Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular

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(1)Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL. “MATERIALES ALTERNATIVOS PARA LA REDUCCIÓN DE COSTOS EN LA EDIFICACION DE VIVIENDA POPULAR”. ASESOR: ING. JAVIER MAURICIO PRIETO OSORIO MSc. GIOVANNY ALFREDO SALAS ARAQUE. Bogotá, Diciembre de 2003. 1.

(2) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN................................................................................................................ 7 2. OBJETIVOS........................................................................................................................ 9 2.1 Objetivo general............................................................................................................ 9 2.2 Objetivos Específicos ................................................................................................... 9 3. ANTECEDENTES DE MATERIALES ALTERNATIVOS ................................................. 10 4. MATERIALES ALTERNATIVOS AL CEMENTO PÓRTLAND ........................................ 13 4.1 Materiales Puzolánicos............................................................................................... 13 4.2 Materiales hidráulicos................................................................................................. 15 4.3 Aplicación de materiales alternativos al cemento Pórtland ....................................... 18 4.3.1 Hormigón liviano conteniendo cenizas volantes y cenizas de fondo ................. 18 4.3.2 Hormigón celular con escoria granulada de alto horno ...................................... 19 4.4 Análisis de costos directos para construcción........................................................... 20 5. MATERIALES ALTERNATIVOS PARA REFUERZO DE CONCRETO.......................... 21 5.1 Fibra de Cáñamo........................................................................................................ 24 5.1.1 Caracterización mecánica y ventajas ................................................................. 25 5.1.2 Fabricación de bloques a partir de fibras de Cáñamo........................................ 25 5.1.3 Aspectos y consideraciones constructivas ......................................................... 28 5.1.4 Análisis de costos directos para construcción.................................................... 28 5.2 Fibras de cáscara Coco.............................................................................................. 29 5.2.1 Propiedades mecánicas y físicas........................................................................ 30 5.2.2 Aspectos y consideraciones constructivas ......................................................... 31 5.2.3 Análisis de costos directos para construcción.................................................... 31 5.3 Fibra de Sisal .............................................................................................................. 33 5.3.1 Propiedades mecánicas y físicas........................................................................ 34 5.3.2 Consideraciones constructivas ........................................................................... 35 5.3.3 Análisis de costos directos para construcción.................................................... 36 5.4 Bahareque encementado ........................................................................................... 37. 2.

(3) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. 5.4.1 Usos y antecedentes en la construcción ............................................................ 37 5.4.2 El rendimiento de la guadua para edificación de vivienda. ................................ 38 5.4.3. Propiedades físicas y mecánicas ....................................................................... 39 5.4.4. Consideraciones constructivas .......................................................................... 40 5.4.5. Análisis de costos directos para construcción................................................... 40 6. MATERIALES ALTERNATIVOS PROVENIENTES DE RECICLAJE ............................. 44 6.1 Reciclaje de botellas plásticas ................................................................................... 44 6.2 Reciclaje de caucho proveniente de llantas viejas .................................................... 45 6.2.2 Caucho como reemplazo parcial de agregados ................................................. 47 6.2.3 Análisis de costos directos para construcción.................................................... 49 6.3 Reciclaje de materiales de construcción.................................................................... 49 6.3.1 Antecedentes ....................................................................................................... 49 6.3.2 Experiencia Colombiana ..................................................................................... 52 6.3.3 Proceso de Reciclaje........................................................................................... 53 6.3.3.1. Selección de desperdicios.................................................................... 54. 6.3.3.2. Trituración. ............................................................................................ 55. 6.3.3.3. Mezclado............................................................................................... 56. 6.3.3.4. Fabricación. .......................................................................................... 57. 6.3.3.5. Curado de productos ............................................................................ 57. 6.3.4 Análisis de costos directos para construcción.................................................... 58 7. SISTEMAS CONSTRUCTIVOS....................................................................................... 60 7.1 Oferta actual de sistemas constructivos para vivienda popular ................................ 60 7.2 Análisis comparativo de los sistemas constructivos analizados ............................... 61 7.3 Selección del sistema constructivo para implementación de los materiales alternativos........................................................................................................................ 65 8. INCORPORACION DE MATERIALES ALTERNATIVOS PARA LA REDUCCION DE COSTOS EN LA EDIFICACION DE VIVIENDA POPULAR ................................................ 67 8.1 Descripción de la metodología a utilizar .................................................................... 67 8.2 Materiales a implementar ........................................................................................... 68 8.3 Presupuesto tradicional de vivienda popular ............................................................. 71. 3.

(4) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. 8.4 Presupuesto de vivienda popular con incorporación de los materiales alternativos 72 8.5 Análisis comparativo de costos.................................................................................. 73 9. ANALISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES ....................................................... 74 ANEXOS ............................................................................................................................... 75 1.. Presupuesto detallado vivienda en mampostería de muros confinados................. 75. 2. Presupuesto resumido de vivienda en mampostería de muros confinados ............... 88 3. Presupuesto detallado vivienda en mampostería confinada con implementación de materiales seleccionados ................................................................................................. 93 9.. Presupuesto resumido de vivienda en mampostería confinada con implementación. de materiales seleccionados.......................................................................................... 106 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................................... 111 BIBLIOGRAFIA................................................................................................................... 114. 4.

(5) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. INDICE DE TABLAS Tabla 1. Características y origen de los materiales puzolánicos. ....................................... 14 Tabla 2. Comparación de la resistencia mecánica de los materiales de reemplazo al cemento Pórtland.......................................................................................................... 16 Tabla 3. Desechos químicamente activados para reemplazar el cemento Pórtland.......... 17 Tabla 4. Propiedades mecánicas y físicas del Plycem........................................................ 22 Tabla 5. Propiedades de concreto según aglomerante y contenido de fibras .................... 30 Tabla 6. Análisis unitario concreto 1:2:3 .............................................................................. 32 Tabla 7. Análisis unitario concreto 1:2:3, con 2% de fibra de coco..................................... 32 Tabla 8. Análisis unitario concreto 1:2:3, con 4% de fibra de coco..................................... 32 Tabla 9. Propiedades de probetas con y sin fibras.............................................................. 35 Tabla 10. Concreto 1:2:3 con 2% de fibras de sisal. ........................................................... 37 Tabla 11. Concreto 1:2:3 con 4% de fibras de sisal. ........................................................... 37 Tabla 12. Análisis resumidos de muros en bahareque encementado. ............................... 43 Tabla 13. Composición de los especimenes analizados..................................................... 46 Tabla 14. Análisis de función individual de los sistemas evaluados................................... 64 Tabla 15. Análisis comparativo de costos y disponibilidad de materiales analizados. ....... 67 Tabla 16. Análisis comparativos de mampostería de muros confinados y sistemas de muros, con los materiales estudiados.......................................................................... 71. 5.

(6) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. INDICE DE FIGURAS Figura 1. Variación de la resistencia a la compresión con el contenido de material de reemplazo..................................................................................................................... 18 Figura 2. Hormigón liviano conteniendo cenizas volantes y cenizas de fondo................... 19 Figura 3. Variación de la resistencia a la tracción, con envejecimiento.............................. 24 Figura 4. Imagen de la planta de cáñamo. .......................................................................... 24 Figura 5. Bloque cannabric................................................................................................... 27 Figura 6. Cultivo de Sisal...................................................................................................... 33 Figura 7. Productos de las fibras de sisal ............................................................................ 34 Figura 8. Tallos de guadua mayores de 4 años. ................................................................. 39 Figura 9. Viviendas en bahareque encementado. ............................................................... 41 Figura 10. Paneles con botellas plásticas sin revoque........................................................ 45 Figura 11. Variación de la resistencia a la compresión con el tiempo de curado. .............. 47 Figura 12. Resistencia a la flexión con el porcentaje de TRA. ............................................ 47 Figura 12. Proyecto de vivienda popular con el sistema Bom-Plac.................................... 49 Figura 14. Planta de trituración. ........................................................................................... 54 Figura 15. Material seleccionado. ........................................................................................ 55 Figura 16. Agregado fino. ..................................................................................................... 55 Figura 17. Agregado grueso................................................................................................. 56 Figura 18. Mezcla de los agregados con el material cementante. ...................................... 56 Figura 19. Cilindro del material sometido a pruebas de compresión. ................................. 58 Figura 20. Dimensiones de los bloques asumidos.............................................................. 73. 6.

(7) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. 1. INTRODUCCIÓN En Colombia el déficit de vivienda para los estratos bajos (1 y 2), constituye un problema grave para el desarrollo de sus ciudades. A pesar que se haya afirmado que dicho déficit es un poco mas de carácter cualitativo que cuantitativo (ECHEVERRY 2000), la desmarginalización de las edificaciones piratas y otras medidas para eliminar las invasiones de terrenos privados en busca de reorganización de la ciudad, significan una inversión incalculable para la mejora los niveles en la calidad de vida de todas aquellas personas que necesitan de carácter urgente un techo al que puedan acceder de acuerdo a sus recursos. El acceso a la vivienda de interés social o en el mejor de los casos la vivienda de interés prioritario proporciona el mejor mecanismo para la solución del déficit de vivienda presente en la actualidad, el cual asciende a un poco más de 2’000.000 viviendas, 1’132.433 de viviendas del déficit cuantitativo, mas 975.859 viviendas del déficit cualitativo. (DEPARTAMENTO NACIONAL DE PLANEACION [DNP] 2002) La dificultad de ofrecer una vivienda digna a costos realmente bajos, teniendo un costo de vida tan elevado para un país como Colombia, la demora en la legalización de predios, la escasez de tierras dentro del perímetro de servicios públicos disponibles, la falta de sistemas adecuados de amortización de créditos de vivienda a largo plazo y los altos costos de construcción y urbanización, son obstáculos que deben ser superados por quienes se encuentran involucrados en proyectos de vivienda popular. Una de las dificultades que requiere mayor atención -la última de ellas- ha tratado de ser superada en muchos casos de tal manera que se plantean alternativas como la auto edificación y la sustitución de los materiales tradicionales. Si bien es cierto que el costo de los materiales dentro de los costos directos de la vivienda supera el 50%, y a su vez los costos directos dentro del costo total representan. 7.

(8) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. aproximadamente un 75%, la disminución sustancial de estos puede ser una de las alternativas posibles para reducir considerablemente los costos de una unidad unifamiliar. Dentro del proceso de construcción de viviendas de interés social es necesario tener en cuenta que se han desarrollado procesos constructivos que por un lado buscan disminuir los costos y por el otro procuran tener un bajo impacto sobre el medio ambiente. Los sistemas constructivos existentes en el mercado de nuestro país, incluyen sistemas industrializados, algunos muy artesanales y otros que se constituyen por una combinación de los dos. La utilización de nuevos materiales y la inclusión de metodologías que permitan a los materiales tradicionales tener mayores ventajas y ser más económicos a son una buena opción que se debe contemplar para la construcción, reduciendo su costo sin afectar las características estructurales ó las constructivas. Dentro de estos materiales, están aquellos que ya existen como el caso del concreto, pero que presentan variaciones que favorecen los aspectos antes nombrados; estas variaciones pueden ir desde la adopción de nuevas tecnologías como fibras de vidrio, por ejemplo, hasta la utilización directa de residuos o su reciclaje para incluirlos en la estructura del material. El siguiente documento presenta un estudio realizado a partir de una revisión bibliográfica, a partir de la cual se analizan materiales alternativos para reducción de costos en la edificación de vivienda popular, a través de diferentes alternativas y facilidades utilizadas en el mundo y que pueden ser adaptadas a las condiciones de nuestro país. Se inicia con una breve reseña histórica del uso de los materiales alternativos para construcción de vivienda, seguido por un análisis cualitativo y de costos de cada una de las alternativas encontradas durante la investigación. Finalmente, se lleva a cabo un análisis de la implementación de los materiales más favorables, mediante una comparación con los materiales aplicados a sistemas disponibles en el mercado, específicamente en la construcción con mampostería de muros confinados. Los resultados del presente trabajo muestran la reducción de costos que podría obtenerse en vivienda popular, ofreciendo una alternativa dentro de los esfuerzos para facilitar el acceso a las mismas.. 8.

(9) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. 2. OBJETIVOS. 2.1 Objetivo general Ø Analizar la viabilidad técnica y económica de la implementación de nuevos materiales en la construcción de vivienda popular buscando alternativas mediante las cuales se disminuyan los costos en la edificación.. 2.2 Objetivos Específicos Ø Realizar una revisión bibliográfica que permita identificar materiales y sistemas constructivos alternativos aplicables en la edificación de vivienda popular. Ø Identificar alternativas para la disminución de costos en la edificación de vivienda mediante la implementación de los materiales encontrados en la revisión bibliográfica. Ø Analizar las ventajas de los sistemas alternativos encontrados para la construcción de vivienda de bajo costo, sobre los utilizados tradicionalmente. Ø Considerar las implicaciones técnicas que trae consigo el uso de materiales alternativos. Ø Identificar técnicas de reciclaje para la elaboración de materiales alternativos dentro de la construcción de vivienda de interés social y su contribución ambiental. Ø Implementar los materiales analizados a un caso particular e identificar las ventajas económicas y ambientales de su construcción.. 9.

(10) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. 3. ANTECEDENTES DE MATERIALES ALTERNATIVOS Con la llegada del concreto al país, los programas de desmarginalización y dotación de vivienda para las familias en desventaja económica empiezan a ser una herramienta viable para la solución de los problemas que posee una familia sin techo propio. El inicio de la construcción de vivienda de concreto en Colombia data de la misma época de la llegada del cemento, aproximadamente en el año de 1910. Las primeras aplicaciones se dieron en la construcción de placas de concreto macizas sobre muros portantes de mampostería. Este sistema entró en reemplazo del sistema de muros portantes y entresuelos de madera, que fué el más utilizado antes de la llegada del cemento. Posteriormente llegó de Europa y Estados Unidos el sistema de construcción de columnas y vigas, el cual fue utilizado hasta la década del 50. Uno de los problemas, en cuanto a costos y eficiencias que este proceso traía consigo fue la gran cantidad de formaleta que requería, dando paso a otro tipo de construcción en el cual se tomó como aspecto más relevante la implementación de aligeramientos en placas y bloques de cemento y escoria, bloques cerámicos, etc. En cuanto a modalidades de construcción o sistemas constructivos por su parte, a principios de los años 60 comenzó la construcción estructuras fundidas en el sitio, teniendo como principal lineamiento el desarrollo de construcciones mediante mecanismos constructivos eficientes y distintos a los posteriormente utilizados sistemas prefabricados, los cuales generaron grandes atrasos en cuanto a la implementación de mecanismos para el montaje de la subestructura. De esta manera se multiplicarían las opciones para materializar proyectos en los cuales se mitigaran los problemas que se iban encontrando a lo largo de la utilización de las primeras técnicas empleadas. Como consecuencia de esta serie de evoluciones actualmente se ha optado por desarrollar dentro de los sistemas ya manejados, la implementación de elementos constitutivos que hagan cada una de las actividades más manejable y por supuesto más rentable; así de esta manera se han venido estudiando materiales alternativos, que. 10.

(11) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. ofrezcan ligereza, flexibilidad, disponibilidad, instalación y economía, sin alterar los avances que en cuanto a calidad se han venido realizando desde el inicio de estas actividades. La utilización de estos materiales debe seguir una serie de medidas las cuales juegan un papel relevante dentro de los modelos que buscan mecanismos para reemplazar los “modelos de urbanización informal” (ECHEVERRY 2000) por otros planificados. Dichas medidas son referentes en la mayoría de los casos al cumplimiento de requerimientos técnicos de mayor exigencia, algunos requerimientos de sostenibilidad ambiental o preferiblemente por su fácil acceso desde el punto de vista económico, sin sacrificar la calidad de la vivienda. Para este fin, dentro de los sistemas constructivos existentes se llevan a cabo implementaciones de materiales tradicionales que han sido objeto de modificaciones en su composición y que ofrecen ventajas frente a los demás. El ejemplo mas común corresponde a la utilización sustancias químicas que alteran la composición del cemento, con el fin de aumentar la resistencia a los medios ácidos, los climas extremos o en general las variaciones ambientales que puedan afectarlo. En el caso de Bogotá, por ejemplo vale la pena citar que dentro en la mayoría de los sistemas constructivos existentes, se emplean alternativas de tejados, basadas en la utilización de materiales alternativos como perfiles de láminas galvanizadas, aluminio y de PVC. Además de la utilización de materiales novedosos en instalaciones hidráulicas o sanitarias, como el GRP o el polipropileno, los cuales poseen propiedades favorables para su función, aumentando las eficiencias y disminuyendo los costos. Materiales alternativos adicionales empleados dentro de los sistemas existentes son el polietileno, como impermeabilizante, en algunos elementos estructurales se emplea fibrocemento (cemento con refuerzos de fibra vegetal -celulosa-.) tal como se lleva a cabo en el sistema de vivienda celular Eternit , el sistema Plycem, el sistema Colditec, entre otros (ECHEVERRY 2000). Así como la utilización de Termo Wall (Sándwich de poliuretano expandido dentro de láminas de fibrocemento), Steel deck-poliuretano, etc.,. 11.

(12) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. los cuales ofrecen en la mayoría de los casos resistencias mayores a la compresión, impermeabilización, estructuras livianas y aislamientos térmicos y acústicos. Es de gran importancia desde el punto de vista de sostenibilidad ambiental, llevar a cabo prácticas como el reciclaje de desechos de construcción, los cuales pasan a ser en múltiples oportunidades, la materia prima para nuevos materiales como es el caso de los plásticos, el papel y el cartón (ORDOÑEZ 1999), llevando acabo lógicamente, un adecuado proceso de reciclaje y un control de calidad apropiado. Otro de los procesos de reciclaje empleado, es la fabricación de ladrillos, baldosines, mezclado de asfalto o sustitución de la sílice en las mezclas de cemento, por parte de los vidrios que ya no se pueden emplear como ventanales. A pesar de todas las ventajas que la implementación de materiales nuevos y alternativos trae consigo, existen también problemas relacionados básicamente con la falta de investigación para su adecuado uso en los aspectos de cimentación, pisos, muros, techos y recubrimientos, para luego convencer a la población y a las autoridades de que esos materiales funcionan al igual que otros también utilizados.. 12.

(13) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. 4. MATERIALES ALTERNATIVOS AL CEMENTO PÓRTLAND A raíz de la producción del cemento Pórtland y las dificultades que este proceso ha traído consigo, los procesos de fabricación han mejorado gracias a numerosos avances científicos. A pesar de ello, esta industria todavía significa una amenaza para el medio ambiente. Dichos procesos, generan una demanda bastante alta de combustibles y con alta emisión de contaminantes por el consumo de los mismos y la descarbonatación de la materia prima. Razón por la cual los requerimientos ambientales son cada vez mayores y el costo de producción se vuelve cada día mas elevado. Según Escalante (2002), los materiales alternativos al cemento pueden clasificarse según su composición química y el tipo de productos de hidratación que forman; estas dos clasificaciones son materiales puzolánicos y materiales hidráulicos.. 4.1 Materiales Puzolánicos Los materiales puzolánicos, hacen referencia a aquellos, cuya composición es rica en SiO 2, similares a las cenizas volcánicas utilizadas por los romanos. Algunos ejemplos de estos materiales son la ceniza volcánica, la sílice condensada, algunos caolines, ceniza de cascarilla de arroz y algunos desechos geotermales. Todos estos materiales pueden reemplazar parcialmente el cemento Pórtland o inclusive algunos de ellos, pueden hacerlo totalmente.. 13.

(14) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. Entre sus características principales se encuentran las presentadas en la tabla 1, en donde además se presenta el proceso adicional para su utilización y su origen.. Tabla 1. Características y origen de los materiales puzolánicos.. Los materiales puzolánicos son llamados así, debido a la interacción química con los productos de hidratación del cemento, “principalmente cal [Ca(OH) 2]; la reacción que describe tal proceso es llamada reacción puzolánica x Sde la puzolana + y CHdel cemento + z H ? C ? y Sx H(y+z) . La generación de más C-S-H y la eliminación del CH producido por el cemento explica el incremento en las propiedades mecánicas de cementos reemplazados” (ESCALANTE 2002).. 14.

(15) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. Dentro de las propiedades del cemento sustituido, la composición química de las puzolanas y las características físicas como tamaño influyen considerablemente.. 4.2 Materiales hidráulicos A pesar de que estos materiales se emplean más comúnmente en la escoria de alto horno granulada, también pueden emplearse escorias de procesos como aceración, producción de fósforo, cobre, zinc y plomo. Son materiales sintéticos, debido a que son subproductos. Estos requieren ser molidos para reemplazar el cemento Pórtland. Para el caso de escoria de alto horno (producción de hierro), los niveles de substitución por cemento son de 10 a 90%. Los materiales hidráulicos al igual que los puzolánicos, reaccionan con los productos de hidratación del cemento. En este caso la reacción es distinta, ya que algunos como la escoria de alto horno, contienen calcio en su composición química. La reacción que produce C-S-H y elimina el CH generado por el cemento sería (sin balancear): xC + yS + zCHdel cemento + H ? C-S-H. Para los materiales de reemplazo del cemento Pórtland generalmente se requiere un estado estructural amorfo (como los vidrios), esto es, con alta energía interna y por ende inestables termodinámicamente y muy reactivos químicamente. (ESCALANTE 2002) En general estos materiales tienen una buena disposición en nuestro país, por su parte la escoria proveniente de las acerías en funcionamiento, mientras que las cenizas volcánicas podrían ser utilizadas en la medida que su disposición lo permita.. 15.

(16) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. Materiales que pueden ser empleados y que resultan como desecho de otras industrias, también tienen una disponibilidad alta en nuestro país; por ejemplo, el yeso proveniente de la industria cerámica (muebles sanitarios, entre otros) o de la producción del ácido fluorhídrico, los lodos de drenaje o lodos de producción de aluminio. En la utilización de materiales como la sílice condensada y la escoria, pueden llegar a ofrecer. alta resistencia mecánica con valores de aproximadamente 120 MPa. (UCHIKAWA 1994). En un esquema comparativo de las ventajas que ofrecen los materiales cementantes que reemplazarían el cemento Pórtland (Tabla 2), se puede observar el desempeño de cada uno en cuanto a su resistencia mecánica. Otras alternativas para reemplazar el cemento Pórtland, son las mostradas en la Tabla 3 correspondientes a desechos químicamente activados provenientes de la actividad industrial.. Tabla 2. Comparación de la resistencia mecánica de los materiales de reemplazo al cemento Pórtland. 16.

(17) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. En cuanto a la resistencia a la compresión de algunos de los materiales que se han nombrado, el esquema presentado en la figura 1 muestra algunos sistemas con poco o sin porcentaje de cemento Pórtland.. Ligante básico Escoria de alto horno activada por álcalis. Características. Observaciones. Posiblemente pueda Excelentes propiedades incorporar otros desechos, mecánicas, 0% cemento ahorros de hasta 40% en Pórtland costos. Propiedades mecánicas Ceniza volante activada aceptables, 0% cemento por álcalis Pórtland Buenas propiedades Escoria de producción mecánicas, 0% cemento de fósforo y cobre Pórtland. Cementos de sulfoaluminatos de calcio. Relativamente reciente en Menor demanda energética desarrollo con excelentes que el cemento Pórtland propiedades. Cementos súpersulfatados. 5% cemento Pórtland, 80- No soportan curado a altas 85% escoria, 10-15% yeso temperaturas.. Tabla 3. Desechos químicamente activados para reemplazar el cemento Pórtland. 17.

(18) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. Figura 1. Variación de la resistencia a la compresión con el contenido de material de reemplazo. 4.3 Aplicación de materiales alternativos al cemento Pórtland De estos materiales alternativos al cemento Pórtland, se pueden nombrar dos casos para la producción de concretos con gran viabilidad económica.. 4.3.1 Hormigón liviano conteniendo cenizas volantes y cenizas de fondo El primero de ellos recibe el nombre de hormigón liviano conteniendo cenizas volantes y cenizas de fondo, curado al aire. Fue realizado en el Centro de investigación y desarrollo para la construcción y la vivienda CECOVI de Argentina (CECOVI sf), a finales de la década de los 80. En la figura 2, se muestra una imagen del hormigón realizado bajo estas condiciones y la notable baja densidad del material.. 18.

(19) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. Figura 2. Hormigón liviano conteniendo cenizas volantes y cenizas de fondo. La caracterización del material muestra las siguientes propiedades: - Baja densidad (800 a 1200 Kg/m 3). - Baja conductibilidad térmica (0.24 a 0.32 kcal/h.m.ºC). - Aceptable resistencia mecánica, apta para aplicaciones no estructurales (15 a 60 kg/cm2 a 28 días). Con base en estos valores, el concreto fabricado puede decirse que tiene un rendimiento técnico que lo hace apto para la elaboración de elementos prefabricados no estructurales. 4.3.2 Hormigón celular con escoria granulada de alto horno El segundo caso corresponde al hormigón celular conteniendo escoria granulada de alto horno, molida y curada con vapor a presión normal. Este estudio también fue realizado por el CECOVI y se pudo determinar que en este caso las escorias resultantes del proceso industrial son recogidas en la base del alto horno en estado líquido. En el momento de querer disminuir la temperatura con agua, se forma la escoria ya nombrada. Para la producción de este hormigón, es necesario fijar parámetros como la dosificación en peso tanto para aglomerante como para la mezcla total, además de las temperaturas y tiempos de curado.. 19.

(20) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. Los valores de los parámetros empleados son: Dosificación en peso: - Composición del aglomerante (%en peso): 25% cemento + 3% cal + 72% escoria granular de alto horno. - Relación agregado/aglomerante (en peso): 0,50. Curado con vapor a presión atmosférica: - Tiempo de espera previa: 10 hs. - Temperatura: 70 ºC. - Duración: 8 hs. Finalmente, el material producido para la investigación presentó una densidad entre 500 a 1000 kg/m 3, con una buena capacidad de aislamiento térmico y una resistencia mecánica aceptable para cumplir funciones portantes, aunque no estructurales.. 4.4 Análisis de costos directos para construcción Los costos de los materiales varían según la disponibilidad de cada uno y en muchas ocasiones de los tratamientos previos para su utilización. Para el caso de las cenizas volcánicas el costo llega a ser bastante mas elevado que los demás materiales estudiados. Por su parte, las escorias de alto horno dentro de los materiales hidráulicos y los caolines dentro de los materiales puzolánicos, significan un ahorro considerable debido a su gran disponibilidad y bajo costo en el mercado. En el presente trabajo no se muestran costos de estos materiales debido a la disponibilidad de los mismos en las fuentes consultadas.. 20.

(21) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. 5. MATERIALES ALTERNATIVOS PARA REFUERZO DE CONCRETO Una técnica que, además de brindar ventajas estructurales sobre los métodos tradicionales de edificación, contribuye con reducciones tanto de costos como de impacto ambiental es la implementación de fibras naturales con fines de refuerzo en materiales tradicionales como el concreto. Con realmente pocos estudios como base para su utilización, las fibras vegetales han demostrado que pueden mejorar las propiedades mecánicas del concreto, especialmente en la tensión, tal como se referencia en el estudio realizado por el “Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo” (CYTED). Además de la tensión se obtiene una mejora en las resistencias a la fractura y al impacto, basadas en la relación longitud/diámetro y la adherencia entre la fibra de refuerzo y la matriz (cemento). En algunas compañías manufactureras de materiales para construcción se ha llevado a cabo elaboración de materiales con base en la combinación de insumos principales como cemento, agua y fibras naturales. Por ejemplo, en México se desarrolló el “Plycem”, el cual es un tablero de cemento Pórtland reforzado con fibras naturales, empleado para muros interiores, exteriores, fachadas, bases de techo, entre otros fines. Este tipo de paneles, han sido adoptados para constituir un sistema constructivo disponible en el mercado de nuestro país, dándole el mismo nombre. Las propiedades físicas y mecánicas de este material, se presentan en la tabla 4, según las cuales cumplen con los requisitos de la norma ASTM correspondiente a cada una de las pruebas realizadas. Estudios realizados en Brasil (SAVASTANO 2000) comprueban que las fibras vegetales son más favorables y tienen un costo más bajo que los refuerzos tradicionales, ya que pueden proceder en muchos casos de restos de la industria, o algunas actividades. 21.

(22) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. aisladas que generan desechos que las contienen. Por ejemplo en las ciudades costeras se genera un gran volumen de cáscara de coco la cual puede ser empleada para estos fines.. Tabla 4. Propiedades mecánicas y físicas del Plycem. Otros materiales de fibra que pueden ser utilizados son la cáscara del banano, las hojas del maíz, los tallos del eucalipto, entre otros. En general para el buen uso de las fibras vegetales en mezclas cementadas, es recomendable según las investigaciones al respecto emplear aglomerantes diferentes al cemento Pórtland, debido a las necesidades de baja alcalinidad. Entre esos aglomerantes. 22.

(23) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. se nombran las escorias de alto horno y la ceniza de cascarilla de arroz. Vale la pena aclarar que la alcalinidad del medio puede traer consigo ventajas como la neutralización de la acción de algunos hongos xilófagos que pueden atacar las fibras vegetales presentes en la mezcla. Existen problemas generalizados para la mayoría de los materiales de fibra que han podido ser verificados por los estudios de los cuales han sido objeto. Entre ellos se encuentran la excesiva humedad del medio, el envejecimiento acelerado, entre otros, y su relación con la perdida de las propiedades físicas y mecánicas. En el estudio realizado por Holmer Savastano (SAVASTANO 2000), en varias de las fibras empleadas, existe cierta incompatibilidad física debido a que los procesos de humedecimiento y secado generan encogimientos y alargamientos que afectan de manera considerable el ligamiento entre la fibra y la matriz cementante, reduciendo la ductilidad del material. Un factor bastante importante para analizar el comportamiento de este material, corresponde al envejecimiento del mismo y su relación con la resistencia, la cual es lógicamente inversa, es decir que para un mayor envejecimiento del material la resistencia será menor. Para esto se recomienda llevar a cabo un proceso de envejecimiento inducido que trata de minimizar el efecto de este sobre la resistencia del material haciendo que ciclos repetidos de humedecimiento secado reduzcan la porosidad del mismo evitando dicho efecto. La figura 3 muestra un gráfico en el cual se lleva a cabo una comparación entre los envejecimientos natural (EEN) e inducido (QCT quick condesation test) y la resistencia a la tracción y flexión.. 23.

(24) Resistencia a la tracción (MPa). Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Referência. QCT. EEN. Figura 3. Variación de la resistencia a la tracción, con envejecimiento. 5.1 Fibra de Cáñamo El cáñamo, es una planta de crecimiento rápido, que se cultiva desde hace varios milenios para fabricación de cuerdas, vestidos, papeles, aceite, subproductos de aceite y medicinas en zonas tropicales de gran humedad. Como cultivo, el cáñamo sirve para mejorar los suelos y reducir la contaminación ambiental. No necesita ni herbicidas ni pesticidas. En la figura 4, se muestra una planta de cáñamo de la especie Cánnabis sativa, familiar cercano del cáñamo indio productor de la marihuana.. Figura 4. Imagen de la planta de cáñamo.. 24.

(25) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. 5.1.1 Caracterización mecánica y ventajas Una de las fibras vegetales que se emplea para reforzar el concreto es la proveniente del cáñamo. La cual ofrece propiedades adicionales como el aislamiento térmico y acústico, pudiendo reemplazar el corcho, la espuma de poliuretano y la fibra de vidrio. En una escala que de 1 a 10 es buen aislante, de 10 a 15 regular y de 15 en adelante mal aislante, el cáñamo tiene una clasificación entre 1 y 2. Entre las grandes favorabilidades adicionales que posee el cáñamo se encuentra la resistencia al fuego luego de un breve tratamiento en agua carbónica, con el cual, a pesar de continuar siendo inflamable, su proceso de combustión es lento y no genera gases tóxicos como en el caso de la fibra de vidrio. Su clasificación de inflamabilidad es de tipo 2, igual al corcho aglomerado o negro. Es materia orgánica que no sufre putrefacción ni procesos de mohoseo así como tampoco sufre las consecuencias del ataque de polillas o coleópteros, en el caso de quedar al descubierto en la estructura. La mayoría de los estudios practicados para este material, han sido realizados en España y Alemania, en donde además han sido objeto de pruebas de bioconstrucción de gran exigencia. Por su parte, el costo es reducido debido a la facilidad de obtención, utilización y procesamiento.. 5.1.2 Fabricación de bloques a partir de fibras de Cáñamo i). Propiedades En España (TODOCONSTRUCCIÓN 2003), por ejemplo se desarrolló un bloque de construcción llamado CANNABRIC, el cual está formado por fibras vegetales de cáñamo industrial, cal hidráulica y una mezcla de minerales, que además de reunir. 25.

(26) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. todas las funciones de un muro estructural, también cumple satisfactoriamente con los requerimientos de resistencia a las cargas y la protección contra incendios. Propiedades intrínsecas del cáñamo como su conductividad térmica le dan al material una gran capacidad aislante frente al frío. Los minerales le ofrecen a los bloques, la resistencia necesaria y la protección del calor, lo cual hace que materiales similares sean una buena opción en la construcción de viviendas en zonas temperadas. Para el caso de Colombia, se podría utilizar en zonas costeras para protección contra el calor, o por el contrario en zonas de altiplanicie y páramo para protección contra el frío. En cuanto a las propiedades mecánicas el material tiene un proceso de resistencia que se determina mediante los cambios químicos producidos en su interior. “…se inicia con la formación de hidratos insolubles y se ve incrementada en el transcurso del tiempo por la carbonización de la cal libre, que forma parte de la cal hidráulica, al contacto con la humedad y el gas carbónico del aire. La petrificación de las fibras de cáñamo al relacionarse con la cal y los minerales, es otro factor importante en el aumento progresivo de la resistencia en el material.” (TODOCONSTRUCCION 2003) Los productores de dicho material, afirman también que este tiene la capacidad de compensar y equilibrar la humedad ambiental, haciendo que se supriman los lugares húmedos y fríos, debido a que la composición natural permite la transpiración y la difusión al vapor de agua entre el interior y el exterior de la vivienda, haciendo que dicha capacidad en conjunto con la función de la cal hidráulica prevenga el ataque de hongos y parásitos vegetales.. ii). Proceso de elaboración y ciclo de vida. El ciclo de vida de estos bloques, tiene cuatro etapas principales que corresponden a producción, transformación, recuperación y aplicación.. 26.

(27) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. - Producción: Se lleva a cabo el mezclado de los componentes con el agua, elaborando el mortero base del bloque. - Transformación: Se dosifica el mortero base y se introduce en una prensa que permite obtener el bloque similar al presentado en la figura 5. Se aísla el bloque de la lluvia y el sol durante 28 días. - Recuperación: El bloque procedente de una demolición puede ser molido y reutilizado para la producción de nuevos bloques. - Aplicación: Entre las aplicaciones del material se encuentran la elaboración de muros estructurales y la formación de tabiquerías interiores, muros de entramado de madera, muros de fachada, muros decorativos sin revestir, entre otras.. Figura 5. Bloque cannabric. iii). Características mecánicas y físicas. Los valores correspondientes a las características del material en su mayoría fueron determinados en la fábrica y resultan de promediar los valores obtenidos por varias pruebas. a. Densidad aparente (28 días) = 1,3 kg/dm 3. b. Densidad absoluta seca = 1171 kg/m 3. c. Masa (absolutamente seco) = 5,35 kg.. 27.

(28) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. d. Resistencia a la compresión característica (28 días) = 13,00 kg/cm2 (1,3 N/mm2). e. Resistencia a la compresión media (28 días) = 14,00 kg/cm2 (1,4 N/ mm2). f.. Resistencia a la flexión (28 días) = 6,10 kg/cm2.. g. Resistencia al fuego > RF 120. h. Coeficiente de Conductividad térmica = 0,16 kcal/h·m·K (0,19 W/m·K). i.. Absorción de agua = 31,5 %.. j.. Succión de agua = 0,41g/ cm2 x 5 min.. k. Aislamiento acústico al ruido = 52 db.. 5.1.3 Aspectos y consideraciones constructivas En comparación con las demás fibras naturales analizadas en la presente investigación, el cáñamo no sufre el ataque de la intemperie, ni los insectos, tal como se mencionó anteriormente. Para la resistencia al fuego, solo debe ser objeto de un baño carbonatado.. 5.1.4 Análisis de costos directos para construcción En un almacén de artesanías la fibra de cáñamo puede conseguirse por kilogramo o en carretes de 18 x 12 cm., con pesos aproximados de 700 y 800 gr., con costos que oscilan entre los $20.000 y $22.000 por kilogramo, o $12.000 y $15.000 por carrete. Teniendo en cuenta que la cantidad de fibra que debe contener la matriz cementante para realizar el material varía según los requerimientos del mismo, para un análisis de costos puede asumirse un contenido porcentual entre 2 y 4% de la masa total, generando un costo excesivo para cualquier tipo de mortero o concreto que se necesite preparar. Por esta razón, el costo / m2 de construcción que se podría calcular a partir de los valores obtenidos, no corresponden al valor real del material alternativo estudiado, siendo necesario un análisis de costos en el cual el valor de la fibra corresponda al valor real de obtención de la misma, directamente del cultivo.. 28.

(29) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. 5.2 Fibras de cáscara Coco La cáscara de coco, ha venido ocasionando problemas de contaminación en las regiones en las cuales se produce, generalmente países tropicales o ciudades costeras, debido a la dificultad para su aprovechamiento, su inadecuada disposición y su volumen, ya que en la actualidad, cerca de 250.000 toneladas son producidas en el mundo. (CARVALHO 2003) Las fibras que la componen, sin embargo, muestran una gran durabilidad y la capacidad de mantenerse al margen de cualquier reacción química que ocurra al interior de la mezcla que la contenga, así como también evidencia baja degradabilidad en agua u otros ambientes húmedos. Sus usos datan desde principios del siglo 16 en Europa, y estaban centrados en la elaboración de cuerdas, colchones y cojines básicamente, aunque su utilización para aislamientos. térmicos. y. acústicos. también. comenzó. a. evidenciarse,. hace. aproximadamente 50 años. Las fibras deben curarse durante cerca de seis meses en agua y luego secarse al aire libre para prepararlas al proceso industrial. Entre los usos constructivos que posee la fibra de coco se encuentra la elaboración de losas de entrepiso presentes en vivienda, debido a su gran capacidad de resiliencia. En Portugal, por ejemplo, se llevaron a cabo pruebas en las cuales se compararon tres tipos de losas en las que se encontraba el material en cuestión. Se comparó la capacidad de aislamiento acústico que estas poseían y posteriormente se confrontaban los resultados obtenidos con los límites máximos permitidos por la norma. Los resultados obtenidos fueron bastante buenos, pero lastimosamente su aplicabilidad en vivienda popular es bastante limitada, ya que en el caso de la investigación encontrada, se contemplan casos de vivienda media-alta.. 29.

(30) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. 5.2.1 Propiedades mecánicas y físicas Las fibras de coco empleadas para la elaboración de matrices con cemento son generalmente largas (entre 1 y 3 cm. de longitud), con diámetros aproximados de 223 µm. Entre sus propiedades físicas se encuentra una masa especifica real de 1165 kg/m 3, un porcentaje de volumen de vacíos de 73,1% y una absorción máxima de 146%. Para la evaluación de sus propiedades mecánicas, en la investigación de Holmer Savastano Júnior, de la escuela politécnica de la universidad de São Paulo, se llevaron a cabo pruebas tanto para matrices con cemento Pórtland, como para las matrices con escorias de alto horno. Los resultados de las pruebas realizadas, se muestran en la tabla 5. En general, los valores obtenidos no son mejores que las matrices tradicionales sin fibras, de todas maneras estas mezclas pueden ser empleadas para elementos no estructurales y elaboración de tejas, entre otras utilidades. Cemento Pórtland. Sin fibras. Escoria de alto horno. Sin fibras. Masa especifica mezcla fresca (Kg/m3). 2056. 2148. 2021. 2094. Índice de Consistencia (mm). 259. 316. 235. 322. Resistencia a la flexión (42 días) (MPa). 4,48. 5.84. 3,85. 3.41. Energía de fractura a flexión (42 días) (N.mm). 440. 283. 602. 173. 25,8. 37.3. 24,56. 20.38. 3,95. 4.6. 2,83. 2.72. Resistencia a la compresión (28 días) (MPa) Resistencia a la tracción (28 días) (MPa). Tabla 5. Propiedades de concreto según aglomerante y contenido de fibras. 30.

(31) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. En el caso particular de las matrices escoria de alto horno-fibra, se observó un desempeño mejor que las que no llevan el refuerzo, dando así una solución a la utilización de este aglomerante.. 5.2.2 Aspectos y consideraciones constructivas Es recomendable llevar a cabo el proceso de curado de las fibras para evitar los procesos de elongación y retracción ocurridos por el humedecimiento y secado de los elementos fabricados, afectando así la adherencia entre la fibra y el aglomerante. Por otra parte, es necesario controlar la alcalinidad del agua presente en los poros, ya que en algunos casos el pH es mayor a 13. Para esto, es recomendable emplear escorias de alto horno, en reemplazo del cemento Pórtland, así como también adición de resinas, oleos o asfaltos que sean hidrorepelentes. Se pueden contemplar alternativas como impermeabilización y adición de agentes que bloqueen la descomposición de la fibra (silicatos y sulfatos de sodio o magnesio), o por el contrario emplear los elementos fabricados en lugares secos.. 5.2.3 Análisis de costos directos para construcción Por su parte, las fibras de coco tienen costos relativamente bajos en comparación con otras fibras empleadas como por ejemplo el polipropileno. Actualmente, el costo de las fibras por tonelada, oscila entre U$ 90 y U$ 270 (el valor asumido del dólar corresponde a $2.750) para el caso de fibras entre 1 y 3 cm, las cuales corresponden a las utilizadas para la elaboración de los materiales en cuestión. Dicho costo, corresponde al valor de la fibra con el debido tratamiento para evitar el envejecimiento acelerado, nombrado en el numeral 5.2.2 (adición de resinas, oleos o asfaltos).. 31.

(32) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. Para un muro de e = 15 cm, el costo de muro/m 2, puede llegar a variar entre un 3%, de acuerdo a la cantidad de fibra que se emplee para refuerzo como reemplazo al refuerzo metálico. Por tal razón el costo reducirse en cerca de $1.500 pesos por cada m 2 de muro. Es decir $31.000 pesos /m 2. Por su parte, el metro cúbico de concreto con la implementación de las fibras pasa de tener un costo de $207.011 a $228.653 con 2% y $250.294 con 4% como lo muestran los análisis unitarios presentados en las tablas 5, 6 y 7. Con base en los resultados, debe tenerse en cuenta que la disminución de costos sólo ocurre cuando se sustituyen los refuerzos metálicos. CONCRETO 1:2:3 Cemento gris Ayudante de albañilería Oficial de albañilería Mezcladora a gasolina Agua Gravilla de rió Arena. kg hh hh dd lt m3 m3. 350,000 2,000 0,500 0,060 210,000 0,835 0,555. 368 1966 5576 28000 10 60660 30740. 128.800,00 3.932,00 2.788,00 1.680,00 2.100,00 50.651,10 17.060,70 207.011,80. Tabla 6. Análisis unitario concreto 1:2:3 CONCRETO 1:2:3 Cemento gris Ayudante de albañilería Oficial de albañilería Mezcladora a gasolina Agua Gravilla de río Fibra de coco 2% Arena. kg hh hh dd lt m3 kg m3. 350,000 2,000 0,500 0,060 210,000 0,807 95,424 0,545. 368 1966 5576 28000 10 60660 247,5 30740. 128.800,00 3.932,00 2.788,00 1.680,00 2.100,00 48.968,42 23.617,44 16.767,37 228.653,23. Tabla 7. Análisis unitario concreto 1:2:3, con 2% de fibra de coco. CONCRETO 1:2:3 Cemento gris Ayudante de albañilería Oficial de albañilería Mezcladora a gasolina Agua Gravilla de río Fibra de coco 4% Arena. kg hh hh dd lt m3 kg m3. 350,000 2,000 0,500 0,060 210,000 0,780 190,848 0,536. 368 1966 5576 28000 10 60660 247,5 30740. 128.800,00 3.932,00 2.788,00 1.680,00 2.100,00 47.285,74 47.234,88 16.474,03 250.294,65. Tabla 8. Análisis unitario concreto 1:2:3, con 4% de fibra de coco.. 32.

(33) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. 5.3 Fibra de Sisal El Sisal es una fibra textil que proviene de una especie de ágave cultivada en América similar a la mostrada en la figura 6. Con su extracción, se llevan a cabo elaboración de tejidos, para la producción de pitas, costales, tapetes, etc., como los que se muestran en la figura 7.. Figura 6. Cultivo de Sisal. Entre sus propiedades se encuentra la buena resistencia a la tensión, además de una buena durabilidad que en ocasiones se debe ayudar por una serie de resinas que se le aplican, tal como ocurre en la utilización de otro tipo de fibras presentes en esta investigación. La disponibilidad de este material está alrededor de 30.000 toneladas por año en nuestro país, teniendo como principales productores a los departamentos de Cauca, Nariño, Santander y Antioquia. (AUPEC 2000). 33.

(34) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. Figura 7. Productos de las fibras de sisal. 5.3.1 Propiedades mecánicas y físicas Las propiedades físicas y mecánicas encontradas para este material, corresponden a los valores obtenidos por la misma investigación de la escuela politécnica de la universidad de Sao Paulo, nombrada en el numeral 5.2.1. En el caso de sus propiedades físicas el sisal como fibra individual posee propiedades buenas en relación con las demás fibras naturales empleadas. Contenido de celulosa = 67% Contenido de lignina = 12% Masa especifica = 1500 Kg/m 3 Resistencia a tracción = 800 MPa Modulo de elasticidad = 30 GPa. 34.

(35) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. Por su parte, las mezclas o matrices analizadas presentan las siguientes propiedades:. Cemento Pórtland. Sin fibras. Escoria de alto horno. Sin fibras. Masa especifica mezcla fresca (Kg/m 3). 1996. 2148. 2052. 2094. Índice de Consistencia (mm). 240. 316. 192. 322. Resistencia a la flexión (42 días) (MPa). 5,2. 5.84. 4,32. 3.41. Energía de fractura a flexión (42 días) (N.mm). 4097. 283. 515. 173. Resistencia a la compresión (28 días) (MPa). 17,7. 37.3. 22,32. 20.38. Resistencia a la tracción (28 días) (MPa). 3,88. 4.6. 3,39. 2.72. Tabla 9. Propiedades de probetas con y sin fibras.. Para el caso de las fibras de Sisal se evidencia un mayor desempeño por parte del material reforzado con fibras y que contiene escorias de alto horno y aunque al igual del caso particular de las fibras de coco, este tipo de matrices pueden ser empleadas con fines no estructurales.. 5.3.2 Consideraciones constructivas Se recomienda emplear las fibras de sisal en piezas de dimensiones pequeñas, las cuales minimizan el efecto del costo de los elementos. Así como también evitar el contacto prolongado con las condiciones ambientales extremas, tales como humedad y temperatura. El curado de estas fibras debe hacerse mediante un sumergimiento en solución acuosa. Posteriormente se drenan y se pasan por una prensa, lo cual les otorga un mejor comportamiento físico y mecánico.. 35.

(36) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. Debe tenerse cuidado con el ataque de hongos xilófagos, aunque en muchos casos la alcalinidad nombrada en el numeral 5.2.2 inhibe su acción, tal como se nombro en la parte inicial de este capitulo.. 5.3.3 Análisis de costos directos para construcción El costo de esta fibra es más bajo que el caso de las provenientes del coco, debido a que su disponibilidad en el país es mayor y no tiene valor significativo en su estado “verde” anterior al secado. Para el caso de las fibras verdes, el costo encontrado corresponde a U$ 10/ ton, y a partir de el, la fibra tratada se consigue entre U$ 90 y U$ 125 /ton. Los hilos y las cuerdas utilizadas para reforzar los paneles, tiene un costo que oscila entre los U$ 180 y U$ 195 /ton. Cuando las fibras han sido tratadas para evitar la degradabilidad con resinas u oleos, el costo se acerca a los U$ 85/ton. En el caso del material empleado, la utilización del volumen por m 2 de construcción, o por unidad de mampostería depende de las dimensiones del muro. Pero en general la aplicación de las fibras varía entre un 2 y 4% de la masa total del material. Para el caso particular de un muro de espesor e = 15 cm. En el cual se emplean bloques macizos de concreto, el costo oscila entre $32.000 y $33.000, pero asumiendo una reducción de costos cercana al 4%, el costo del m 2, estará entre $30.700 y 31.700. A su vez, el m3 de un concreto 1:2:3, puede variar en costos entre $1.300 y $3.000, con respecto al reforzado con fibras de coco, tal como lo muestran las tablas 10 y 11. CONCRETO 1:2:3 Cemento gris Ayudante de albañilería Oficial de albañilería Mezcladora a gasolina. kg hh hh dd. 350,000 2,000 0,500 0,060. 36. 368 1966 5576 28000. 128.800,00 3.932,00 2.788,00 1.680,00.

(37) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. Agua Gravilla de río Fibra de sisal 2% Arena. lt m3 kg m3. 210,000 0,807 95,424 0,545. 10 60660 233,75 30740. 2.100,00 48.968,42 22.305,36 16.767,37 227.341,15. Tabla 10. Concreto 1:2:3 con 2% de fibras de sisal.. CONCRETO 1:2:3 Cemento gris Ayudante de albañilería Oficial de albañilería Mezcladora a gasolina Agua Gravilla de río Fibra de sisal 4% Arena. kg hh hh dd lt m3 kg m3. 350,000 2,000 0,500 0,060 210,000 0,780 190,848 0,536. 368 1966 5576 28000 10 60660 233,75 30740. 128.800,00 3.932,00 2.788,00 1.680,00 2.100,00 47.285,74 44.610,72 16.474,03 247.670,49. Tabla 11. Concreto 1:2:3 con 4% de fibras de sisal.. 5.4 Bahareque encementado Un sistema constructivo que ha tenido una buena cantidad de investigaciones en nuestro país y que consta básicamente de refuerzo vegetal con apenas una baja cantidad de material mineral para revoque es el bahareque encementado, con el cual pueden cumplirse a cabalidad los requerimientos antisísmicos exigidos en el NSR 98. Dentro del bahareque encementado, el ingrediente estructural lo constituye la fibra vegetal, bien sea de guadua o madera, según el caso, aunque para esta investigación se hace referencia solamente a la guadua o el bambú, debido a los costos elevados de la madera y los problemas que trae consigo la extracción de dicho recurso en condiciones no programadas, así como la facilidad que ofrece esta hierba en cuanto a programación para explotación (extracción anual, sin arrasar el cultivo).. 5.4.1 Usos y antecedentes en la construcción Si se lleva a cabo una revisión global de todas las utilidades que un recurso como la guadua le puede ofrecer al hombre se encuentran beneficios de primera mano como la alimentación y los usos medicinales. Esta hierba tiene utilidad como bosque protector,. 37.

(38) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. sumidero de carbono, como control de la erosión, productor de etanol y alcohol, productor de celulosa para fabricación de papel, entre otros. Lastimosamente la guadua se ha conocido en muchos casos en construcciones provisionales y mal hechas, así como en viviendas “tuguriales” lo que lleva inmediatamente a un desprestigio que merece ser corregido. En cuanto a conocimiento del recurso para vivienda, se podría decir que en países como Alemania y Holanda, se cuenta con mayor número de investigaciones a pesar de que allí no se produzca y por el contrario en nuestro país abunde. Particularmente para el caso Colombiano solo hasta 1992 en el I Congreso Mundial de Bambú / Guadua en Pereira se le dio la importancia necesaria para que se convirtiera en uno de los recursos más aptos para la construcción de vivienda social por su costo, abundancia y buen comportamiento estructural.. 5.4.2 El rendimiento de la guadua para edificación de vivienda. Para el caso de la guadua, se emplean tallos de plantas en estado “sazonado” correspondientes a las mayores de 4 años, como los mostrados en la figura 8, con humedades menores a 20%, pero mayores al 10%, además de estar inmunizados para evitar el ataque de insectos.(ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA [ACIS], 1998). Desde el punto de vista de productividad, la guadua puede ser aprovechada en poco menos de 5 años a partir de su siembra. Se ha podido constatar que al ser un recurso perenne su productividad no disminuye a medida que se extrae el recurso para este fin. Aproximadamente en una hectárea de un guadual nativo de la zona cafetera, se pueden extraer cerca de 1300 tallos en tan solo un año. A su vez para una vivienda de 60 m2, requieren 130 tallos, lo cual significa un rendimiento de 10 casas/año/hectárea sembrada. (ALVAREZ 2002). 38.

(39) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. Figura 8. Tallos de guadua mayores de 4 años.. 5.4.3. Propiedades físicas y mecánicas Desafortunadamente, los valores correspondientes a las propiedades físicas y mecánicas de la guadua no se encuentran unificadas lo cual dificulta enormemente el inicio de todas las investigaciones posteriores, teniendo que comenzar siempre por ratificar los ofrecidos por una de las fuentes. En el caso de esta investigación se citan aquellos valores de diseño (no los valores máximos) que obtuvo el “Instituto Alemán de Prueba de Materiales de Construcción Civil de Stuttgart”, en pruebas realizadas en noviembre de 1999 para ser publicados en ExpoHannover, en nuestro país.. 1) Compresión: s = 18 N/mm2, Módulo de Elasticidad = 18.400N/mm2. 2) Tensión: s = 4 18 N/mm2, Módulo de Elasticidad = 19.000 N/mm2. 3) Flexión: s = 18 N/mm2, Módulo de Elasticidad = 17.900 N/mm2. 4) Cortante: t = 1.1 N/mm2.. 39.

(40) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. 5) Peso Específico: ? = 790 Kg/m 3.. Con estos datos se puede llevar a cabo una comparación con una varilla de refuerzo de ½” que tiene resistencia a la tracción cercana a los 40 kN. Para el caso de la guadua, con un tallo de 12 veces la sección transversal la resistencia está cercana a los 216 KN. (ALVAREZ 2002). 5.4.4. Consideraciones constructivas Para este tipo de edificaciones es necesario que en ningún momento haya contacto directo con módulos o adiciones de otros materiales y/o sistemas constructivos, como por ejemplo mampostería. Esto se debe a que la diferencia de propiedades como resistencia y rigidez, caso en el cual debe existir una perfecta independencia entre estos. Además de un especial cuidado con la humedad, bien sea por la intemperie, suelo o capilaridad de los materiales contiguos como las tejas de barro. Una de las grandes ventajas que presenta este sistema constructivo corresponde al ahorro de costos en cuanto a refuerzo a la flexión, ya que en lugar de emplear acero (como en la mayoría de los casos) para cumplir requisitos de sismo resistencia, se emplea material vegetal. Por otra parte, si se observa el proceso constructivo de una vivienda o en general cualquier estructura con base de guadua o bambú se logra identificar que una de las principales falencias que este tiene, corresponde a la incapacidad de tener nudos totalmente fijos, es decir considerarlos como empotrados o aporticados; para lo cual el diseño de la estructura debe realizarse basado en elementos articulados en los empates, que además eviten esfuerzos a flexión y aplastamiento perpendicular al largo del tallo.. 5.4.5. Análisis de costos directos para construcción Según experiencias en el eje cafetero se calcula que para una hectárea de guadua se requieren aproximadamente 625 plántulas/Ha, sembradas cada 4 metros entre una y otra,. 40.

(41) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. con espaciamiento de surcos de la misma distancia. El costo de siembra estimado es de $399.000 pesos/Ha (U$ 197) y el costo de mantenimiento del cultivo de $388.500 pesos/Ha (U$ 185) incluyendo la mano de obra para febrero de 2002. Para esta misma fecha se calculó el costo de cada uno de los tallos maduros presentes en los guaduales inducidos sin tener en cuenta, como ya se nombró, las plantaciones existentes en toda la región, es decir las 54.000 hectáreas aproximadas de guadua/bambú, que estaban presentes para ese momento en el territorio Colombiano. Dicho costo, alrededor de $1.500 pesos/tallo en el guadual; es decir de $195.000 pesos para el insumo básico necesario en la construcción de una casa de 60 m 2 (130 tallos), sin tener en cuenta costos de transporte (se considera en algunos casos la limitante principal), ni inmunización o sin tener en consideración costos adicionales como los correspondientes a los materiales necesarios y distintos a esta como por ejemplo, las instalaciones hidráulicas, sanitarias, eléctricas, pañetes o revoques, pinturas, cimentación, entre otros. Las casas pueden constar de dos pisos y pueden estar localizadas en zonas de ladera, tal como se muestra en la figura 9, la cual corresponde a una urbanización de vivienda popular construida en el eje cafetero.. Figura 9. Viviendas en bahareque encementado.. Según un estudio realizado por Salazar en 2003, los costos del bahareque encementado a base de guadua sin incluir el transporte oscilan entre los $37.000 pesos/m 2 y los $69.000 pesos/m 2 dependiendo del tipo de muro, desde un muro tipo 1 (con menor. 41.

(42) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. cantidad de material y tipos de guadua de menor calidad) hasta un muro tipo 12 (con mayor cantidad de guadua y tallos de gran calidad y proceso de inmunización), tal como lo muestran los costos resumidos mostrados en las tablas 12 y 19, y cuyos análisis unitarios se encuentran en la investigación citada. Entre los tipos de muro nombrados cabe resaltar que un muro tipo 1 posee solamente revoque por un lado, así como también guadua tipo 1 entre tres tipos de guadua según su diámetro; el muro tipo 2 posee revoque por los dos lados y el mismo tipo de guadua pero en mayor cantidad; el muro tipo 3 tiene revoque por un solo lado, pero el tipo de guadua es 2 y así sucesivamente hasta un muro tipo 12 para el cual se emplea revoque por ambos lados, guadua tipo 3 y en mayor cantidad que los demás. En general, la incidencia del costo de los materiales afecta el costo total entre un 52% para el muro tipo 1, hasta un 78% para el muro tipo 12; y la variación general de costos con muros de mampostería en bloque números 4 y 5 esta cercana al 30%. Es decir, que el bahareque encementado representa una buena alternativa para reducción de costos en vivienda popular, siempre y cuando los materiales se encuentren disponibles y los costos de transporte no sean muy elevados.. Descripción: Unidad:. Muro en bahareque encementado 1 M2. Total materiales Total mano de obra Total transporte Total Descripción: Unidad:. $ 22.830,11 $ 14.185,50 $ 0,00 $ 37.015,61. Muro en bahareque encementado 2 m2. Total materiales Total mano de obra Total transporte Total. Muro en bahareque encementado 3 M2. Total materiales Total mano de obra Total transporte Total Descripción: Unidad:. Descripción: Unidad:. Descripción: Unidad:. $ 22.950,82 $ 14.185,50 $ 0,00 $ 37.136,32. Muro en bahareque encementado 4 m2. Total materiales Total mano de obra Total transporte Total. Muro en bahareque encementado 5 m2. Descripción: Unidad:. 42. $ 35.725,36 $ 14.185,50 $ 0,00 $ 49.910,86. $ 35.886,85 $ 14.185,50 $ 0,00 $ 50.072,35. Muro en bahareque encementado 6 m2.

(43) Materiales alternativos para la reducción de costos en la edificación de vivienda popular. Total materiales $ 30.374,25 Total mano de obra $ 14.185,50 Total transporte $ 0,00 Total $ 44.559,75 Descripción: Muro en bahareque encementado 7 Unidad: m2 Total materiales Total mano de obra Total transporte Total Descripción: Unidad:. $ 27.207,73 $ 14.185,50 $ 0,00 $ 41.393,23. Total materiales Total mano de obra Total transporte Total. Muro en bahareque encementado 9 m2. Total materiales Total mano de obra Total transporte Total Descripción: Unidad:. Total materiales $ 45.818,48 Total mano de obra $ 14.185,50 Total transporte $ 0,00 Total $ 60.003,98 Descripción: Muro en bahareque encementado 8 Unidad: m2. Descripción: Unidad:. $ 27.328,44 $ 14.185,50 $ 0,00 $ 41.513,94. Total materiales Total mano de obra Total transporte Total. Muro en bahareque encementado 10 m2. Total materiales Total mano de obra Total transporte Total. Muro en bahareque encementado 11 m2. Descripción: Unidad:. $ 34.751,88 $ 14.185,50 $ 0,00 $ 48.937,38. $ 44.642,09 $ 14.185,50 $ 0,00 $ 58.827,59. Muro en bahareque encementado 12 m2. Total materiales Total mano de obra Total transporte Total. Tabla 12. Análisis resumidos de muros en bahareque encementado.. 43. $ 44.480,60 $ 14.185,50 $ 0,00 $ 58.666,10. $ 54.573,72 $ 14.185,50 $ 0,00 $ 68.759,22.