Valoración social, económica y ambiental de las tecnologías de producción y construcción con bambú

MsC. Ing Alkaid Benítez1; MsC.Ing Sócrates Muñoz Iglesias2

1Universidad de Holguín, Cuba, alkaid@facing.uho.edu.cu

2Universidad de Holguín, Cuba, socrates@facing.uho.edu.cu

RESUMEN

En Cuba desde hace varios años un conjunto de instituciones, profesionales, técnicos y obreros se han dado a la tarea de desarrollar un programa integral de usos y aprovechamiento de las potencialidades del bambú, como respuesta al déficit de materiales existentes para la construcción de viviendas, en este marco la preparación del individuo tiene un lugar importante.

Este trabajo comprende el estudio de las experiencias de utilización del bambú con énfasis en países de América Latina y los primeros empeños en Cuba para desarrollar el uso de este material alternativo en la construcción de viviendas. Se realiza un análisis de las principales características de la planta, los métodos de corte, curado y secado del bambú, así como la diversidad de tecnologías que son empleadas en la construcción y en particular en Cuba.

Se investigaron en este trabajo cada una de las formas más apropiadas de construir los paneles o paredes, las cimentaciones más comunes empleadas, las formas de unión y sus requerimientos, así como las instalaciones y cubiertas más utilizadas, aspectos del mantenimiento, el acabado y las estructuras portantes de las edificaciones.

Se realizó el análisis estructural del inmueble apoyándonos en el SAP 2000 teniendo en cuenta la modelación de la geometría de los elementos, del material, de los vínculos y de los diferentes estados de cargas considerados. Se chequearon las deformaciones y desplazamientos de los elementos que forman la estructura.

Por tal razón formulamos como problema de investigación la necesidad de conocer el comportamiento del bambú como material de construcción, desde el punto de vista estructural.

Como objetivo general se plantea desarrollar sistemas estructurales que use el bambú como refuerzo en la construcción de viviendas de 50,70 y 80 m². Como objetivos específicos: La Recopilación de información sobre el uso del bambú como refuerzo en estructuras de hormigón; modelación estructural mediante software de elementos y estructuras de hormigón reforzados con bambú; el diseño de muros, vigas y columnas como sistemas estructurales reforzados con bambú. Como hipótesis se plantea que si se logran soluciones estructurales donde se utilice el bambú en lugar del acero de refuerzo se podrán hacer propuestas que garantizarán la construcción de viviendas económicas y seguras que ayudarán a resolver el problema de la vivienda en nuestro país.

La investigación aportará los siguientes resultados: una solución alternativa de refuerzo para el hormigón estructural con la cual podrán construirse edificaciones y viviendas de hasta dos niveles; y se desarrollará un modelo matemático de cálculo del hormigón reforzado con barras de bambú el cual permitirá efectuar el diseño de distintos tipos de elementos estructurales; mejorar el problema de la vivienda rural.

A modo de conclusión: se lograron modelar variantes de viviendas de uno y dos niveles, demostrándose que es posible construir viviendas de bambú con estas características en las condiciones de la provincia de Holguín, ya que los elementos estructurales construidos con este material cumplen con las condiciones de resistencia y rigidez que las normas exigen; se ha demostrado en las viviendas de un solo nivel estudiadas muestran un comportamiento adecuado desde el punto de vista resistente y de rigidez ante fenómenos como los vientos extremos y los sismos no siendo así en el caso de la vivienda de dos niveles , donde, aun cuando los elementos de entrepisos y cubiertas cumplen por resistencia y rigidez las columnas si muestran zonas de fallo por resistencia y por otro lado, no se obtiene una rigidez al desplazamiento adecuada pues los valores de desplazamiento lateral son muy grandes; la siguiente investigación demuestra la forma correcta de proceder tanto durante el proceso de modelación estructural como a la hora de efectuar el diseño de los elementos y uniones de modo que el trabajo constituye una guía para el ingeniero estructural que se enfrenta al cálculo de este tipo de estructura.

Palabras Clave: Bambú, viviendas, hormigón, cubierta, entrepisos.

1. VALORACIÓN SOCIAL, ECONÓMICA Y AMBIENTAL DE LAS TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN Y CONSTRUCCIÓN CON BAMBÚ

El desarrollo de la humanidad ha generado problemas sociales, económicos y afectaciones al medio ambiente que cada año se hacen más agudos. Con la globalización se genera una interconexión y dependencia de la cual nadie puede prescindir, de ahí que sea necesario hacer conciencia alrededor de estos problemas.

Cada tecnología utilizada en la construcción debe contar con un aval que valore el posible impacto social, económico y ambiental pues de estas tres dimensiones depende la sostenibilidad de las acciones que se ejecuten.

El cultivo, propagación, construcción, elaboración de mobiliario, artesanías y otros usos del bambú son elementos nuevos, sin una tradición y cultura de empleo en nuestro país, es por eso necesario valorar su introducción y generalización.

1.1 Dimensión social

El desarrollo de procesos locales asociados al bambú en las zonas rurales, facilita la introducción de una nueva economía, la diversificación de la producción, así como el perfeccionamiento y progreso de las estructuras productivas (CPA, CSS, UBPC). Por otra parte estimula la apropiación directa de los resultados contribuyendo a mejorar la calidad de vida del habitante de las comunidades agrarias.

La economía local de bambú puede ser un motor impulsor de economías locales en zonas rurales y semi-rurales, pero para esto es necesario profundizar en aspectos como: (a) Como las nuevas iniciativas propician el incremento del empleo a escala local, y cuáles son las alternativas tecnológicas que permiten lograr un balance adecuado entre las necesidades de calidad y competitividad por un lado, y la necesidad de crear fuentes de empleo por otra, (b) Verificar que efectivamente, las nuevas tecnologías y producciones introducidas producen los impactos sociales esperados, en específico el incremento del ingreso medio de la población, producido a partir del incremento de las ventas y el valor agregado de los nuevos productos creados, sean muebles, o materiales de construcción, o viviendas, y (c) El papel del género, y en específico, las formas de participación de la mujer en estas nuevas iniciativas, de forma que pueda ser beneficiada de manera directa

1.

Contar con materiales propios de la localidad para la construcción ofrece alternativas al mejoramiento de la vivienda rural, se obtiene una edificación de apariencia estética más adaptada al medio y con terminaciones semejantes a la vivienda tradicional.

La aceptación social de muebles de bambú y de otros elementos como esteras, mamparas, canastos y elementos decorativos es buena y los pocos productores en este momento no pueden satisfacer la demanda existente. Muchos de los talleres montados tienen contratos con adelantos hechos para garantizar las producciones durante los próximos dos años, y el bambú sembrado va a garantizar disponibilidad del material para las producciones planificadas. Existe además una gran demanda para las nuevas casas construidas con bambú

.2

La creación de talleres y centros de producción en comunidades rurales, a partir de la utilización del bambú ha permitido crear nuevas fuentes de empleo donde estos se encuentran enclavados, la incorporación de la mujer ha sido apreciable. Los ingresos de los pobladores vinculados al trabajo con el bambú se han elevado, según el informe del proyecto Bambú-Biomasa Fase I de octubre del 2007, entre los años 2005-2007, solo en la provincia de Holguín se han producido ventas de posturas, artículos de bambú y bloques sólidos combustibles por más de 1.000 000 pesos

3.

1 Fernando Martirena. La reforestación con Bambú como una alternativa ecológica en la producción sostenible de

materiales de construcción y viviendas Fase II. CIDEM.2008. 2 Ídem a 19

3 Fernando Martirena .Reporte Parcial Proyecto: La reforestación con bambú una alternativa ecológica en la

producción sostenible de materiales de construcción y viviendas. Fase I. CIDEM. Octubre 2007.

Si analizamos, la generalización a nivel local del cultivo, aprovechamiento y transformación del bambú posee ventajas con respecto al uso tradicional de otros materiales que no se producen a esta escala y tienen que ser transportados desde lugares distante por lo que no crean un ciclo cerrado de aprovechamientos y beneficios en las comunidades rurales.

La utilización del bambú en zonas rurales no tiene tradición en Cuba, su uso es muy limitado, aun cuando se conoce que fue utilizado desde la colonia por los habitantes de los campos cubanos, en áreas donde existe bambú y con apreciables condiciones para su empleo no se aprovechan todas sus potencialidades, la difusión, divulgación y preparación de la población contribuirá a ir creando una cultura de aprovechamiento de este material. La ANAP en Holguín desde el año 2001 ha desarrollado dos polos de trabajo en la provincia que irradian e incluyen no solo la propagación y el cultivo sino también el aprovechamiento del bambú, Se ha participado en más de 400 Asambleas de Asociados de la ANAP y Reuniones con otras instituciones para promover el uso del bambú, donde participaron más de 15,000 personas.

4

1.2 Dimensión económica.

Considerar la sostenibilidad económica constituye un aspecto de vital importancia, producir elementos a partir del bambú asegura contar con un material que necesita mucha menos energía que la obtención de la mayoría de los materiales de construcción (el bambú requiere 30 MJ/m³ por N/mm², la madera 80, el hormigón 240 y el acero 1500)

5.

El bambú es un material del que se puede obtener energía, constituye una fuente renovable. Si lo comparamos con la madera, el carbón que se obtiene del culmo de bambú es más denso y presenta un mayor rendimiento en cuanto a convertir masa en energía.

Tabla 1.1. Algunas características del carbón de bambú en comparación con el Eucaliptos urophylla

6.

Especies Rendimiento en carbón

Densidad del carbón

Poder calorífico del carbón

(%) (g/cm³) Kcal/Kg

Eucaliptos urophylla 28.4 0.249 8487 Bambusa tuldoides 28.5 0.494 7922 Bambusa vulgaris 29.6 0.419 7785 Bambusa vulgaris v. vittata

32.4 0.486 8460

Guadua angustifolia 32.7 0.455 6490

Las posibilidades de este nuevo material son amplias para su aprovechamiento en la industria, crea una fuente de materia prima atendiendo a su composición fibrosa, es importante para la fabricación de papel, permite la producción conjunta de celulosa y etanol, celulosa y almidón, alimento para hombres y animales y carbón.

Los ciclos de aprovechamiento son menores que maderas como el Eucaliptus y el Pinus spp, el bambú permite ciclos cortos de aprovechamientos de tres a cuatro años, el eucaliptus (siete años) y el pino (más de 15 años)

7.

Tabla No 1.2. Precios diferenciados en Cuba para maderas preciosas y duras por calidad. UM:

USD/m3.8

4 Ideen a 35

5 Ideen a 1

6 Anisio Azzini y Antonio L. de Barros Salgado. Posibilidades del bambú como materia industrial. I Congreso Mundial de

Guadua. Colombia 1992. 7 Ideen a 39

8 Informe: ST-HO-104/2002. INTERMAR. Holguín. 2002.

PRODUCTO A B C

Cedro $ 448.05 $ 338.73 $ 274.03

Majagua 421.70 318.81 257.92

Paraíso 421.70 318.81 257.92

Teca 537.83 406.60 328.94

Caoba 638.34 482.59 390.42

Roble 447.66 338.43 273.79

Como se aprecia en la tabla anterior el costo de las maderas preciosas y duras son altos, incluso las de calidad inferior, el precio calculado para la madera prensada de bambú calculado en Cuba, Holguín, está entre los 150 y 200 USD/m³, más bajo que cualquiera de las maderas relacionadas.

El uso esporádico de bambúes para reforzar el hormigón en países de Asia, considerando el incremento del precio del acero al ser un material alto consumidor de energía puede disminuir

los costos en un 33 % con respecto al hormigón reforzado con acero9.

La utilización del bambú en el hormigón tiene sus desventajas, asociadas principalmente al hecho de que sufre alteraciones volumétricas al secarse o al humedecerse. Este, además de ser un material abundante en los trópicos, se caracteriza por poseer alta resistencia a la tracción, fácil manejo, bajo costo y alta relación resistencia por peso, si lo comparamos con la madera, el acero y otros materiales de construcción.

Producir paneles con marco de madera y tiras de bambú permite sustituir el uso de ladrillos, bloques u otros elementos de pared que al ser elaborados consumen más energía, que el panel fabricado con bambú, según el Ing. Abel Breef una vivienda de 63.0m² consume 800 bloques o 3100 ladrillos, a precios de la construcción en el año 2000, se podía ahorrar hasta el 24% del presupuesto con la utilización de estos paneles y la estructura de cubierta a base de elementos de bambú. La incorporación de la comunidad a la construcción de sus viviendas puede reducir los costos,… Los costos de la fuerza de trabajo pueden llegar a ser el 40% del presupuesto de construcción

10.

El precio de construcción de la vivienda rural con bambú es poco estudiado en Cuba, se restringe solo al proceso de construcción. El Arq. Juan M. Pascual plantea, que una vivienda de 118m² construida con paneles naturales de bambú (elaborados con medias cañas sin revestimientos) y una soportería de techo de varas del mismo material, tiene un costo de construcción de 13 490.57 pesos, quiere esto decir que el metro cuadrado de construcción de esta vivienda es de 114.32 pesos.

Otro caso de costo estudiado en una vivienda construida con bambú es la edificada en La Palma, municipio Rafael Freyre, Holguín. La misma se presupuestó por un valor de 14 133.61 pesos. Esta vivienda de 70m² fue terminada en el año 2003 y construida a partir de paneles de tiras verticales, revestidos con mortero de cemento y arena y una estructura techo de varas de bambú. El costo por metro cuadrado de construcción es de 201.90 pesos.

La vivienda construida con tecnologías tradicionales semejantes a la del bambú, de 70m², tiene un costo total de 16 658.00 pesos, y 237.97 pesos por metro cuadrado de construcción. El costo total de la vivienda tradicional con respecto a la vivienda construida en La Palma solo difiere en 2 524.39 pesos, la diferencia no es significativa pero hay que tener en cuenta que se reduce a cero el consumo de madera, no se emplean bloques o ladrillos en los muros y se utiliza un material local, el bambú.

9 N. S. Adkoli. Utilización del bambú en la India. I Congreso Mundial de Guadua. Colombia 1992.

10

Frenando Martirena. Producción de Ecomateriales para la Construcción de Viviendas de Interés Social. Ejemplo de Buena Práctica.

Azulejo 447.66 338.43 273.79

Acuna 354.11 267.71 216.58

Cuya 354.11 267.71 216.58

El bambú es un material que puede ser un sustituto de la madera, el acero, hormigón y otros materiales de construcción, posee una relación peso resistencia mayor que el acero, se le considera acero vegetal por sus propiedades.

Como material natural el bambú es biodegradable, después de cumplido su ciclo de aprovechamiento vuelve al medio, en su proceso de transformación no se incorporan elementos que lo convierten en un material toxico, en actualidad, solo en el curado se emplean productos químicos y no son agresivos contra el medio, los desechos que se producen en el proceso productivo pueden convertirse en fertilizantes, biomasa para elaborar fuentes renovables de energía como los BSC(Bloques sólidos combustibles) y otros productos como la madera prensada a partir de las fibras del bambú.

Tabla 1.3. Resistencia a esfuerzos mecánicos de la Guadua con respecto a otros materiales.11

Esfuerzo Unidad Guadua Angustifolia

Acero (St 37) Abeto

Tensión kN / cm2 15 16 8.9

Compresión kN / cm2 3,9 14 4,3

Flexión kN / cm2 7,6 14 6,8

Cortante kN / cm2 2 9,2 0,7

Impacto kN / cm2 0,9 -- --

Módulo de elasticidad

kN / cm2 1.800 21.000 1.100

La producción de materiales de construcción demanda grandes cantidades de energía y recursos con altos costos de producción y transportación, en Holguín se recorren como promedio más de 50 Km para transportar, áridos y bloques, pues el suministro depende de la industria, en estos momentos se preparan las condiciones para llevar acabo el desarrollo de la producción de materiales a nivel local y a pequeña escala. Reducir los costos de transportación disminuiría el consumo de combustibles y los costos de los materiales que se emplean.

La producción de ecomateriales, donde se incluye el bambú, constituye una solución para las condiciones de Cuba, establecer fuentes de materias primas locales, baratas y que no dependan de la transportación hacia las viviendas en ejecución es una oportunidad. La infraestructura técnica y de instalaciones es mínima lo que repercute en acceder a créditos bajos para desarrollar estas producciones.

En los aspectos económicos el proyecto presenta enormes oportunidades. El cultivo de bambú es rentable a corto plazo y ubicado dentro del Servicio Estatal Forestal es atractivo hacer planes de siembras masivas. Varios productos de bambú como son muebles, útiles del hogar y elementos decorativos tienen una demanda enorme a todo nivel y garantizan un mercado interesante para los productores y los compradores, y a la vez son una contribución económica interesante a nivel macro. El uso del bambú en la soportería de techos y en otros elementos constructivos puede agilizar el cumplimiento de los planes de construcción y sobre todo de renovación del hábitat en el área rural y semi-urbano. Las instituciones participantes han demostrado que el uso del bambú en todas las aplicaciones anteriormente descritas puede ser una alternativa económica viable. En estos momentos hay creadas facilidades de producción de tableros de esteras de bambú prensados en cinco puntos (Manicaragua, Manzanillo, Ciudad Holguín, Sagua de Tánamo, Mayarí), que son buenas soluciones de enchapes, falso techo, madera estructural, y representan alternativas de sustitución de importaciones. En todas las provincias se ha creado además una red de talleres de producción de productos artesanales, donde se producen artículos variados, pero principalmente muebles y esteras para la producción de tableros. También hay montada una red de centros productores de materiales de construcción, principalmente ladrillos, que usan briquetas fabricadas con desechos de la producción como combustible sustituto de la leña y el fuel-oil, que funciona con buenos resultados técnicos y económicos. En este proyecto se han construido unas 10 viviendas prototipo con varias alternativas de empleo de bambú, algunas de las cuales han sido también amuebladas con muebles de bambú.

12

11

. Dr. Simón Eicher, Dr Jules Jansse y Arq. Oscar Hidalgo. Datos Promedios de Ensayos Realizados. 12

Ideen a 34

2.9.3 Dimensión ambiental

El desarrollo de la propagación, el cultivo y las tecnologías de construcción con bambú contribuirán decididamente en Cuba a la preservación del medio ambiente. La plantación de bambú es permanente, su aprovechamiento no implica talar toda la planta, por sus características, todas las varas en un plantón no son óptimas para su aprovechamiento, solo se corta un porciento de las varas maduras, las demás hacen perenne el bosque. El aprovechamiento de las maderas tradicionales lleva implícito talar todo el bosque y volver a reforestar.

Los ríos y presas son preservados por los rodales de bambú pues se produce un intercambio continuo entre la planta y la fuente de agua que mantiene el caudal y la calidad de la misma, también este material contribuye a mejorar los suelos pues aporta una gran cantidad de hojas foliares y caulinares que enriquecen la superficie inmediata, de hecho este sustrato es muy apreciado en la preparación de lechos de viveros así como sus sistema radicular retiene el suelo a su alrededor evitando la erosión.

Como característica apreciable el bambú posee una gran área foliar que le permite captar de forma considerable CO2 y transformarlo en oxígeno, el bosque de bambú se convierte en un gran pulmón y en un refugio de especies de la fauna, entre ellas aves, reptiles e insectos.

En el proceso de industrialización del bambú se producen desechos, utilizados en el la elaboración de bloques sólidos combustibles que son empleados en la quema de los ladrillos de barro, este bloque permite sustituir entre un 40-80% de la leña usada en la quema de estos elementos de arcilla roja.

La velocidad de crecimiento del bambú permite aprovechar en menor tiempo, entre tres y cuatro años a este material, para poder utilizar la madera con características semejantes pueden pasar más de diez años, hay que tener en cuenta que de una plántula sembrada con bambú se pueden obtener hasta doce, según la especie, en el caso de la madera se podrá tener solo una.

Problemas ambientales: la reforestación con bambú puede dar una significativa contribución a aliviar los urgentes problemas ambientales que sufre nuestro planeta, y en específico en Cuba, pero para poder conocer en detalle las potencialidades y tener elementos en la toma de decisiones, es necesario profundizar más en los siguientes aspectos: (a) Contribución del bambú al secuestro de CO2, tema en el que hay poca información disponible, y la que hay es contradictoria, (b) Contribución del bambú a la protección de la humedad de los suelos, y su función como regulador hídrico, (c) Contribución del bambú a la mejora de los suelos, en específico los suelos altamente salinizados, y (d) Efecto de la reforestación con bambú sobre el aumento de la biodiversidad animal en las zonas reforestadas, es decir, cómo afecta o beneficia el nuevo bosque la aparición o recuperación de la fauna del bosque.

13

La sostenibilidad ecológica está asegurada por la contribución que se hace al mejoramiento del ecosistema circundante por el efecto del empleo del bambú, especialmente en la reforestación. Tableros laminados de bambú, se fabrican en China desde 1940. Hasta la fecha se han desarrollados cerca de 30 diferentes productos afines y producen en la actualidad 120.000 m³/año de tableros y duelas de bambú que sustituyen un millón de m³ de madera en píe en China y 400.000 m³ en India

.14

2. CONCLUSIONES

1. Se han cumplido los objetivos propuestos en el trabajo, pues se ha logrado recopilar gran cantidad de información sobre las distintas variedades del bambú que pueden emplearse en la construcción de viviendas, así como, sobre sus propiedades físico-mecánicas.

2. Se ha demostrado en las viviendas de un solo nivel estudiadas muestran un comportamiento adecuado desde el punto de vista resistente y de rigidez ante fenómenos como los vientos extremos y los sismos no siendo así en el caso de la vivienda de dos niveles, donde, aún cuando los elementos de entrepisos y cubiertas cumplen por

13

Ideen a 35 14

Jorge Moran. Visión y Proyecciones de la Industria de la Construcción y de otras Industrias a base de Bambú en América Latina Colombia. 2000.

resistencia y rigidez las columnas si muestran zonas de fallo por resistencia y por otro lado, no se obtiene una rigidez al desplazamiento adecuada pues los valores de desplazamiento lateral son muy grandes.

3. Con el trabajo se muestra la forma correcta de proceder tanto durante el proceso de modelación estructural como a la hora de efectuar el diseño de los elementos y uniones de modo que el trabajo constituye una guía para el ingeniero estructural que se enfrenta al cálculo de este tipo de estructura.

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