Análisis comparativo de las propiedades térmicas y mecánicas de bloques de paja y tierra compactada versus sistemas constructivos de mampostería tradicional
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aislamiento térmico, bloque, eficiencia energética, paja, soluciones constructivas
La paja es un material para la construcción milenario con beneficios de aislamiento térmico, acústico y resistencia a la humedad. Sin embargo, requiere complementarse con otros materiales y/o sistemas estructurales para ser autoportante. Partiendo de las ventajas anteriores, este trabajo estudia las propiedades térmicas y mecánicas de una solución constructiva para un sistema alternativo de paja y tierra compactada, con el fin de compararlo con sistemas tradicionales. La metodología es investigación aplicada, la cual se desarrolló en 3 fases: caracterización de las propiedades térmicas y mecánicas del material, diseño y desarrollo a escala 1:1 de 4 tipologías de bloque y, análisis del comportamiento de la temperatura según los diseños a través de simulaciones en ANSYS. Además, el estudio comparativo de los sistemas tradicionales se desarrolla a lo largo de la investigación, de tal manera que los resultados obtenidos se contrastan con la literatura. Los resultados demuestran las ventajas de soluciones constructivas compuestas de paja y tierra compactada gracias a las mejoras del rendimiento térmico. La caracterización de propiedades térmicas del material de estudio resalta la baja conductividad en comparación con productos de arcilla, hormigón, adobe, entre otros. Sin embargo, la caracterización de resistencia mecánica es inferior a los productos tradicionales. No obstante, la muestra cumple los estándares mínimos no estructurales para vivienda rural. Por último, el comportamiento de temperatura de las tipologías de bloques con perforaciones reduce hasta 7.31°C las superficies interiores, comparados con las tipologías de bloque macizo. La viabilidad de implementar nuevas soluciones constructivas se sustenta en el reconocimiento de las propiedades del material y sus bondades para la arquitectura.
J.M. Torres, “Análisis del Programa Especial Concurrente para el desarrollo rural sustentable en México”, Rev. Des. Loc. Sost., México, 2013
J. Mas, C. Kirschbaum y J. Obando, “Vivienda rural sustentable: investigación, transferencia y autoconstrucción. El Puestito-Tucumán, Argentina,” Univ. Nac. Córdoba Arg., 2014
J.E. Muñoz Moreno, “Modelo de vivienda rural sostenible,” Univ. Pil. Col., 2015
J.A. Coronado Ruiz, “Hábitat rural y hábitat autónomo: nuevos escenarios hacia una nueva ruralidad,” Rev. Univ. de la Salle, vol. 55, pp. 99-114, 2011
J.A. Velandia, “Prototipo de vivienda social replicable en la zona rural de Bochalema, Norte de Santander,” Univ. La Gran Colombia, 2018
Departamento Nacional de Planeación, “Proyecto Tipo,” Bogotá D.C., Colombia, 2017
Departamento Nacional de Planeación, “Proyecto de Construcción de Vivienda en el Sector Rural,” Ocaña., Colombia, 2018
G. Ruiz, X. Zhang, W.F. Edris, I. Cañas and L. Garijo, “A comprehensive study of mechanical properties of compressed earth blocks,” Const. and Build. Materials, vol. 176, pp. 566-572, 2018
T.E. Elahi, A.R. Shahriar and M.S. Islam, “Engineering characteristics of compressed earth blocks stabilized with cement and fly ash,” Const. and Build. Materials, vol. 227, pp. 122367, 2021
E.R. Teixeira, G.P. Machado, A.D. Junior, C. Guarnier, J. Fernandes, S.M. Silva and R. Mateus, “Mechanical and thermal performance characterisation of compressed earth blocks,” Energ., vol. 13, no. 11, pp. 2978, 2020
N. Jannat, A. Hussien, B. Abdullah and A. Cotgrave, “Application of agro and non-agro waste materials for unfired earth blocks construction: A review,” Const. and Build. Materials, vol. 254, pp. 119346, 2020
S. Larbi, A. Khaldi, W. Maherzi and N.E. Abriak, “Formulation of compressed earth blocks stabilized by glass waste activated with NaOH solution,” Sustainability, vol. 14, no. 1, pp. 102, 2021
S.O. Sore, A. Messan, E. Prud'Homme, G. Escadeillas and F. Tsobnang, “Stabilization of compressed earth blocks (CEBs) by geopolymer binder based on local materials from Burkina Faso,” Const. and Build. Materials, vol. 165, pp. 333-345, 2018
B.S. Waziri and Z.A. Lawan, “Properties of compressed stabilized earth blocks (CSEB) for low-cost housing construction: a preliminary investigation,” Int. J. Sust. Const. Engin. and Tech., vol. 4, no. 2, pp. 39-46, 2013
G. Mutani, C. Azzolino, M. Macrì and S. Mancuso, “Straw buildings: A good compromise between environmental sustainability and energy-economic savings,” Appl. Sci., vol. 10, no. 8 2858, 2020
R. Gallegos-Ortega, T. Magaña-Guzmán, J. A. Reyes-López and M. S. Romero-Hernández, “Thermal behavior of a straw bale building from data obtained in situ. A case in Northwestern México,” Building and Environment, vol. 124, pp. 336-341, 2017
C. X. Diaz Fuentes, J.J. Mancilla and M.C. Pérez, “Physical-thermal straw properties advantages in the design of a sustainable panel-type construction system to be used as an architectural dividing element,” J. Phys.: Conf. Series, vol. 1587, pp. 1-7, Aug. 2020
M.P. Rojas, J.M. Grimaldo and C.X. Fuentes, “Physical thermal properties and comparative analysis of the ecological straw constructive modules,” J. Phys.: Conf. Series, vol. 1708, no. 1, pp. 012016, Dec. 2020
A. Chaussinand, J.L. Scartezzini and V. Nik, “Straw bale: A waste from agriculture, a new construction material for sustainable buildings,” Ener. Procedia, vol. 78, pp. 297-302, 2015
S. Cascone, R. Rapisarda and D. Cascone, “Physical properties of straw bales as a construction material: A review,” Sustainability, vol. 11, no. 12, pp. 3388, 2019
Plastics - Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity - Part 2: Transient plane heat source, ISO 22007-2:2015, International Organization for Standarization, 2015
Concretos. Ensayo de Resistencia a la compression de espcimenes cilindrico de concreto, NTC 673, Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, Colombia, 2018
A.P. Colmenares, J. Sanchez and C.X. Díaz, “Comparative thermal analysis of extruded ceramic products between multi perforated brick and modified bricks in cells distribution,” J. Phys.: Conf. Series, vol. 1386, no. 1, pp. 012130, Nov. 2019
Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales “Atlas Interactivo de Colombia” ideam.gov.co http://atlas.ideam.gov.co/presentacion/
J. Sánchez-Molina, C.X. Díaz-Fuentes and A.P. Colmenares-Uribe, “Utilization of agro-industrial waste to improve thermal behavior of products made of fired clay for traditional masonry,” J. Phys.: Conf. Series, vol. 1981, no. 1, pp. 012015, Jul. 2021
C.X. Díaz-Fuentes, A.P. Colmenares-Uribe and J.G. Peñaranda-Méndez, “Exploration of types of ventilated air chambers to improve thermal efficiency of bricks in fired clay,” J. Phys.: Conf. Series, vol. 1708, no. 1, pp. 012011, Dec. 2020
A.P. Colmenares, J. Sánchez-Molina y C.X. Díaz-Fuentes “Tratamiento de juntas de mortero en productos de arcilla cocida como estrategia para la regulación de transferencia energética en muros de la construcción” IV Congr. Int. de Tecnología, Ciencia y Educación para el Desarrollo Sostenible, Colombia, 2020
A.P. Colmenares, J. Sanchez-Molina and C.X. Díaz-Fuentes “Incidencia de pestañas y aleros en la transferencia y concentración de energía en el ladrillo hueco multiperforado y bloque H10 en arcilla cocida” Congr. Int. de Principios y Practicas de Diseño, Monterrey, Mexico, 2021
M.G. Cuitiño-Rosales, R. Rotondaro y A. Esteves, “Análisis comparativo de aspectos térmicos y resistencias mecánicas de los materiales y los elementos de la construcción con tierra,” Rev. Arq., vol. 22, no. 1, pp. 138-151, 2020
La paja es un material para la construcción milenario con beneficios de aislamiento térmico, acústico y resistencia a la humedad. Sin embargo, requiere complementarse con otros materiales y/o sistemas estructurales para ser autoportante. Partiendo de las ventajas anteriores, este trabajo estudia las propiedades térmicas y mecánicas de una solución constructiva para un sistema alternativo de paja y tierra compactada, con el fin de compararlo con sistemas tradicionales. La metodología es investigación aplicada, la cual se desarrolló en 3 fases: caracterización de las propiedades térmicas y mecánicas del material, diseño y desarrollo a escala 1:1 de 4 tipologías de bloque y, análisis del comportamiento de la temperatura según los diseños a través de simulaciones en ANSYS. Además, el estudio comparativo de los sistemas tradicionales se desarrolla a lo largo de la investigación, de tal manera que los resultados obtenidos se contrastan con la literatura. Los resultados demuestran las ventajas de soluciones constructivas compuestas de paja y tierra compactada gracias a las mejoras del rendimiento térmico. La caracterización de propiedades térmicas del material de estudio resalta la baja conductividad en comparación con productos de arcilla, hormigón, adobe, entre otros. Sin embargo, la caracterización de resistencia mecánica es inferior a los productos tradicionales. No obstante, la muestra cumple los estándares mínimos no estructurales para vivienda rural. Por último, el comportamiento de temperatura de las tipologías de bloques con perforaciones reduce hasta 7.31°C las superficies interiores, comparados con las tipologías de bloque macizo. La viabilidad de implementar nuevas soluciones constructivas se sustenta en el reconocimiento de las propiedades del material y sus bondades para la arquitectura.
J.M. Torres, “Análisis del Programa Especial Concurrente para el desarrollo rural sustentable en México”, Rev. Des. Loc. Sost., México, 2013
J. Mas, C. Kirschbaum y J. Obando, “Vivienda rural sustentable: investigación, transferencia y autoconstrucción. El Puestito-Tucumán, Argentina,” Univ. Nac. Córdoba Arg., 2014
J.E. Muñoz Moreno, “Modelo de vivienda rural sostenible,” Univ. Pil. Col., 2015
J.A. Coronado Ruiz, “Hábitat rural y hábitat autónomo: nuevos escenarios hacia una nueva ruralidad,” Rev. Univ. de la Salle, vol. 55, pp. 99-114, 2011
J.A. Velandia, “Prototipo de vivienda social replicable en la zona rural de Bochalema, Norte de Santander,” Univ. La Gran Colombia, 2018
Departamento Nacional de Planeación, “Proyecto Tipo,” Bogotá D.C., Colombia, 2017
Departamento Nacional de Planeación, “Proyecto de Construcción de Vivienda en el Sector Rural,” Ocaña., Colombia, 2018
G. Ruiz, X. Zhang, W.F. Edris, I. Cañas and L. Garijo, “A comprehensive study of mechanical properties of compressed earth blocks,” Const. and Build. Materials, vol. 176, pp. 566-572, 2018
T.E. Elahi, A.R. Shahriar and M.S. Islam, “Engineering characteristics of compressed earth blocks stabilized with cement and fly ash,” Const. and Build. Materials, vol. 227, pp. 122367, 2021
E.R. Teixeira, G.P. Machado, A.D. Junior, C. Guarnier, J. Fernandes, S.M. Silva and R. Mateus, “Mechanical and thermal performance characterisation of compressed earth blocks,” Energ., vol. 13, no. 11, pp. 2978, 2020
N. Jannat, A. Hussien, B. Abdullah and A. Cotgrave, “Application of agro and non-agro waste materials for unfired earth blocks construction: A review,” Const. and Build. Materials, vol. 254, pp. 119346, 2020
S. Larbi, A. Khaldi, W. Maherzi and N.E. Abriak, “Formulation of compressed earth blocks stabilized by glass waste activated with NaOH solution,” Sustainability, vol. 14, no. 1, pp. 102, 2021
S.O. Sore, A. Messan, E. Prud'Homme, G. Escadeillas and F. Tsobnang, “Stabilization of compressed earth blocks (CEBs) by geopolymer binder based on local materials from Burkina Faso,” Const. and Build. Materials, vol. 165, pp. 333-345, 2018
B.S. Waziri and Z.A. Lawan, “Properties of compressed stabilized earth blocks (CSEB) for low-cost housing construction: a preliminary investigation,” Int. J. Sust. Const. Engin. and Tech., vol. 4, no. 2, pp. 39-46, 2013
G. Mutani, C. Azzolino, M. Macrì and S. Mancuso, “Straw buildings: A good compromise between environmental sustainability and energy-economic savings,” Appl. Sci., vol. 10, no. 8 2858, 2020
R. Gallegos-Ortega, T. Magaña-Guzmán, J. A. Reyes-López and M. S. Romero-Hernández, “Thermal behavior of a straw bale building from data obtained in situ. A case in Northwestern México,” Building and Environment, vol. 124, pp. 336-341, 2017
C. X. Diaz Fuentes, J.J. Mancilla and M.C. Pérez, “Physical-thermal straw properties advantages in the design of a sustainable panel-type construction system to be used as an architectural dividing element,” J. Phys.: Conf. Series, vol. 1587, pp. 1-7, Aug. 2020
M.P. Rojas, J.M. Grimaldo and C.X. Fuentes, “Physical thermal properties and comparative analysis of the ecological straw constructive modules,” J. Phys.: Conf. Series, vol. 1708, no. 1, pp. 012016, Dec. 2020
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A.P. Colmenares, J. Sanchez and C.X. Díaz, “Comparative thermal analysis of extruded ceramic products between multi perforated brick and modified bricks in cells distribution,” J. Phys.: Conf. Series, vol. 1386, no. 1, pp. 012130, Nov. 2019
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