerciales como el maíz, el arroz, la soja, etc., los cuales al ser sembrados en estas condiciones tienen un deficiente desarrollo y una baja producción. Esta acidez es especialmente una de las limitaciones para la siembra del cultivo de maíz (Zea mays L.). Para reducir el efecto limitante del pH y controlar el aluminio se pueden realizar enmiendas al suelo tendentes a mejorar la calidad del mismo. En estos suelos, las variedades de maíz que tradicionalmente siembran los agricultores, tienen bajos o nulos rendimientos, al igual que la soja, por ser muy susceptibles a la toxicidad de aluminio y deficiencias de calcio y magnesio. Sin embargo, experiencias realizadas en diversas zonas tropicales, indican que, la aplicación de enmiendas que poseen calcio y magnesio en su composición, permiten recuperar los suelos ácidos, aportando dichos elementos para las plantas y favoreciendo la neutralización del aluminio. Algunos autores han reportado correcciones en los niveles de acidez del suelo gracias a la incorporación de cal como medida correctora [3]. Los análisis de suelo representan el método más firme para controlar la acidez del suelo que debe ser corregida por medio de un encalado adecuado. La cal también es una fuente de calcio y de calcio-magnesio en el caso de usar cal dolomítica. La Tabla 9.1 muestra los efectos de agregar cal en terrenos con altos niveles de acidificación3: En suelos dominados por arcillas de tipo 2:14, característicos en las zonas templadas del mundo, la producción de los cultivos puede incrementarse

3 Ya en el s. XVIII se usaba la cal y el estiércol como elementos fertilizantes. En el País Vasco por ejemplo se recogieron expresamente los resultados que tenía la utilización de la cal sobre las tierras. En las reuniones de la sección dedicada a la Economía rústica, en 1776, se decía que: "después que se han conocido las ventajas de la cal para el abono de las tierras, se continua en el lugar de Castilla en Alava en la quema de caleras, haciendo fértiles las tierras que antes se tenían por estériles..." Real Sociedad Bascongada de los Amigos del País. Extractos de la RSBAP, año 1976, p. 19. 4 Tres grupos de arcillas presentan esta estructuración: illita, vermiculita y esmectita.


356

significativamente cuando se encala el suelo para obtener un pH cercano a la neutralidad. Reduce la toxicidad de aluminio y otros metales

Mejora las condiciones físicas del suelo.

Estimula la actividad microbiana en el suelo.

Mejora la fijación simbiótica de nitrógeno por parte de las leguminosas.

Incrementa la disponibilidad de varios nutrientes.

Proporciona calcio y magnesio para las plantas. Tabla 9.1 Medidas correctoras con cal en terrenos ácidos

En el ejemplo de la Figura 9.2, la cal produjo un incremento de 2 t/ha en el rendimiento de maíz, en años secos y un incremento de 0.8 t/ha en años húmedos. En todos los casos, el maíz fue adecuadamente fertilizado. La cal y el fertilizante interaccionan efectivamente para obtener altos rendimientos de excelente rentabilidad.

Figura 9.2. Rendimientos de maíz en relación a la adición de cal. Alta fertilidad

En suelos tropicales con alto contenido de óxidos de hierro y aluminio, la adición de cal en el suelo buscando llegar a valores de pH mayores que 6.0 puede reducir drásticamente la producción, causar deterioro estructural del suelo, reducir la disponibilidad de P e inducir deficiencias de zinc, boro y manganeso. En otras pruebas, en localidades de agricultura de temporal del Sur de México, en donde predominan los suelos ácidos y arenosos, los rendimientos sin fertilización balanceada normalmente fluctúan entre 800 kg y 1500 kg por hectárea de grano. Adiciones de cal agrícola dos meses antes de la siembra y una fertilización balanceada con potasio (K), Mg y S aplicada a la siembra o en la primera escarda, logro incrementar los rendimientos hasta en 4,000 kg/ha.

357

Figura 9.3. Rendimientos de maíz en relación a la adición de cal. Baja fertilidad

El maíz es un cultivo con altas demandas nutricionales. Entre los elementos del suelo que utiliza en mayores cantidades cabe mencionar el nitrógeno (N), seguido del potasio (K) y el fósforo (P). Estos nutrimentos forman parte de numerosos fertilizantes químicos, ya sea en forma individual o combinados en fórmulas. El fósforo tiende a ser inmovilizado por diversos componentes del suelo, mayormente en suelos ácidos o alcalinos. En suelos ácidos se puede reducir la inmovilización mediante aplicaciones de cal, que conllevan a la adición de calcio [4]. Un efecto adicional del encalado es el de acelerar la mineralización de la materia orgánica, con aumento ulterior en la disponibilidad de nutrientes. Las cales denominadas dolomíticas suministran, además del calcio, apreciables cantidades de magnesio al suelo [5].


358

9.2 Compósito de Cal y maíz como enmienda

359

El método de remineralización del suelo consiste en adicionarle minerales primarios amorfos, ricos en silíceo (MPASi). Es sumamente importante que los MPASi estén finamente molidos para lograr una mayor superficie de contacto con los elementos de la corteza terrestre. Para que se de la concentración de nutrientes minerales que pasen del suelo a los tejidos de la planta, se necesita alrededor de 35 kg/ha de material silíceo en la zona de la raíz [6]. Con estos niveles de concentración se promueve el flujo de silicio a los diferentes tejidos de la planta. Uno de estos tejidos es la epidermis foliar y radicular, donde se desarrollan los tricomas y fitolitos. Los primeros tienen en su estructura altas concentraciones de silicio que facilitan la formación de una barrera física contra insectos y enfermedades. El silicio no es indispensable para que ocurra el metabolismo primario de la planta de maíz, sin embargo su aplicación favorece la mejora de procesos biológicos involucrados en la productividad como es la asimilación y flujo de materiales, la producción, acumulación y movilización de reservas de carbohidratos, proteínas y producción de fitoquimicos. Las diferentes formas de de silicio soluble en los tejidos vegetales permiten una mejora en la movilidad de minerales, carbohidratos y proteínas ya que favorecen la formación de tejido vascular en la planta. Quero (2007) aporta datos que demuestran la manera en que altas concentraciones de sílice favorece el desarrollo de tricomas y fitolitos en la planta de maíz. Los tricomas permiten desde la asimilación de nutrientes a la liberación de compuestos que repelen y combaten bacterias, hongos, insectos y ácaros que perjudican el desarrollo del cultivo. Un ejemplo es el del gusano cogollero (spodoptera frugiperda), que al comer las hojas de maíz cultivado en suelo remineralizado con sílice deteriora sus mandíbulas, dificultando su alimentación ya que en definitiva lo que come es “vidrio” (Figura 9.4). Los tricomas del maíz miden entre 0.2 y 1.0 µm, se encuentran alineados a todo lo largo y ancho de la hoja, pudiendo observarse a trasluz (Figura 9.5).

Figura 9.4. Mandíbulas de gusanos spodoptera frugiperda alimentados con hojas de maíz, con y sin minerales ricos en silíceo (QUERO 2007)


360

Figura 9.5. Tricomas en haz de hoja y tallo de maíz (QUERO 2007). Por su parte los fitolitos (Figura 9.6) permiten aprovechar mejor la luz solar, ya que la dispersan por reflexión, por toda la superficie de la planta que cubren mientras que eliminan el efecto de la luz ultravioleta. Los fitolitos tienen una forma de 8 con un tamaño de 10 a 15 µm (micras) de largo por ancho y un espesor de aproximadamente 1 µm. Presentan un arreglo de líneas a todo lo largo de la hoja, por lo que cuando se obtienen niveles óptimos de silicio cubren aproximadamente el 40% de la superficie del haz de la hoja. También los fitolitos cubren el envés de la hoja del maíz pero en una menor concentración y parecen estar relacionados con la densidad estomática5.

Figura 9.6. Fitolitos en el haz de una hoja de maíz. Imagen con microscopio electrónico de barrido.

(QUERO 2007)

5 La densidad estomática (DE) se refiere al número de estomas por mm2

361

La Tabla 9.2 muestra la composición del mortero estudiado en este trabajo. Puede notarse que alrededor del 60% del contenido de la mezcla corresponde a material de naturaleza silícea. El 30% de la composición del compósito corresponde a la cal que se ha revelado como un eficaz corrector de la acidez del suelo. El tercer componente en cantidad es el dióxido de silicio que es un desecante usado en la elaboración de algunos alimentos. Algunos compuestos como el óxido férrico y el magnesio en pequeñas cantidades favorecen la recuperación de los nutrientes del suelo. Aparte del valor nutriente como corrector de suelos de cultivo, la mezcla podría usarse como sustrato para cultivos hidropónicos en actividades agrícolas de pequeña escala (tomate, pimiento, pepino).

Componente Descripción %

Arena Silícea 60,20

CaO Cal 29,78

SiO2 Dióxido de Silicio 3,99

Al2O3 Trioxido de aluminio 1,39

Hemicelulosa (g/kgMS) 0,80

Celulosa (g/kgMS) 0,71

SO3 Óxido sulfúrico 0,61

Fe203 Óxido férrico 0,60

MgO Óxido de magnesio 0,39

Ceniza (g/kgMS) 0,19

K2O Óxido de Potasio 0,16

Lignina (g/kgMS) 0,12

Na2O Óxido de Sodio 0,10

PC (g/kgMS) 0,08

TiO2 Dióxido de titanio 0,03

Mn2O3 Óxido básico Mangánico 0,03

P2O5 Anhídrido fosfórico 0,03

PC (g/kgMS) 0,08

TPA (A550nm/gMS) 0,02

FAD-ceniza (g/kgMS) 0,02

Tabla 9.2. Composición Química del Mortero estudiado


362

La naturaleza nos ahorra una gran cantidad de energía y materiales al facilitarnos ya concentradas las sustancias y nutrientes en los yacimientos y el subsuelo. Como consecuencia de nuestro modelo de producción perdemos una gran cantidad de estos valiosos recursos en forma de residuos que se dispersan en el ambiente [7]. 9.2.1 Supraciclando el maíz y la cal en la era de los biocombustibles. La propuesta que lanzamos como futura línea de trabajo, es intentar cerrar el ciclo de vida del material estudiado. Habiendo visto que los suelos se acidifican como consecuencia de los sistemas masivos de cultivo y que la composición básica del compósito estudiado permite corregir los niveles de acidez del suelo, nuestra propuesta es utilizar el material, una vez terminada su vida como elemento constructivo, como elemento corrector de suelos ácidos y facilitador de nutrientes y de actividad microbiana en el suelo. Esta propuesta constituye una alternativa ante la enorme presión que el mercado potencial de los biocombustibles hace sobre las economías de los países en desarrollo. Son varias las grandes corporaciones que han puesto sus ojos en el mercado que constituyen los cultivos agrícolas como materia prima para el desarrollo de etanol como combustible6. La creciente alza en los precios del petróleo ha hecho que los grandes productores de cultivos como el maíz, vean en los biocombustibles una lucrativa solución.

Figura 9.7 Paja de cereales como materia prima de bioetanol. Planta de Abengoa en EEUU.

Aparte de las consecuencias que puede tener para la seguridad alimentaria de millones de personas en los países en desarrollo; el uso de cultivos agrícolas como fuente energética es aún discutible desde el punto de vista de la eficiencia energética. El consumo energético de los sistemas agrícolas actuales depende en gran medida de combustibles fósiles. En algunos casos se

6 Se espera que a mediano plazo que la producción de etanol a partir de la biomasa alcance el 40% del consumo mundial de combustible. (EL PAIS. Negocios. 21 octubre 2007)

363

consume más energía para obtener una unidad de biomasa que la proporcionada por esta. Pero incluso en los casos en los que el balance es positivo, “…se trata simplemente de “cambiar” por ejemplo 10 toneladas de petróleo (energía no renovable) por el equivalente de 12 toneladas de petróleo en alcohol obtenido a partir de la biomasa. Así pues, el punto mas débil para el desarrollo de la agroenergética lo constituye su dependencia de los combustibles fósiles, por lo que en definitiva el proceso resulta equivalente a un pequeño aumento del rendimiento energético del petróleo” [8]

Figura 9.8 Biocombustibles: Una panacea dependiente de los combustibles fósiles.

Esta crítica no puede fundamentarse si nos centramos en los desechos provenientes de natividad agrícola, ya que su balance energético se considera positivo porque se trata de una producción secundaria ligada inevitablemente a la producción principal que se desea obtener: alimentación humana y animal. En estos casos algunos autores señalan que “ha de imputársele un consumo nulo de energía y materiales”. Existe sin embrago el factor de erosión de suelo que debe tomarse en cuenta. Con una industria tan voraz como la de los combustibles centrando su actividad en el aprovechamiento de esta biomasa residual, resulta aconsejable la búsqueda y apoyo de destinos alternativos para estos residuos encaminados simplemente a garantizar las cualidades nutrientes del suelo: elaboración de compost y devolución al terreno de aquella parte que previamente se extrajo en forma de materia orgánica y nutrientes al recolectar los cultivos. Es evidente que se necesita investigar más para explorar el potencial de la mezcla como corrector de suelos de cultivo. De cualquier manera, si se toma en cuenta la acidificación de los suelos como resultado de las practicas de cultivo intensivas y de que la composición básica de la mezcla podría ayudar a corregir los niveles de acidez a la vez que aporta nutrientes al suelo, se lanza la propuesta de investigar las posibilidades de usar el material después de su vida como material de construcción, como un corrector de suelos. De esta manera se cerraría el ciclo de vida del material de la tierra a la tierra, devolviendo la materia que la biosfera un día nos prestó.


364

Bibliografía 1 Braungart M, McDonough W. “Cradle to Cradle. Rediseñando la forma en que hacemos las cosas” Editorial McGrawHill. España 2005. 2 Ibidem 3 CENIAP. “Efectos de la aplicación de Cal Dolomita en el Maíz”. 2005 4 Yamoah C. Yield Response and Change in Nutrient Availability by Liming in an Acidic Soil within a Rice-Wheat Cropping System” Center for Sustainable Agric. Systems, Dept. of Agronomy, Univ. of Nebraska-Lincoln,USA. 5 Rahman M.A. et. al. “ Yield Response and Change in Nutrient Availability by Liming in an Acidic Soil within a Rice-Wheat Cropping System” 6 Quero Gutierrez E. “Remineralización de suelos con Materiales ricoa en Siliceo MPASI”.Instituto Tecnológico Superior de Uruapan. México. 2007. 7 Carpintero O. “El Metabolismo de la Economía Española. Recursos Naturales y Huella Ecológica (1955-2000)”. Serie Economía vrs Naturaleza. Fundación César Manrique.2005. Pp 162 8 Frías San Roman, J. “Posibilidades de aprovechamiento económico de la biomasa residual” Agricultura y sociedad, 34, 1985, pp 21-236.

Suelo cemento 4Mpa > Bloque maíz 3,03Mpa > Bloque tierra 2Mpa

La energía incorporada para elaborar 1kg. de composito es

1,15 MJ/kg

Las fibras vegetales son un recurso abundante y económico que puede ser utilizado en el desarrollo

de materiales de construcción

10

Reciclado del material con conciencia entropica:

Alrededor del 90% del material puede ser usado como nutriente mineral y corrector de la acidez del suelo

Pagina anterior Secado fibras de maíz en laboratorio. EUPB Barcelona, 2003.

10

Conclusiones

Figura 10.1. Bloque de fibra de maíz

Para clarificar las conclusiones obtenidas con el largo proceso de investigación realizado en este trabajo se han dividido en las mismas tres áreas generales que componen la Tesis. De esta manera se pretende hacer un recorrido que va de lo macro a lo micro. Partiendo de una escala general desde la que puede entenderse el enorme déficit de vivienda en Latinoamérica y la necesidad de investigar e innovar en la producción de materiales constructivos ya que su peso específico dentro de la problemática es muy importante (Parte 1). Posteriormente se cierra el zoom centrándose en la descripción de los resultados más importantes obtenidos en la fase experimental (Parte 2); hasta llegar a las aplicaciones del compósito estudiado dentro de una tipología constructiva definida (Parte 3).

369

Parte 1

La vivienda en Latinoamérica El déficit habitacional en Latinoamérica ronda los 38 millones de unidades. Del total de 93 millones de viviendas de la región, 17 millones (el 18%) constituyen el déficit cuantitativo, y 21 millones (el 22%) el déficit cualitativo. Dos de los rasgos característicos del problema de vivienda en los países en vías de desarrollo son la precariedad y el hacinamiento. La rápida urbanización, la concentración de la población urbana en las grandes ciudades, la expansión de las ciudades en zonas geográficamente más amplias y el rápido crecimiento de las megalópolis se encuentran entre las transformaciones más importantes de los asentamientos humanos. En Latinoamérica la población urbana, ha crecido en toda la región de un 41% en 1950, pasando por un 65% en 1980 a cerca de un 76% en el año 2000 y la tendencia es de un 79% para el año 2010.

Figura 10.2. Crecimiento de las ciudades Latinoamericanas 1825-2005 (The endless city 2008) Un rasgo común a varias ciudades latinoamericanas es el enorme peso demográfico, económico, social y político de la capital del país. Esta auténtica macrocefalia de desarrollo centralizado es causante de muchas de las migraciones de los pobladores rurales hacia el área urbana. A menudo las poblaciones campesinas se ven obligadas a desplazarse de sus lugares de origen, unas veces movidas por el clima de violencia que les rodea y otras veces seducidas por la idea de un futuro mejor en la gran ciudad. Uno de los problemas fundamentales que ha traído consigo la rápida urbanización es la deficiencia en el parque de vivienda, la red vial y los servicios básicos. A través de este estudio pude determinarse los tipos de estrategias con las que actualmente se enfrenta el problema del déficit de vivienda en los países latinoamericanos: Estrategias informales Aproximadamente un 60% de la actividad constructora de vivienda en Latinoamérica la realiza el llamado sector informal. El autoconstructor anónimo, usualmente una mujer, es quien prácticamente define el crecimiento de las ciudades. Muchas veces realizando acciones fuera de legalidad las personas

10. Conclusiones

370

inician el largo proceso de obtener su vivienda. Los asentamientos generados mediante este proceso dibujan progresivamente la expansión desordenada de las ciudades latinoamericanas. Este fenómeno, en un principio atacado por los gobiernos de la región, es considerado cada vez más como germen de desarrollo. Estrategias institucionales Incluyen políticas gubernamentales, iniciativas surgidas del mundo académico con clara vocación social, trabajo de organizaciones no gubernamentales y sobretodo a partir de los últimos años, respuestas surgidas de la iniciativa privada que han tomado puestos como constructores y oferentes de viviendas de interés social. Importancia de los materiales de construcción El problema de la vivienda en los países en vías de desarrollo es en buena parte un problema de materiales y de componentes de construcción. Contrariamente a lo que suele ocurrir en el mundo desarrollado, el peso relativo de los materiales de construcción dentro del costo total de la vivienda suele ser mayor. Buscando respuestas a esta parte del problema son varias ya las iniciativas que desde el Sur se han tomado para enfrentar dicho problema. Y dentro del campo de la investigación de materiales, se han hecho numerosos estudios que buscan aprovechar los productos y subproductos que se encuentran en el entorno inmediato. Es en este sentido que el uso de los desechos de actividades agrícolas, como fuente potencial de material para construcción, cobra importancia. Aunque algunas patentes del siglo pasado, se refieren al uso de fibras como componentes de materiales de construcción hechos con cemento, el interés en el uso de fibras vegetales como refuerzo para el cemento ha tenido mayor desarrollo en los últimos 10-20 años De manera general, los materiales de construcción que se hacen con fibras vegetales son básicamente los mismos que se fabrican con subproductos de madera. Paneles aislantes de baja densidad, tableros de partículas, placas de fibras de media y alta densidad y se utilizan sobre todo en paredes y techos. De todos los mencionados, la industria de paneles hechos con paja de cereales, es la que mejor está saliendo poco a poco de su etapa experimental. Cada vez es más frecuente encontrar ejemplos de su utilización, pese a que están aún pendientes de afinar varios aspectos tanto a nivel técnico como económico.

371

Parte 2

Caracterización del Compósito de Fibras de Maíz. Gracias al trabajo de exploración hecho para determinar el Estado del Arte se localizaron numerosas publicaciones, tesis doctorales y trabajos científicos que tratan el tema de las fibras vegetales como refuerzos de mortero. En estos pudo determinarse que, si bien tienen en común el uso de fibras vegetales, la fibra de maíz ha sido escasamente considerada como alternativa. Existen diferentes Centros de Investigación 1 que han producido avances significativos en el tema de aprovechamiento de residuos agrícolas. En algunos casos la producción científica se ha transferido incluso a diversas empresas que lo han materializado en productos de aplicación en construcción. Basados en las experiencias recopiladas en el Estado del Arte se determinaron las variables en el proceso experimental, lo que permitió conocer el comportamiento mecánico básico del material e indicar las composiciones más recomendables para la elaboración de elementos constructivos. El uso de fibras vegetales provenientes de desechos agrícolas, en compósitos no estaba específicamente normalizado hasta el año 2000, cuando se inició la campaña experimental. Sin embargo se localizaron normativas que tratan el uso de partículas de madera en paneles de cemento, y otras sobre refuerzos de matrices de cemento con fibras de acero y polipropileno, que sirvieron como referencia general. Optimización de dosificaciones El desarrollo experimental pasó por una fase inicial de recopilación y caracterización aislada de los materiales constituyentes. Posteriormente se desarrollo una fase de dosificaciones preliminares usando tres tipos de matrices (cemento, cal hidráulica y cal aérea con puzolanas), hasta dar con una combinación adecuada que entonces se estudió exhaustivamente. Con la mezcla final se estudio la influencia de diferentes contenidos y tratamiento de fibras; la durabilidad mediante ensayos de envejecimiento acelerado y en tiempo real en condiciones ambientales exteriores Se optó por seguir este procedimiento debido a la falta de experiencias previas que estudiaran la adición de partículas de maíz a morteros de cemento y cal. Las fibras Los resultados obtenidos en la caracterización inicial mostraron que las fibras de maíz eran compatibles en principio con los tres tipos de matrices escogidos. Poseen una densidad baja debido a su elevada porosidad, su capacidad de absorción es elevada debido a esta característica física, mientras que su capacidad de deserción es relativamente baja. 1 Los Centros de Investigación más activos se localizan en Estados Unidos, Canadá, Brasil, Australia, Francia y la India. Este interés científico no es una simple casualidad ya que estos países son los mayores productores mundiales de cereales y por lo tanto su volumen de desechos es importante

10. Conclusiones

372

El tiempo que las fibras retienen la humedad es prolongado en comparación con el que necesitan para saturarse. Estas observaciones fueron importantes a la hora de definir las dosificaciones ya que determinaron la necesidad de realizar un mojado de las partículas previo a su incorporación dentro de la mezcla, a fin de no comprometer el fraguado de la mezcla al absorber el agua necesaria para provocar la reacción de los componentes cementantes de la matriz. En las pruebas preliminares con distintas proporciones de cemento/arena/fibra, se observó un ligero aumento de la resistencia en las proporciones 1:7 y 1:9 (cemento/arena) donde la cantidad de fibra, arena y agua era mayor. Si a mayor contenido de agua disminuye la resistencia del mortero, entonces se concluyó que el aumento registrado se debió al aumento de fibra. De esta forma se exploró la incidencia de la variación de diferentes contenidos de fibras en masa del 2%, 4% y 8%. Basados en la resistencia máxima a tracción de las fibras y en su adherencia a la matriz escogida (cal aérea + puzolanas) se determinó que la longitud crítica lc para usarla como refuerzo en este tipo de matriz es de 40mm. El uso de fibras cortas generó un comportamiento isotrópico de la mezcla ante los esfuerzos mecánicos. Aunque la eficiencia del reforzamiento es menor, la resistencia a esfuerzos multidireccionales es más efectiva y uniforme. Sin embargo, las fibras más cortas tienen como consecuencia que el compósito falle por falta de adherencia entre la fase matriz y la fase fibrosa. Las matrices Otro dato relevante del estudio de dosificaciones preliminares fue observar que el incremento de resistencia en el composito de cemento Portland, por el refuerzo de fibras, era muy bajo, y que en proporciones con alto contenido de cemento la resistencia incluso disminuyó.

Figura 10.3 Fibras de maíz. Definición geométrica y vista

microscópica.

373

Figura 10.4 Clasificación de morteros según su resistencia a compresión (UNE 83-800).

Por este motivo se decidió estudiar el uso otras dos matrices con aplicaciones contrastadas en otras experiencias: Matriz de cal hidráulica y matriz de cal aérea con puzolanas ambas usadas previamente con adiciones de fibras de cáñamo y con productos ya dentro del circuito comercial2. Compósito 1: Maíz-Cemento Portland-Arena La matriz de cemento no parece ser la más adecuada para utilizar fibras de maíz como refuerzo. Aunque la mayor resistencia a flexotracción la registra el mortero CFTL, el valor es solamente un 1% mayor que la resistencia de mortero sin reforzar, por lo que prácticamente no se justifica su inclusión debido a la poca mejora alcanzada. Además, es notable la diferencia a compresión donde el mejor comportamiento lo registra el mortero sin fibras SF y ninguna de las opciones con distintos tratamientos de fibras supera el 60% de la resistencia del mortero sin reforzar. Según la clasificación UNE 83-800 el mortero de Portland sin adición de fibras tendría una clasificación de M25, mientras que los morteros con adición de fibras tendrían una clasificación entre M7,5 y M15. Compósito 2: Maíz-Cal Hidráulica-Arena Los resultados observados muestran que las mejores resistencias las alcanzan los morteros sin refuerzo de fibras. De esta manera no puede justificarse la inclusión de estas como refuerzo del compósito. Al relacionar los valores de densidad y resistencia, puede observarse que a menor densidad del mortero lograda mediante un aumento en el contenido de fibra, corresponde una disminución en la resistencia. Según la normativa de referencia el mortero de cal hidráulica natural sin adición de fibras tendría una clasificación de M5, mientras que los morteros con adición de fibras tendrían una clasificación entre M2,5 y M5.

2. Cannabrick y Chanvribat son dos productos fabricados a partir de fibras de cáñamo, utilizados en una matriz de cal que pueden encontrarse a nivel comercial.

10. Conclusiones

374

Compósito 3: Maíz-Cal Aérea+Cal Hidráulica con Puzzolana-Arena El tipo de matriz que resulta ser más compatible con las fibras es la cal aérea con adiciones de puzzolana y ligantes hidráulicos (“Tradical 70”). En este caso se alcanzaron notables diferencias al adicionar fibras dentro de la matriz. En el caso de la resistencia a flexotracción la mejora es del 29% con respecto a la matriz sin fibras; mientras que a compresión los valores son un 30% superiores gracias a las fibras. Estas importantes mejoras en la matriz original llevaron a centrar la investigación en esta dosificación Según la clasificación UNE 83-800 este compósito de cal y puzolanas sin adición de fibras tendría una clasificación de M2.5, mientras que los morteros con adición de fibras tendrían una clasificación entre M2.5 y M5. Y aunque las resistencias máximas alcanzadas con este compósito equivalen a un 33% de las resistencias a flexotracción y a un 13% de la resistencia a compresión de un mortero de cemento Portland convencional (CPO 20R) sin fibras; debe resaltarse que pese a ser una característica importante, no debe centrarse la evaluación de un material únicamente en la resistencia, sino que existen otros factores como la carga ambiental, la facilidad de reciclaje y la compatibilidad con sistemas productivos propios de economías rurales que deben ser tomados en cuenta a la hora de evaluar su conveniencia. Otra característica reseñable de este aglomerante es su elevada capacidad de retención de CO2 en comparación con otros materiales como el cemento, lo que disminuye su liberación en la atmósfera. Características del Compósito De la campaña experimental se ha determinado que la inclusión de fibras de maíz en morteros de cal aerea+cal hidraulica+puzolanas es una estrategia viable de aprovechamiento de subproductos agrícolas. Sin embargo, las mejoras dependen del contenido y tratamiento que se les de a las fibras antes de incluirlas dentro de la matriz. Dosificaciones La dosificación óptima establecida a raíz de la campaña experimental es la siguiente: Tradical 70 1 Arena 3 Agua 0,5 Fibras 0,08 (8%) Contenido de Fibras La adición del 8% en masa de fibras garantiza niveles adecuados de trabajabilidad de la mezcla y aporta mejoras en el comportamiento mecánico de la matriz. Este volumen puede incrementarse como máximo hasta un 12%, tomando en cuenta que con este contenido se compromete la trabajabilidad de la mezcla. Tratamientos de las Fibras

375

Gracias a las pruebas hechas en las dosificaciones preliminares pudo observarse que la descomposición de las fibras vegetales en el cemento se debe a que la fibra es atacada químicamente por el medio alcalino en el que se encuentra. Este hecho había sido reportado con anterioridad por otros autores citados en el Estado del Arte. Junto ataque sufrido por la fibra por el entorno alcalino de la matriz, pudo determinarse que el contenido de glucosa presente en las fibras afectaba a su vez el fraguado de la mezcla actuando como retardante. Este efecto de los aditivos poliscacáridos en los cementos está ampliamente documentado y los datos aportados por esta Tesis apoyan lo reportado hasta la fecha. La importancia de estos datos esta en que abrió la vía para experimentar con tres diferentes tipos de tratamientos en las fibras y evaluar su influencia en las características del compósito mediante ensayos de envejecimiento acelerado: • Probetas con fibras lavadas (CFL), • Probetas con fibras lavadas y mojadas tres días en agua (CFTL) • Probetas con fibras lavadas y mojadas tres días en agua y con silicatos (CFM) De manera general entre los tipos de tratamiento de fibras el más adecuado en matrices de cal y puzolanas es el de mineralizar las fibras. A flexotracción registra valores un 25% mayores que la segunda opción más alta, el mortero CFTL. A compresión es solo un 2% menor que el mismo mortero CFTL que resulto ser el más alto, pero la evolución de la curva de resistencia-tiempo de curado muestra que podría llegar a superarlo. Bajo una óptica medioambiental, el tratamiento de lavado e inmersión durante tres días (CPTL) es el más adecuado para tratar las partículas, ya que implica el uso de un método de baja demanda energética, a diferencia de la mineralización que utiliza un agente químico que además de aumentar la carga energética necesaria para fabricar el compósito, implica dependencia de insumos foráneos, lo que desvirtúa su uso para proyectos de bajo coste. Durabilidad del compósito Condiciones Ambientales Normales El incremento de resistencia de las probetas curadas en condiciones exteriores en comparación con las probetas curadas en condiciones de laboratorio, más que a la presencia de fibras puede deberse a un aumento en la carbonatación de la matriz al encontrase expuesta a un ambiente urbano con mayor cantidad de CO2. Este fenómeno coincide con observaciones experimentales hechas por otros autores en las que el tratamiento de los compósitos en ambientes ricos en CO2 mejoraron la durabilidad del material.

10. Conclusiones

376

Envejecimiento Acelerado En el ensayo de ataque salino no se registraron variaciones físicas de las probetas. Al evaporarse el agua, transportó por los poros de la mezcla material salino que originó eflorescencias en la superficie de las probetas. La resistencia a compresión con 4% de refuerzo de fibras tratadas-lavadas (CFTL) es un 55% mayor que la mezcla de control. A flexión se obtuvo un incremento de 34% en la mezcla con refuerzo de 4% de fibras mineralizadas (CFM). En el ensayo de mojado y secado la mejor resistencia a compresión se obtuvo con fibras tratadas-lavadas (CFM). Con 4% de refuerzo de fibras se obtuvo un incremento de 65% de la resistencia a compresión con respecto a la mezcla sin refuerzo. A flexión, la mejor resistencia la aporta un refuerzo de 2% de fibras mineralizadas que representa un 25% más que la resistencia de la mezcla de control. En el caso de los rayos UVA, no se registro mejora alguna con ninguna de las combinaciones de tratamiento y cantidad de refuerzo. Llama la atención entonces, el incremento en la resistencia de las probetas curadas en ambiente exterior, que también estuvieron sometidas a radiación solar. Aquí el incremento podría explicarse por el proceso de carbonatación al que se ve sometida el compósito, que reduce la alcalinidad del medio y disminuye el deterioro de las partículas.

Figura 10.5 Pruebas de Envejecimiento Acelerado

Viabilidad del compósito En base a los datos obtenidos en la campaña experimental, puede concluirse que la inclusión de fibras de maíz en morteros de cal aerea+cal hidraulica+puzolanas es una estrategia viable de aprovechamiento de subproductos agrícolas. Sin embargo, las mejoras dependen del contenido y tratamiento que se les de a las fibras antes de incluirlas dentro de la matriz. Los resultados obtenidos mostraron que, de manera general, la inclusión de fibras tratadas en matrices de cal mejora las características del mortero. Esto ocurre con todos los porcentajes de refuerzo ensayados, sin embargo la adición del 8% de partículas mostró las mejores resistencias.

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Otro factor positivo del compósito es su balance ambiental. La energía incorporada para elaborar 1kg. de material (1,15 MJ/kg) es relativamente baja en comparación con otros materiales con los que se pueden fabricar los mismos elementos constructivos. Puede concluirse entonces que el material caracterizado en este estudio es competitivo técnica y ambientalmente. Su aplicación es particularmente conveniente en núcleos de población rural cuya principal actividad es la agricultura. El maíz es la actividad agrícola con mayor superficie cultivable en Latinoamérica. La mayoría de los sistemas de cultivo en la región se realizan a pequeña escala, con gran dependencia de la tracción animal y sobretodo de la mano de obra. Este es el marco adecuado para la implantación de pequeños talleres de producción, en los que se aprovechen los residuos generados por una actividad humana vital (alimentación) y se den alternativas para solucionar otra necesidad básica: el cobijo. El salto de la ciencia a la práctica, de la caracterización teórica del material básico a las posibles aplicaciones prácticas constituyó el objetivo principal de la tercera parte de este estudio, que se resume a continuación: Parte 3

Aplicación del compósito estudiado Tecnología Adecuada en Latinoamérica. El ejercicio de habitar en Latinoamérica es un proceso que conforma de manera paulatina la fisonomía de las ciudades. La vivienda no esta acabada, sino adaptándose constantemente, dando como resultado que los habitantes nazcan, crezcan e incluso mueran en viviendas no terminadas. Con la propuesta que se desarrolla como aporte de este trabajo de investigación se pretende acompañar a los habitantes de las viviendas latinoamericanas en este proceso de edificar su vivienda. Se trata de proponer herramientas y formas de hacer que les permitan configurar sus hogares con un mínimo de garantías de seguridad y confort. En Latinoamérica todavía se producen las viviendas de manera muy tradicional. Los sistemas vernáculos e informales juntos representan el 60% del total de formas de producción de viviendas. Los sistemas tradicionales y vernáculos que abarcan el hormigón, la madera y la arcilla se emplean abundantemente y es razonable pensar que sigan siéndolo. El planteamiento adoptado fue que el material caracterizado en este trabajo se adaptara a un sistema constructivo ya implantado en la zona a fin de facilitar su “aceptación” por parte de los pobladores. De esta forma el aporte de la Tesis se encuadra dentro de la tendencia cada vez más creciente, dentro de las

10. Conclusiones

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organizaciones que trabajan en el área de vivienda de interés social, de intensificar esfuerzos encaminados a formalizar el sector informal. Tomando en consideración la evolución seguida por las propuestas tecnológicas latinoamericanas en materia de industrialización de componentes constructivos para vivienda social, se decidió centrar esfuerzos en la búsqueda de un sistema especializado en la resolución de una parte de la vivienda y no en una solución integral cerrada. La bloquera manual CETA-RAM Es reseñable que una de las primeras tecnologías en aparecer dentro del panorama latinoamericano a principios de la década de 1950, se haya ido adaptando y que aún sea objeto de aplicación en la actualidad. La bloquera manual CINVA-RAM representó un salto tecnológico cualitativo en la manera de fabricar bloques. Esta maquina diseñada por el chileno Raúl Ramírez para el Centro Interamericano de Vivienda y Planeamiento (CINVA) con sede en Colombia, permitió pasar de fabricar bloques con tecnología precolonial a un modo de prefabricación propio de los inicios de la revolución industrial. La capacidad de transferencia y adaptación de esta máquina es tal que aún hasta la fecha han podido localizarse variantes que incorporan modificaciones y algunas mejoras al diseño original. Una de estas variantes se localizó en Guatemala. Esta máquina fue bautizada por su creador Roberto Lou Má como CETA-RAM. Diseñada en 1976, se construyeron los primeros prototipos en el Centro de Experimentación en Tecnología Apropiada (CETA) hoy desaparecido. La CETA-RAM es una prensa portátil, de operación manual, diseñada para fabricar bloques huecos para construcción. Y esta es la principal diferencia con la CINVA, ya que con esta se obtienen bloques macizos. El hecho de incorporar unos agujeros en el bloque, además de disminuir su peso, permite incorporar varillas de refuerzo, y contribuye al ahorro de material tanto en la fabricación del bloque como en el ahorro de encofrados para realizar el refuerzo estructural.

Figura 10.6 Diseño CAD de bloquera manual CETA-RAM

379

Con un nivel de industrialización blando, la utilización de esta bloquera se adapta a pequeños talleres de producción en áreas rurales. Al confiar la compactación de los bloques a la fuerza mecánica transmitida por la fuerza humana, a través de una palanca; permite desarrollar una actividad productiva en áreas con abundante mano de obra local. En condiciones de desgaste normales esta prensa puede producir hasta 100,000 bloques durante su vida útil. El paso siguiente consistió en evaluar la capacidad de replica de la tecnología, para lo cual se realizó una intensa búsqueda documental a fin de localizar los planos para construir la prensa. Gracias a este esfuerzo pudo localizarse en Guatemala al diseñador de la máquina, el ingeniero Lou Má, e incluso se encontraron dos prensas originales en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos donde pudo observarse físicamente su funcionamiento. Posteriormente, con la fabricación de una máquina CETA-RAM en un pequeño taller en las afueras de Barcelona se demostró la capacidad de transferencia de esta tecnología. A partir del intenso trabajo de documentación que constituyó una auténtica labor de arqueología tecnológica se localizaron planos y croquis originales, se digitalizaron mediante trabajo de CAD, y finalmente se construyó la máquina con la que se fabricaron los bloques de maíz que constituyen el aporte final de este trabajo de investigación. Además se incorporó una modificación en el diseño original de la máquina, consistente en una chapa plegada soldada en los lados menores de la caja. Con esto se logra un bloque con un troquel en los lados menores, lo que permite mayor superficie de agarre y mayor espacio entre bloques para rellenar con mortero de unión.

Figura 10.7 Bloques de maíz apilados previos a ensayo

El Bloque de Fibras de Maíz El elemento constructivo obtenido con la bloquera estudiada es un prisma con muescas en los extremos. Tiene dos huecos circulares en el interior que permiten la colocación de varillas de refuerzo. El uso de muescas aumenta la superficie de contacto con el mortero de pega. El módulo básico M-01 está formado por un bloque de 32x15x13cm. Gracias a estas dimensiones es posible trabajar con módulos de 0,5-1,0m. La longitud de tres bloques con sus respectivas juntas suma exactamente 1m. Los huecos en los bloques permiten la colocación de varillas de refuerzo vertical cada 0,5-1,0m.

10. Conclusiones

380

Las características mecánicas del bloque (3,25 Mpa a compresión) desarrollado permiten su uso en tipologías de vivienda unifamiliar de una o dos plantas como máximo. Este valor es superior a la resistencia del adobe cuyo rango de resistencia varía de 0,5 a 2Mpa y equivalente a un 81% de los bloques de suelo cemento que tienen una resistencia de 4Mpa y a un 65% del de los bloques de arcilla aligerada cuya resistencia ronda los 5 Mpa. El bloque estudiado, como resultado de un proceso de industrialización liviano, puede aplicarse en sistemas constructivos tradicionales, vernáculos e informales. Gracias a esto puede utilizarse parcialmente en el 99%, e íntegramente en el 60%, de las tecnologías disponibles para la construcción de vivienda social en Latinoamérica. Análisis de aplicación dentro de un sistema Los bloques pueden ser utilizados como elementos de cerramiento dentro de sistemas con elementos portantes de hormigón en viviendas unifamiliares o colectivas. Las características mecánicas del bloque desarrollado permiten su uso en tipologías de vivienda unifamiliar de una o dos plantas como máximo. Análisis sísmico Mediante el uso de un programa de análisis sísmico se evaluó el comportamiento de dos tipologías de vivienda, usando los bloques de maíz en muros de mampostería, sujetas al tipo de cargas laterales propias del sismo. El tipo de análisis realizado con el programa ha permitido evaluar directamente los mecanismos de colapso, la disipación de energía, a la vez que determinar en términos de estado límite de desplazamiento, una medida de la vulnerabilidad del edificio. Para poder evaluar el aporte debido a los bloques de maíz se realizaron tres modelos de la misma estructura: Modelo 1. Estructura con bloques de maíz como elemento estructural portante Modelo 2. Estructura con sistema de columnas y vigas de hormigón como sistema portante y cerramiento con muros de bloque de maíz. Modelo 3. Estructura con sistema de vigas y columnas de hormigón sin muros de cerramiento

Modelo 1

Modelo 2

Modelo 3

Figura 10.8 Modelos de Análisis sísmico

381

Los resultados obtenidos en las dos tipologías de viviendas confirman que los bloques de maíz cumplen de manera satisfactoria su uso en elementos de cerramiento y que incluso pueden responder como elementos portantes en viviendas de tipología geométrica sencilla, de hasta dos plantas, en zonas de peligro sísmico elevado (Nivel 1), con aceleraciones de hasta 3,60 m/s2.

Figura 10.9

Vulnerabilidad sísmica. Evaluación mediante Análisis estático no Lineal

10. Conclusiones

382

10.1 Conclusión Final

Sobre el déficit de vivienda El déficit habitacional en Latinoamérica ronda los 38-50 millones de unidades. El déficit cuantitativo representa aproximadamente un 18% del total de viviendas en la región, mientras que alrededor del 22% están en condiciones precarias (déficit cualitativo). Aproximadamente un 60% de la actividad constructora de vivienda en Latinoamérica la realiza el llamado sector informal, constituyéndose como el gran constructor de la región. El problema de la vivienda en los países en vías de desarrollo es en buena parte un problema de materiales y de componentes de construcción. Bajo este panorama adquieren importancia propuestas “low-tech” que faciliten y mejoren las soluciones de este amplio segmento poblacional. Sobre el potencial de los residuos del maíz El maíz es la actividad agrícola con mayor superficie cultivable en Latinoamérica. La mayoría de los sistemas de cultivo en la región se realizan a pequeña escala, con gran dependencia de la tracción animal y de la mano de obra. Este es el marco adecuado para la implantación de pequeños talleres de producción, en los que se aprovechen los residuos generados por una actividad humana vital (alimentación) y se den alternativas para solucionar otra necesidad básica: el cobijo. Sobre los materiales compósitos. Combinando cal, maíz y arena. Los materiales de construcción que se hacen con fibras vegetales son básicamente los mismos que se fabrican con subproductos de madera. Pese al avance actual hecho en el estudio de compósitos de fibras vegetales, la fibra de maíz ha sido escasamente considerada como alternativa. Su composición básica consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina. El tipo de matriz que resulta ser más compatible con las fibras es la cal aérea con adiciones de puzolana y ligantes hidráulicos (“Tradical 70”). En base a los datos obtenidos en la campaña experimental, puede concluirse que la inclusión de fibras de maíz en este tipo de matriz es una estrategia viable de aprovechamiento de subproductos agrícolas. Sin embargo, las mejoras dependen del contenido y tratamiento que se les de a las fibras antes de incluirlas dentro de la matriz. Los resultados obtenidos mostraron que, de manera general, la inclusión de fibras tratadas en matrices de cal mejora las características del mortero. Esto

383

ocurre con todos los porcentajes de refuerzo ensayados, sin embargo la adición del 8% de partículas mostró las mejores resistencias. En este caso se alcanzaron notables diferencias al adicionar fibras dentro de la matriz. En el caso de la resistencia a flexotracción la mejora es del 29% con respecto a la matriz sin fibras; mientras que a compresión los valores son un 30% superiores gracias a las fibras. Basados en la resistencia máxima a tracción de las fibras y en su adherencia a la matriz escogida (cal aérea + puzolanas) se determinó que la longitud crítica lc para usarla como refuerzo en este tipo de matriz es de 40mm. Otro factor positivo del compósito es su balance ambiental. La energía incorporada para elaborar 1kg. de material (1,15 MJ/kg) es relativamente baja en comparación con otros materiales con los que se pueden fabricar los mismos elementos constructivos. Tomando en cuenta criterios de resistencia, durabilidad y respeto medioambiental, el tipo de tratamiento de fibras más adecuado previo a incorporarlas a la matriz, es el de lavado en agua caliente e inmersión en agua durante tres días (FTL). Puede concluirse entonces que el material caracterizado en este estudio es competitivo técnica y ambientalmente. Su aplicación es particularmente conveniente en núcleos de población rural cuya principal actividad es la agricultura. Sobre la fabricación de bloques usando el compósito estudiado Siguiendo la línea de intensificar esfuerzos encaminados a formalizar el sector informal, el material caracterizado en este trabajo se adapta a un sistema constructivo ya implantado en la zona a fin de facilitar su “aceptación” por parte de los pobladores. Como resultado de un proceso de industrialización liviano, puede aplicarse en sistemas constructivos tradicionales, vernáculos e informales. El elemento constructivo propuesto consiste en un bloque de 32x15x13cm. La longitud de tres bloques con sus respectivas juntas genera un módulo de 1m. Los huecos en los bloques permiten la colocación de varillas de refuerzo vertical cada 0,5-1,0m. Sobre las tipologías que pueden resolverse con el bloque Las características mecánicas del bloque (3,25 Mpa a compresión) desarrollado permiten su uso como elemento de carga en tipologías de vivienda unifamiliar de una o dos plantas como máximo. Este valor es superior a la resistencia del adobe cuyo rango de resistencia varía de 0,5 a 2Mpa y equivalente a un 81% de los bloques de suelo cemento que tienen una resistencia de 4Mpa y a un 65% del de los bloques de arcilla aligerada cuya resistencia ronda los 5 Mpa. Además pueden ser utilizados como elementos de

10. Conclusiones

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cerramiento dentro de sistemas con elementos portantes de hormigón en viviendas unifamiliares o colectivas. Su aplicación es viable en edificaciones sencillas de hasta dos plantas en zonas de peligro sísmico elevado (Nivel 1), con aceleraciones de hasta 3,60 m/s2. Sobre el cierre del ciclo del material Dado que los suelos se acidifican como consecuencia de los sistemas masivos de cultivo y que la composición química del compósito estudiado (cal, sílice) permite corregir los niveles de acidez del suelo, se propone como futura línea de investigación utilizar el material, una vez terminada su aplicación en construcción, como elemento corrector de suelos ácidos y facilitador de nutrientes y de la actividad microbiana en el suelo. 10.2 Futuras líneas de investigación

Dada la enorme carencia de soluciones habitacionales en Latinoamérica y en algunos países del resto del mundo y puesto de manifiesto el potencial que tienen los residuos agrícolas como materia prima para desarrollar materiales constructivos, se plantea la conveniencia de seguir explorando las siguientes líneas de investigación que, a juzgar por los resultados obtenidos en este trabajo, se consideran viables desde un punto de vista técnico y medioambiental:

• Estudiar la durabilidad el material en condiciones de servicio real para poder determinar con mayor exactitud su comportamiento y resolver los límites de indefinición propios de un análisis de envejecimiento acelerado.

• Explorar la posibilidad de aplicar el compósito en el desarrollo de otros

materiales constructivos además de los bloques. En este sentido sería interesante evaluar su comportamiento conformando placas. Por separado otros elementos de la planta del maíz, como la médula de los tallos, podrían utilizarse como aislantes en cámaras de muros y entresuelos.

• Evaluar la capacidad de absorción de CO2 que tiene el material en fase

de elemento constructivo de cara a caracterizar su comportamiento ambiental y consiguiente balance energético global.

• Definir las posibilidades reales de aplicación del compósito como

corrector de suelos ácidos una vez finalizada su etapa como material constructivo. En este sentido cobra importancia el análisis de sus propiedades químicas en fase compósito y el desarrollo de procesos que permitan la recuperación, molida y aplicación en suelos de cultivo.

Pagina anterior Bookshelf. Irina Troitskaya. www.flickr.com/photos/irtroit/

11

Bibliografía

Se ha dividido el material consultado en bibliografía de tipo general, en

la que se encontró información sobre el estado actual de la producción de cereales en el mundo, y bibliografía específica sobre el tema, en la que se trata el tema de tipos de matriz, los cereales (especialmente el maíz) y de los compósitos reforzados con fibras vegetales. Esta última se divide a su vez en libros, artículos de revistas especializadas, tesis doctorales y patentes. Al final de cada cita bibliográfica se han puesto unas siglas las cuales indican la biblioteca o base de datos, donde puede localizarse dicha referencia.

ETSAB Biblioteca Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Barcelona

ETSAV Biblioteca Escuela Técnica Superior de Arquitectura del Vallés STISIDRE Biblioteca Instituto Agrícola Catalán San Isidro

CDECMA Centro de documentación en Ingeniería Civil y Medio Ambiente

EUPB Biblioteca Arquitectura Técnica. Escuela Universitaria Politécnica de Barcelona

COAAT Biblioteca Colegio Oficial de Aparejadores y Arquitectos Técnicos de Barcelona

BRGF Biblioteca Rector Gabriel Ferraté. UPC. Barcelona APID Base de datos de la British Architectural Library del Royal Institute of British Architects.

CSIC-ICYT Base de datos de Ciencia y Tecnología del Consejo Superior de Investigaciones Científicas. España

JST Base de Datos Japan Science and Technology Corporation DIALOG Dialog Information Services. Palo Alto, California, USA SD Science Direct. Motor de búsqueda de publicaciones científicas.

389

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11.2 Publicaciones específicas sobre el tema 11.2.1 Libros 11.2.1.1. Sobre el maíz Bartolini, Roberto “Il Mais. Produzione di granella e di trinciato integrale”. Edagricole.Bologna, Italia.1980. 124 pp. STISIDRE CENIAP. “Efectos de la aplicación de Cal Dolomita en el Maíz”. 2005 Chiumenti R.; Zopello G. “Racolta e conservazione del mais”. L’informatore agrario. Verona, Italia. 1979. 258 pp. STISIDRE FAO. “El maíz en la nutrición humana”. FAO. Roma, 1993. 172 pp. STISIDRE Visión amplia de los aspectos nutricionales del maíz, incluye información sobre su origen, estrucutra, calidad, composición química y valor nutritivo. Trata aspectos de producción mundial, tecnología postcosecha, elaboración y preparación alimenticia. Guerrero, Andrés. “Cultivos herbáceos extensivos”. Editorial Mundi-Prensa. Madrid, 1981. 549 pp. STISIDRE Martínez, Jesús; Batlle, Agustí. “Camps de assaig amb cereals d´hivern, farratgeres d´hivern-primavera, lleguminosas, gra i blat de moro”. Temporada 89-90. Bell-lloc del Plá. Gerona, España. 1990. Pp. 75-88 STISIDRE Pascual i Roca, Lluís. “El blat de moro”. Biblioteca del pagés. Sección II. Vol II Publicaciones de la Dirección General de agricultura. Barcelona, 1938. 170 pp. STISIDRE Picard, D. (ed). “Physiologie et production du mais”. Comunicaciones del coloquio “La vie du maïs. Physiologie de maïs” INRA, AGPM y Université de París-sud. 13-15 de noviembre 1991. INRA París, 1991. 501 pp. STISIDRE Rahman M.A. et. al. “ Yield Response and Change in Nutrient Availability by Liming in an Acidic Soil within a Rice-Wheat Cropping System” Staniforth A.R. “Paja de cereales”. Edit. Acribia S.A. Zaragoza, España. 182 pp. STISIDRE Yamoah C. “Yield Response and Change in Nutrient Availability by Liming in an Acidic Soil within a Rice-Wheat Cropping System” Center for Sustainable Agric. Systems, Dept. of Agronomy, Univ. of Nebraska-Lincoln,USA. 11.2.1.2 Sobre el cemento Agopyan, Vahan (dir.) “Innovación en Tecnología del Hormigón”. Seminario conjunto UPC-Universidad de Sao Paulo. Barcelona 17-21 de marzo 1997. UPC, Barcelona, 1997. CDECMA

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11. Bibliografía

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materiales en una matriz de cemento y otra de resina, se comparan con las de los tableros a base de madera. Referencia directa al uso de planta de maíz. Zhu, W H (et al). “Air-cured banana-fibre-reinforced cement composites” en Cement Concrete Composites. 16 (1), pp 3-8. Victoria University of Technology, 1994. DIALOG Reporte de técnicas para la fabricación de compósitos de fibras de banano y cemento. Se discuten las propiedades técnicas y mecánicas de compósitos hechos con fibras y curados al aire libre. Se reportan propiedades adecuadas para la producción de materiales constructivos económicamente viables, especialmente en países como India y China, donde la escasez de fibras de maderas suaves (las más utilizadas como alternativas de los asbestos), justifica el uso de los desechos, generados en abundancia, por la industria bananera 11.2.3 Tesis Doctorales Barbeta Solà, Gabriel.” Mejora de la tierra estabilizada en el desarrollo de una arquitectura sostenible hacia el siglo XXI”. Tesis doctoral. Departamento Construcciones Arquitectónicas 1. Universidad Politécnica de Catalunya. 2002. Bonett Díaz R. “Vulnerabilidad y Riesgo Sísmico de Edificios. Aplicación a Entornos Urbanos en Zonas de Amenaza y Moderada”. Tesis Doctoral. Departamento de Ingeniería del Terreno, Cartografía y Geofísica. Universidad Politécnica de Catalunya. 2003 Cerezo, Véronique. “Propriétés mécaniques, thermiques et acoustiques d’un matériau à base de particules végétales : approche expérimentale et modélisation théorique“. Tesis Doctoral L’Ecole Nationale des Trabaux Publics de l’Etat. 2006. 225 pp. Cyras V. “Relación, estructura, propiedades y procesamiento del material compuesto biodegradable obtenido a partir de policaprolactona/almidón y fibra de sisal”. Tesis Doctoral. INTEMA. Universidad Nacional de Mar del Plata. Argentina. 2001 González Ortiz, Humberto. “Carlos González Lobo... Caminos hacia lo alternativo dentro del ámbito conceptual, proyectual y contextual de la arquitectura”. Tesis Doctoral. Departamento de Proyectos Arquitectónicos. UPC. 2001. Micawe Kawiche Gooluckson. “Estudio de morteros reforzados con fibras de sisal”. Universidad Politécnica de Madrid. Ingenieria de Caminos, Depto. Ing. Civil. 1991. CSIC-ICYT Esta tesis estudia la durabilidad de morteros de cemento Portland reforzado con fibras de sisal con vistas a resolver el problema de vivienda de bajo coste. Moreno González, Rosangel “Evaluación del riesgo sísmico en edificios mediante análisis estático no lineal: Aplicación a diversos escenarios sísmicos de Barcelona” Tesis Doctoral. Departamento de Ingeniería del Terreno, Cartografía y Geofísica. Universidad Politécnica de Catalunya. 2006. Oteiza (de) San José, Ignacio. “Estudio del comportamiento de la escayola reforzada con fibras de sisal, para componentes en viviendas de bajo coste”.

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Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Arquitectura. 1993. CSIC-ICYT Partiendo de las posibilidades de utilización de la escayola en los países en vías de desarrollo, por su abundancia y bajo coste, se llevan a cabo una serie de ensayos mecánicos, con el fin de conocer las propiedades físicas y mecánicas de la escayola reforzada con fibras de sisal, para una futura aplicación en componentes para viviendas de bajo coste. Pacios Alvárez, Antonia. “Medida de la resistencia a impacto de la interfase fibra-matriz en hormigones reforzados con fibras”. Universidad Politécnica de Madrid. Facultad de Arquitectura, Depto. de Construcción y Tecnología Arquitectónicas. 1994. CSIC-ICYT Presenta un análisis de las cargas de extracción de fibras de acero con matrices de hormigón. Util en cuanto a la metodología de trabajo empleada. Zoghlami, Karima. “Las areniscas miocénicas de la formación fortuna utilizadas en la construcción del acueducto romano de Zaghouan-Cartago”. Tesis Doctoral. Departamento de Geología. Universidad Autónoma de Barcelona. 2003. 11.2.4 Patentes Balassa, L.L. “Hydrated fibrous Mats”. Patente canadiense No. CA 1291848 Clase 6-65 del 12 de noviembre de 1991. DIALOG Una masa hidratada de fibras celulósicas con una proporción de 50:1 de agua: fibra demuestra ser un medio efectivo anti-incendios, especialmente con la adición de retardantes de fuego. Las fuentes de materia celulósica incluyen periódicos, mazorcas y tallos de maíz, paja, caña, hojas secas y cartón. Fosfato tri-sódico, bórax1 , silicatos sódicos y silicatos potásicos, se recomiendan como retardantes del fuego. Segunda referencia directa del uso de la planta de maíz en la elaboración de un material. El objetivo es su aplicación en la fabricación de placas anti-incendios y no en proyectos de vivienda de bajo coste. Llama sin embargo la atención sus posibilidades, con el debido tratamiento, como material a prueba de fuego. Nielsen, H.R.“Additive for grouts, its preparation and use”. Patente inglesa No. GB 1591681 del 24 de junio de 1981. DIALOG Las propiedades de endurecimiento de los morteros con matriz de cemento portland se mejoran con la adición de este compuesto hecho con un extracto alcalino de un material lignocelulósico (e.g. paja), modificado por un tratamiento con ácido graso o aceite de maíz o maní, los cuales se licúan a temperaturas superiores a los 35 °C. Referencia a uso de un producto del maíz. Sería interesante profundizar en análisis químicos realizados, para ver posibilidades de aplicación de fibras de maíz en una matriz de alto contenido alcalino como la del cemento portland. Schneider, G.L. “Acidic earthen cement compositions for building materials and process”. Patente estadounidense No. US 4225359 Clase 106/93 del 30 de septiembre de 1980. DIALOG Compósito formado por tierra, ácido sulfónico2, celulosa, y una matriz que podría ser de cemento, cal, asfalto o resinas sintéticas. El compósito podría incluir materiales fibrosos tales como tallos de maíz y un material celular inorgánico (e.g. vermiculita o perlita). La celulosa usada puede obtenerse de madera, paja, aserrín, papel de desecho u otras fuentes. Interesante para el presente estudio, la recomendación de usar desechos de maíz. Podría ser moldeado para la fabricación de elementos constructivos (bloques, láminas, tableros).

1 Sal relacionada con el ácido bórico o al ácido otobórico, usada para fabricación de materiales a prueba de fuego 2 Producto originado por la reacción de ácido sulfúrico con un material orgánico.

11. Bibliografía

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11.2.5 Normas ASTM C 618 Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete. 2005 C140-06 Standard Test Methods for Sampling and Testing Concrete Masonry Units and Related Units DTU 20.1 Ouvrages en maçonnerie de petits éléments - Parois et murs. Norme expérimentale XP P 10-202. CSTB.1999 DTU 26.1 Enduits aux mortiers de ciments, de chaux et de mélange plâtre et chaux aérienne Norme homologuée NF P 15-201.CSTB 1999. ISO 8335. Cement-bonded particleboards of equivalent Portland or cement reinforced with fibrous wood particles. International Organization for Standardization 1987. Norma de construcción sismorresistente:parte general y edificación (NCSR-02) REAL DECRETO 997/2002, de 27-SEP,del Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Medio Ambiente. España. Norme tecniche per la progettazione, esecuzione e collaudo degli edifici in muratura e per il loro consolidamento. DM Lavori Pubblici del 20/11/1987 OPCM-3274/03 Norma Técnica Italiana para el Proyecto, la evaluación y el adecuamiento sísmico de los edificios. UNE-EN 1015-6:1999. Métodos de Ensayo para Morteros de Albañilería. Parte 6: Determinación de la Densidad aparente del Mortero Fresco

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11.3 Glosario

Capítulo 5 Celulosa: Desde el punto de vista bioquímico, la celulosa es un polímero natural, constituido por una larga cadena de carbohidratos polisacáridos. La estructura lineal o fibrosa de la celulosa hace que sea insoluble en agua. De esta manera, se originan fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales, dándoles así la necesaria rigidez. Denier: unidad usada para medir la densidad lienal en masa de las fibras. Se define como la masa en gramos por cada 9,000 metros. En el Sistema Internacional de Medidas se utiliza la unidad tex. Fibra neutro detergente: Una medida de la cantidad de pared celular en un alimento, determinada por un análisis de laboratorio. La fibra neutro detergente incluye celulosa, hemilcelulosa y lignina Fibra ácido detergente: Fracción fibrosa constituída por celulosa, lignina, cutina y minerales insolubles. Módulo de elasticidad: Resistencia de un material a la deformación elástica. Cuanto mayor es el módulo, más rígido es el materia. La deformación elástica no es permanente, así que cuando se retira la fuerza, la pieza recupera su forma original. El hecho de que la variación de deformación unitaria sea directamente proporcional a la variación de esfuerzo, siempre que no se sobrepase el límite elástico, se conoce como ley de Hooke. Polisacárido Los polisacáridos son compuestos formados por la unión de muchos monosacáridos. Pertenecen al grupo de los glúcidos y cumplen la función tanto de reserva energética como estructural. Estos compuestos llegan a tener un peso molecular muy elevado, que depende del número de unidades de monosacáridos que participen en su estructura. Pueden descomponerse en polisacáridos más pequeños, así como en disacáridos o monosacáridos mediante hidrólisis o por la acción de determinadas enzimas. Poliuretano: Polímero obtenido por polimerización de moléculas en las cuales está presente el grupo funcional uretano. Proantocianidinas (OPC): Son un tipo de nutrientes que pertenecen a la familia de los flavonoides, que tienen propiedades antioxidantes. Los flavonoides son una clase de pigmentos vegetales hidrosolubles.

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Capítulo 6

Aluminato tricálcico (3 CaO, Al2O3) Componente del cemento que actúa como catalizador de la reacción de los silicatos. Su fraguado es rapidísimo al tomar contacto con el agua, desprendiendo una gran cantidad de calor: 207 cal/g. Para retardar su gran actividad se emplea el yeso que actúa como retardador, regulador y normalizador del fraguado.

Cadena trófica: Interconexión de usos entre los organismos y sus residuos. Caracterísitico de las comunidades de organismos vivos donde nada que contenga energía disponible o material utilizable debe es desechado. Este concepto (del griego throphe: alimentación) hace referencia al proceso de transferencia de energía alimenticia a través de una serie de organismos, en el que cada uno se alimenta del precedente y es alimento del siguiente. Cal dolomítica: Se la denomina también cal gris o cal magra. Es una cal aérea con un contenido de óxido de magnesio superior al 5%. Al apagarla, forma una pasta gris, poco consistente, que no reúne unas condiciones satisfactorias para ser utilizada en construcción. Cal grasa: Es la cal aérea que contiene, como máximo, un 5% de óxido de magnesio. Después de apagada da una pasta fina, consistente, blanda y untuosa. También se le denomina como alta en calcio. Comportamiento elastoplástico: Característico de algunos materiales compuestos que presentan una deformación plástica en los estados iniciales de carga, llegando a una deformación permanente ya sea por fallo mecánico del refuerzo o de la adherencia entre el refuerzo y la matriz.

Deformación inelástica: Es la deformación de un miembro suficientemente substancial para exceder el límite elástico del material y, sobre el descargue total (desactivación), dando por resultado un cambio en la forma geométrica del estado pasivo antes de la deformación.

Ferrito aluminato tetracálcico: (4 CaO, Al2O3, Fe2O3): O celita es un componente con escasa contribución en la resistencia del cemento. De rapida hidratación, aunque menor que el aluminato hidratación es rápida aunque menor que el aluminato. Es responsable de la formación del hierro, de gran importancia como fundente en el horno, además de dar a los cementos su característico color gris verdoso.

Mecánica de Fractura: La formulación energética de este concepto consiste en comparar la energía disponible para la propagación de una grieta en una estructura con la energía necesaria para producir su agrietamiento. La energía disponible para el avance de grieta por unidad de área se denomina tasa de liberación de energía (G) y la energía necesaria para el agrietamiento se denomina tasa crítica de liberación de energía o energía de agrietamiento (GIC)

Silicato tricálcico (3 CaO, SiO2): O alita se puede considerar como componente decisivo del clinker. Determina la rapidez de fraguado y las resistencias mecánicas. Su cantidad en el clinker está entre el 35 y el 70 por ciento.

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Silicato bicálcico (2 CaO, SiO2): O belita es metaestable: da lugar a pocas resistencias en los primeros días, pero luego las va desarrollando progresivamente hasta alcanzar al silicato tricálcico. Tenacidad: Medida de la capacidad de un material de absorber energía antes de la fractura.

Capítulo 7 Infraciclado: Término que describe los materiales recolectados que son utilizados para elaborar nuevos productos de calidad inferior a la de los originales. El infraciclado puede de hecho aumentar la contaminación de la biosfera. Como los productos infraciclados son materialmente inferiores a sus predecesores, a menudo se les añaden nuevos productos químicos para intentar mejorar sus propiedades. En consecuencia, los materiales reciclados suelen contener más aditivos que los materiales originales. El infraciclado tiene una desventaja adicional. En realidad, puede resultar más caro para los negocios, en parte porque intenta forzar a los materiales a entrar en más ciclos de vida que aquellos para los que fue originalmente diseñado. Supraciclado: Las compañías más innovadoras buscan eliminar sus desperdicios diseñando productos que puedan ser reciclados en el producto original, en lo que podría denominarse “supraciclado”. Cuando el producto se agota en su uso, es recogido y supraciclado en un producto nuevo y mejor. Este reciclaje de “circulo completo” (full circle recycling) constituye la frontera de la innovación eco-inteligente.

Capítulo 8 Histeresis: Es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado. Período: El periodo T de un movimiento armónico es el tiempo t, necesario para recorrer un ciclo u oscilación completa

Capítulo 9 Anabolismo: El anabolismo o biosíntesis es una de las dos partes del metabolismo, encargada de la síntesis o bioformación de moléculas orgánicas (biomoléculas) más complejas a partir de otras más sencillas o de los nutrientes, con requerimiento de energía, al contrario que el catabolismo. Aunque anabolismo y catabolismo son dos procesos contrarios, los dos funcionan coordinada y armónicamente, y constituyen una unidad difícil de separar. Catabolismo: El catabolismo es la parte del metabolismo que consiste en la transformación de moléculas orgánicas o biomoléculas complejas en moléculas sencillas y en el almacenamiento de la energía química desprendida en forma de enlaces de fosfato y de moléculas de ATP, mediante la destrucción de las moléculas que contienen gran cantidad de energía en los enlaces covalentes que la forman, en reacciones químicas exotérmicas. El catabolismo es el proceso inverso del anabolismo.

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Excreción: La excreción es el proceso biológico por el cual un ser vivo elimina de su organismo las sustancias tóxicas, adquiridas por la alimentación o producidas por su metabolismo. En organismos unicelulares y animales muy pequeños la excreción es un proceso celular que no requiere estructuras especializadas. En organismos cuyas células están dotadas de pared, como plantas y hongos, los desechos suelen incorporarse a la composición de la pared, quedando así fuera del medio fisiológicamente activo donde afecta su toxicidad.

Con el soporte de:

dpr-science

Barcelona 2009

estudio de compositos de cal y fibras de maíz

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