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Introducción
El contexto
En este artículo se presentan los resultados de la investigación Muro panel compuesto en guadua para vivienda, realizada como trabajo de grado, para optar por el título de Magister en Diseño Sostenible de la Universidad Católica de Colombia, adscrito en la llínea de Diseño y Tecnología. Proyecto que se realizó entre los años 2015 a 2017, y su objetivo principal fue desarrollar un modelo de muro panel compuesto elaborado a partir de materiales de origen natural renovable, como elemento envolvente o muro exterior para la vivienda en zona tropical cálida.
El continuo crecimiento de la población mundial y su demanda de vivienda, hace que su construcción sea un tema de investigación constante en la búsqueda de optimizar los materiales referidos a la resistencia, durabilidad, funcionalidad, economía, de bajo impacto ambiental y consumo energético en su ciclo de vida.
Reemplazar los materiales convencionales de la construcción de vivienda, por materiales naturales renovables como la guadua, en lugares donde existen cultivos y producción, significa dar una alternativa tangible de sostenibilidad social y económica, ya que su industrialización tendra beneficios como la generación de empleo y bajos costes de construcción habitacional ofreciendo confort interior.
La importancia de este árbol o gramínea en la construcción y la industria en Colombia es evidente y con futuro promisorio. Según afirman el ingeniero Edgar Giraldo (2003, p. 19) y Mejía, et., al. (2009) “En Colombia aproximadamente 100.000 personas derivan su sustento del aprovechamiento, manejo y comercialización de la Guadua laborables en la semana” además es una materia prima económica reconocida en el mundo por sus cualidades y bondades. Sus beneficios van desde su plantación como la mejor captadora de contaminantes de CO2, hasta su generación de oxígeno, rápido crecimiento, multiplicidad de aplicaciones desde la construcción, textilería, ornamentación y medicina.
Las Corporaciones Autónomas Regionales (CAR) son las entidades encargadas de velar por el cuidado y aprovechamiento de los recursos naturales por medio del Decreto Único Reglamentario del Sector Ambiente y Desarrollo Sostenible (Decreto 1076 de 2015) y el Estatuto Forestal de la región el cual reglamenta los aprovechamientos de ésta y de otras especies. En este caso la entidad reglamenta el manejo sostenible de la guadua desde sus plantaciones hasta la ejecución de proyectos que permitan su desarrollo con beneficio económico y social para las regiones, donde existe la mayor cantidad de plantaciones, llamado el eje Cafetero que comprende los departamentos de Caldas, Quindío y Risaralda, Tolima y Valle del Cauca (Mejía & Moreno, 2013).
De acuerdo a una visita de campo realizado a mediados de junio del año 2017, a las fábricas o industrias de Induguadua en la Tebaida y Armeideas en Guadua en Calarcá, localizadas en la zona cafetera, se pudo evidenciar que el porcentaje de residuos resultantes oscilaban entre un 30 a 40%, constatando que en la mayoría de los casos estos son utilizados como combustible para el proceso de secado de la misma guadua y/o la elaboración de carbón, produciendo gran cantidad de CO2 y contaminando aún más el ambiente. Por tal razón, es prioritario proponer, alternativas de utilización de los residuos que no contaminen y se aprovechen sus grandes cualidades, físicas, mecánicas y estéticas para una diversidad de usos.
La situación mundial por el cambio climático, la contaminación ambiental y el aumento de la población obliga a la búsqueda permanente de alternativas y/o soluciones más eficientes de sostenibilidad, vistas desde su proceso de producción, fabricación, utilización y reciclaje hasta la reducción de consumo energético, con la mínima producción de emisiones de CO2 y otros gases contaminantes.
El impacto ambiental y consumo energético de los materiales convencionales para la construcción como cemento, concreto, arcilla y PVC, el impacto ambiental y consumo energético, representa una de las grandes preocupaciones mundiales, lo que hace necesario repensar la arquitectura de la edificación volviendo a sus orígenes en el sector de la construcción, utilizando materiales locales con bajos costos energéticos y un mínimo impacto ambiental.
En la historia de Colombia los asentamientos informales de la población entorno a las ciudades principales, la guadua fue y es de presencia constante y representativa, siendo uno de los motivos que dio paso al despectivo término de madera de pobres (Colorado, s.f).
La idea generalizada que la guadua no ofrece seguridad para construcciones complejas y que su uso debía limitarse únicamente a viviendas de tipo popular caló de tal forma en los arquitectos e ingenieros, que durante años desconocieron testimonios históricos que hablaban de una tradición que se desarrolló desde finales del siglo XIX, en la que fue precisamente el bambú el material preferido para construir y contrarrestar los sismos que sacudían la región cafetera y otras zonas de similares condiciones en el país. (párr. 32).
Hoy por hoy se puede afirmar que estos antecedentes despertaron en profesionales, técnicos, investigadores y cultivadores una visión futurista de proyección hacia el aprovechamiento de este recurso natural, renovable y sostenible, que hace urgente su materialización de proyectos puntuales.
La investigación se enfocó en el aprovechamiento del bambú guadua, el cual crece en condiciones específicas climáticas tropicales de temperatura cálida templada, donde Colombia hace parte de manera representativa. Es utilizada en la construcción por sus óptimas propiedades físicas y técnicas, tanto que desde la época prehispánica (con la especie nativa “La guadua Angustifolia”), fue protagonista en la construcción de la vivienda de pequeñas poblaciones y zonas periféricas de las ciudades (Varela & Chaviano, 2013). La guadua en su proceso de transformación para la fabricación de varas, canoas, latas, latillas o fibras produce un gran porcentaje de residuos, que generalmente son utilizados como combustible o transformados en carbón vegetal generando mayor contaminación ambiental.
La envolvente de una edificación tiene como función principal mantener un aislamiento térmico constante y comprende todos los elementos que dividen o separan el exterior del interior, y su propósito fundamental es mantener el clima de confort interno promedio entre 18 y 20 grados centígrados °C.
El objetivo específico de investigación, fue aprovechar este material residual resultante, que significa aproximadamente el 40% del total de la guadua (Figura 1) y transformarlo en virutas u hojuelas para la fabricación de los tableros OSB (Oriented Strand Board) de acuerdo a la normativa internacional (Garay & Damiani, 2013) Con ellos constituir las superficies externas principales de un panel SIP (Structural Insulated Panel) o panel térmico estructural (Cardenas, et,al., 2015) (Figura 2), conformado por un aislante intermedio en cartón reciclado; para pueda ser utilizado como envolvente de la vivienda en la región cafetera, y con esto remplazar materiales convencionales y a su vez que represente una alternativa sostenible.
Fuente: Egger Inspiración Eurolight, 2016, p. 3
Figura 2 Panel Compuesto de construcción ligero "Eurolight" del fabricante Egger.
El panel compuesto SIP
La industrialización de productos a base de madera residuo o deshecho han resuelto muchos problemas de déficit de materia prima a nivel mundial y ha abierto la oportunidad de incrementar sus aplicaciones, exaltando cualidades como el alto coeficiente de resistencia y las propiedades térmicas, lo que se refleja en el crecimiento de su producción desde 12 millones de m3 en 1950 hasta los 125 millones de m3 en la actualidad (Fernández, 1993). Uno de estos productos son los tableros OSB (Oriented Strand Board) conocido como tablero de virutas cruzadas.
Estos tableros son un producto relativamente nuevo, la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) en su base de datos estadísticos posee cifras mundiales sobre los OSB, que muestran un crecimiento del 7% en la producción y comercialización en el año 2015 con respecto al año anterior, debido a la cada vez mayor tendencia a la producción eco-sostenible (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, FAO, 2016). Pese a esto, en Colombia no hay producción de tableros OSB y la demanda es muy baja, probablemente debido a la falta de conocimiento como alternativa constructiva y a los procesos de industrialización. La experiencia en otros países demuestra que los tableros OSB son una alternativa real, sostenible y eficiente para la construcciónn liviana, rápida y resistente.
Actualmente, los materiales de un tipo de panel compuesto SIP (Structural Insulation Panel) Panel de Aislamiento Estructural o paneles estructurales térmicos, estan constituidos por dos tableros externos fabricados con hojuelas o virutas de pino o abeto (OSB), prensadas y unidas mediante adhesivos quimicos y orientadas en el sentido longitudinal y por dos internas, cruzadas en el sentido perpendicular (Figura 3). Adicionalmente, se constituyen de un núcleo interno como aislante térmico generalmente en poliestireno. (Arquigrafico, 2016)
El tablero OSB se comercializa generalmente en formato de 244x122 cm (8 x 4 ft.) y espesor entre 7 y 18 mm, sus usos principales en la construcción son como bases de cubiertas, vigas, viguetas, pisos, escaleras, paneles para muros exteriores e interiores entre otros.
Los OSB de acuerdo a sus características y especificaciones, reconocido por sus fabricantes a nivel mundial; se divide en cuatro grupos, siendo el OSB-3, desde el punto de vista del consumo, se ha estandarizado para el uso específico de panel como muro envolvente, y es el usado para esta investigación. A continuación se describen los usos de los cuatro grupos:
OSB-1. Uso interior, básicamente mobiliario. Se trata de la gama más básica y su comercialización actualmente es muy reducida.
OSB- 2. Aplicaciones de carga en ambientes secos.
OSB-3. Aplicaciones de carga en ambientes relativamente húmedos, es el tipo de tablero más utilizadoy de mejor relación calidad precio tiene.
OSB-4. Altas prestaciones de carga en ambientes relativamente húmedos. (Santana, 2015).
El aislante interno más utilizado en los paneles SIP, es la lámina EPS (poliestireno expandido) que está constituido por 98% aire y 2% poliestireno. La capacidad de aislamiento térmico de un material está definida por su conductividad térmica, su unidad es W/(m·K) y depende de la densidad (kg/m3) del material. Por tanto, la conductividad térmica es mayor en láminas con bajas densidades, disminuye a medida que aumenta la densidad y alcanza un mínimo por encima de los 30 kg/m3 (Grupo ISOTEX, 2015).
El poliestireno expandido no tiene límite de temperatura baja, la temperatura máxima permisible depende del tiempo de exposición (Figura 4). En el caso de exposición corta puede soportar temperaturas mayores a 100oC. Sin embargo, por un periodo largo tiende a deformarse y perder su rigidez.
Metodología
La investigación fue realizada teniendo en cuenta en primera instancia los antecedentes y productos similares que existen hoy en el mercado, utilizando un método experimental - descriptivo y considerando características especificas del panel aplicada a un lugar y clima determinado, los cuales son simulados de manera virtual por medio de software térmico y acústico, que indican su desempeño; adicionalmente se realizaron pruebas de laboratorio complementarias a los modelos propuestos, con resistencia al esfuerzo horizontal y vertical y absorción acústica.
Es importante aclarar que el alcance de la investigación se limita a la realización de modelos probeta que permiten evaluar el comportamiento térmico, acústico, peso y resistencia horizontal y vertical, para ser comparados con los valores indicados en las fichas técnicas que describe cada fabricante, de acuerdo a la normatividad de su país de origen (Apa’s Corporate, 2015). Esto, sin tener en cuenta la totalidad de las características del producto final, los cuales requerirían mayor cantidad de tiempo y recursos económicos.
De acuerdo a la Figura 5 correspondiente al mapa conceptual del desarrollo de la investigación, se llevaron procesos paralelos entre los referentes y las propuestas, de tal modo que direccionara los ajustes o inconvenientes de la propuesta.
Procedimiento experimental
Selección de cuatro referentes que se muestran en la Tabla 1. Estos fueron definidos de acuerdo a varios aspectos: La similitud entre ellos, en cuanto a sus dimensiones referidos al espesor total de aproximadamente 100 mm, a los materiales de los tableros (madera aglomerada) y al uso específico del panel como pared exterior o envolvente de la edificación (objetivo del modelo propuesto); adicional a esto, que estuvieran dentro de la mayor representación comercial a nivel internacional.
Realización de las simulaciones térmica y acústica de cada referente (Tabla 2), por medio de los software Therm 7.5 y DBK AISLA 3.01, tomando como datos climáticos los de la ciudad de Pereira (Risaralda), la cual fue seleccionada por ser una de las mayores cultivadoras y consumidoras de guadua en la zona cafetera de Colombia, para sus construcciones, con avances tecnológicos, sociales y ambientales de la región. Y en cuanto a las características térmicas del producto, se tomaron los datos de las fichas técnicas, que a su vez corresponden a tablas homologadas y estandarizadas a nivel internacional, referentes a las propiedades térmicas de los materiales de construcción. (Arquimaster, s.f.).
Elaboración de dos modelos experimentales con el apoyo de las empresas Muiskay SAS en Bogotá y Primadera SAS en Gachancipá (Cundinamarca) para la elaboración de los tableros OSB con viruta de guadua, siguiendo las características generalizadas de los referentes en cuanto a dimensiones y espesores, y utilizando los materiales básicos propuestos de viruta de guadua y cartón reciclado.
Simulaciones térmicas y acústica por medio de los software Therm 7.5 y DBK AISLA 3.01, para los modelos experimentales, con los datos climáticos de Pereira (Risaralda).
Ensayos de laboratorio de resistencia a la compresión y acústica de los dos modelos propuestos.
Elaboración de cuadros comparativos, con los resultados obtenidos en las simulaciones tanto de los referentes como de los modelos experimentales.
Resultados y discusión. Análisis comparativo del comportamiento térmico y acústico.
Conclusiones.
Resultados
Referentes
Se parte del marco teórico construido desde la documentación y fuentes bibliográficas sobre los paneles SIP (compuestos de tableros OSB y aislante intermedio) así como de sus antecedentes históricos, materiales, características técnicas y clasificación de acuerdo a las especificaciones que rigen a nivel internacional.
Se seleccionan los cuatro referentes más representativos en el mercado internacional (Tabla 1) teniendo en cuenta solo las características (espesores, dimensiones, materiales, peso, resistencia y transmisión térmica) y usos similares al propuesto en la investigación. Los datos de cada panel SIP, necesarios para la simulación, fueron obtenidos de las especificaciones y fichas técnicas de cada fabricante, donde generalmente se informa el valor U (Transmitancia térmica) y R = 1/U (Resistencia térmica), mediante tablas de conocimiento y aplicación a nivel mundial (Arquimaster, s.f. y Vagge & Czajkowski, 2012), también indicando su espesor total y la composición.
La tramitancia térmica total del panel SIP, es el resultado de la sumatoria de los valores de sus componentes, de acuerdo a: tablero exterior OSB + aislante + tablero interior OSB.
Se recopilan los datos térmicos principales de cada panel SIP, necesarios para la simulación, los cuales fueron obtenidos de las especificaciones y fichas técnicas de cada fabricante, donde la característica generalizada es la utilización de un aislante en poliestireno y dos tableros OSB, fabricado con virutas de pino y abeto.
Para el análisis y simulaciones se tuvieron en cuenta las temperaturas máximas y mínimas con promedio anuales, además de precipitación y humedad relativa, datos extraídos del Ideam y de Meteonorm de la ciudad de Pereira. Cabe resaltar que se busca una única condición físico espacial de muro, con relación exterior e interior (adentro - afuera), sin tener en cuenta espacio o ambiente alguno, ya que contaría con variables de toda índole como, tipo de terreno, cubierta, nivel de fenestración etc. y el propósito aquí presentado es considerar el aporte individual que tendría el panel específicamente.
La Humedad relativa promedio anual del 76,5% y promedio lluvias 228 días /año, son factores que inciden directamente en los valores de la resistencia del panel a la humedad (Weather Atlas, 2016). Para ello los paneles de los referentes están categorizados como los tableros OSB/3 (según la Norma Europea UNE - en 300), diseñados para funcionar en lugares húmedos y que básicamente se refiere a el producto adhesivo con acción impermeabilizante, con el cual se fabrican los tableros de fachada o envolventes. Se tuvieron en cuenta además los datos de resistencia, espesor y peso por metro cuadrado de los paneles referentes, de manera tal que se puedan comparar con los modelos experimentales.
Simulación térmica de los referentes
Los resultados obtenidos en los cuatro referentes, sin considerar puentes térmicos ya que el panel pretende ser adaptado a estructuras existentes o particulares de diferente característica, presentan variables mínimas debido a su constitución similar. Su diferencia de temperatura interior de acuerdo a la condición externa, nos indica valores de confort con diferencias promedio de 2,056 C a 2,750 C en las temperatura bajas o mínimas y una disminución promedio de 3,166 C a 4,000 C en las temperaturas altas o máximas (Tabla 2).
Simulación acústica referentes
Los ruidos generalmente están compuestos por variaciones de presión de diferentes frecuencias. El sistema auditivo humano está capacitado para oír sonidos de frecuencias comprendidas entre los 20 Hz. y los 20.000 Hz. El aislamiento, en todos los casos, se presenta como una constante ascendente que presenta menor absorción de ruido cuando aumenta la frecuencia (Tabla 3). Sus variaciones son mínimas ya que el nivel de absorción va directamente a la densidad de los materiales y sus espesores, que para este caso son muy similares, presentándose como rango de referencia para este producto.
Desarrollo de la experimentación Modelo 1
Materiales
Hojuelas de fibra de guadua (Figura 6) elaboradas con el residuo producto de la fabricación de las tablillas, canoas, esterillas y otros cortes que se comercializan para artesanías y construcción. En este caso obtenido intermedio de la empresa Induguadua S.A, ubicada en el Kilómetro 15 vía Armenia - La Tebaida.
Adhesivo para la formación de los tableros. Pegatex, Carpincol 2500: pegante sinético de PVA (poli acetato de vinilo) de alta concentración a base de agua.
Tubos de cartón reciclados de papel higiénico. Estos fueron recolectados por aproximadamente dos meses, en hogares de personas conocidas (Figura 6).
Adhesivo PVA - 60 de pégate para la unión de las tres capas.
Barniz impermeabilizante para exterior de permanente contacto con la humedad.
Fabricación
El procedimiento realizado para su fabricación no es el normalizado (en los países donde se produce), con respecto al adhesivo utilizado ni el tipo de prensado, con él se pretende buscar una alternativa de adhesivos no tóxicos y menor consumo de energía en el prensado.
Se sumergieron todas las hojuelas dentro del adhesivo Carpincol 2500 de Pegatéx, orientando éstas de acuerdo a las especificaciones de los tableros OSB, para luego prensar en frío con presión o carga de 30 MPa (1 MPa = 10.2041 Kg-f / cm2) durante 3 horas y 40 minutos, luego extraerla con el fin de aplicar otra capa de adhesivo PVA, para nuevamente prensar durante 6 horas y 35 minutos.
Secado ventilación natural por 48 horas.
Aplicación de barniz de impermeabilización. Deva- TARIMEX
Montaje del aislante con tubos dobles de cartón, reciclado de papel higiénico, pegado a los tableros externos Carpincol 2500.
Armado total del panel compuesto y secado definitivo (Figura 7).
Características
En la tabla 4 se presentan las principales características del modelo 1, panel compuesto.
Simulación acústica
La simulación acústica muestra, niveles de aislamiento ascendentes constantes en el panel, sin variaciones de aislamiento a 40 decibeles admisibles, de acuerdo con el ruido y frecuencias entre 50 y 250 Hz, Niveles permitidos entre 55 y 65 decibeles el aislamiento alcanza frecuencias hasta 1.750 Hz dentro del límite admisible, pero que no representa valores diferentes a los que arrojan los referentes, únicamente una mayor constante de absorción en decibeles, promedio de tolerancia auditiva. La estructura de los tableros OSB externos que genera espacios entre virutas, permite que una cantidad de ondas sonoras penetren a través de ellas (Tabla 6).
Pruebas Laboratorio
Acústica. La medición de absorción acústica, se realizó en el laboratorio de la Universidad Católica de Colombia, simulando un espacio interior cerrado con una caja de cartón de un metro cubico como volumen, ubicando en uno de sus lados el modelo experimental. Para la medición interna se utilizó un sonómetro que tomó la lectura de los decibeles, de acuerdo con el ruido aplicado exterior, en frecuencias de menor a través de un amplificador generador de ruido que indica la frecuencia como base de datos (Figura 8 y Figura 9).
Fuente: elaboración propia, 2017 CC BY
Figura 9 Equipos utilizados para el laboratorio de acústica de los paneles propuestos
En la Tabla 7 se muestran los resultados obtenidos reflejando frecuencia exterior, ruido exterior, ruido interno y diferencia, para hallar finalmente el porcentaje promedio de Aislamiento Acústico (Figura 10); en la Figura 9 se refleja la comparación entre datos de ruido exterior e interior, arrojando una diferencia de 11,88 db (Tabla 7), un resultado de porcentaje de absorción del 18 al 20%, que es un porcentaje representativo si se tiene en cuenta que en una vivienda intervienen adicionalmente elementos que configuran los espacios como cielo rasos, cubiertas, ventanerías , pisos etc.
Fuente: elaboración propia, 2017
Figura 10 Resultados obtenidos del aislamiento interno frente a externo
Tabla 7 Nivel de ruido exterior frente a nivel interior y porcentaje de absorción
Fuente: elaboración propia, 2017
Pruebas de resistencia a compresión. La máquina universal de ensayos de tensión y compresión de una sola columna (Figura 11), fue utilizada para someter a compresión el panel modelo, que presentó resistencia al límite de la deformación sin rotura.
Fuente: elaboración propia, 2017 CC BY
Figura 11 Equipos utilizados (prensa hidráulica) para pruebas de resistencia de carga horizontal y carga vertical
Los valores arrojados, sea en carga vertical como horizontal se encuentran dentro de los descritos por los referentes seleccionados del mercado en la construcción mundial. El panel funciona como un elemento no directamente estructural y su resistencia a esfuerzos está ligada a su función como envolvente (Tabla 8).
Modelo 2
Materiales
Virutas o astillas de fibra de guadua como residuo de la elaboración de tablillas, canoas, esterillas y otros cortes que se comercializan como elementos de construcción. Obtenido a través de la empresa Induguadua. Armenia - La Tebaida.
Adhesivo para la formación de los tableros. Urea formaldehido.
Aislante: Triple lámina de cartón panal o Honeycomb board (Tabla 9) E= 31 mm c/u Fabricante. Perlad. S.A.S.
Adhesivo Carpincol 2500 - Pegatex para la unión de las tres capas
Barniz (uretano base solvente transparente) para exteriores en madera.
Fabricación
Se realiza siguiendo los lineamientos principales utilizados actualmente por los fabricantes (Apa’s Corporate, 2015), con la única diferencia de cambiar la viruta de pino y abeto por la viruta de guadua (Figura 12):
Selección de materia prima de madera guadua en hojuela o viruta (E= 0,6/1,2 mm) con dimensiones de 10 a 20 mm de ancho por 15 a 30 mm de largo, apta para la fabricación del tablero OSB, con humedad a 5% a través de horno de convección.
Realización del encolado de las partículas con resina urea-formaldehido cuyas especificaciones eran densidad 1270 kg/m3; 65% solidos, formando el tablero en capas el cual se ingresa a la prensa mono piso a una temperatura de 210°C, presión especifica de 42 kg/cm2 y un tiempo de prensado de 4 min. Finalmente se realizan los ensayos físico-mecánicos en una maquina universal, donde se midieron las propiedades de enlace interno, módulos de elasticidad y de rotura.
Debido a la tecnología utilizada para este caso, el tablero obtenido está más cerca de ser un tablero aglomerado que de un tablero OSB. Por lo tanto, los resultados presentaron propiedades físico mecánicas altas, como expertos en tableros aglomerados.
Simulación térmica
Se observan temperaturas promedio internas similares al modelo 1, en las mínimas exteriores de 15,8ºC con un aumento de 1,92ºC y en las máximas promedio de disminución de 2,85ºC, lo cual obedece básicamente al buen aislamiento térmico producido por el vacío existente entre las celdas del sistema panal de abejas en cartón reciclado; representando valores importantes de control interno de la temperatura, como parte fundamental en el confort habitacional de la edificación (Tabla 10).
Simulación acústica
La simulación acústica (Tabla 11) muestra niveles de aislamiento ascendentes constantes en el panel, sin variaciones de aislamiento a 40 decibeles admisibles, de acuerdo con el ruido y frecuencias entre 50 y 250 Hz. Dentro de los niveles permitidos entre 55 y 65 decibeles, el aislamiento alcanza frecuencias hasta 1.750 Hz dentro del límite admisible, pero que no representa valores diferentes a los que arrojan los referentes, únicamente una mayor constante de absorción en decibeles promedio de tolerancia auditiva.
Pruebas laboratorio
Acústica.En la Tabla 12 se muestran los resultados obtenidos de absorción promedio de 13,14 db y porcentaje promedio de Aislamiento Acústico del 15 al 20%, porcentaje representativo que obedece básicamente a la densidad y compactación de los tableros OSB que aumenta su calidad de aislamiento.
Tabla 12 Nivel de ruido exterior frente a nivel interior del panel y su porcentaje de absorción.
Fuente: elaboración propia, 2017
Resistencia a compresión. Al someter el panel a compresión, el panel modelo presento resistencia al límite de la deformación sin rotura. Los valores arrojados sean en carga vertical de 518 kg como horizontal de 1970kg, se encuentran dentro de los valores admisibles en los referentes estudiados (Tabla 13). Presento mayor resistencia y menos deformación de los tableros, pero hundimiento del sistema aislante interno en cartón, presentándose un aplastamiento en la carga horizontal y mayor resistencia en la carga vertical.
Evaluación comparativa resultados
La evaluación de los resultados se realizó comparando las simulaciones térmicas y acústicas, tanto de los referentes como de los modelos experimentales fabricados, indicando su eficiencia en nivel de confort y permitiendo una medición objetiva y concluyente.
Aislamiento térmico
En el tema de aislación térmica, los valores obtenidos (Tabla 14) indican que tanto referentes como modelos experimentales mantienen una relativa homogeneidad en los niveles de confort interno. Se destacan los ubicados entre rangos de temperatura mínima de 17.71 C y 21,9 C como el mejor (Modelo 2) y entre 17,38 y 22,38 como el más desfavorable el LP SIP. Chile.
Aislamiento acústico
Los niveles de aislación, según la norma de decibeles admisibles, nos indican que el modelo 2 mantiene iguales condiciones que el referente 1 de acuerdo a lo presentado en la Tabla 14, aunque dentro de los referentes existen aislamientos con frecuencias superiores, producto de aislantes más densos pero derivados del petróleo. Así mismo, entre los modelos experimentales (Tabla 15) se observan mejores niveles en el modelo 2, debido a la densidad del cartón y el hermetismo de la composición hexagonal del cartón Honeycomb.
Situación actual de la industria de la guadua en Colombia
El entorno actual para la industrialización de la guadua tiene como protagonistas al marco legal dado por la resolución 1740 de 2016 “por la cual se establecen lineamientos generales para el manejo, aprovechamiento y establecimiento de guaduales y bambusales y se dictan otras disposiciones”, la ley 99 de 1993 “por la cual se establecen lineamientos generales para el manejo, aprovechamiento y establecimiento de guaduales y bambusales y se dictan otras disposiciones”, las Normas Icontec NTC 6100 (2014) “etiquetas ambientales tipo I. Sello ambiental colombiano. Criterios ambientales para productos primero y segundo grado de transformación de guadua angustifolia Kunth” y la auto certificación Forestal FSC.-Forest Stewardship Council (Consejo de Manejo Forestal); entes y normas que garantizan calidad y futuro al proyecto.
Por otro lado, las organizaciones privadas de los guadueros, han permitido la integración en la búsqueda de la tecnificación y mejores condiciones socioeconómicas y ambientales (Figura 13). La fabricación del producto se proyecta en primera instancia para consumo de sus propios habitantes de la zona cafetera y en la futura ampliación de su mercado, con la alternativa de utilizar no solo el material residual sino el reciclado.
Discusión
La investigación fundamenta el proceso de fabricación del panel SIP, utilizando materiales no convencionales como la viruta de residuo de la guadua y el cartón reciclado; sus resultados de resistencia a la compresión, aislamiento térmico y acústico, demuestran ser un producto viable y competitivo comparado con los que hoy se comercializan, evidenciando que es definitivamente una alternativa sostenible dentro de los principios de energía pasiva.
Los paneles SIP, que se fabrican tienen dos grandes aspectos desfavorables y no sostenibles: la utilización del poliestireno (derivado del petróleo) como aislante interno y el fenol- formaldehido (Resina sintética) como adhesivo aplicado en altos porcentajes.
La viruta de guadua como materia prima principal debe alcanzar un secado entre el 4 y 5% de humedad para garantizar la adherencia entre las virutas a través del prensado, además para su transformación en hojuelas de dimensiones y diámetros específicos, requiere de una selección previa del material residual o reciclado.
En el modelo 1 el tablero OSB presenta una buena textura estética evidenciando claramente la disposición cruzada de las virutas u hojuelas (Figura 14), pero menor dureza arrojando una resistencia horizontal de 1.040 Kg/m2 y 418 kg/ m2 de resistencia vertical, similar a la indicada por los referentes. El adhesivo (Poli acetato de vinilo. PVA) requiere mayor fijación sobre las virutas ya que al ser constituidas por fibras muy rígidas y resistentes, dejan espacios o cavidades entre ellas. Sin embargo, en el montaje del panel SIP, sus resultados de aislamiento térmico de + 2,90 °C y en temperaturas altas y de - 1,9 °C en temperaturas bajas, presentan valores muy similares, mostrando además que los tubos de cartón reciclado utilizados resultaron ser una buena alternativa como aislante térmico y acústico.
Fuente: elaboración propia, 2017 CC BY
Figura 14 Composición de los tableros OSB del referente y las propuestas 1 y 2.
En el modelo 2 presentó una mayor compactación de la viruta de guadua en la elaboración del tablero OSB para ello fue necesaria la mezcla de ellas con otras partículas de guadua muy finas tipo aserrín, que llenaran los espacios libres resultantes entre las hojuelas cruzadas, utilizando el fenol formaldehido en menores porcentajes, evitando su toxicidad.
Se presentaron resultados de mayor resistencia horizontal de 1.970 Kg/m2 y 518 kg/ m2 de resistencia vertical, pero de textura irregular y menor porcentaje de hojuelas en su acabado exterior (Figura 14), los cuales son la característica propia de los tableros OSB. En la conformación del panel SIP, el aislante intermedio en cartón honeycomb arrojó valores menores en cuanto a la absorción acústica.
Así mismo, los prototipos respecto a su peso por metro cuadrado, aproximado de 19 kg, están dentro del peso promedio de los referentes, haciendo de esta manera su fácil manipulación en el transporte y montaje.
Conclusiones
Es necesario para una construcción sostenible, implementar estrategias en la selección de materiales, fabricación, montaje y funcionamiento que demuestren una disminución representativa en la emisión de Co2 del producto de construcción, en este caso durante su ciclo de vida desde la recolección, clasificación del residuo, transformación, fabricación, utilización y de nuevo su reciclaje.
Cabe anotar que en Colombia la normativa está dirigida a la fabricación de tableros aglomerados con partículas de madera, más no a la elaboración con virutas tipo OSB de los cuales no hay producción en el país y en consecuencia no se fabrican paneles SIP de este tipo. De igual forma, la validación de los resultados de los factores térmico, acústico y de resistencia, son comparados y validados con la de las probetas experimentales, de acuerdo a la información incluida en las fichas técnicas de los referentes.
Partiendo de estas premisas, la investigación se proyecta como una alternativa que sirve de modelo en la utilización de recursos naturales renovables del lugar, transformados, fabricados y utilizados con bajo impacto ambiental. En este caso de estudio, la sociedad del lugar específico, está ligada a la economía de la agricultura representada por el cultivo del café, donde “la guadua” aparece como protagonista del patrimonio socio-cultural en la construcción de vivienda, reconocida a su vez como una identidad propia del tejido social y su memoria colectiva.
El muro panel compuesto, realiza todo su ciclo de vida en el mismo lugar para su propia gente, desde el reciclaje de material residual, transformación, industrialización, comercialización, construcción, uso y retorno al reciclaje, de tal modo que sus consumos energéticos por obvias razones disminuyen, al no requerir grandes exigencias para su fabricación y transporte durante todo su ciclo de vida.
Finalmente, a través de los datos obtenidos de los modelos experimentales, se demostró que para la región aplicada (Tropical cálida húmeda), la envolvente-térmica se convierte en un sistema de conservación de calor (noche) y enfriamiento (día), manteniendo la temperatura y el aislamiento acústico, siendo aporte de energía pasiva de climatización para el confort.
Además, es posible considerar establecer ajustes en la fabricación y la adaptabilidad, tanto de las estructuras existentes como a construir, lo que tendrá que considerarse como la siguiente etapa en el desarrollo de la investigación. De esta manera, inicialmente se proponen productos de ensamble con materiales de origen natural renovable, para la integración arquitectónica en su conjunto, siempre dentro de la filosofía de construcción sostenible a favor de la calidad de vida.
