Uso De La Caña Guadua Como Material De Construcción

Transcript

Universidad Politécnica de Madrid Escuela Universitaria de Arquitectura Técnica USO DE LA CAÑA GUADUA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN: EVALUACIÓN MEDIOAMBIENTAL FRENTE A SISTEMAS CONSTRUCTIVOS TRADICIONALES TRABAJO FIN DE MÁSTER Verónica Rea Lozano 2012 1 Universidad Politécnica de Madrid Escuela Universitaria de Arquitectura Técnica Máster Universitario en Innovación Tecnológica en Edificación TRABAJO FIN DE MÁSTER USO DE LA CAÑA GUADUA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN: EVALUACIÓN MEDIOAMBIENTAL FRENTE A SISTEMAS CONSTRUCTIVOS TRADICIONALES Autor Verónica Rea Lozano Directora Dra. Mercedes del Río Merino Subdirección de Investigación, Doctorado y Postgrado 2012 2 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. AGRADECIMIENTOS El trabajo que se presenta a continuación, no habría sido posible sin el apoyo de mi familia y amigos, quienes a pesar de la distancia han estado siempre junto a mí; alentando mi superación personal; de manera especial a mis padres, hermanos y mi pequeño sobrino Martín Alejandro quien es la inspiración de mi vida. La guía de Doña Mercedes del Río Merino ha sido parte fundamental en el desarrollo técnico de este trabajo, por lo que expreso mi más profunda gratitud a su persona, así como a todos y cada uno de los profesores del Máster quienes han compartido y guiado los conocimientos impartidos. Mis estudios han sido posibles gracias a la beca otorgada por la Secretaría Nacional de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación del Ecuador, quienes han confiado en mí como un ente de desarrollo en el área de educación e investigación de mi país, gracias por la oportunidad. Sobre todo gracias a Dios y a la Virgen Santísima por darme las herramientas de vida que me han permitido superar una meta más en mi vida. Gracias…… iii Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. RESUMEN El presente estudio está enmarcado dentro del objetivo de la consecución de una Arquitectura y Construcción Sostenible; en la actualidad el mundo se ve afectado por el adelanto tecnológico que ha alcanzado el hombre en todos los aspectos, uno de ellos, el sector de la construcción, que es sin duda, uno de los más representativos en cuanto al desarrollo de una sociedad, sin embargo, a la vez es uno de los mayores contaminantes del planeta. El uso de materiales sostenibles es cada vez más importante por lo que, en base a esta premisa, se intenta demostrar que el uso de la caña guadua como material de construcción puede traer beneficios tanto sociales, económicos y ambientales. Con el fin de demostrar estas ventajas se ha propuesto la construcción de una vivienda de interés social que abarca un área de 48 m2, la misma que podría ser implantada en cualquier lugar del mundo pero que tendría principal interés en sitios donde la caña guadua es un material endémico. Esta unidad de vivienda se ha estudiado con tres alternativas de construcción: hormigón armado, acero y un sistema mixto entre guadua y teja cerámica; para que sean objeto de comparación, las tres han sido concebidas como equivalentes en cuanto a su uso y funcionalidad. El objetivo es ilustrar el impacto ambiental en cuanto al uso de energía y emisiones de GEI, para ello ha sido necesario elegir una herramienta de evaluación ambiental, en este caso el Análisis de Ciclo de Vida y para apoyarnos en datos numéricos que sean factibles de evaluar se ha usado la herramienta informática GaBi. Los resultados obtenidos muestran en base al estudio de ACV de cada uno de los sistemas propuestos, el impacto ambiental generado, y al realizar una comparación entre ellos, se ha concluido el beneficio de uso de la caña guadua como material de construcción. iv Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. ABSTRACT This study has been developed as a part of the general goal of getting a Sustainable Architecture. Today the world is affected by several technological advancements and many of them belong to the construction sector, which represents one of the most relevant indicators of society development, but at the same time is one of the main polluters of Earth. For this reason, the use of sustainable materials is gaining more and more importance nowadays, and in this context the present research intends to demonstrate that the use of the guadua bamboo as a building material can bring important social, economic and environmental benefits. In order to demonstrate this theory, it has been proposed the construction of a social house with an area of 48 m2, implantable anywhere in the world, but with greater interest in those places where the guadua bamboo is considered an endemic material. The sample house has been analyzed with three different construction systems: reinforced concrete, steel and a system which combine guadua bamboo and ceramic roof tile, all of them designed to be equivalent in terms of use and functionality. The objective is to illustrate the environmental impact in terms of energy use and GHG emissions; for this reason it has been necessary to choose an environmental assessment tool as the Life Cycle Assessment. Additionally, the GaBi software has been used to evaluate the numeric data. The results of the analysis are based on the study of Life Cycle Assessment (LCA) of each construction system, and after a comparison among them, it has been demonstrated the benefit of using guadua bamboo as building material. v Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. ÍNDICE GENERAL AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................... iii RESUMEN .......................................................................................................................... iv ABSTRACT .......................................................................................................................... v ÍNDICE GENERAL ............................................................................................................ vi SIGLAS............................................................................................................................. viii 1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 9 1.1 Características de la Caña Guadua................................................................... 12 1.1.1 Características relacionadas con el medio ambiente ............................. 14 1.2 Aplicaciones de la caña guadua. ....................................................................... 15 1.3 Impacto ambiental de los sistemas constructivos. .......................................... 17 1.4 Análisis de Ciclo de Vida ..................................................................................... 18 2 OBJETIVOS .............................................................................................................. 20 2.1 Objetivo General ................................................................................................... 20 2.2 Objetivos Específicos ........................................................................................... 20 3 ESTADO DE LA CUESTIÓN .................................................................................. 21 3.1 Simón Vélez- Icono de la Caña Guadua........................................................... 21 3.2 Estudios relacionados con características físico-mecánicas ......................... 24 3.3 Estudios de la relación bambú-guadua con el medio ambiente.................... 27 3.4 Proyectos en base al Bambú .............................................................................. 29 3.5 Estudios de ACV de materiales de construcción............................................. 32 4 NORMATIVA ............................................................................................................. 37 5 METODOLOGÍA ....................................................................................................... 40 5.1 6 Software utilizado ................................................................................................. 41 DESARROLLO ......................................................................................................... 43 6.1 Definición del objetivo y alcance del ACV ....................................................... 43 6.1.1 Objetivo .......................................................................................................... 43 6.1.2 Alcance del estudio ...................................................................................... 43 6.2 Análisis de Inventario ........................................................................................... 48 vi Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 6.2.1 Primera alternativa: Hormigón armado ..................................................... 48 6.2.2 Segunda alternativa: Estructura metálica o de acero ............................. 56 6.2.3 Tercera alternativa: Estructura de caña guadua- teja cerámica .......... 59 6.3 Evaluación del impacto (Resultados obtenidos) .............................................. 68 6.3.1. Primera alternativa, hormigón armado ...................................................... 68 6.3.2. Segunda alternativa, estructura metálica. ................................................ 74 6.3.3. Tercera alternativa: estructura caña guadua- teja cerámica. ................ 77 6.4. Interpretación ........................................................................................................ 80 6.4.1. Comparación entre sistemas constructivos.............................................. 80 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................... 86 8. FUTURAS LINEAS DE INVESTIGACIÓN ............................................................ 88 9. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 89 10. ANEXOS .................................................................................................................... 93 11. INDICE DE TABLAS ................................................................................................ 96 12. INDICE DE FIGURAS .............................................................................................. 97 vii Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. SIGLAS MIDUVI: Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda Ecuador MOR: Módulo de Ruptura MOE: Módulo de Elasticidad GEI: Gases Efecto Invernadero CO2: Dióxido de Carbono ACV: Análisis de Ciclo de Vida MDL: Mecanismos de Desarrollo Limpio CER: Certificado de Reducción de Emisiones AITEMIN: Asociación para la Investigación y Desarrollo Industrial de los Recursos Naturales RCD: Residuos de Construcción y Demolición ISO: International Organization for Standardization SGA: Sistemas de Gestión Ambiental ICV: Inventario de Ciclo de Vida ELCD: European Reference Life Cycle Database CEMBUREAU: The European Cement Association RER: Zona Europa GLO: Global EUROFER: European Steel Association HA: Hormigón Armado AITEMIN: Asociación para la Investigación y Desarrollo Industrial de los Recursos Naturales viii Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 1 INTRODUCCIÓN El sector de la construcción es uno de los entes de desarrollo más importante a nivel mundial; sin embargo; también constituye una de las industrias que afecta en gran escala al medio ambiente. Es imprescindible que el sector halle nuevas estrategias que vayan de la mano con el concepto de sostenibilidad, es decir, que se consiga la proyección y posterior construcción de edificaciones que sean amigables con el ecosistema, y bajo el mismo precepto se espera que en el futuro, cuando éstas hayan cumplido su vida útil, los desechos que produzcan, sean en su mayoría reciclables y/o reutilizables. Los programas de investigación, desarrollo e innovación son base fundamental para recorrer el largo camino que implica la Construcción Sostenible, entre éstos se destacan para este estudio, aquellos referentes a la utilización de nuevos materiales, producción local o regional de los mismos, así como también, el uso de materiales tradicionales en los que aún no se ha explotado sus características particulares y en los que podría existir un gran potencial. En países de Sudamérica y en el caso particular del Ecuador, existe un déficit de vivienda importante, según datos obtenidos por el Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda MIDUVI, en el año 2011, existe un déficit habitacional de aproximadamente 700.000 viviendas, de las cuales el 80% son requeridas en el sector más vulnerable de la población. Surge entonces la idea, de estudiar con mayor precisión el uso adecuado de materiales que puedan abaratar costos sin afectar la calidad de vida de sus usuarios. En el Ecuador, existen materiales nativos que son utilizados precariamente, uno de ellos corresponde a la conocida “madera de los pobres” o caña guadua, su uso inadecuado en asentamientos marginales, ha hecho que sea sinónimo de pobreza, inclusive el sector profesional, desconoce sus características y adecuado uso. MITE – UPM 2011/2012 9 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 1.1 Viviendas precarias, construidas con caña guadua La caña guadua, es una gramínea gigante perteneciente a la familia del bambú; a nivel mundial existen alrededor de 1500 especies de bambú de las cuales aproximadamente 280 son nativas de esta región; es uno de los materiales más versátiles y ha sido usado de diversas maneras principalmente en la construcción; la especie a la cual hace referencia este trabajo, es de acuerdo a la clasificación de Humbolt Bonplant: Bambusa Guadua, cuyo nombre científico es Guadua Angustifolia Kunth; ésta especie se destaca entre las otras, debido a sus excepcionales características físico-mecánicas, las mismas que se describen adelante y que han permitido que a este material se lo llame también como el Acero Vegetal. Figura 1.2 Forma y textura de la caña guadua En Europa el bambú está relacionado directamente con países del Extremo Oriente, en donde tiene una importancia ancestral y económica; en el continente Americano es nativo de países como Panamá, Venezuela, Colombia Ecuador y Perú. MITE – UPM 2011/2012 10 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 1.3 Zonas de crecimiento de bambú. Desde el tiempo de la colonia las principales ciudades fueron construidas en base a este material, observándose comúnmente en la actualidad las edificaciones de aquella época erigidas en el centro histórico de Quito y de Guayaquil. El material fue usado en sus procesos constructivos como andamios, cerramientos, cubiertas, soportes de losas, etc.(10) Figura 1.4 Manejo adecuado de la caña guadua. MITE – UPM 2011/2012 11 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 1.1 Características de la Caña Guadua - Nombre científico: Guadua angustifolia Kunth. - Nombre vulgar: caña brava (con espinas) ó caña mansa (sin espinas) - Crece desde 0 m.s.n.m. hasta 2600 m.s.n.m., en temperaturas variables entre los 16 y 36 grados centígrados; soporta alta humedad ambiental. - Formas: Guadua Castilla, Macana y Cebolla - Variedades: Guadua Bicolor Verde rayada y amarilla; Guadua Negra. - Guadua Castilla: Diámetros Grandes: 180 mm – 350 mm; se desarrolla en suelos húmedos ricos en nutrientes. - Guadua Macana: Diámetros Pequeños: 70 mm – 150 mm; espesor de 12mm, se desarrolla en suelos con pocos nutrientes con humedad baja y con pendientes pronunciadas - Guadua Cebolla: diámetros pequeños y uniformes: 100 mm; espesor de 10mm, se desarrolla en suelos ricos en nutrientes con alta humedad y pendientes bajas. - Prefiere su crecimiento en suelos francos con ph neutros o que sean ligeramente ácidos. - En general la guadua es cilíndrica hueca, con entrenudos que en la base son cortos y a medida que crece se van alargando. En cada nudo existe una doble raya blanca que sirve para identificar a las guaduas de otro tipo de bambú. - Sus raíces son paquimorfas con la presencia de yemas, las mismas que una vez que la planta alcanza su longitud total se activan y dan origen nuevos brotes o plántulas. - La guadua es un importante fijador de dióxido de carbono (CO2), su madera no libera a la atmósfera el gas retenido después de ser transformada en elemento o ser usada en construcción, sino que éste queda fijo en las obras realizadas con ella. - Es el vegetal de más rápido crecimiento en el mundo. Llegando en una etapa a crecer hasta 20 cm diarios. Produce más biomasa que cualquier madera tropical, y de mejor calidad, en condiciones ideales se podría llegar a 50 Tn/ha/año. - En cuatro años puede ser cosechada. Se siembra una sola vez, y produce brotes indefinidamente, mejorando su calidad con el tiempo. MITE – UPM 2011/2012 12 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. - Gracias a imágenes satelitales se sabe que una de las especies de guadua de la Amazonía es el organismo viviente más grande del mundo, por su inmenso sistema de raíces subterráneas. - Retiene más humedad que cualquier vegetal; en épocas húmedas almacena agua dentro de los canutos. Esta absorción también controla las inundaciones, y en época seca dosifica el agua a las raíces reteniendo la humedad en los suelos. - A estas características se suma que la Guadua Angustifolia posee propiedades estructurales sobresalientes, que no sólo superan a las de la mayoría de las maderas sino que además pueden ser comparadas con las del acero y algunas fibras de alta tecnología. - Según estudios realizados por Gnanaharan(12) y su grupo de investigación: El Módulo de Ruptura (MOR) de un segmento largo varía de 54.5 a 81.7 N/mm2 y el modulo de elasticidad (MOE) varía de 13.793 a 23.006 N/mm2. Cuando la fuerza se aplica en el nudo los MOE y de MOR son más altos que cuando se aplican en el entrenudo. El alto porcentaje de fibras longitudinales son las que aportan una mayor resistencia a la tracción; en el caso de la caña guadua, ésta es mayor que la de la madera mientras que a la compresión perpendicular la fibra es muy pobre por carecer de fibras radiales o ser hueco. - La enorme capacidad de la guadua para soportar alto esfuerzo de compresión, flexión y tracción, así como, otras cualidades físicas, la hacen óptima para reemplazar estructuras de metal y de maderas en vías de extinción. - La caña guadua se usará a partir del cuarto año de madurez ya que se dice que está lista para su uso en la construcción. - En cada nudo existe un tabique o septo transversal que, a la vez que le da mayor rigidez y elasticidad, evita su ruptura al curvarse. Por eso es apropiada para estructuras antisísmicas - Los entrenudos se aplastan ante fuertes compresiones puntales, por lo que las compresiones no deben ejercerse en el entrenudo sin antes haber rellenado dicho entrenudo con un cilindro de madera; con un trozo de guadua de menor diámetro o con una mezcla licuada de cemento, arena y agua. MITE – UPM 2011/2012 13 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. - Una de sus desventajas es que la resistencia a fuerzas perpendiculares a las fibras (cortante) es muy baja, lo que significa que tiene tendencia de rajarse fácilmente en el sentido paralelo a las fibras. - Una construcción de guadua, necesita una protección por diseño que asegure que este material no reciba directamente ni humedad, ni rayones directos del sol. - Se cree que es débil frente al fuego, sin embargo, existe un estudio realizado en Italia(32), el mismo que afirma que la corteza del bambú tiene un alto contenido de silicio lo que le daría propiedades de resistencia al fuego. - “Las primeras pruebas sobre su resistencia al fuego remontan a los años 80 del siglo pasado y fueron realizadas por el Institut für leichte Flächentragwerke de la Universidad de Stuttgart – Alemania donde se certificó que el bambú es un material combustible retardante de la llama. En España cumple con las normas del nuevo CTE (Código Técnico de la Edificación) sus certificados de reacción al fuego según la norma UNE EN 13501 lo clasifican con categoría Cfl-S1 y por lo tanto como material apto incluso para edificios públicos.” (33) - Todavía no se ha establecido una técnica confiable de inmunización contra hongos. - Su comportamiento puede variar mucho con respecto a la especie, al sitio donde crece, a la edad, al contenido de humedad y a la parte del culmo o de la sección que se utilice. - Absorbe sonidos y olores. - Tiene estupendas características estéticas. - Se necesita un buen mantenimiento para su durabilidad. 1.1.1 Características relacionadas con el medio ambiente La caña guadua y en general el bambú posee características especiales que la hacen amigable con el medio ambiente: - Se trata de una planta que posee la característica de auto regeneración, lo que implica que garantiza una captura de CO2 constante. - Es una gramínea de crecimiento acelerado y son sus raíces las que almacenan elementos necesarios para la fotosíntesis, quiere decir que a MITE – UPM 2011/2012 14 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. pesar de la cosecha la captura de CO2 se mantiene constante en sus rizomas. - La estructura celular de sus hojas (Carbón 4) y la gran superficie que ocupan, le permiten una fotosíntesis más eficiente. Por eso crece tan rápido, produciendo hasta cinco veces más oxígeno que otras plantas, lo cual hace que sea ideal para proyectos de captura de carbono. - El bambú evita la movilización de tierra y conserva efectivamente los suelos, de allí que su siembra resulte ideal en áreas propensas a deslizamientos, derrumbes, erosión y remociones, sin contar su gran capacidad para el almacenamiento de agua. - Su extenso e imbricado sistema de raíces contiene la erosión. Enriquece los suelos, y por eso, los sitios que han sido cañaverales están entre los mejores para la agricultura. - Los rizomas y hojas en descomposición conforman una “esponja”, evitando que el agua fluya de manera rápida y continua, con lo cual se propicia la regulación de los caudales y la protección del suelo a la erosión. Con lo señalado anteriormente, se puede visualizar el potencial que tiene este material, en base a sus ventajas y desventajas establecer estrategias que permitan su aprovechamiento para el bienestar de los usuarios y del medio ambiente que los rodea. 1.2 Aplicaciones de la caña guadua. A nivel mundial se conocen alrededor de 1500 aplicaciones diferentes para el bambú, desde papel hasta grandes estructuras, específicamente la especie Guadua Angustifolia Kunth tiene mucha versatilidad, la misma que se plasma en los variados usos que se le puede dar, sin embargo, éstos se distinguen de acuerdo a las características propias de cada sección de la planta, tal como se observa en la Figura 1.5. MITE – UPM 2011/2012 15 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 1.5 Esquema de un guadual. El rizoma es también conocido como “caimán” y su uso es en decoración, muebles y juegos infantiles. Figura 1.6 Partición de caña guadua. MITE – UPM 2011/2012 16 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. La cepa es la sección de mayor diámetro de la guadua y debido a que sus entrenudos son más cortos ofrece mayor resistencia por lo que es utilizada como elemento estructural de construcciones, cerramientos y particiones. La basa de diámetro intermedio es usada para esterillas y también como elemento estructural de edificaciones. La sobrebasa es utilizada como andamios, encofrados y postes para cultivos. El varillón es la sección de menor diámetro y es utilizado como correas de cubiertas de paja o tejas. La copa sirve como aporte orgánico para el suelo del guadual. 1.3 Impacto ambiental de los sistemas constructivos. En la construcción de edificaciones existen diferentes sistemas constructivos, éstos se diferencian unos de otros principalmente por los materiales utilizados, entre los tradicionales tenemos aquellos que se desarrollan en base al hormigón armado y al acero estructural. Según datos del Ministerio de Ambiente Español, en la Unión Europea la construcción y su mantenimiento utilizan el 40% del total de materiales que se producen, se le atribuye además, el uso del 40% de la energía total, el 30% de las emisiones de CO2, y la generación del 40 % de los residuos. Sin embargo, un sistema constructivo no solo depende de los materiales utilizados, sino de la manera en que estos sean colocados, su acoplamiento y homogenización de tal manera que faciliten en un futuro la deconstrucción correspondiente. Es evidente la importancia en el momento de elegir los materiales con los que se erigirá una construcción; en el pasado, éstos eran escogidos entre los que se hallaban en el entorno circundante, pero el desarrollo industrial hace que cada vez existan más materiales que necesitan ser transportados hasta el sitio mismo de la construcción, y es donde se encuentra el primer problema MITE – UPM 2011/2012 17 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. para el medio ambiente, el transporte, ya que genera emisiones nocivas a la atmósfera. En cuanto al impacto de cualquier tipo de material hay aspectos que se deben tomar en cuenta como el uso de los recursos naturales, el consumo de energía, las emisiones de GEI, el impacto sobre los ecosistemas y su tratamiento posterior como residuo. Lo mencionado en el párrafo anterior hace entrever que el estudio debe enfocarse a todo el ciclo de vida del material, desde que nace hasta su manejo como residuo, así se derivan las diferentes fases: extracción, producción, transporte, puesta en obra y deconstrucción. De los GEI, el más importante es el CO2, ya que representa el 70% del total de éstos, por ello se busca cuantificar estas emisiones para los diferentes materiales y establecer una comparación que permita la adecuada elección de los materiales, a fin de lograr un menor impacto. 1.4 Análisis de Ciclo de Vida El Análisis de Ciclo de Vida (ACV), es un proceso o herramienta que permite la evaluación integral de las cargas ambientales derivadas de las diferentes etapas de vida de un producto, en este caso específico, de un material de construcción. Figura 1.7 Ciclo de vida de un material. En la actualidad se maneja el concepto de etiquetas ecológicas que son concedidas por MITE – UPM 2011/2012 organismos especializados, después de los estudios 18 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. correspondientes en los que se determina si los materiales poseen un bajo impacto ambiental. En el marco mundial el ACV empieza a utilizarse a finales de la década de los años 60, sin embargo, es en la última década que empieza a tomar protagonismo, debido a la necesidad imperiosa de los productores por demostrar su amigable relación con el medio ambiente y también debido a que la Arquitectura Sostenible es ahora uno de los principales criterios de evaluación de nuevos proyectos, pese a ello, existe un limitante para lograr el objetivo, que es el aspecto económico, por lo que tanto productores y técnicos del sector deben idear estrategias que permitan conseguir mejores materiales y sistemas constructivos a un menor costo. El avance en la materia es importante, ya que en la actualidad incluso existen normativas que rigen este tipo de análisis y estudios, las mismas que se verán más adelante. MITE – UPM 2011/2012 19 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo General El objetivo del presente trabajo es analizar el uso de materiales ancestrales como el bambú; específicamente la Guadua Angustifolia; en el sector de la construcción, enfocando su relación con el medio ambiente, en búsqueda de nuevas soluciones para una Arquitectura Sostenible. 2.2 Objetivos Específicos Ilustrar el impacto ambiental en cuanto al uso de energía y emisiones de GEI de una vivienda cuya base constructiva es la Caña Guadua. Establecer una comparación cuantitativa del ACV, con otros sistemas constructivos como el hormigón y el metal. Determinar conclusiones que permitan alentar o no, el uso de este material, para que en un futuro se puedan fijar estrategias de cultivo y posterior aprovechamiento. MITE – UPM 2011/2012 20 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 3 ESTADO DE LA CUESTIÓN Aunque para muchos es desconocido el uso de la Caña Guadua, en contraposición destacan profesionales que han dedicado su vida entera al estudio de este material, así mismo existen países como Colombia y México principalmente en donde se han hecho estudios de toda índole con el fin de aprovechar al máximo este recurso; caso aparte; son los estudios y aplicaciones existentes en Asia las mismas que tienen un toque ancestral pero en esta época también muy desarrollado. A nivel internacional desde hace 15 años se conforma el INBAR, International Network for Bamboo and Ratán, este organismo afirma que alrededor de 1.5 billones de personas dependen del uso de ambos materiales y reafirma además la potencialidad de ellos para el desarrollo sostenible, así como también el desaprovechamiento del que ahora son objeto. Esta organización agrupa varios estudios que se han realizado y otros que se encuentran en desarrollo en varios sectores productivos a nivel internacional, así como también se encarga de la organización y/o difusión de eventos relacionados al uso del material. 3.1 Simón Vélez- Icono de la Caña Guadua Uno de los mayores estudiosos del uso de la caña guadua en la construcción es el arquitecto colombiano Simón Vélez quien después de muchos años de trabajo consiguió una licencia de construcción por parte de las autoridades alemanas para erigir el Pabellón de la Guadua en el ExpoHannover 2000 que se transforma en su obra emblemática, previo a este logro, fue él, quien en su afán de usar el material como elemento estructural de una construcción, descubrió que podía lograr conexiones en un material hueco, rellenando los entrenudos con hormigón y mediante el uso de pernos, este acontecimiento marca un hito en su carrera, logrando mirar a la Guadua no solo como Arquitectura sino como Ingeniería. MITE – UPM 2011/2012 21 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 3.1 Esquema de relleno en entrenudos para uniones. A partir de ese descubrimiento, ha ido desarrollando otros estudios con respecto a las conexiones estructurales, que le han permitido la construcción de grandes obras inclusive en sistemas constructivos mixtos con hormigón, ya que con un manejo adecuado de ellas, se logra explotar al máximo el potencial que ofrece mecánicamente éste material. Figura 3.2 Unión de hormigón y guadua en sistema mixto La obra en Expo-Hannover fue desarrollada para la fundación ZERI, (Iniciativa de Investigación para las Cero Emisiones) y se trata de una estructura de 2000 metros cuadrados, en la que se muestra al mundo el uso del material en toda su plenitud, para el desarrollo de esta obra también se realizaron estudios de laboratorio que mostraron resultados sorprendentes en cuanto a la capacidad mecánica del material. MITE – UPM 2011/2012 22 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Los ensayos realizados por el "Instituto Alemán de Prueba de Materiales de Construcción Civil de Stuttgart" en noviembre de 1999 en guadua angustifolia, variedad "macana" procedente de la zona cafetera colombiana; dieron los siguientes resultados, cabe destacar, que se refieren a valores de diseño, no a sus límites. - Compresión. Sigma: 18 N/mm2, Módulo de Elasticidad: 18.400 N/mm2 - Tensión. Sigma: 418 N/mm2, Módulo de Elasticidad: 19.000 N/mm2 - Flexión: Sigma 18 N/mm2, Módulo de Elasticidad: 17.900 N/mm2 - Cortante: Tau - sin cemento en el cañuto - 1.1 N/mm2 - Peso Específico: 790 Kg/M3. A partir de este estudio se hace una comparación, que permite llamar a la Caña Guadua el Acero Vegetal: una varilla de hierro de 1 cm2 resiste 40 KN, mientras que una sección de esta planta de 12 cm2 resiste 215 KN. Se construyó además una réplica del Pabellón para estudiarlo y se obtuvo que podía resistir cargas de hasta 400 Kg/m2. Figura 3.3 Pabellón del Pensamiento, Expo-Hannover 2000. En el año 2006 participa en el diseño del Crosswaters Ecolodge, que es el primer destino ecoturístico de los bosques de la Reserva de la Montaña de Nankun Shan en China, el proyecto gana el Premio Honorario de Análisis y Planeación de la Sociedad Americana de Arquitectos del Paisaje, es el primer proyecto en Asia en su escala que utiliza el bambú como elemento estructural en viviendas. MITE – UPM 2011/2012 23 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 3.4 Primer hotel en China diseñado con materiales biodegradables. Vélez ha diseñado edificios de bambú en Alemania, Francia, Estados Unidos, Brasil, México, China, Jamaica, Colombia, Panamá, Ecuador e India, el más reciente en México es el Museo Nómada del Zócalo. Además ha desarrollado hace poco, un prototipo ahorrador de energía, para tiendas de la cadena francesa Carrefour, el mismo que consta de una superficie de 2000 m2 con una cubierta de guadua. 3.2 Estudios relacionados con características físico-mecánicas En México en el año 1999, la publicación de Víctor Ordoñez, “Perspectivas del Bambú en México”(7), destaca que en el país norteamericano, el uso del bambú no está difundido y se ha centrado únicamente en la construcción de vivienda de interés social, señala la necesidad de la profundización de estudios para poder aprovechar la gramínea que se cultiva en el país; sin embargo, como parte importante de su trabajo presenta la comparación de características físico mecánicas frente a otros materiales constructivos, la misma que se presenta a continuación. Tabla 3.1 Comparación de características físico-mecánicas MITE – UPM 2011/2012 24 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. En el año 2005 la Universidad Nacional de Colombia(24) desarrolla un estudio para determinar los elementos necesarios para la caracterización mecánica de la Guadua Angustifolia Kunth, en el mismo se hace una comparación de datos obtenidos desde el año 1950, y establece como recomendación la elaboración de relaciones: desplazamientos radiales como función de módulos elásticos, y esfuerzos como función de los coeficientes de Poisson; así como el uso de las normas INCONTEC 784, 785, 944, 961, 663 y 775, este trabajo busca normalizar los estudios físico-mecánicos debido a que en la actualidad existen varios resultados, que no son comparables entre sí, por la diferencia de características y variables utilizadas en los ensayos. En el mismo año Styles W. Valero(26), realiza el “Estudio de las propiedades físicas y mecánicas del bambú (bambusa vulgaris), de tres años de edad y proveniente de las plantaciones ubicadas en la ribera de la margen derecha del rio Chama, municipio Francisco Javier Pulgar, estado Zulia, Venezuela”, con el fin de demostrar que las características físico mecánicas de esta especie son similares a las de la Guadua Angustifolia que hasta el momento había sido mencionada como la especie destacada en este campo, el objetivo se cumple y se recomienda la tecnificación para el cultivo, uso y aprovechamiento como material de construcción en Venezuela. M. Kamruzzaman (14) en el año 2008 en Bangladesh, realiza un estudio de la “Incidencia de la edad y altura en las propiedades físico-mecánicas del bambú”, para ello trabajó con 3 especies de bambú, obteniendo los resultados que se muestran a continuación Figura 3.5 Variación del Módulo de Elasticidad por edad y altura del culmo. MITE – UPM 2011/2012 25 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Como se observa la variación depende mayormente de la altura del tallo que corresponde al estudio, siendo similar en relación a la variación de edad, este resultado es un aval para los diferentes usos que se le da a la planta dependiendo del fragmento que se utiliza. El Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento de Perú ha presentado en el año 2011 un Proyecto Normativo para Diseño y Construcción con Bambú, el mismo que al momento se encuentra en análisis, este proyecto destaca su uso en base únicamente de la especie Guadua Angustifolia, establece además de 4 a 6 años la poda de esta gramínea para el uso como material estructural. El diseño de los elementos estructurales de bambú en conformidad a este proyecto de norma deberá hacerse para cargas de servicio, utilizando el método de esfuerzos admisibles. Tabla 3.2 Esfuerzos admisibles en el proyecto de normativa Peruana. En Colombia, apenas en el año de 2010 la guadua fue reconocida como material estructural y se incluyo en el nuevo Reglamento de Diseño Sismo Resistente NSR-10 en el Capítulo G.12, estableciendo los requisitos de diseño estructural para edificaciones que usan Guadua Angustifolia Kunth como material principal limitando su uso a estructuras de vivienda, comercio, industria y educación con altura máxima de dos pisos, entonces la Universidad Nacional de Colombia en un nuevo estudio liderado por Patricia Luna, sugiere una “Metodología de diseño de estructuras en guadua angustifolia como material estructural por el método de esfuerzos admisibles” (19) , en este trabajo se definen los parámetros que deben servir de base para el diseño de diferentes elementos en caña guadua. MITE – UPM 2011/2012 26 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 3.3 Estudios de la relación bambú-guadua con el medio ambiente El Ingeniero Agrónomo colombiano Hormilson Cruz Ríos, ha estudiado diferentes aspectos de la guadua; al momento dirige una de las empresas más exitosas en el manejo de Guadua Angustifolia del mundo, la misma que se encuentra en México y cuyo nombre es Bambú Guadua Premier, dentro de sus investigaciones está “Biomasa y captura de carbono en Bambú guadua”, en esta investigación destaca la posibilidad de incluir a esta gramínea, en proyectos de Mecanismos de Desarrollo Limpio MDL, los mismos que se realizan en países en vías de desarrollo, con el fin de generar certificaciones de reducción de emisiones CER, para posteriormente comercializarlos a los países industrializados, todo esto enmarcado en los objetivos del Protocolo de Kioto, entre las ventajas que presenta la guadua frente a otras especies están: su rápido crecimiento, la capacidad de absorción de agua, una vez sembrada no necesita volver a realizarse el procedimiento ya que después de la poda, vuelve a crecer por sí sola, disminuyendo con esta última característica, los costes de cultivo y por tanto el éxito de los MDL. Así mismo indica, que la posibilidad de uso de la guadua en varios productos de larga duración ayuda a que el CO2 se fije por largos periodos; apoyándose en estudios realizados por Rioña(38) en Colombia en el año 2002; en guaduales del Valle del Cauca, que determinó que en la parte aérea y superficial, la captura de carbono es de 54.3 Ton/Ha en 6 años, decide realizar un estudio similar para calcular generación de biomasa en guaduales de México para compararlos con otros cultivos, sin embargo los resultados indican que el eucalipto genera 120 Ton/ha/año frente a 63,5 Ton/ha/año de la guadua, sin embargo, hay que tomar en cuenta el tiempo y manera de cultivo ampliamente diferentes ya que como se ha mencionado antes la guadua se regenera y el proceso de recolección corresponde solo a una poda, en el caso del eucalipto hay que volver a plantar. Francisco Gallo de nacionalidad colombiana realiza sus estudios en el País Vasco y desarrolla el proyecto “BAMHAUS: Sumidero habitable de CO2, biocompuestos de bambú para viviendas sostenibles”, el mismo que mereció el premio a la Innovación de la Fundación Altrán en el año 2008, la misma que ha valorado 3 aspectos básicos del proyecto: MITE – UPM 2011/2012 27 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Aspecto técnico: Plantea el uso de fibras de bambú para la producción de materiales de construcción como paneles y aglomerados. Aspectos económico y social: Busca generar una economía a lo largo de su producción generando fuentes de trabajo y creación de vivienda sostenible. Aspecto medioambiental: el bambú guadua permite la captura de CO2, en comparación con industrias madereras y otros materiales, el consumo de energía y agua es menor, el bambú es además un material reciclable 100%. El premio a este proyecto consistió en la asesoría técnica e investigativa de la Fundación Altrán para el desarrollo del proyecto, del mismo que han resultado 3 ejes, el primero la Fundación Bambhaus que promoverá la siembra de la especie, la Sociedad Bambhaus composite que se encargará de la producción de materiales en base al bambú, y la empresa Bambhaus CO2 que se encargará de la comercialización de los bonos de carbono que se obtengan. Así mismo se ha estudiado la existencia de otras especies de Bambú en España, específicamente en el sector de Aranjuez y se han importado semillas de la especie gigante Guadua Angustifolia desde Colombia para intentar su adaptación al clima europeo. Figura 3.6 Edificación planeada en el marco del proyecto Bambhaus. MITE – UPM 2011/2012 28 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. BDB Groupe Europe es una empresa especializada en cultivos de bambú para su aprovechamiento en el campo de las energías renovables, han logrado crear el primer cultivo europeo de biomasa en base al bambú, el mismo que consta de 20 hectáreas en Valencia - España, además de la ventaja de absorción de CO2 se estima que tiene una productividad media de 200 Toneladas de materia orgánica húmeda por hectárea y año, la misma que será aprovechada para la producción de bioenergía o biomasa. 3.4 Proyectos en base al Bambú En el año 2007 en la ciudad de Madrid se inaugura el Edificio Bambú ubicado en el nuevo Ensanche de Carabanchel, creación del estudio de Arquitectura Foreign Office Architects, consiste en un cubo que alberga 88 viviendas protegidas promovidas por la Empresa Municipal de la vivienda, y que está totalmente cubierto por una fachada de bambú de diámetro muy pequeño, cuyo objetivo es además de paisajística, controlar los rayos de sol y de esta manera dotar al edificio de un colchón térmico, visual y acústico, y que actúa tanto en el invierno como en el verano a temperaturas extremas. Figura 3.7 Edificio Bambú en Carabanchel – Madrid En la ciudad de Bali en la isla de Indonesia se han utilizado alrededor de 3000 cañas de bambú algunas de ellas de hasta 20 metros de longitud para la construcción de “La catedral del Bambú”, que albergará una fábrica de chocolate, una estructura de aproximadamente 2200 m2 y tres plantas, Benjamín Ripple uno de los artífices de este proyecto, indica que eligió el MITE – UPM 2011/2012 29 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. bambú por su bajo costo, por la presencia abundante del material en la zona y por sus características estructurales, la primera prueba la superó el año pasado en Octubre cuando aún estando en construcción ha quedado intacto tras un terremoto de 6 grados de magnitud, el mismo que arrasó con muchas edificaciones cercanas. Figura 3.8 Catedral del Bambú, Bali-Indonesia Así mismo se ha construido en Bali otro gran proyecto es “Green School” proyectado por el Arquitecto John Hardie, consiste en un exclusivo colegio que albergará aproximadamente a 300 niños, así, poco a poco se va instaurando el concepto de arquitectura sostenible en la isla y para ello se apoyan en materiales locales como el Bambú, la corteza del coco entre otros. Figura 3.9 Green School, Bali – Indonesia MITE – UPM 2011/2012 30 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. En el año 2009 en otro tipo de proyectos el INBAR participó en el concurso convocado por el Banco Mundial de “Cien ideas para salvar el planeta” y consigue un premio con la propuesta ecuatoriana “Las casa elevadas de bambú como una estrategia para adaptarse al cambio climático” , en este año se ha inaugurado la casa modelo en Olón, provincia de Santa Elena, la misma que funcionará como centro de información turística pero cuyo objetivo es promover la construcción de éstas en serie ya que representan un menor costo. A finales del año 2011 el INBAR diseñó la norma constructiva del bambú y se estima que sea aprobada y que desde el año 2012 o 2013 sea legal construir con caña, ya que al momento el 10% de la población ecuatoriana vive en casas de caña guadua ilegales, ya que no cuentan con un proceso constructivo adecuado. Figura 3.10 Casa modelo Olón- Ecuador Se estudia además la posibilidad de trabajar directamente con el gobierno para la concesión de créditos para la construcción de éste tipo de vivienda. En México la asociación civil llamada BAMBUVER se encuentra implantando un Programa de Desarrollo Integral del Bambú en colaboración con el sector público y privado. El proyecto tiene por objetivo impulsar el sector agrícola y desarrollar un aprovechamiento forestal que sea sostenible y sustentable, así como también MITE – UPM 2011/2012 31 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. promover al sector industrial para la generación de fuentes de trabajo en base al cultivo del bambú. En Europa existen varias empresas dedicadas a la producción de materiales en base del bambú como pisos y muebles, en España específicamente existe la empresa Bambusa la misma que importa caña guadua desde sectores agrícolas de Colombia y se dedica a la construcción de estructuras en base a este material. 3.5 Estudios de ACV de materiales de construcción En el año 2005 en la revista Habitat de la UPM, Natalia Rieznik Lamana y Agustín Hernández Aja(16), en su artículo “Análisis de Ciclo de Vida” define al ACV como un proceso para evaluar, de la forma más objetiva posible, las cargas ambientales asociadas a un producto, proceso o actividad identificando y cuantificando el uso de materia y energía y los vertidos al entorno; para determinar el impacto que ese uso de recursos y esos vertidos producen en el medio ambiente, y para evaluar y llevar a la práctica estrategias de mejora ambiental. De la misma manera hace una reseña de la relación directa que tiene esta herramienta con la construcción y define algunos parámetros a fin de conseguir una arquitectura sostenible derivadas de ésta relación. Extensión de vida del edificio para ahorrar recursos y generar menos desechos, para ello es importante el uso de materiales duraderos (que aguanten el desgaste y la degradación ambiental): los materiales arquitectónicos suelen ser objetos duraderos aunque, los elementos exteriores como pinturas y revestimientos se degradan más rápidamente. Materiales adaptables: al momento de elegir materiales se debe tomar en cuenta que exista una futura necesidad de usarlos para resolver nuevas funciones. En muchos casos este ejercicio no se hace y sólo queda la opción de demoler. Mantenimiento y reparación: intervienen directamente sobre la vida útil de la construcción. Se podrían denominar acciones de regeneración. Los impactos MITE – UPM 2011/2012 32 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. medioambientales por demolición y construcción son en la gran mayoría de los casos superiores a los de mantenimiento. Aplicación de soluciones de diseño bioclimático y de aislamiento térmico permiten reducir el gasto energético, hay sistemas de reciclaje y reaprovechamiento del agua. La selección de los materiales basándose en la identificación de la fuente de materia prima, la evaluación de impactos sobre el medio ambiente ocasionados por la adquisición, el procesamiento y uso del material, y la administración del producto en el final de su ciclo de vida. Se puede dar preferencia por ejemplo a materiales reciclables, pero en cualquier caso la elección de materiales basada en su ciclo de vida es una tarea muy compleja. Una iniciativa interesante por ejemplo es el rotulado ecológico, pero está todavía en sus inicios y presenta dificultades como es el elevado coste que presentan algunos productos más ecológicos. La reducción del material puede conseguirse aumentando la eficiencia de los procesos. Además buscar una distribución y transporte eficaces que disminuyan la contaminación que este provoca. El reciclaje de materiales impide la extracción de nuevos recursos, y a su vez representa un ahorro energético y de emisiones importante. Entre los años 2003 y 2005 AITEMIN realiza un proyecto a través de su Departamento de Materiales de Construcción, ubicado en el Centro Tecnológico de Toledo, con la colaboración de las 18 industrias cerámicas de toda España con el fin de investigar métodos que permitan conocer y reducir los impactos medioambientales de los productos cerámicos, mediante la realización del ACV .(25) Obteniendo como resultados que para reducir el consumo energético y las emisiones asociadas se debería: Recuperar el aire caliente de la zona de enfriamiento del horno para utilizarlo en el secadero. Optimizar el aislamiento de los equipos de secado y cocción. MITE – UPM 2011/2012 33 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Optimizar la circulación de aire en horno y secadero. Mejorar los aislamientos de conductos. Utilizar aditivos que actúen como fundentes, provocando una reducción de la temperatura máxima de cocción. Además resalta la importancia que tiene un estudio de esta naturaleza a fin de tomar decisiones para el mejoramiento de la producción de un material. De acuerdo a la base de datos de Ecoinvent, los resultados obtenidos son similares a otras empresas cerámicas europeas, lo que indica que el sector en general tiene deficiencias similares en la producción. En el año 2004 se publica el artículo “Desarrollo de estrategias de obtención de cemento a partir de los residuos de construcción y demolición” (29) cuyo autor José Antonio Sánchez de Sancha ha realizado un ACV asociado a la fabricación del clinker con una sustitución del 10% de material por RCD y además otro ACV en relación a la producción de cemento, hallando como conclusiones que: - El cemento fabricado con clinker en los que se utilizó RCD tienen la misma calidad que los de materias primas naturales, además las emisiones durante los dos procesos es similar. - De los análisis de ciclo de vida realizados a las materias primas y proceso de fabricación de cemento utilizando 100% de materia prima natural y utilizando RCD en sustitución parcial de esta última indican, en general, que se mejoran los aspectos ambientales del proceso cuando se utilizan éstos. Por otro lado en el año 2005, se publica la Guía para Construcción Sostenible del Ministerio del Medio Ambiente Español, en la cual hace hincapié en el uso del Análisis de ciclo de vida como herramienta para toma de decisiones en cuanto a elección de materiales de construcción, presenta además datos interesantes como el que sigue con respecto al impacto asociado a diferentes materiales. MITE – UPM 2011/2012 34 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Tabla 3.3 Impacto de los principales materiales de construcción (Simapro.) El Gobierno Vasco en el año 2009, realiza un Análisis de Ciclo de Vida de la madera como material alternativo, en el cual analiza 5 diferentes usos de la madera como: material de cubierta, ventana, suelo, mesa y estantería, comparándolos con otros materiales característicos en cada caso. Obteniendo como resultado, que en todos los casos la madera representa un agente de emisiones mucho menor que otros materiales como el acero, aluminio o pvc, por lo que se sugiere el uso de madera que provenga de bosques bien administrados para el uso como material de construcción y de decoración. En Enero del 2012 el “Instituto Español del Cemento y sus aplicaciones” publica la “Guía Técnica para edificios con contorno de hormigón”, en la misma hace especial alusión a la disminución de emisiones asociadas con el Ciclo de Vida del Edificio. De acuerdo a los estudios realizados con este sistema constructivo se consigue el ahorro de emisiones en una vida útil de la edificación de 100 años de 24,222.00 kg CO2 equivalente. Económicamente la reducción de consumo de energía implica 138.36 euros/año, lo que significa que en un período de 12 años se alcanza el retorno de la inversión por el sistema constructivo con contornos de hormigón. MITE – UPM 2011/2012 35 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 3.11 Consumo energético comparado. . Es importante entonces, el análisis de emisiones y consumo energético ya que permite tomar decisiones para obtener beneficios medioambientales y económicos. MITE – UPM 2011/2012 36 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 4 NORMATIVA Para el uso de la caña guadua como material estructural, tal como se menciona anteriormente, no existe una normativa aprobada, sin embargo, para el caso que se analiza, se hará referencia al proyecto de normativa peruana que al momento se encuentra en fase de revisión para su aprobación, ya que se considera que es el documento más completo al que se ha tenido acceso. En el tema ambiental se utilizan como herramientas las siguientes normas: ISO 14000: Normalización de herramientas ambientales, en la que se define la importancia de un sistema de gestión ambiental y los procedimientos de auditoría y control necesarios para su verificación, se apoya en tres herramientas para la implementación de un SGA: Evaluación del Ciclo de Vida, Evaluación del Desempeño Ambiental y el Etiquetado Ecológico. ISO 14004: Guía general y soporte técnico para la implementación de un Sistema de Gestión Ambiental. ISO 14040- 14043: Normas que rigen la Evaluación del Ciclo de Vida ISO 14040 - Principios generales y estructura (1997) Evaluación de Ciclo de Vida: Se entiende que quien implementa un Sistema de Gestión Ambiental busca establecer cuál es el verdadero impacto que éste provoca en el medio ambiente, para ello el análisis debe realizarse en cada fase o etapa de elaboración y / o uso del producto o proceso, el objetivo es mejorar la producción ya que en muchos casos la reducción del impacto ambiental implica además una reducción de costes y mejora de calidad. En la actualidad, esta evaluación aporta al prestigio de una empresa y es un punto agregado al producto o proceso en estudio con respecto a la competencia. La herramienta denominada Evaluación de Ciclo de Vida consta de 4 etapas definidas como: MITE – UPM 2011/2012 37 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. - Definición y alcance de objetivos: se define el producto o proceso que se estudia, el alcance o magnitud del mismo y los datos necesarios para su ejecución, así como la revisión que se realizará al final. - Análisis del inventario: La estructura de esta fase está determinada en la norma ISO 14041, y se refiere a la recolección y cuantificación de entradas y salidas de materia y energía correspondientes a cada etapa del ciclo de vida. - Evaluación del impacto: Determinado por la ISO 14042, en esta fase del ACV se evalúa la importancia de los potenciales impactos ambientales, utilizando los resultados del análisis de inventario de ciclo de vida. Este proceso asocia los datos del inventario con los impactos ambientales. El alcance de esta evaluación corresponde a la definida en el primer punto. - Interpretación y Evaluación de la mejora: Corresponde a lo detallado en la ISO 14043 y combina los resultados obtenidos con el análisis de inventario pero con el fin de hallar conclusiones y recomendaciones, identificando las etapas del ciclo de vida más vulnerables, para determinar estrategias de mejora, a fin de conseguir un comportamiento ambiental óptimo. El Código Técnico de la Edificación en su apartado de Documentos Reconocidos y Registro General en el artículo 4, literal b) acepta como válido: Los sistemas de certificación de conformidad de las prestaciones finales de los edificios, las certificaciones de conformidad que ostenten los agentes que intervienen en la ejecución de las obras, las certificaciones medioambientales que consideren el análisis del ciclo de vida de los productos, otras evaluaciones medioambientales de edificios y otras certificaciones que faciliten el cumplimiento del CTE y fomenten la mejora de la calidad de la edificación. MITE – UPM 2011/2012 38 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 4.1 Etapas del Análisis de Ciclo de Vida Otra herramienta que se utiliza es la de la norma ISO/TC 207/SC 5 (2000) Gestión medioambiental- Análisis de ciclo de vida (ACV), la misma que se encuentra vigente. MITE – UPM 2011/2012 39 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 5 METODOLOGÍA Inicialmente se utiliza una investigación documental y bibliográfica, ésta consiste en la recopilación de la mayor documentación posible con el fin de conocer a fondo el área de la construcción sostenible y específicamente el uso de la caña guadua como material de construcción, así como el uso de la herramienta del Análisis de Ciclo de Vida, para ello se hace la exploración correspondiente entre libros, revistas, organismos relacionados, noticias y cualquier otro medio que pueda aportar. Posteriormente se prevé realizar un estudio experimental mediante el uso de la herramienta del ACV, ya que ésta evalúa las cargas ambientales que se generan en cada uno de los sistemas constructivos que se evalúan en este estudio. El ACV a su vez, puede mejorar la gestión de los procesos previos, ya que se puede identificar la incidencia de cada uno de ellos en el sistema constructivo general. En este caso el sistema constructivo se diferencia de los otros por el material que se utiliza como base estructural y de cubierta. El trabajo se realiza en función de las normas ISO 14040-14043; así como primer paso: se define el caso en estudio, el mismo que consiste en la proyección de una vivienda de interés social con tres sistemas constructivos distintos los mismos que tienen como base estructural: hormigón armado, acero y caña guadua. La segunda parte del trabajo consiste en el Análisis de Inventario, el mismo que se apoya en datos que se han conseguido mediante la investigación documental y bases de datos especializadas. Posteriormente se realiza una comparación cuantitativa de los resultados que se obtienen del uso de los tres sistemas antes mencionados, en base al uso de energía y emisiones de GEI. MITE – UPM 2011/2012 40 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Finalmente se interpretan los resultados en relación al objetivo y alcance del estudio con el fin de emitir conclusiones, y recomendaciones. 5.1 Software utilizado Para el estudio planteado se utiliza la herramienta informática GaBi, apoyada en bases de datos del software Gemis, ambos especializados en estudios mediante ACV. GaBi es un software desarrollado por la empresa alemana PE International quienes han colaborado en la entrega de una licencia educacional para la elaboración de este trabajo ya que los software especializados en ACV tienen costos elevados. GaBi cuenta con una amplia gama de bases de datos entre las que se destacan las creadas por el propio PE International que posee alrededor de 4500 listas para usar en los Inventarios de Ciclo de Vida, desarrolladas en base a una experiencia de procesos de 20 años, Ecoinvent que ha sido creada por el Centro Ecoinvent originalmente llamado Swiss Centre for Life Cycle Inventories, contiene datos para ICV de procesos industriales internacionales en la oferta de energía, extracción de recursos, suministro de materiales, productos químicos, metales, agricultura, servicios de manejo de desechos y servicios de transporte, US LCI creada por NREL y asociados ha sido desarrollada con datos obtenidos de procesos realizados en Estados Unidos de América, sin embargo ésta misma base de datos en muchos casos ha sido tomada en cuenta como referencia para el desarrollo de la base de datos de PE International por lo que ha constituido a la vez un complemento, existen casos en los que el proceso o producto no se encuentra en las bases de datos especializadas sin embargo, se puede construir el proceso en base a un flujo de entradas y salidas, para ellos es indispensable conocer el manejo del proceso. MITE – UPM 2011/2012 41 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 5.1 Esquema de entradas y salidas El software también incluye la base de datos ELCD, la misma que ha sido elaborada con fundamentos de las industrias europeas especializadas en la producción de diferentes materiales o procesos, así como también compañías de energía, transporte y gestión de residuos. MITE – UPM 2011/2012 42 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 6 DESARROLLO El estudio se ha realizado en base al marco teórico presentado y en base a la normativa vigente. Para cada alternativa se han tomado en cuenta los parámetros correspondientes, los mismos que se detallan a continuación de forma esquemática. 6.1 Definición del objetivo y alcance del ACV 6.1.1 Objetivo La finalidad ambientales del estudio asociados es evaluar y cuantificar los impactos al uso de determinado material estructural en la construcción de una vivienda de interés social. Con los resultados obtenidos se elaborarán conclusiones y recomendaciones que permitan al equipo de diseño y construcción discernir acerca de los beneficios ambientales de uso de cada una de las alternativas planteadas. 6.1.2 Alcance del estudio Se comparan 3 sistemas constructivos que tienen como base estructural los siguientes materiales: (A) Hormigón armado, (B) Estructura metálica o acero, (C) caña guadua. Unidad funcional: Es la unidad a la que van referenciadas todas las cargas ambientales que se determinen, para lograr una comparación coherente, en este caso corresponde a una unidad de vivienda, para ello se tomará en cuenta la cantidad de material y procesos que se requieren para cada alternativa tomando en cuenta que cumplen con una función equivalente. Límites del estudio: Cada alternativa toma en cuenta las siguientes etapas: - Obtención de materias primas - Producción del material correspondiente - Transporte hacia la obra - Uso del material MITE – UPM 2011/2012 43 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 6.1 Ciclo de vida de los materiales de construcción La disposición final de los materiales no se ha tomado en cuenta debido a que los procesos de demolición y reciclaje son extremadamente diferentes en cada país o zona donde podría implantarse la vivienda, la fase de disposición final también se deja fuera del alcance de este estudio, sin embargo, se mencionará en cada una de las alternativas como dato importante para el conocimiento general. Otra razón que no permite una equivalencia para la disposición final de los materiales es aquella referente a la vida útil de cada estructura, ésta variable es tan amplia que podría ser objeto de otro estudio. El alcance del estudio se limita a los materiales utilizados en la estructura y cubierta, los mismos que en conjunto se describirán en este caso como un sistema constructivo u alternativa; se considera además que el resto de la vivienda se construye con los mismos materiales, consiguiendo así que una y otra cumplan con funciones equivalentes que permitan la comparación que se realiza posteriormente. Las bases de datos existentes refieren procesos en Europa y Norteamérica en su mayoría; en donde se ha implantado la herramienta de ACV con mayor frecuencia; por lo que la ubicación geográfica de la vivienda en este caso no se considera influyente. MITE – UPM 2011/2012 44 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Para la evaluación del impacto ambiental existen varias metodologías, para este caso se usa la CML 2001 la misma que ha sido elaborada por el Instituto de Ciencias Medioambientales de la Universidad de Leiden en los Países Bajos y se considera como una de las más completas, utiliza básicamente datos europeos y presenta resultados en varios aspectos, sin embargo, el presente estudio se enfoca en el efecto de calentamiento global representado por las emisiones de GEI en un indicador que corresponde a los Kg CO2 equivalentes, así como también a la cantidad de energía utilizada en cada alternativa propuesta. Las tres alternativas propuestas han sido diseñadas de acuerdo a los códigos correspondientes, obteniendo como resultado las cantidades de obra necesarias en cada caso para la consecución de una unidad funcional, la misma que se ha definido anteriormente como una unidad de vivienda. Las características de la vivienda que se evalúa, se señalan a continuación: Área: 48 m2 Niveles: Planta Baja Materiales constructivos: Alternativa 1: Hormigón armado. Alternativa 2: Estructura y cubierta metálica. Alternativa 3: Estructura de caña guadua con cubierta mixta de caña guadua y teja. En cuanto a la cimentación, instalaciones eléctricas, sanitarias, mampostería, pisos y demás acabados, se ha considerado como similares en todas las alternativas, por lo que no se toman en cuenta para el objeto de comparación de este trabajo. Al tratarse de una unidad de interés social se ha tomado como base la arquitectura de viviendas construidas por el MIDUVI en los sectores rurales del Ecuador, en donde se ha mencionado anteriormente, existe un alto déficit habitacional. MITE – UPM 2011/2012 45 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. La vivienda está compuesta por dos habitaciones, cocina, aseo y sala comedor, distribuidos en una sola planta de 48 metros cuadrados. De acuerdo a cada alternativa se han calculado las cantidades de obra necesarias, siendo éstas, la base para la comparación que se plantea en el estudio. A continuación se puede observar de forma gráfica la distribución arquitectónica de la vivienda, así como un resumen de los materiales que se utilizarán en cada uno de los sistemas constructivos propuestos para la comparación que es materia de este estudio. Tabla 6.1 Resumen de materiales utilizados en cada alternativa MITE – UPM 2011/2012 46 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 6.2 Planta arquitectónica de la vivienda en estudio. MITE – UPM 2011/2012 47 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 6.2 Análisis de Inventario 6.2.1 Primera alternativa: Hormigón armado En el sistema constructivo de hormigón armado, se ha realizado un inventario con datos de entrada y salida para cada uno de los materiales y procesos que se han incluido en el análisis. Figura 6.3 Esquema de obtención del hormigón armado Obtención de materia prima: Para la obtención del cemento se ha trabajado con la base de datos ELCD, la misma que se ha elaborado en función de lo referido por CEMBUREAU para el cemento tipo portland CEM I que puede ser utilizado para hormigón armado. Las entradas que se han tomado en cuenta en términos de masa y energía para la elaboración de 1 tonelada de cemento son: Tabla 6.2 Materia prima para producción de 1 Tn. de cemento. MITE – UPM 2011/2012 48 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Tabla 6.3 Energía utilizada en producción de 1 Tn. de cemento. En los siguientes gráficos se puede observar el aporte porcentual de cada una de las entradas con respecto al total, esto nos muestra que la piedra caliza es el principal aporte para la consecución del cemento. Figura 6.4 Porcentaje de aporte de recursos en la elaboración del cemento Después del proceso correspondiente, las salidas más importantes y representativas cuantitativamente han sido: MITE – UPM 2011/2012 49 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Tabla 6.4 Salidas del proceso de elaboración del cemento Para la elaboración del hormigón es necesario la adición de arena, la misma que se obtiene en la mina y cuyo proceso de extracción se representa por el flujo de entradas y salidas correspondiente a la base de datos del sector RER de ELCD/ PE International. Tabla 6.5 Flujo de entrada y salida en extracción en mina de arena Otro de los materiales básicos para conseguir el hormigón es la grava, la misma que se obtiene desde la mina; tal como en el caso anterior el proceso de extracción está representado por el flujo de entradas y salidas de la base de datos perteneciente al sector RER de ELCD/ PE International, los datos más relevantes se muestran en la siguiente tabla: MITE – UPM 2011/2012 50 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Tabla 6.6 Flujo de entrada y salida para la extracción en mina de grava Una vez que se tienen las materias primas necesarias se procede a elaborar el hormigón, con una dosificación establecida para una resistencia de 210 Kg/cm2.; para el cálculo de la energía necesaria se ha tomado en cuenta la hormigonera modelo HLST 120, la misma que usa 74KWh para un rendimiento de 120 m3, haciendo los cálculos necesarios se obtiene que para la producción de 1 m3. de hormigón se requieren 2.26 MJ. Tabla 6.7 Flujo de entrada y salida para la producción de hormigón. Con los mismos materiales se ha modelado el proceso para un mortero 1:3 con el fin de dar el acabado final al forjado. MITE – UPM 2011/2012 51 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Tabla 6.8 Flujo de entradas y salidas para la producción de hormigón. En todos los procesos que se han citado anteriormente y en el que corresponde a la puesta en obra, se ha utilizado la trasportación respectiva de los materiales y productos obtenidos, para ello se ha tomado en cuenta los siguientes datos. FUENTE: ELCD/PE International Capacidad del camión: 20-26 Tn Uso de diesel por Tn-Km= 0.0183 Kg Las distancias varían en función del material y se muestran en la siguiente tabla: Tabla 6.9 Distancia de transporte i/v hacia la planta de hormigón El diesel que se ha utilizado proviene de la base de datos de PE International y como dato importante en su conjunto de entradas y salidas, se observa la emisión de 0.30 Kg CO2/Kg Diesel. MITE – UPM 2011/2012 52 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. A continuación se muestra el esquema del proceso de obtención del hormigón, el mismo que ha sido modelado en el software GaBi, en base a al inventario que se ha descrito anteriormente. Figura 6.5 Modelo software GaBi- Producción de hormigón. El siguiente proceso que debe ser inventariado es la obtención del acero de refuerzo, para ello la base son los datos ELCD con fuente proveniente de EUROFER y se corrobora con datos obtenidos de la Universidad Politécnica de Cataluña (L. Medina Romero)(20) Para este proceso además se ha utilizado 3818 Kg de agua, gran parte de ésta se transformará en aguas residuales posteriormente. MITE – UPM 2011/2012 53 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Tabla 6.10 Flujo de entrada y salida para la producción de acero A continuación se muestra la composición porcentual de los materiales utilizados como materia prima. Figura 6.6 Materia prima para obtención de acero de refuerzo. En este caso las barras de acero son parte de la materia prima directa para la elaboración del hormigón armado por lo que el transporte se tomará en cuenta en esa etapa. Puesta en obra: La producción del hormigón armado es parte de esta etapa y se modela en base a las cantidades de obra previstas para esta alternativa, para ello se prevé el transporte de hormigón prefabricado a lo largo de 10 Km, es decir 20 Km i/v (ida y vuelta) y el transporte de las barras de acero en una distancia i/v de 80 Km. MITE – UPM 2011/2012 54 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. La energía necesaria para la puesta en obra del hormigón armado corresponde a la empleada en la cortadura de los hierros, el bombeo y vibración del hormigón, con los datos de cada uno de los equipos utilizados se ha determinado que se necesita de 3.80 MJ por cada Tn. de hormigón colocada en obra. El modelo completo con el que se ha realizado el análisis es el siguiente: Figura 6.7 Modelo: Estructura hormigón armado Las siguientes etapas de ciclo de vida del hormigón armado corresponden a la demolición, transporte y posterior reciclado, esto se maneja de forma diferente a nivel mundial, en el caso de la vivienda proyectada para este estudio, la demolición podría ser realizada en una parte de forma manual y mediante el uso de maquinaria lo que implica un gasto energético así como la emisión de GEI al aire, en cuanto a la incidencia del transporte sería similar a la que se calcule para las etapas que se van a estudiar, el manejo de los residuos generados por este sistema constructivo plantea la opción de uso en rellenos sanitarios, así como la reutilización de este material como parte del MITE – UPM 2011/2012 55 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. árido para un nuevo hormigón, sin embargo, para ésta última opción se han desarrollado estudios que indican que se recomienda apenas el uso de material reciclado en un 20 y 30% como máximo, países como Alemania han avanzado un poco más en esta materia y se conoce que en la actualidad este porcentaje mencionado es mucho más alto, en Suiza gran parte de la producción de hormigón procede del reciclaje, en Francia se evita mediante leyes que el hormigón vaya a parar en los vertederos; sin embargo, en contraposición existen países menos desarrollados, que solo lo utilizan para relleno o simplemente no existe manejo de residuos; la vida útil de una estructura de hormigón armado depende de la zona de implantación ya que en ambientes húmedos se deteriora mucho más rápido, entonces sin lugar a dudas el factor geográfico tiene mucha influencia en todas estas variables por lo que no se puede establecer fácilmente una equivalencia con otros sistemas. 6.2.2 Segunda alternativa: Estructura metálica o de acero Para esta alternativa el proceso que debe ser inventariado es la obtención de perfiles de acero. Para ello, la base son los datos proporcionados por World Steel Association la misma que ha derivado en un proceso de la base de datos de PE International para el sector europeo. Tabla 6.11 Flujo de entrada y salida para la producción de perfiles de acero MITE – UPM 2011/2012 56 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 6.8 Materia prima para obtención de perfiles de acero En el sistema constructivo estudiado, se ha incluido también paneles metálicos galvanizados como material de cubierta, para ello se ha recurrido a la base de datos de USLCI, la misma que se ha resumido los datos de entrada y salida tal como se muestran en la siguiente tabla. Tabla 6.12 Flujo de entradas y salidas de laminas metálicas galvanizadas El peso de la plancha metálica que se ha considerado es de 3.76 Kg/m2, además el recubrimiento de la estructura metálica se ha definido con pintura anticorrosiva, de la base de datos procedente de USCLI. MITE – UPM 2011/2012 57 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Transporte: Se toma en cuenta una distancia ida y vuelta de 80 Km. de ambos productos de acero. Puesta en obra: Para esta etapa se toma en cuenta un consumo de energía de 0.16 MJ por cada Kg de acero. El modelo con el que se han realizado los cálculos correspondientes se resume en el siguiente gráfico: Figura 6.9 Modelo: Estructura metálica El acero tiene una gran ventaja al momento del desmontaje, transporte y posterior reciclaje, una vez cumplida la vida útil el manejo del material es relativamente sencillo, aún más si se proyecta una estructura empernada, el transporte del material no se considera representativo y en cuanto al reciclaje se puede reutilizar el 100% del material, que puede ser fundido y generar nuevamente acero de todo tipo, las emisiones de CO2 no se consiguen reducir y tampoco la energía que se requiere en todos estos procesos y en el de nueva utilización, la ventaja se limita a la disminución de material usado en la construcción. MITE – UPM 2011/2012 58 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 6.2.3 Tercera alternativa: Estructura de caña guadua- teja cerámica Para esta alternativa se ha realizado el inventario correspondiente a la caña guadua, con el fin de establecer los recursos tanto de entrada como de salida en cada uno de los procesos que componen el ciclo de vida de la misma; de acuerdo al alcance definido en la primera parte; se ha tomado en cuenta como primer proceso el cultivo y cosecha hasta la puesta en obra, el proceso constructivo que se analiza requiere caña guadua para dos usos: el estructural y como base para la cubierta. Figura 6.10 Ciclo de vida de la caña guadua como material estructural La guadua que se utilizará como base de la cubierta, cumplirá con el mismo proceso hasta el preservado y secado, para posteriormente pasar a un nuevo proceso conocido como latillado en donde se conseguirá el material necesario para la función establecida. MITE – UPM 2011/2012 59 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 6.11 Ciclo de vida de la caña guadua como base de cubierta Cultivo y cosecha: las plantaciones de guadua se pueden establecer entre los 0 y 2000 msnm. , sin embargo, alcanzan su desarrollo óptimo en una altura entre 900 y 1600 msnm., y en donde exista una precipitación entre 2000-4000 mm promedio anual; el distanciamiento de siembra entre plantas es de 4 x 4 metros, la limpieza se realiza en un contorno aproximado de 1.5 metros de diámetro, el hoyo deberá tener 0.40 m. x 0.40 m. x 0.40 m., el proceso de siembra se lo debe hacer durante la época de lluvias. La limpieza de la guadua es muy importante sobre todo en los primeros años ya que debe estar libre de malezas y se los debe programar cada 3 o 4 meses durante los primeros 3 años de la plantación. Para la fertilización se recomiendan productos con presencia de nitrógeno, fósforo y potasio en relación 2:1:4, las aplicaciones se realizan en cada planta en base al siguiente calendario: MITE – UPM 2011/2012 60 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Tabla 6.13 Calendario para aplicación de fertilizantes. (34) Cuando el guadual se ha convertido en un latizal, es decir la etapa en la cual ha evolucionado pero aún no contiene cañas con diámetros ni alturas debidamente desarrolladas es cuando se debe realizar la poda o aclareo en donde se cortan los tallos y ramas que estén totalmente secos a ras del primer o segundo nudo para evitar acumulaciones de agua que posteriormente pueden provocar hongos, este procedimiento se debe realizar cada 3 o 4 meses. De acuerdo a los inventarios forestales se ha determinado que por cada hectárea se producen 4000 tallos de los cuales solo 2500 son comerciales, y de ellos se pueden cosechar el 50%, para dentro de 18 o 24 meses cosechar el restante, debido a que se requiere que las guaduas se protejan entre sí, frente a la acción de los vientos. Estos tallos denominados comerciales tienen una longitud promedio de 12 metros y un diámetro que oscila entre 8 y 9 cm, una vez que se hayan cortado deben permanecer apoyados junto al guadual por un tiempo aproximado de 3 semanas para posteriormente colocarlos horizontalmente y limpiarlo de sus ramas y hojas, de tal manera que quede la caña lista para el transporte hacia donde se realiza el proceso de preservado, para ello se ha tomado en cuenta una distancia ida y vuelta de 20 Km. Preservado y secado: este proceso puede iniciar una vez que la guadua tenga una humedad menor al 20%, la misma que ha alcanzado con un secado previo bajo cubierta, para ello se requiere una disolución de 1 kg de bórax y de 1 kg de ácido bórico por cada 50 litros de agua, previamente las cañas se perforan con una punta metálica en su tabique central o para no debilitarlo se MITE – UPM 2011/2012 61 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. recomienda que la perforación se haga en pares junto a cada nudo; aunque investigaciones realizadas en la Universidad de Pereira muestran que la disminución de la resistencia por la perforación en el tabique es de apenas el 2%; una vez sumergida en la mezcla ésta se absorbe por las perforaciones, , el proceso debe cumplirse durante 8 días. Este proceso se realiza para evitar la aparición de hongos y el ataque de los insectos. Figura 6.12 Piscinas de preservación para la caña guadua Figura 6.13 Perforaciones realizadas en el tabique central Las maderas que usan este tipo de preservación añaden una ventaja ignífuga debido a la presencia de bórax. El proceso de secado se hace al aire libre, inclinando las cañas hasta que lleguen a una humedad inferior al 15%. MITE – UPM 2011/2012 62 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Transporte: Para el transporte hacia la obra se ha tomado en cuenta una distancia de 200 km ida y vuelta. Lo indicado anteriormente se muestra en flujos de entrada y de salida a continuación, cabe destacar que en este caso no existen bases de datos que representen los procesos pero si los elementos, por lo que los datos que se muestran corresponden a los que se introducen en el software, es decir que las emisiones y energía en conjunto para cada proceso caso han sido calculados por el programa y se pueden observar posteriormente en el capítulo correspondiente a resultados. Tabla 6.14 Procesos para guadua con uso estructural. En el modelo que se ha realizado en el software se ha desestimado el CO2 capturado en el momento del cultivo, de tal manera que en los resultados se pueda observar las emisiones provocadas únicamente. Para la guadua que será utilizada como base para la cubierta se deberán añadir los siguientes procesos que se han inventariado de acuerdo a la siguiente figura, los mismos que corresponden al latillado y nueva preservación de la caña. MITE – UPM 2011/2012 63 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Tabla 6.15 Procesos para guadua base para cubierta El proceso de latillado se ha considerado mediante maquinaria especializada sin embargo, el mismo proceso se puede realizar manualmente como se ve enl la siguiente fotografía. Figura 6.14 Latillado manual de la caña guadua En este sistema constructivo además se ha tomado en cuenta la teja de material cerámico, los datos de entrada y salida para este material se han tomado del estudio correspondiente a AITEMIN(25), para que el software calcule en base a la materia prima utilizada, las emisiones correspondientes. Tabla 6.16 Procesos para obtención de material cerámico MITE – UPM 2011/2012 64 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Transporte: Para el transporte hacia la obra de la teja cerámica se ha tomado en cuenta una distancia de 100 km. ida y vuelta. Puesta en obra: La energía que se consume para el armado de la estructura de caña es la correspondiente al equipo corte y perforación de la misma para la colocación de pernos, en base a los rendimientos se ha calculado que se requiere de 0.60 MJ por cada metro lineal de caña instalado y para la cubierta 2.40 MJ por m2 instalado. Figura 6.15 Tipo de estructura propuesta Figura 6.16 Sistema de cubierta propuesto. Figura 6.17 Prototipo de construcción en guadua. MITE – UPM 2011/2012 65 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. La estructura que se observa en la figura, es un prototipo de estructura en caña guadua que ha sido construida por la empresa importadora española Bambusa. Al igual que el acero, se observa que es posible proyectar y construir pórticos con luces mayores a las admitidas normalmente en el hormigón. El sistema de cubierta está conformado por esterilla de caña guadua sobre la cual se ha colocado la teja cerámica de manera convencional, además de la funcionalidad de este tipo de estructuras también tiene un aporte paisajístico que en el caso de viviendas es muy apreciado. El modelo que se ha realizado para el software corresponde al siguiente gráfico: Figura 6.18 Modelo: Estructura caña guadua MITE – UPM 2011/2012 66 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. En este sistema constructivo el reciclaje es un tema de gran importancia, debido a que el total del material de caña guadua se puede reciclar y ser usado en generación de energía, aportando así una doble ventaja para el medio ambiente, la vida útil de este tipo de construcciones depende en gran parte del cuidado y mantenimiento que se requiere para el material, el mismo que se puede hacer con sustancias naturales. En cuanto a la teja también puede ser reutilizada mediante procesos especializados para la producción de nuevos productos cerámicos. MITE – UPM 2011/2012 67 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 6.3 Evaluación del impacto (Resultados obtenidos) 6.3.1. Primera alternativa, hormigón armado Se han estudiado los resultados conseguidos, en base al modelo generado por las siguientes etapas. - Obtención de materias primas (procesos previos de fabricación) - Transporte - Puesta en obra El análisis como se ha mencionado en el alcance del estudio se ha centrado en las emisiones que se emiten al aire (Kg de CO2 equivalente) y la energía consumida en los procesos analizados. Así se han obtenido los siguientes resultados: ETAPA ENERGÍA (MJ) EMISIONES DE CO2 (Kg de CO2 equivalentes) HORMIGÓN PREMEZCLADO 18,467.80 3,463.10 ACERO DE REFUERZO 18,400.00 1,690.00 2,640.34 515.36 TRANSPORTE 597.00 39.44 PUESTA EN OBRA 299.00 16.80 40,404.14 5,724.71 MORTERO TOTAL Tabla 6.17 Resultados obtenidos en sistema constructivo de Hormigón Armado Gráficamente los resultados muestran cuales son las materias primas o procesos que tienen mayor incidencia tanto en energía como en emisiones al aire. Primeramente se analizan los resultados correspondientes a la energía utilizada: MITE – UPM 2011/2012 68 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 6.19 Energía (MJ) empleada en el sistema constructivo de HA. Figura 6.20 Energía (MJ) resultados porcentuales del sistema constructivo de HA. De forma general en la primera alternativa se puede observar que tanto el hormigón como el acero de refuerzo tienen un aporte similar del 46 % en cuanto a la energía que se consume en el proceso de obtención de éstas materias primas, con respecto al total de la energía consumida en la construcción de la vivienda en estudio; así también se observa que el mortero tiene una menor aporte 6% debido a la cantidad de material que fue necesario aplicar en el contexto general de esta alternativa. A continuación se muestra el mismo análisis pero con respecto a las emisiones de CO2 generadas en este proceso constructivo. MITE – UPM 2011/2012 69 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 6.21 Emisiones de CO2 generadas (Kg de CO2 equivalentes) Figura 6.22 Emisiones de CO2 generadas resultados porcentuales Tal como se puede observar, en este caso el hormigón premezclado es el que predomina con un 60% del total de emisiones, seguido por el acero de refuerzo que provoca el 30% de las mismas; en el caso del mortero su aporte corresponde como se indicó antes, a la cantidad de material utilizado en el contexto general de la vivienda. Así mismo tanto el transporte como el proceso de puesta en obra de estas materias primas no representa un valor incidente en el resultado final. Debido al impacto mostrado por las materias primas, es necesario la observación y análisis de la composición de cada uno de los procesos de obtención de las mismas, siendo el caso del hormigón y el mortero los que se pueden desglosar ya que a su vez tienen otras composiciones, mientras que en el caso del acero de refuerzo su única composición es el mismo acero. A continuación se observa tanto en valores como en forma porcentual la incidencia de cada materia prima y proceso del hormigón premezclado. MITE – UPM 2011/2012 70 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. El análisis corresponde primeramente a la energía utilizada: Figura 6.23 Energía utilizada en la composición del hormigón premezclado (MJ) Figura 6.24 Energía utilizada en alternativa de hormigón premezclado (%) Se observa claramente que el cemento con un 81 %, es el principal consumidor de energía en su proceso de obtención, por lo que de forma general sería importante concentrar esfuerzos para disminuir esta energía. El mismo análisis se ha realizado para las emisiones de CO2 que se generan, obteniendo los siguientes resultados. Figura 6.25 Emisiones de CO2 generadas en el hormigón premezclado (Kg CO2 ) MITE – UPM 2011/2012 71 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 6.26 Emisiones de CO2 generadas en el hormigón premezclado (%) De acuerdo a éstos resultados es claro que el cemento es el principal generador de emisiones atmosféricas ya que representa el 94% de las que se han obtenido en el proceso estudiado. En cuanto al mortero tenemos los siguientes resultados en materia de energía utilizada: Figura 6.27 Energía utilizada en la composición del mortero (MJ) Figura 6.28 Energía utilizada en la composición del mortero (%) MITE – UPM 2011/2012 72 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. De forma similar al hormigón premezclado, el cemento con un 86% es el principal consumidor de energía en su proceso de producción, a continuación se observa lo sucedido en cuanto a las emisiones de CO2. Figura 6.29 Emisiones de CO2 generadas en el hormigón mortero (Kg de CO2) Figura 6.30 Emisiones de CO2 generadas en el hormigón mortero (%) Igual que en el caso anterior correspondiente al hormigón, se muestra que el cemento es el principal emisor de CO2 con un 95% del total que se genera con este material de construcción. De forma general en el sistema constructivo de hormigón armado, se verifica que tanto el cemento como el acero de refuerzo son los principales generadores de impacto en esta alternativa constructiva. Además también se puede concluir, al observar los resultados que tanto el transporte como el proceso de puesta en obra no son relevantes en los impactos que se estudian. MITE – UPM 2011/2012 73 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 6.3.2. Segunda alternativa, estructura metálica. Para esta alternativa se han analizado los resultados obtenidos en el modelo, el mismo que comprende las siguientes etapas: - Obtención de materias primas (procesamiento del acero) - Transporte - Puesta en obra ETAPA ENERGÍA (MJ) EMISIONES DE CO2 (Kg de CO2 equivalentes) ACERO ESTRUCTURAL 23,100.00 1,770.00 LÁMINAS METÁLICAS 8,950.00 814.00 PINTURA 1,300.00 86.50 TRANSPORTE 144.80 9.58 PUESTA EN OBRA 972.00 54.60 34,466.80 2,734.68 TOTAL Tabla 6.18 Resultados obtenidos en sistema constructivo metálico. Este proceso constructivo se basa en el acero, diferenciando su proceso primero como perfiles de acero para la parte estructural y posteriormente como lámina metálica galvanizada para la cubierta, la pintura considerada es anticorrosiva y corresponde al terminado de la estructura metálica ya que ésta no se ha considerado galvanizada. En base a los números se han realizado los siguientes gráficos que muestran claramente la importancia de cada uno de los materiales y procesos en el proceso general de esta alternativa. Inicialmente se analiza la energía utilizada para este proceso constructivo tal como lo muestra el siguiente gráfico. MITE – UPM 2011/2012 74 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 6.31 Energía utilizada en el proceso constructivo metálico (MJ) Figura 6.32 Energía utilizada en el proceso constructivo metálico (%) Los resultados obtenidos muestran que el mayor peso recae en la obtención del acero estructural con 23,100.00 MJ que representan el 67% del total de esta alternativa, sin embargo, si se toma en cuenta que la relación de peso existente entre el acero estructural y el de las láminas metálicas que se han utilizado en este proceso constructivo es aproximadamente de 5:1; se concluye que el acero galvanizado consume el doble de energía que el acero de los perfiles sin galvanizar, aún cuando se tome en cuenta la pintura como parte de la estructura, el valor proporcional sigue siendo menor. Además se observa que el transporte no es representativo, y el proceso de puesta en obra alcanza un 3% del total, éste dato se tomará en cuenta para la comparación objeto del estudio. A continuación se observa un análisis similar con respecto a las emisiones que se han generado en esta alternativa. MITE – UPM 2011/2012 75 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 6.33 Emisiones de CO2 en el proceso constructivo de acero (Kg de CO2) Figura 6.34 Emisiones de CO2 en el proceso constructivo metálico (%) Con respecto a las emisiones al aire que se han generado en este sistema constructivo, se puede concluir; de la misma manera que en el caso anterior que en base a la proporcionalidad de peso, el acero galvanizado emite el doble de Kg. de CO2 que el acero estructural, por otro lado, el transporte debido a que la distancia recorrida no es significativa, no aporta mayormente a ninguno de los dos impactos analizados, el proceso de puesta en obra ha producido un 2% de emisiones, que está dentro de los parámetros que otros autores han citado para ello. MITE – UPM 2011/2012 76 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 6.3.3. Tercera alternativa: estructura caña guadua- teja cerámica. En esta fase se analizan los resultados que se han obtenido una vez que se ha modelado las fases en estudio: - Obtención de materias primas - Transporte - Puesta en obra Los resultados obtenidos en esta alternativa se muestran a continuación: ETAPA CAÑA ESTRUCTURAL ENERGÍA (MJ) EMISIONES DE CO2 (Kg de CO2 equivalentes) 925.00 63.00 CAÑA PARA CUBIERTA 4,980.00 299.00 TEJA 2,120.00 826.00 MORTERO 1,250.00 243.00 981.00 61.10 1,390.00 77.90 11,646.00 1,570.00 TRANSPORTE PUESTA EN OBRA TOTAL Tabla 6.19 Resultados obtenidos en sistema constructivo guadua-teja Con el fin de visualizar de mejor manera los valores obtenidos se muestran los gráficos correspondientes al uso de energía en este sistema constructivo: Figura 6.35 Energía utilizada en sistema constructivo guadua-teja (MJ) MITE – UPM 2011/2012 77 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 6.36 Energía utilizada en sistema constructivo guadua-teja (%) En este sistema constructivo se observa que la caña guadua representa el 51% del total del consumo energético de esta solución, mientras que los materiales complementarios como la teja utilizan el 18% y el mortero el 11%, los procesos de transporte y puesta en obra suman en conjunto un 20%, en valores brutos el sistema constructivo utiliza 11,646.00 MJ, más adelante se cotejará este dato con el de otras alternativas constructivas. En los siguientes gráficos se resumen las emisiones de CO2 con el fin de analizar los resultados obtenidos. Figura 6.37 Emisiones de CO2 en sistema constructivo guadua-teja (Kg CO2) MITE – UPM 2011/2012 78 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 6.38 Emisiones de CO2 en sistema constructivo guadua-teja (%) En lo referente a las emisiones en el aire se ha observado que la teja cerámica es el material que emite la mayor parte de dióxido de carbono con un 53%, el mortero representa un 15% de las emisiones generales y los procesos de transporte y puesta en obra en conjunto representan el 9%, sin embargo, si se analiza únicamente la guadua que es el material objeto del presente estudio, se visualiza que representa el 23% del total de esta alternativa, cabe destacar que en el modelo utilizado para este reporte no se ha incluido el dióxido de carbono que permanece capturado en las cañas desde el momento de su cultivo el mismo que representaría en la cantidad de material utilizado, 580 Kg de CO2, que disminuirían aún más, el impacto que provoca este sistema constructivo. MITE – UPM 2011/2012 79 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 6.4. Interpretación En este acápite se ha realizado un análisis comparativo con el fin de que sirva de herramienta para hallar conclusiones y recomendaciones, el objetivo y alcance del estudio ha señalado la importancia de este balance entre los sistemas constructivos propuestos para una misma unidad de vivienda o unidad funcional, el mismo que se ha elaborado en base a los resultados obtenidos y mostrados por separado anteriormente. 6.4.1. Comparación entre sistemas constructivos El objetivo y alcance del estudio ha marcado como límites para el análisis las etapas de: - Obtención de materias primas - Transporte - Puesta en obra En la entrega de resultados del capítulo anterior se ha distinguido claramente que la obtención de materias primas es la principal causante de los impactos que se analizan ya que en ella se han incluido los procesos de producción de las mismas, sin embargo, en el balance que se ha realizado se han tomado en cuenta por separado todos y cada una de las etapas del ciclo de vida plasmadas en cada sistema constructivo propuesto para la construcción de la vivienda de 48 metros cuadrados. Con respecto a la obtención de materias primas se han obtenido los siguientes valores: SISTEMA CONSTRUCTIVO HORMIGÓN ARMADO ESTRUCTURA METÁLICA CAÑA GUADUA-TEJA ENERGÍA (MJ) EMISIONES AL AIRE (Kg de CO2 equivalentes) 39,508.14 33,350.00 9,275.00 5,668.46 2,670.50 1,431.00 Tabla 6.20 Comparativo de impactos en la etapa de obtención de materias primas MITE – UPM 2011/2012 80 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 6.39 Energía consumida en la obtención de materias primas. Figura 6.40 Emisiones generadas en la obtención de materias primas. En cuanto a los valores obtenidos de energía consumida se ha determinado que el sistema constructivo de acero respecto al de hormigón armado utiliza el 84.44 % es decir que es similar, mientras que el sistema guadua-teja representa apenas el 23.48% del mismo, si se toma en cuenta que el peso del acero es representativamente menor que el hormigón se observa que la energía que se ha consumido en la obtención de materia prima es similar, en función de la equivalencia planteada para la unidad funcional que se ha estudiado, mientras que la guadua no requiere de procesos altamente tecnificados por lo que la energía consumida es significativamente menor. MITE – UPM 2011/2012 81 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. En lo que se refiere a las emisiones generadas hacia el aire la relación es de 47.11% para el acero y 25.24% para la guadua en relación a la alternativa de hormigón armado, entre ellas la alternativa de caña guadua representa un 53.60 % frente al acero. Si se compara la ventaja ambiental se mencionaría el uso de la estructura metálica como una opción más amigable con el medio ambiente en relación al hormigón armado, pero el sistema constructivo de caña guadua-teja es significativamente superior en cuanto al balance medio ambiental entre las tres alternativas y mucho más si se evalúa el total de CO2 capturado durante el cultivo, el mismo que no ha sido tomado en cuenta para determinar primeramente la ventaja de uso como material constructivo. En la etapa de transporte hacia el sitio de la obra se han obtenido los resultados que prosiguen: SISTEMA CONSTRUCTIVO HORMIGÓN ARMADO ESTRUCTURA METÁLICA CAÑA GUADUA-TEJA ENERGÍA (MJ) EMISIONES AL AIRE (Kg de CO2 equivalentes) 597.00 144.80 981.00 39.44 9.58 61.10 Tabla 6.21 Etapa de transporte por sistema constructivo Los reportes indican que la diferencia en esta etapa corresponde a la distancia recorrida en cada caso para el transporte de materiales y en su peso, para el hormigón el transporte desde las minas, y en el caso de la caña guadua la distancia desde y hacia los cultivos que suele ser muy extensa y en ocasiones sobre terrenos que no están habilitados lo que se refleja directamente en el consumo de combustible, y lo que a su vez deriva en que los valores obtenidos tanto para el consumo energético como para las emisiones generadas se eleven, en la segunda alternativa estos impactos están tomados en cuenta dentro de inventario que se ha obtenido de las bases de datos correspondientes. MITE – UPM 2011/2012 82 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. SISTEMA CONSTRUCTIVO ENERGÍA (MJ) EMISIONES AL AIRE (Kg de CO2 equivalentes) 299.00 972.00 1,390.00 16.80 54.60 77.90 HORMIGÓN ARMADO ESTRUCTURA METÁLICA CAÑA GUADUA-TEJA Tabla 6.22 Etapa de puesta en obra por cada sistema constructivo En la puesta en obra se vislumbra lo contrario ya que la primera alternativa ha desgastado la mayor parte de la energía en la producción del hormigón en planta y en obra solo requiere su colocación, la misma que no genera mayor impacto, mientras tanto la estructura metálica y la de guadua requieren de energía, que a su vez provoca emisiones al aire, en el tratamiento de uniones y al erigir la vivienda, sin embargo, los valores que se manejan en esta etapa no son significativos con respecto a las otras etapas, excepto en el sistema guadua-teja en el que si son representativos ya que los valores de forma general son bajos. El uso de la caña guadua también podría ser compatible con el uso de láminas metálicas como cubierta, por lo que a continuación se presenta una comparación entre los materiales destinados a este objeto ya que se ha considerado que son comparables debido a que en cada caso han abarcado la misma superficie, es decir han sido equivalentes en sus funciones. SISTEMA CONSTRUCTIVO LAMINAS METÁLICAS CAÑA GUADUA-TEJA ENERGÍA (MJ) EMISIONES AL AIRE (Kg de CO2 equivalentes) 8,950.00 7,100.00 814.00 1,125.00 Tabla 6.23 Impactos generados por sistemas de cubierta Tal como reflejan los resultados, el sistema de caña guadua-teja emite más Kg de CO2 hacia el aire, sin embargo, en su mayoría se debe al uso de la teja mas no de la caña, en cuanto a la energía utilizada la del acero sigue siendo mayor debido a su proceso de producción y como se mencionó antes en gran parte por el proceso de galvanizado. MITE – UPM 2011/2012 83 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Finalmente se han cotejado los resultados generales, con el fin de comparar los sistemas constructivos en la construcción de la unidad funcional planteada. SISTEMA CONSTRUCTIVO HORMIGÓN ARMADO ESTRUCTURA METÁLICA CAÑA GUADUA-TEJA ENERGÍA (MJ) EMISIONES AL AIRE (Kg de CO2 equivalentes) 40,404.14 34,466.80 11,646.00 5,724.71 2,734.68 1,570.00 Tabla 6.24 Impactos generados por sistemas constructivos propuestos. Figura 6.41 Energía utilizada por cada sistema constructivo Figura 6.42 Emisiones al aire generadas por cada sistema constructivo MITE – UPM 2011/2012 84 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. El sistema constructivo de caña guadua-teja representa en términos de energía utilizada, el 28.80% de su similar de hormigón armado y el 33.80% frente a la estructura metálica, en ambos casos representa una amplia ventaja ambiental, ya que la energía utilizada por el sistema caña-teja es aproximadamente 1/3 frente a las otras alternativas. En cuanto a las emisiones que se han generado representan el 27.42% frente a las del hormigón armado y 57.41% en comparación con el acero, cabe recalcar que en el sistema mixto, la teja cerámica tiene gran responsabilidad en su comportamiento ambiental. MITE – UPM 2011/2012 85 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES - La ventaja de uso de la caña guadua ha quedado demostrada en resultados numéricos, a partir de los cuales se ha podido determinar que la energía consumida en la construcción de tres viviendas en este sistema constructivo, equivalen a la utilizada en apenas una unidad en sistemas constructivos tradicionales como el hormigón armado y el acero. - Las emisiones generadas por el hormigón armado y el acero representan 3.60 y 1.74 veces respectivamente a las ocasionadas por el sistema constructivo de caña guadua y teja cerámica. - El cultivo de la caña guadua así como de cualquier madera es un aporte importante a la atmósfera por la captura de CO2, sin embargo, la guadua tiene ventaja debido a su rápido crecimiento y maduración, lo que provoca que ese carbono atrapado se conserve así en cada uno de sus usos. - La ventaja de la guadua como material de construcción, aún sin tomar en cuenta este factor de captura de CO2 es superior a las otras alternativas planteadas. - El sistema constructivo estudiado podría reducir aún más el impacto ocasionado, si se consigue la sustitución de la teja cerámica por otro material más noble en el campo medioambiental. - En cuanto al acero se ha observado que el proceso de galvanizado genera aproximadamente el doble de emisiones al aire y consumo de energía, por lo que sería recomendable en los casos en los que sea posible usar únicamente una pintura anticorrosiva. - En base a los múltiples estudios existentes se recomienda el uso de este material como base estructural de cualquier edificación, sin embargo, en miras a MITE – UPM 2011/2012 un futuro sostenible se deben realizar los estudios 86 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. correspondientes para emitir códigos que permitan su uso en base a ciertos parámetros que pueden explotar de mejor manera su potencial. - En la actualidad la construcción masiva se realiza en el sistema de hormigón armado por lo que con una visión medioambiental se debe investigar la manera de mitigar los impactos provocados por la producción de cemento que es en base a los resultados obtenidos la principal fuente de emisiones al aire, así como de consumo de energía. - Para mitigar el efecto de consumo de energía a nivel de todos los procesos constructivos se recomienda el uso de energías renovables. - El tiempo utilizado para el montaje de la vivienda en los sistemas de acero y caña guadua es similar, lo cual aporta otra ventaja frente al hormigón armado. - La vivienda proyectada es de interés social lo que significa que se construiría de forma masiva, esto a su vez implica que el ahorro energético y protección al aire sería mucho mayor a nivel global. MITE – UPM 2011/2012 87 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 8. FUTURAS LINEAS DE INVESTIGACIÓN Con un estudio de investigación como el que se ha realizado, se han logrado despejar dudas e incógnitas con respecto a la caña guadua, sin embargo, a medida del avance que ha ido teniendo el mismo, han ido surgiendo nuevas ideas y temas en los que se podría trabajar en el campo de la construcción en general, ya que un aporte interesante es el que se ha conseguido al estudiar las otras alternativas que son las que comúnmente se utilizan en el sector, a continuación se presentan algunas de éstas alternativas: - Análisis de las debilidades de la caña guadua, ensayos de respuesta ante fuego y propuestas de mejora al respecto. - Industrialización de los procesos a fin de generar nuevos productos en base al bambú, sin alterar en gran medida sus propiedades ambientales. - Reducción de la energía consumida y emisiones generadas por el cemento ya que éste producto es básico en la construcción, pero al mismo tiempo es uno de los más contaminantes. - Análisis del proceso de galvanización del acero con el fin de generar menor impacto al medio ambiente. - Uso masivo de energías renovables en cada proceso y sistema constructivo. - Reforestación de bosques, en base a cultivos de bambú, que al mismo tiempo puedan producir elementos de construcción o decoración, así como la generación de biomasa. - Estudio de estructuras existentes de bambú, para determinar su eficiencia como material estructural y ambiental, así como para establecer un mecanismo para alargar su vida útil. - Comparación de estudios existentes a lo largo del mundo con respecto a la resistencia estructural de la caña guadua. MITE – UPM 2011/2012 88 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 9. BIBLIOGRAFÍA [1] Acosta D, CILENTO A. Edificaciones sostenibles: estrategias de investigación y desarrollo. Tecnología y Construcción 2005:1. [2] Alavedra P, Domínguez J, Gonzalo E, Serra J. La construcción sostenible: el estado de la cuestión. Informes de la Construcción 1997;49:41-7. [3] Alías HMJ, José G. Aplicación simplificada de “ACV” a muros de madera forestal en comparación con muros de mampostería de la envolvente de viviendas de interés social. . [4] Arena A, Mitchell J, Cricyt VI. Evaluación ambiental y económica de materiales mampuestos alternativos PROPUESTOS en una vivienda social rural. 2001;28. [5] Argüello Méndez TR, Cuchí Burgos A. Análisis del impacto ambiental asociado a los materiales de construcción empleados en las viviendas de bajo coste del programa 10 x10 Con Techo-Chiapas del CYTED. Informes de la Construcción 2008;60:25-34. [6] Argüello Méndez TR, Cuchí Burgos A. Análisis del impacto ambiental asociado a los materiales de construcción empleados en las viviendas de bajo coste del programa 10 x10 Con Techo-Chiapas del CYTED. Informes de la Construcción 2008;60:25-34. [7] Candelaria VRO. Perspectivas del bambú para la construcción en México. Madera y Bosques 1999:3-12. [8] Carlos CJ. SILVICULTURA, CRECIMIENTO Y PRODUCTIVIDAD DE LA Guadua angustifolia Kunth EN EL EJE CAFETERO DE COLOMBIA. 8, 9 y 10 de Diciembre del 2005 Xalapa de Enríquez Veracuz de Ignacio de la Llave México. [9] Clementes RB. Guía completa de las normas ISO 14000. : Barcelona, 1997. MITE – UPM 2011/2012 89 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. [10] Cobo C. Edificios de Hierba. Ecuador, Terra Incógnita 2008;56. [11] Gervásio H. La sustentabilidad del acero y las estructuras metálicas. [12] Gnanaharan R, Janssen J, Arce O. Bending Strength of Guadua Bamboo 1995. [13] Hidalgo Trujillo P. Documentación de la fase de planificación de un sistema de gestion ambiental con base en el análisis del ciclo de vida del bambú como materia prima en la central madrera de andoas (CEMA) del Gobierno de la provincia de Pichincha. Facultad de Ingeniería Geográfica y del Medio Ambiente. ESPE. Sede Sangolquí 2007. [14] Kamruzzaman M, Saha S, Bose A, Islam M. Effects of age and height on physical and mechanical properties of bamboo. J Trop For Sci 2008;20:211-7. [15] Klees DR, Coccato CA. Ciclo de vida sostenible de los materiales de construcción.-1º Etapa. [16] Lamana NR, Aja AH. Análisis del ciclo de vida. 2010. [17] Londoño X. Distribución, morfología, taxonomía, anatomía, silvicultura y usos de los bambúes del nuevo mundo. Cátedra Maestria en Construccion.Módulo Guadua, Arquitectura, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia 2002. [18] Londoño X, Camayo GC, Riaño NM, López Y. CARACTERIZACION ANATOMICA DEL CULMO DE Guadua angustifolia Kunth (Poaceae: Bambusoideae). [19] Luna P, Takeuchi C, Granados G, Lamus F, Lozano J. Metodología de diseño de estructuras en guadua angustifolia como material estructural por el método de esfuerzos admisibles. Revista Educación en Ingeniería 2011;6:6675. [20] Medina Romero L. Anàlisi de la viabilitat econòmica i de la sostenibilitat de l'ús d'armadures corrugades d'acer inoxidable en elements de formigó armat MITE – UPM 2011/2012 90 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. sotmesos a classes generals d'exposició agressives. Aplicació als elements en contacte amb aigües residuals agressives. Universitat Politècnica de Catalunya 2006. [21] Ramírez A. La construcción sostenible. Física y sociedad 2002;13:30-3. [22] Rodríguez N, Dill W, Bidegaray P, Botero R. Utilización del Bambú (Guadua angustifolia Kunth)(BAMBUSOIDEAE: GRAMINEAE), como una Alternativo Sostenible de Construcción de Viviendas en la Zona Atlántica de Costa Rica. Revista de la Universidad EARTH, Tierra Tropical.Pág:77-85. [23] Salas Delgado E. Actualidad y futuro de la arquitectura de bambú en Colombia. 2006. [24] Salcedo L. Elementos para la caracterización mecánica de la guadua angustifolia Kunth. [25] Sánchez JO, de Toledo DCT, Lorenzo AAP, Rubio RD. Consideraciones sobre el análisis del ciclo de vida y aspectos medioambientales de los productos cerámicos para la construcción. [26] Valero SW, Reyes E, Contreras W. Estudio de las propiedades físicas y mecánicas del bambú (bambusa vulgaris), de tres años de edad y proveniente de las plantaciones ubicadas en la ribera de la margen derecha del río Chama, municipio francisco Javier pulgar, estado Zulia, Venezuela. Estudio de las Propiedades Físicas y Mecánicas del Bambú (Bambusa Vulgaris), de Tres Años de Edad y Proveniente de las Plantaciones Ubicadas en la Ribera de la Margen Derecha del Río Chama 2005. [27] Vázquez Espí M. Construcción e impacto sobre el ambiente: el caso de la tierra y otros materiales. Informes de la Construcción 2001;52:29-43. [28] Villegas M. Guadua: arquitectura y diseño. : Villegas Asociados, 2005. [29] Sánchez de Sancha JA, URCELAY GORDOBIL C, GUEDE VAZQUEZ E. Desarrollo de estrategias de obtencion de cemento a partir de los residuos de construccion y demolicion. Hormigon y Acero 2004. MITE – UPM 2011/2012 91 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. GUÍAS, MANUALES Y NORMATIVAS [30] Instituto Español del Cemento y sus aplicaciones, “Guía técnica de Edificaciones con contorno de hormigón”, Enero de 2012. [31] Real Decreto 2661, “Instrucción de Hormigón Estructural EHE”, 1998. [32] Ministerio del medio ambiente y Salud, “Guía de construcción sostenible”, 2005. [33] Ministerio de Vivienda Construcción y Saneamiento, Norma E.100: Construcción de viviendas en Bambú. PAGINAS WEB [34] http://web.catie.ac.cr/guadua/silvi.htm, Proyecto Bambú, [35] http://www.idemat.nl/ Bases de datos IDEMAT [36] http://www.conbam.info/pagesES/basics.html, Construir con Bambú “Guadua angustifolia” [37] http://www.inbar.int/, International Network for Bamboo and Rattan [38] http://www.bambuguaduapremier.com/, Bambú Guadua Premier SOFTWARE GaBi Education Software. Versión 4.4 MITE – UPM 2011/2012 92 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 10. ANEXOS Proyección de la vivienda en sistemas constructivos tradicionales Hormigón armado: MITE – UPM 2011/2012 93 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Acero: MITE – UPM 2011/2012 94 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. MITE – UPM 2011/2012 95 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 11. INDICE DE TABLAS Tabla 3.1 Comparación de características físico-mecánicas ........................................ 24 Tabla 3.2 Esfuerzos admisibles en el proyecto de normativa Peruana. ..................... 26 Tabla 3.3 Impacto de los principales materiales de construcción (Simapro.)............. 35 Tabla 6.1 Resumen de materiales utilizados en cada alternativa ................................ 46 Tabla 6.2 Materia prima para producción de 1 Tn. de cemento. .................................. 48 Tabla 6.3 Energía utilizada en producción de 1 Tn. de cemento. ................................ 49 Tabla 6.4 Salidas del proceso de elaboración del cemento .......................................... 50 Tabla 6.5 Flujo de entrada y salida en extracción en mina de arena........................... 50 Tabla 6.6 Flujo de entrada y salida para la extracción en mina de grava ................... 51 Tabla 6.7 Flujo de entrada y salida para la producción de hormigón. ......................... 51 Tabla 6.8 Flujo de entradas y salidas para la producción de hormigón. ..................... 52 Tabla 6.9 Distancia de transporte i/v hacia la planta de hormigón............................... 52 Tabla 6.10 Flujo de entrada y salida para la producción de acero ............................... 54 Tabla 6.11 Flujo de entrada y salida para la producción de perfiles de acero .......... 56 Tabla 6.12 Flujo de entradas y salidas de laminas metálicas galvanizadas ............... 57 Tabla 6.13 Calendario para aplicación de fertilizantes. (34) ............................................ 61 Tabla 6.14 Procesos para guadua con uso estructural. ................................................ 63 Tabla 6.15 Procesos para guadua base para cubierta................................................... 64 Tabla 6.16 Procesos para obtención de material cerámico........................................... 64 Tabla 6.17 Resultados obtenidos en sistema constructivo de Hormigón Armado..... 68 Tabla 6.18 Resultados obtenidos en sistema constructivo metálico. ........................... 74 Tabla 6.19 Resultados obtenidos en sistema constructivo guadua-teja...................... 77 Tabla 6.20 Comparativo de impactos en la etapa de obtención de materias primas 80 Tabla 6.21 Etapa de transporte por sistema constructivo .............................................. 82 Tabla 6.22 Etapa de puesta en obra por cada sistema constructivo ........................... 83 Tabla 6.23 Impactos generados por sistemas de cubierta ............................................ 83 Tabla 6.24 Impactos generados por sistemas constructivos propuestos.................... 84 MITE – UPM 2011/2012 96 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. 12. INDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Viviendas precarias, construidas con caña guadua .................................... 10 Figura 1.2 Forma y textura de la caña guadua ............................................................... 10 Figura 1.3 Zonas de crecimiento de bambú. .................................................................. 11 Figura 1.4 Manejo adecuado de la caña guadua. .......................................................... 11 Figura 1.5 Esquema de un guadual. ............................................................................... 16 Figura 1.6 Partición de caña guadua. ............................................................................... 16 Figura 1.7 Ciclo de vida de un material. ........................................................................... 18 Figura 3.1 Esquema de relleno en entrenudos para uniones. ...................................... 22 Figura 3.2 Unión de hormigón y guadua en sistema mixto ........................................... 22 Figura 3.3 Pabellón del Pensamiento, Expo-Hannover 2000....................................... 23 Figura 3.4 Primer hotel en China diseñado con materiales biodegradables. ............. 24 Figura 3.5 Variación del Módulo de Elasticidad por edad y altura del culmo............. 25 Figura 3.6 Edificación planeada en el marco del proyecto Bambhaus. ...................... 28 Figura 3.7 Edificio Bambú en Carabanchel – Madrid..................................................... 29 Figura 3.8 Catedral del Bambú, Bali-Indonesia .............................................................. 30 Figura 3.9 Green School, Bali – Indonesia ...................................................................... 30 Figura 3.10 Casa modelo Olón- Ecuador ......................................................................... 31 Figura 3.11 Consumo energético comparado. ................................................................ 36 Figura 4.1 Etapas del Análisis de Ciclo de Vida ............................................................. 39 Figura 5.1 Esquema de entradas y salidas...................................................................... 42 Figura 6.1 Ciclo de vida de los materiales de construcción .......................................... 44 Figura 6.2 Planta arquitectónica de la vivienda en estudio. .......................................... 47 Figura 6.3 Esquema de obtención del hormigón armado ............................................. 48 Figura 6.4 Porcentaje de aporte de recursos en la elaboración del cemento ............ 49 Figura 6.5 Modelo software GaBi- Producción de hormigón. ....................................... 53 Figura 6.6 Materia prima para obtención de acero de refuerzo. .................................. 54 Figura 6.7 Modelo: Estructura hormigón armado ........................................................... 55 Figura 6.8 Materia prima para obtención de perfiles de acero ..................................... 57 Figura 6.9 Modelo: Estructura metálica........................................................................... 58 Figura 6.10 Ciclo de vida de la caña guadua como material estructural .................... 59 MITE – UPM 2011/2012 97 Uso de la caña guadua como material de construcción: Evaluación medioambiental frente a sistemas constructivos tradicionales. Figura 6.11 Ciclo de vida de la caña guadua como base de cubierta ......................... 60 Figura 6.12 Piscinas de preservación para la caña guadua ......................................... 62 Figura 6.13 Perforaciones realizadas en el tabique central .......................................... 62 Figura 6.14 Latillado manual de la caña guadua ............................................................ 64 Figura 6.15 Tipo de estructura propuesta ........................................................................ 65 Figura 6.16 Sistema de cubierta propuesto. .................................................................... 65 Figura 6.17 Prototipo de construcción en guadua. ......................................................... 65 Figura 6.18 Modelo: Estructura caña guadua ................................................................. 66 Figura 6.19 Energía (MJ) empleada en el sistema constructivo de HA. ..................... 69 Figura 6.20 Energía (MJ) resultados porcentuales del sistema constructivo de HA. 69 Figura 6.21 Emisiones de CO2 generadas (Kg de CO2 equivalentes) ......................... 70 Figura 6.22 Emisiones de CO2 generadas resultados porcentuales ........................... 70 Figura 6.23 Energía utilizada en la composición del hormigón premezclado (MJ) ... 71 Figura 6.24 Energía utilizada en alternativa de hormigón premezclado (%) .............. 71 Figura 6.25 Emisiones de CO2 generadas en el hormigón premezclado (Kg CO2 ) . 71 Figura 6.26 Emisiones de CO2 generadas en el hormigón premezclado (%) ............ 72 Figura 6.27 Energía utilizada en la composición del mortero (MJ) .............................. 72 Figura 6.28 Energía utilizada en la composición del mortero (%) ................................ 72 Figura 6.29 Emisiones de CO2 generadas en el hormigón mortero (Kg de CO2) ...... 73 Figura 6.30 Emisiones de CO2 generadas en el hormigón mortero (%) ..................... 73 Figura 6.31 Energía utilizada en el proceso constructivo metálico (MJ) ..................... 75 Figura 6.32 Energía utilizada en el proceso constructivo metálico (%) ....................... 75 Figura 6.33 Emisiones de CO2 en el proceso constructivo de acero (Kg de CO2) .... 76 Figura 6.34 Emisiones de CO2 en el proceso constructivo metálico (%) .................... 76 Figura 6.35 Energía utilizada en sistema constructivo guadua-teja (MJ) ................... 77 Figura 6.36 Energía utilizada en sistema constructivo guadua-teja (%) ..................... 78 Figura 6.37 Emisiones de CO2 en sistema constructivo guadua-teja (Kg CO2)......... 78 Figura 6.38 Emisiones de CO2 en sistema constructivo guadua-teja (%) .................. 79 Figura 6.39 Energía consumida en la obtención de materias primas. ........................ 81 Figura 6.40 Emisiones generadas en la obtención de materias primas. .................... 81 Figura 6.41 Energía utilizada por cada sistema constructivo........................................ 84 Figura 6.42 Emisiones al aire generadas por cada sistema constructivo ................... 84 MITE – UPM 2011/2012 98