Diseño de sistema constructivo de alto grado ecológico basado en la permacultura y el usuario

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Décimo Sexta Edición Diciembre 2016
Actualizado: Thursday, December 29, 2016 - 19:35
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ARTÍCULO

 

 

 

 PALABRAS CLAVE:

CONSTRUCCIÓN NATURAL, PANELES CONSTRUCTIVOS, PERMACULTURA, MAÍZ, ARCILLA

 

ABSTRACT

La industria de la construcción consume más del 40% de los recursos globales. Sin embargo, el rezago habitacional en México ronda el 30% del total construido. Esta investigación surge buscando una solución a estos problemas.

Se utilizaron las metodologías de diseño basado en el usuario y la permacultura para contextualizar la situación de una comunidad rural y generar un producto innovador que aproveche los recursos abundantes en zonas ejidales similares en el país.

Se diseñó un sistema constructivo a base de paneles de fibra de maíz y arcilla de  1.22 x 2.44 x 0.15 m para facilitar su uso en ámbitos urbanos. En todo su ciclo de vida no desprende asbestos ni partículas nocivas a la salud humana ni medioambiental.

Podemos para generar soluciones sostenibles y el sistema basado en paneles de fibra de maíz permite llevar las bondades de la construcción natural al ámbito urbano.

 

INTRODUCCIÓN

Debido a la sobrepoblación y consecuente necesidad creciente de satisfactores poblacionales como acceso a vivienda digna, la industria de la construcción hace uso desmedido de los recursos no renovables del planeta a través de prácticas poco sustentables para cumplir con sus objetivos. El gasto de los recursos globales de este sector representa el 40% del total y, por lo tanto, se le ha acusado de causar directamente grandes problemas ambientales que van desde la desaparición de grandes extensiones de áreas verdes hasta falta de análisis bioclimáticos de los sitios de construcción y consecuentes fallas de operación de los diseños constructivos[1] (Ding, 2008).

 

Hoy en día la industria de la construcción  está preocupada por mejorar los indicadores de sustentabilidad social, económica y ambiental (Ortiz, Castells, & Sonnemann, 2009) y existen opciones como la construcción natural basada en los principios de la Permacultura[2] que logran resolver los problemas anteriormente mencionados. Sin embargo, la construcción natural y sustentable en México se lleva a cabo mediante el uso de técnicas y materiales artesanales lo que eleva los costos y no le permite ser una opción accesible a la mayoría de la población mexicana que consume las viviendas ofrecidas por la industria privada y pública de la construcción y que, a pesar de ser relativamente económicas[3], no logran satisfacer las necesidades globales y locales de generar prácticas sustentables para disminuir el impacto ambiental, económico y social ni le ofrecen a sus usuarios productos que no dañen su salud ni el bienestar de su entorno.

 

Los pobladores contemporáneos pasamos gran parte de nuestro tiempo de vida en espacios construidos por el ser humano por lo que es imperante considerar los químicos que los materiales que utilizamos desprenden con el tiempo y bajo las cambiantes condiciones del clima. Los materiales sustentables, incluyendo los sistemas compuestos como azoteas y muros verdes, tienen muy bajo impacto en la salud humana y en el medioambiente si los comparamos con los materiales convencionales como el concreto armado. (Asdrubali et al. 2012 por Ingrao et al. 2015) Para tener una idea clara de lo dañino que es para la salud la exposición al concreto se han llevado a cabo estudios en los que se le relaciona con la afectación del tracto respiratorio (desde resequedad hasta cáncer) por el desprendimiento de químicos como el sílice y arsénico en las fases de producción,  hidratación, fraguado, vida útil, demolición y descomposición. (Ortega, 2015)

 

Existe un movimiento creciente que reconoce los impactos socio-ecológicos negativos del capitalismo post-industrial y busca promover alternativas ecológicas que propicien el bienestar social y disminuyan la degradación del ambiente a través del uso de “ecotecnologías” (Ortiz, Masera y Fuentes 2014 por Adrián et al. 2015). Las ecotecnologías sugieren la incorporación de tecnologías de menor impacto ambiental a la vida cotidiana y van desde materiales hasta mecanismos muy complejos. (Sarquís Ramírez J, 2016) Bajo esta lógica, en la industria de la construcción es evidente que muchas de las innovaciones que la rodean tienden hacia la sustentabilidad ecológica y ya no sólo hacia la sustentabilidad tecnológica. Esto es resultado de una manera más ecológica de pensar acerca de las inversiones. A un lado van quedando los intereses unilaterales para convertirse en trabajos conjuntos entre profesionales y no profesionales para explorar los significados de la inversión con propósito (Mang & Reed, 2015).

 

Algunos avances tecnológicos en el desarrollo de sistemas constructivos naturales son:

 

Tabla 1 Cronología de patentes sobre sistemas constructivos prefabricados o panelizados naturales

En este trabajo estamos introduciendo un nuevo enfoque a través del uso de la metodología de diseño basado en el usuario para generar un producto competitivo, sostenible, de alto grado ecológico y que genere espacios interiores saludables.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Se utilizaron las metodologías de diseño basado en el usuario y la permacultura para contextualizar la situación de una comunidad rural y generar un producto innovador que aproveche los recursos abundantes en zonas ejidales similares en el país.

Se eligió la localidad Pie de Gallo situada en el Municipio de Querétaro que según los datos del censo 2010 del INEGI cuenta con 3581 habitantes de los cuales 1686 (47.08%) son hombres y 1895 (52.92%) son mujeres.  El radio de fecundidad de la población femenina es de 3.09 hijos por mujer. El porcentaje de analfabetismo entre los adultos es del 13,43% (13,46% en los hombres y 13,4% en las mujeres). El 0.14% de los adultos habla alguna lengua indígena. Existen 745 viviendas de las cuales el 0.34% disponen de una computadora.  Además es una de las dos comunidades que aún son rurales dentro del municipio de Querétaro. Cerca del 63% de la población económicamente activa se dedica a actividades relacionadas con la construcción. Gran parte de la población se desplaza diariamente a la ciudad, ocupando hasta 3 horas de su día en transportarse.

 

Para llevar a cabo las siguientes pruebas el primer paso fue construir una vivienda multifamiliar mínima haciendo uso de las técnicas constructivas naturales cob[4], pajarcilla[5], mampostería[6] y superadobe[7]. El diseño de esta vivienda contempló factores propios de la metodología de diseño basado en la permacultura como corrientes de aire predominantes en el sitio de construcción, asoleamientos, fuentes de ruido cercanas, clima, fuentes de radiación electromagnética, diagrama de funcionamiento y flujos de actividades cercanas para generar un programa arquitectónico que resuelve las necesidades del espacio de manera armónica con lo que la rodea. Se contrató a tres maestros de obra, seis albañiles y tres peones para realizar la obra desde la limpieza del terreno hasta la limpieza gruesa. La única técnica constructiva natural con la que habían construido antes era la mampostería por lo que se convirtió en una capacitación haciendo uso del aprendizaje basado en la experiencia.

 

Ilustración 1 Análisis del sitio de construcción de la vivienda multifamiliar mínima en Pie de Gallo

El grupo de trabajadores tuvo buenos resultados y aprovechando el acercamiento natural de una buena sinergia de trabajo se les planteó a los trabajadores que también son ejidatarios de la comunidad la posibilidad de organizar una constructora comunitaria que se especialice en el desarrollo de proyectos sustentables y ecológicos y aceptaron participar en la siguiente fase de la investigación.

 

La segunda fase de la investigación puso en práctica la metodología del diseño basado en el usuario por lo que se aplicaron entrevistas profundas para determinar los recursos e intereses con los que cuenta la población.

 

Gracias a esas entrevistas supimos que el cuerpo de agua más cercano es co-propiedad de los ejidatarios, es decir, de los propios pobladores. Esto significa que todos tienen derecho y responsabilidad sobre un bordo del cual se deben desazolvar 20 mil litros de lodo al año. También se encontró que durante el año el cultivo más común entre ellos es el maíz y aunque hace una década la mayoría poseía animales que consumían la fibra restante de la poda de las mazorcas, hoy en día la mayoría no cuenta con animales suficientes para consumirla y terminan por hacer una quema de la misma. Además, la producción de biomasa residual que genera un cultivo de maíz de grano fluctúa entre 16 y 15 toneladas por hectárea lo que significa que prácticamente el 50% de lo que se cosecha es rastrojo lo que lo hace un recurso renovable abundante para la región.

 

Por otro lado confirmamos que debido a la falta de trabajo en su comunidad la mayoría tiende a trabajar en la ciudad de Querétaro lo que hace que gasten una cantidad considerable de tiempo en trasladarse, reduciendo así el tiempo que dedican a su recreación y/o capacitación.

 

Ilustración 2 Información obtenida  de la aplicación de entrevistas a habitantes de la comunidad

Tomando los resultados como base, la tercera fase consistió en el diseño de un sistema constructivo natural. Dicho producto debía poseer las características necesarias para su utilización en un medio urbano como muro divisorio y que, en un futuro pueda ser candidato a adquirirse con los diferentes créditos otorgados en el país por lo tanto se llevó a cabo una investigación de campo y en base a los resultados se decidió que el diseño del producto deberá poseer tres características funcionales: que sea ensamblable, que sea transpirable y que pueda ser utilizado tanto en ambientes urbanos como rurales.  

 

Así mismo se buscó que las dimensiones del sistema faciliten su fabricación y transporte. También que sea lo suficientemente esbelto para ser utilizado en el ámbito urbano cuyo costo por m2 tiende a ser más elevado.

 

El diseño del producto hecho con materiales que provienen y pueden ser reintegrados de manera segura a la naturaleza fue indispensable para cumplir con los objetivos de la investigación pues el ciclo de vida completo del producto debía seguir los principios de la permacultura que incluyen la optimización de los recursos y evitar el envenenamiento al medio ambiente; cosa que hoy en día ocurre con nuestras poco conscientes prácticas constructivas.

 

RESULTADOS

El resultado de esta investigación es un sistema constructivo a base de paneles prefabricados de fibra de maíz y arcilla con características que facilitan su uso en ámbitos urbanos. En todo su ciclo de vida no desprende asbestos ni partículas nocivas a la salud humana ni medioambiental. La materia prima del panel consiste en elementos naturales: fibra de maíz, arcilla, madera de pino, mucílago de nopal y aceite de neem. 

 

Se decidió la utilización de arcilla como aglutinante debido a que la arcilla es un material inocuo, totalmente reciclable y fácil de obtener localmente en la región del Bajío donde se llevará a cabo la implementación del proyecto. Su proceso como aglutinante no requiere de ningún gasto energético excesivo ya que reacciona a la humedad atmosférica o con agua. La manera de obtener este material en el emplazamiento es respetuosa por lo que el impacto ambiental y económico es mínimo. Posee excelentes propiedades térmicas debido a que los materiales térreos en general tienen una gran capacidad de inercia térmica[8]. Es un material con propiedades de aislamiento acústico por lo que cumple con la función de ser barrera contra los sonidos indeseados. Es un material de alta resistencia a la flamabilidad y da al panel de maíz una naturaleza transpirable lo que evita condensaciones en los interiores. Así mismo, es un material económico y como se mencionó en el caso particular de Pie de Gallo su extracción es un gasto compartido entre todos los ejidatarios y se desazolvan cerca de 20,000 litros de lodo cada año de la presa comunitaria.

 

Las dimensiones del panel son 1.22 x 2.44 m ya que éstas son las medidas estándares de la madera aserrada en Latinoamérica y medidas propias de los productos de competencia directa que ya existen en el mercado (Tablaroca y Panel W).

 

El espacio en las ciudades es muy valioso[9] y el sistema constructivo del panel de maíz debe competir con los más utilizados actualmente para diferentes propósitos y que deben gran parte de su éxito a la esbeltez de los muros que se logra con ellos por lo que el ancho máximo del sistema es de 15 cms de los cuales el núcleo aislante ocupa 9.75 cms.

 

La estructura tridimensional consiste en un marco de madera de pino que servirá como contención de la mezcla de pajarcilla durante su elaboración y como estructura portante del panel, está compuesto por:

 

 Lateral izquierdo de 10 x 5 x 229 cm con moldura hembra al exterior y ranuras en el interior de 2 cm a cada 25 cm

Lateral derecho de 10 x 5 x 229 cm con moldura macho al exterior y ranuras en el interior de 2 cm a cada 25 cm

Travesaño de 10 x 5 x 122 cm con moldura macho al exterior

Desplante de 10 x 5 x 122 cm con moldura hembra al exterior

 

Ilustración 3 Alzado Marco Estructural

 

La unión entre estos cuatro elementos es con el uso de ángulos metálicos y cuatro pijas para madera auto taladrantes de 1’ en cada esquina.

La estructura interna consiste en 9 piezas de chaflán de madera de pino de 1’ y a 45° cortadas a 1.16m colocadas en las ranuras internas de los laterales del marco estructural a cada 25 cm y que servirán como refuerzo del panel de fibra de maíz a compresión.

 

Ilustración 4 Detalle Inserción de estructura interna en Marco Estructural

 

Ilustración 5 Detalle Unión Lateral Izquierdo con Travesaño] [Text Box: Ilustración 4 Detalle Inserción de estructura interna en Marco Estructural.

 

La pajarcilla se hace con lodo y fibra. El lodo consiste en una mezcla de arcilla harneada con malla de menos de 1 cm x 1 cm para eliminar las piedras, humectada con agua potable en 2 proporciones de agua por 1 de arcilla y fermentada durante 2 días. La función del lodo en la mezcla es de cohesión entre la fibra y por lo tanto, una vez seca,  actúa como un agente a compresión para la homogenización de la mezcla. La fibra debe estar completamente seca (amarilla) y limpia. Para facilitar la adherencia del lodo a la fibra se recomienda deshacer las pacas y sacudirla hasta esponjarla a su máximo volumen. La fibra trabaja a tensión en la mezcla.

 

Al momento de hacer la mezcla se asegura que el lodo está homogéneo y se pasa por un colador para eliminar posibles partículas de arena. Se coloca la fibra esponjada en un trompo andando y poco a poco se coloca el lodo a 4 porciones de fibra por 1 de paja. El movimiento rotatorio permite que la fibra se humedezca por completo con el lodo. La mezcla actuará como aislante térmico y acústico del panel de maíz.

 

Una vez desmoldado y seco el panel se aplica el recubrimiento que consiste en una mezcla de aceite de neem y mucílago de nopal y cuya función es la protección del aislante térmico a la humedad, termitas y otros insectos que pudieran afectar su estructura. Así mismo, le proporcionan un acabado natural que permite que el panel quede aparente si se desea.

 

Ilustración 6 Prototipos del panel de fibra de maíz

 

 

CONCLUSIONES

 

En esta investigación se logró generar un producto que puede convertirse en una solución tanto mejorar la calidad de vida de los habitantes de comunidades rurales similares a la que se usó para el estudio a través de la generación de empleos con condiciones dignas. Así mismo el panel de fibras de maíz y arcillas ofrece una opción sostenible de alta calidad diseñado para resolver las necesidades de crecimiento urbano sin comprometer el bienestar medioambiental.

Se demostró que la aplicación de las metodologías del diseño basado en el usuario y diseño basado en la permacultura fundamentan los requerimientos para las soluciones de tal manera que consideran no sólo al usuario final sino que involucran a los diferentes actores que participan en cada etapa de su ciclo de vida. De igual manera el panel de fibras de maíz y arcillas hace uso de los recursos materiales e intelectuales disponibles en muchas comunidades de este país lo que lo convierte en una tecnología de fácil transferencia por su bajo costo.

A partir de los resultados de esta investigación se planea generar un programa piloto de capacitación básica para comunidades  de bajos ingresos de tal manera que logre homologar los conocimientos vinculados a la tecnología relacionada con el producto para una amplia compresión y habilidad de réplica en proyectos derivados de la línea de investigación.

El mercado meta inicial de la empresa son los responsables de satisfacer las demandas de vivienda como el gobierno, organizaciones civiles, constructoras y contratistas. El mercado en la primer etapa de comercialización del producto será regional con base en la ciudad de Querétaro donde el crecimiento de la demanda construcción de vivienda media para el 2016 está proyectado para un 11.1% (Canadevi, 2014) y suponiendo que no haya variación para el 2017, implicaría que el mercado potencial del producto para constructoras de vivienda de nivel medio es de $102, 212,000 al año.

La realidad contemporánea exige el desarrollo de investigaciones que generen productos capaces de prototiparse, validarse, mejorarse e implementarse rápidamente en el mercado siempre buscando generar la mínima explotación de recursos con el máximo rendimiento y mejora de la calidad de vida de todos los involucrados.

 

 

REFERENCIAS

Adrián, J., Moreno, O., Luz, S., & García, M. (2015). Ecotecnología y sustentabilidad : una aproximación para el Sur global, 7, 193–215.

Ding, G. K. C. (2008). Sustainable construction—The role of environmental assessment tools. Journal of Environmental Management, 86(3), 451–464. http://doi.org/10.1016/j.jenvman.2006.12.025

 

Ingrao, C., Lo Giudice, A., Bacenetti, J., Tricase, C., Dotelli, G., Fiala, M., … Mbohwa, C. (2015). Energy and environmental assessment of industrial hemp for building applications: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 51, 29–42. http://doi.org/10.1016/j.rser.2015.06.002

Mang, P., & Reed, B. (2015). The nature of positive. Building Research & Information, 43(1), 7–10. http://doi.org/10.1080/09613218.2014.911565

Ortiz, O., Castells, F., & Sonnemann, G. (2009). Sustainability in the construction industry: A review of recent developments based on LCA. Construction and Building Materials, 23(1), 28–39. http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2007.11.012

Ortega,  Alejandro. (2015). Materiales sostenibles para la edificación. Estado de la cuestión. ETSIE- Trabajos Académicos, Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Edificación, Universitat Politécnica de Valencia. https://riunet.upv.es/handle/10251/56226

 

 

[1] Por ejemplo, la estandarización de diseños de casas en serie que no respeta las orientaciones de las fachadas y que sólo se basa en el aprovechamiento máximo de cada centímetro cuadrado para obtener una ganancia monetaria a costa del confort y salud de los usuarios/clientes.

[2] Permacultura es un sistema de principios de diseño agrícolas y sociales centrada en la simulación o directamente en el uso de los patrones y las características observadas en los ecosistemas naturales.

[3] En gran parte gracias a subsidios (En el reporte mensual del sector de la vivienda de CONAVI y SEDATU del mes de Octubre 2014 se reporta una inversión de 9.3 mil millones de pesos incluyendo recursos ejercidos y apartados) y facilidad de crédito otorgados principalmente por el Infonavit, Fovissste, SHF (Sociedad Hipotecaria Federal), Banca Comercial y Fonhapo (Fondo de Habitaciones Populares).

[4] El cob es un material monolítico antisísmico, anticiclónico, antibalas, de biodegradabilidad eficiente, de alto grado de transpiración y absorción del CO2 que incluye en condiciones ideales de los materiales consiste en una parte de tierra por una de arena por ¾ de paja por una parte de agua y aplicada en capas de 15 cms que genera muros de carga de entre 50 y 80 cms de ancho. Posee características de plasticidad ideales para generar formas orgánicas y en la última fase de su ciclo de vida se reintegra sosteniblemente a la capa geológica superior de nuestro planeta.

[5] La pajarcilla es una técnica que consiste en una mezcla de tierra arcillosa (rango específico del tamaño de las partículas: menor a 0.002 mm, USDA) previamente hidratada con agua potable y fermentada por dos días y fibra (maíz y/o cebada con longitudes no mayores a 40cm de largo). La mezcla se prensa directamente a la estructura y se seca para que eleve su dureza.

[6] La mampostería para este experimento consistió en piedras de entre 10 y 25 cms de radio pegadas con una mezcla de lodo y fibra natural de cebada o, en algunos casos una mezcla arenosa de concreto arenosa.

[7] El super adobe es considerada una técnica constructiva ecológica pues hace uso de arena, tierra o grava con la que  se rellena un saco sin fondo que se va colocando en todo el perímetro del espacio a construir y apisonando uno sobre otro hasta formar los muros que son autoportantes y se pueden utilizar para construir bóvedas. En el experimento esta técnica se para la cimentación de algunos muros.

[8] almacenar el calor y cederlo posteriormente. 

[9] “Querétaro es la ciudad que ofrece la tierra más cara para invertir en el país. El precio promedio que alcanza un metro cuadrado es de 2,790.50 pesos; sin embargo, la misma medida puede alcanzar un costo máximo de hasta 4,781 pesos, según información de ProMéxico. La mínima es de 800 pesos según Colliers Internacional 2013” Negrete Sofía, Oropeza Alejandra. Querétaro, el más caro en precio de suelo. El Economista. Enero 6, 2014