BIOPANEL – ECO­DISEÑO APLICADO A UN SISTEMA CONSTRUCTIVO PREFABRICADO PARA MUROS ESTRUCTURALES A PARTIR DE BAMBU Y OTROS MATERIALES Claudia Lilián Luque Rodríguez, Mathieu Queiros, Verónica María Correa Giraldo, Erney Díaz Méndez Bambuterra S.A.P.I. de C.V., Hortensia 90, Col. Santa María la Ribera, Del. Cuauhtémoc, C.P. 06400, México D.F., México, correo: claudia@kaltia.com.mx, tel.: 52 55 56159617 Palabras claves: Ecodiseño, bambú, ACV, diseño, estructural.

Resumen Actualmente, gran parte de la oferta de materiales para obras civiles y sistemas constructivos prefabricados, tienen impactos ambientales negativos. Con el fin de sacar al mercado productos que respetan al medio ambiente, se desarrollaron metodologías de gestión ambiental. El eco­diseño es una versión ampliada y mejorada de las técnicas para el desarrollo de productos y conduce hacia una producción sostenible y un consumo más racional de recursos. Con base en la metodología del eco­diseño, se desarrolla actualmente un sistema constructivo prefabricado para muros estructurales a partir de bambú y otros materiales, llamado Biopanel®. Para ello se están llevando a cabo validaciones estructurales, a partir de las cuales se desarrolla una metodología de diseño estructural; y se implementa una planta piloto de producción. Abstract Currently, a large proportion of supply of materials for civil works and prefabricated constructive systems, have negative environmental impacts. In order to offer to the market products which respect the environment, environmental management methods were developed. Eco­design is an enlarged and improved version of techniques for product development, it leads to a sustainable production and a more rational resource use. Based on eco­design, a prefabricated constructive system for structural shear walls with bamboo and other materials is being developed and it is called Biopanel. For that, a structural validation is under way, state­of­the­art structural design methods are being developed and a pilot plant is being implemented. Introducción El sector Construcción ocupa el quinto lugar en participación del Producto Interno Bruto (PIB) (INEGI, 2012), generando el 7.9% del total del PIB a nivel nacional. De acuerdo con INEGI (2009), se ha encontrado que la edificación residencial representa aproximadamente el 27% del mercado abarcado por el sector de la construcción y de acuerdo con el Plan Nacional de Desarrollo 2013­2018, se conoce que actualmente existen en México 2.8 millones de viviendas que necesitan ser reemplazadas, y 11.8 millones que requieren algún tipo de mejoramiento o

ampliación. Además, para atender el crecimiento de la población, se estima que en los próximos 20 años se demandarán 10.8 millones de soluciones de vivienda debido a la creación de nuevos hogares. Ante este panorama, en marzo del 2014, la SEDATU (2014) proyectó la construcción de 475 mil viviendas nuevas, a través de planes de subsidios, créditos y financiamiento, principalmente enfocados a la producción de “vivienda formal”, la cual obliga al beneficiario a adquirir deudas a pagar en periodos largos, y cuyos programas difícilmente pueden favorecer al 65% de la población económicamente activa del país, que vive de la economía informal y no cuenta con acceso a prestaciones sociales (Torres, 2006). La creciente tendencia en el incremento poblacional y la urbanización, especialmente en los países en vías de desarrollo, aunada a incentivos financieros que resultan en la expansión de la mancha urbana en las ciudades, han aumentado la presión sobre los gobiernos locales para la prestación de servicios públicos eficaces y eficientes. De no promoverse acciones alineadas a mecanismos de desarrollo limpio y edificación sostenible, se estima que las viviendas nuevas, serán entre 5 a 10 millones, que se construirán en México durante la próxima década y generarán más de 70 millones de toneladas de emisiones de gases efecto invernadero para el año 2020, incumpliendo con las metas propuestas en convenios internacionales de reducir el 20% de las emisiones del país. El bahareque como sistema constructivo La palabra “bahareque” o “bajareque” es un americanismo que significa “pared de cañas y/o maderas y tierra” (ver figura 1). Se trata de un sistema constructivo vernáculo, con funciones estructural y térmica, principalmente. Este sistema constructivo se puede encontrar en edificaciones en todo el mundo, diferenciándose entre sí de acuerdo con la aplicación de materiales locales, propios de la región en dónde se use. El “entramado” es la base del bahareque, y está conformado por una serie de elementos verticales llamados “pie derecho” o “poste”, que se fijan a otros horizontales llamados “soleras” y con otros elementos inclinados entre los dos llamados diagonales, formando un marco estructural. A este marco se fija un recubrimiento que puede ser a base de tableros de “esterilla” (caña de bambú abierta), paneles de madera aglomerada, tela asfáltica y malla metálica, sobre los cuales se coloca un acabado exterior de mortero, aglomerado de tierra con paja, lámina metálica, pintura, etc.

Figura 1. ­ Esquema del bahareque encementado tradicional AIS (2002) y edificio de bahareque en Salento

(Colombia) Foto: Fuente propia.

Es importante mencionar, que aunque el uso del bambú en México comienza a re­adoptarse y a aplicarse no sólo en construcciones de pequeña magnitud sino en grandes obras, existe poca bibliografía y estudios que permitan conocer datos relacionados con las propiedades mecánicas de las especies de bambú mexicanas o cultivadas en México, para realizar diseños estructurales que se ajusten a las normas de diseño locales. Debido a lo anterior, los ingenieros han recurrido a la adopción de normas extranjeras y metodologías propias de la mecánica estructural para realizar diseños conservadores (en los mejores casos) de las construcciones. Cabe anotar que muchas construcciones no recurren a diseños estructurales, dado que se trata de la reproducción de técnicas vernáculas de construcción, como es el caso de las construcciones que usan bahareque. Por lo anterior y por no contar con algún soporte normativo legal nacional, este sistema constructivo (el bahareque), no es considerado como replicable y sujeto de apoyos de gobierno para su implementación en soluciones numerosas de vivienda. Es por esto que la Empresa Bambuterra actualmente desarrolla un sistema constructivo de muros estructurales para la producción de vivienda, que logre aprovechar de manera sustentable especies locales de bambú. Cabe resaltar que este proyecto se está desarrollando gracias al apoyo del Programa de Estímulos a la Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación de Conacyt. Metodología de Eco­diseño aplicado al producto Biopanel Con el fin de poder generar soluciones constructivas sustentables y planeadas desde un inicio con parámetros de gestión ambiental, la empresa decidió implementar lineamientos de eco­diseño, en el desarrollo del producto Biopanel®. Según la norma internacional ISO 14006 del 2011. El eco­diseño es una versión ampliada y mejorada de las técnicas más vanguardistas para el desarrollo de productos, a través de la cual cualquier empresa puede proponer productos al mercado de una forma más estructurada y racional, alineándose con los paradigmas de la sustentabilidad y de la economía circular. El eco­diseño conduce hacia una producción sustentable y un consumo más racional de recursos, ya que dentro de sus etapas establece realizar una identificación de impactos ambientales potenciales, por medio de un método de gestión ambiental reconocido ampliamente a nivel mundial, como lo es el análisis de ciclo de vida del producto (ACV). Cuando se logra identificar y evaluar los impactos ambientales potenciales de un producto durante toda su cadena de valor, se aporta información valiosa para la toma de decisiones sobre las materias primas que se usan en el nuevo producto y los consumos que se pueden generar durante su uso, mantenimiento y fin de vida útil; aportando información valiosa al diseñador para la redefinición del producto o cambio de materiales, aportando información para la implementación de sistemas internos como la ecoeficiencia, buscando generar un producto con bajo impacto ambiental. La metodología de eco­diseño no es un término nuevo, en 1995 Van Hemel, establece un método para diseñar y desarrollar productos bajo este paradigma, pero sólo hasta los 2000, derivado del interés de las empresas por monitorear sus impactos, y la tendencia de incrementar el uso de productos ecoetiquetados, los diseñadores de productos y los ingenieros ambientales, comenzaron un trabajo conjunto, para generar productos basados en la rueda The LIDS, establecida por Van

Hemel. En la figura 2 se presenta un resumen de dicha metodología, la cual actualmente se está aplicando para el producto biopanel. El análisis de ciclo de vida del producto Biopanel®, se desarrolla para 3 prototipos distintos con el fin de evaluar qué prototipo posee un mejor desempeño ambiental. Se planea que los resultados estén listos para marzo del año 2016.

Figura 2. ­ Método de eco­diseño The LIDS, Van Hemel ­ 1995

Es válido, durante la aplicación de esta metodología, realizar ACV comparativos con productos similares en sus componentes, funciones y procesos de producción; pero esto supone un gran reto, ya que no existe en el mercado un producto con características similares y componentes de bambú, al que se le haya realizado un ACV. Haciendo imperativa la necesidad de comparase con productos sustitutos, por ejemplo, a base de componentes de madera, aunque estos no cuenten con características iguales a nivel estructural. Otras posiciones adversas y complicadas para el diseñador al implementar esta metodología es la correspondiente al desarrollo de nuevos conceptos aplicados al producto, ya que el diseñador

debe imaginar escenarios donde el producto, cumpla diversas funciones, además de su principal en algún momento de su ciclo de vida y generar la mejor solución a favor del medio ambiente y el consumidor. Visto de esta manera se deberá manejar el concepto de desmaterialización al final de su vida útil, uso compartido del producto, integración de diversas funciones y optimización funcional del producto y de sus componentes. A continuación, en la Figura 3, se podrá observar la implementación de la metodología The LIDS, en el diseño y desarrollo del producto Biopanel®.

Figura 3. ­ Implementación de la metodología The LIDS, en el diseño y desarrollo del Biopanel

Desarrollo del proyecto

Se realizó la validación del comportamiento estructural de varios prototipos a través de ensayos de laboratorio, gracias a un trabajo en conjunto con el Instituto de Ecología en Xalapa, Veracruz (Ver figura 4). Para realizar las pruebas se siguieron lo especificado en las normas ASTM E72­05 y ASTM E564­06, las cuales describen procedimientos de pruebas para muros de cortante de madera. Se ensayaron 22 prototipos diferentes, variando la especie de bambú (Guadua angustifolia, Bambusa oldhamii, Guadua aculeata), la relación de aspecto de los paneles, el recubrimiento (OSB, madera contrachapada de pino, esterilla de bambú + malla de gallinero + mortero, etc…), el tipo y material de elementos diagonales (diagonales de bambú, diagonales de acero, sin diagonales) y el espaciamiento de los clavos de fijación del recubrimiento (5 cm, 10 cm y 15 cm).

Figura 4. ­ Foto de un ensayo realizado sobre uno de los prototipos

Los resultados obtenidos en los ensayos permitieron determinar la resistencia y la rigidez de los diferentes prototipos e identificar sus tipos de falla. A partir de estos resultados, y gracias al desarrollo de una metodología de diseño estructural, actualmente es posible realizar diseños estructurales sísmicos, usando el método estático para diseño de edificaciones propuesto por el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal, usando el sistema constructivo Biopanel®. Con el objetivo de desarrollar una metodología de diseño estructural alineada con la vanguardia en diseño, se decidió realizar ensayos experimentales con cargas cíclicas a algunos prototipos y pruebas de comportamiento dinámico a edificios completos constituidos por el sistema Biopanel®, trabajando en conjunto con la Universidad Autónoma de Querétaro, y el Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED).

Figura 5. ­ Foto de un prototipo de vivienda a escala real con Biopanel edificio para ensayo, Laboratorio de Estructuras Grandes ­ CENAPRED

Bibliografía

AIS (2002), “Manual de evaluación, rehabilitación y refuerzo de viviendas de bahareque tradicionales construidas con anterioridad a la vigencia del decreto 052 del 2002”, 2002

CONAVI (2013), “NAMA de vivienda existente”, pp. 1.

INE (2006): “Inventario Nacional de Emisiones de Gases de Efecto Invernadero 1990­2002”. INEGI (2012), http://www.inegi.org.mx/sistemas/bie/cuadrosestadisticos/GeneraCuadro.aspx?s=est&nc=782&c=24427

SEDATU (2014), “Se reactiva el sector de la vivienda en México”, Dirección General de Comunicación Social, Secretaría de Desarrollo Territorial y Urbano, Bol. 034, marzo.

Torres R. (2006). “La producción social de vivienda en México su importancia nacional y su impacto en la economía de los hogares pobres”. Coalisión Internacional para el Hábitat.

ISO 14006 del 2011

Van Hemel – 1995. Metodología The LIDS.