Familiarización con el material: la paja.

FAMILIARIZACIÓN CON EL MATERIAL: LA PAJA

Conocimiento de las propiedades de la paja mediante artículos de investigación

ÍNDICE Artículo 1

1

Artículo 2

1-2

Artículo 3

2-3

Artículo 4

4

Artículo 5

4

Artículo 6

4-6

Artículo 7

6

Artículo 8

6-7

Artículo 9

7

Artículo 10

7-8

Artículo 11

9

Artículo 12

9-10

Artículo 13

10-11

Artículo 14

11

Artículo 15

11

Artículo 16

11-12

Artículo 17

12-13

Artículo 18

13-14

Artículo 19

14-16

Artículo 20

16

Bibliografía

17-19

Dato principal

Artículo

Tipo de paja

Degradación

1

General

Lenta en función de condiciones: humedad, temperatura (+ importantes), contenido nutrientes (alimentación hongos y bacterias) y disponibilidad de oxígeno

Composición

1

General

Fibra natural: hebras de celulosa, hemicelulosa y lignina Poco nitrógeno para compost Proporción óptima carbono a nitrógeno en compost 1:20-1:40 (paja 1:70-1:120) Paja de grano tienen menos nitrógeno que heno y hierba Más verde paja = más nitrógeno contiene

Contenido nutrientes interior bala

1

General

Disponibilidad oxígeno interior bala

1

General

Temperatura interior + exterior bala

1

General

Humedad interior + exterior bala

1

General

Signos de descomposición

1

General

Datos de interés

Una bala tiene aprox. 90% aire, en interior el O2se consume rápidamente y se sustituye por CO2 <0ºC los microorganismos no existen (agua congelada) <10ºC muchos hongos y bacterias no sobreviven 20-65ºC microorganismos pueden vivir >65ºC la mayoría de las especies no sobreviven Paja arroz: máx. en base seca 27% = 21% en base húmeda Paja: máx. en base seca 25% = 20% en húmeda Compuestos olorosos, temperatura localmente elevada, decoloración y conversión de materia orgánica en CO2 1. Reducir humedad <12% en base seca (10% en húmeda) Volver humedecer varios niveles 12-150% base seca y colocar en contenedores sellados 3. Temperaturas contenedores 10, 20 y 35ºC Resultado: el CO2 aumentó constante cuando aumenta Tª y humedad Entre 40-150% en base seca se descompone de 50-200 veces más rápido Nunca colocar una bala caliente y húmeda Las balas deben secarse al aire libre No recomendable el secado con aire forzado Evitar el acceso de oxígeno cuando está en proceso de secado Bajo coste, rápida construcción, alto aislamiento térmico, eficiencia energética Estilo Nebraska a finales de s. XIX (escasez materiales) en EEUU. Principios s. XX se sustituye por materiales más industrializados (EEUU) En 1970 vuelve a aparecer este material (crisis petróleo), pero destaca en la 2.

Experimento 1: controlar evolución CO2

1

Arroz

Recomendaciones

1

General

Características construcciones paja

2

General

Historia uso paja en construcción

2

General

1

Clima lugar

2

General

Tipos de degradación paredes balas

2

General

Ventajas y desventajas enlucidos (experimento: cal)

2

General

Experimento paralelo: escala real y laboratorio

2

Trigo y arroz

Resultados experimentos

2

Trigo y arroz

Beneficios uso materiales naturales en construcción

3

General

Usos de paja

3

General

Datos producción paja (FAO)

3

Arroz

Humedad adecuada construcción

3

General

Técnicas de construcción

3

General

década de los 80 en EEUU Invierno seco con temperaturas por debajo de 0ºC y Verano húmedo con Tª menor de 22ºC Aeróbica y anaeróbica (+ prolongada), en función disponibilidad O2 para microorganismos en el interior V= Condiciones secas y sin luz: no crecimiento microorganismos D= Cambio entre revoco y bala provocan condensaciones (diferente humedad y temperatura) Prototipo escala real: Colocación balas en paralelo (método apilamiento plano) y perpendicular (apilamiento borde) Revoco de cal (45-50 mm) Laboratorio: Cajas transparentes selladas con cera, en el interior lo anterior Revoco: capa de protección (aumento durabilidad), con 40 mm parece ser suficiente, + espeso = + amortiguación a la humedad, mayor espesor de 40 mm no se observan grandes diferencias Degradación paja: entre 2-3 cm detrás del revoco Buen estado de la paja en el interior de la pared Cal: mayor componente hidróxido de calcio (pH > 12: alcalino elevado)= aumenta durabilidad El clima húmedo tiene poco impacto en la degradación Baja degradación en un ambiente altamente higrotérmico Producción: menos cantidades de recursos renovables y menos emisiones GEI (CO2) Vida útil: materiales sumideros de carbono Beneficios económicos, salud y medio ambiente Material aislante Alimentación y ropa de cama de animales Abono de suelo 800-1000 millones toneladas al año Máx. 20% del peso total de la bala Mayor humedad = más rápida descomposición y mayor posibilidad de aparición de moho (problemas salud humana) 1. Muros de carga, como estructural, cerramiento y aislamiento, con revestimiento de yeso. Función revoco: aumenta resistencia y mejora rigidez, mejora resistencia al fuego, protege agentes externos de descomposición 2. Sistemas postes y vigas con relleno de paja (aislamiento térmico y

2

acústico) Paneles: marco madera, paja y acabado madera reciclada Orientación plana / Portante / densidad > 130kg/m3 Orientación borde / Sin carga y paredes curvas / densidad > 70kg/m3 (aunque no requiere de una específica por no tener función estructural) Cemento (no muy recomendable por no ser tan permeable), cal (muy permeable), arcilla y yeso (acabados permeables al vapor: eliminar humedad paquetes) 3.

Orientación bala / Aplicación / Densidad construcción

3

General

Tipos de revocos

3

General

Resistencia al fuego

3

General

Sostenibilidad

3

General

Descomposición por temperatura

3

General

Coeficiente transmisión térmica (U) (diferentes estudios del documento)

3

General

Resistencia acústica

3

General

Propiedades térmicas

Recomendaciones propiedades construcción (conclusiones)

3

3

Paja suelta: material muy inflamable Paja empacada: muy resistente, si se usa un revoco aumenta la resistencia Paja triturada: no contribuye a la propagación del fuego Medioambiental: reducción residuos, poco transporte (proximidad), energía ciclo de vida es 5,8% menor que ladrillo cocido y 19,8% menor que la del bloque de cemento. Aunque es importante la proximidad, hablando de sostenibilidad Social-económica: Accesible para todos ARTÍCULO 24: ESTUDIO EFECTOS TÉCNICOS Y ECONÓMICOS OBTENCIÓN PAJA 20-70ºC (con variaciones de 15ºC) Densidad 100 kg/m3: U= 0,2-0,15 W/m2K Funciona mejor térmicamente la bala orientada de borde Conductividad térmica apróx. 0,065 W/mK (valor referencia para muchos autores) Conductividad térmica 0,05-0,06 W/mK Esta depende de la densidad de la paca: cuando aumenta densidad, aumenta U El enlucido mejora un poco la resistencia, pero sus funciones son otras como estética

General

Evitar puentes térmicos y elementos fríos dentro de la paja (marcos y fijaciones metálicas). Si se usan, se usa como capa separadora un saco de tela.

Las balas funcionan mejor térmicamente que los marcos de madera que las contienen en transmitancia térmica, pero esto no afecta con importancia a la eficiencia energética de la envolvente

General

Orientación plana mejor valor de aislamiento que de borde Densidad > 110kg/m3 (estabilidad y resistencia al fuego) Densidad en seco> 110-150kg/m3 Conductividad térmica: 0,055-0,065 W/mK Humedad en servicio < 20%

3

Soluciones acondicionamiento térmico en edificio no acondicionado

4

General

Resultados de las soluciones

4

General

Investigación del ensayo

5

Trigo

Resultados investigación

5

Trigo

Parámetros que afectan a propiedades estructurales

5

Trigo

Densidad balas de paja

6

General

Datos aumento construcciones con paja en Europa

6

General

Aislamiento pared externa con balas de paja (e=50cm), aislamiento techo con paneles de fibra de madera (e=12cm) y superficies en el exterior con plantas de vid en algunas fachadas Estrategia más adecuada: aislamiento techo Combinación de diferentes técnicas: mejores resultados Protección solar es positiva en verano para reducir el sobrecalentamiento, pero en invierno es negativa por la sombra que ejerce Pacas con dos hilos orientadas de diferentes formas y enlucidas con yeso, para conocer la resistencia a compresión Aumento de la rigidez a medida que se carga la bala Resistencia balas enyesadas: 8-90 kN/m (depende grosor, resistencia yeso y orientación bala) Resistencia más baja: balas enlucidas orientadas de borde y con un espesor de yeso de 12,7 mm (Mínimo recomendado e> 25,4mm) Los fardos apilados en borde podrían tener la resistencia adecuada a construcción residencial, con el espesor de yeso adecuado En balas enyesadas en plano, el espesor del yeso influye positivamente en la resistencia, mientras que su resistencia no es tan importante La resistencia depende en gran medida de la orientación del fardo. Resistencia en plano es 36% mayor que de borde.

El modo de falla de las balas enyesadas de borde es diferente a las planas. Pandeo es principal mecanismo de falla en balas de borde y en las planas falla por aplastamiento.

La resistencia y espesor del yeso afecta a la resistencia. Si se duplica el espesor, aumenta la resistencia en 65%. Si se duplica la resistencia del yeso, aumenta un 25% La mayoría de las pruebas superaban las resistencias adecuadas para construcciones residenciales, excepto las de borde con revestimiento de 12,7 mm El módulo de elasticidad de la bala enyesada es muy variable: 5,69-26,76 MPa Densidad > 90 kg/m3 Densidad > 80 kg/m3 Densidad normativa alemana, austriaca o francés > 80 kg/m3 Densidad normativa lituana > 100 kg/m3 Año 2010: más de 2000 Año 2013: más de 6000

4

Beneficios uso de paja

6

General

Producción de paja en función de grano

6

General

Historia paja en construcción

6

General

Humedad relativa

6

General

Funciones en la construcción

6

General

Conductividad térmica

6

General

Dificultades para la integración en la construcción

6

General

Composición y función sistema alfaWall

6

Arroz, trigo o cebada

Módulos gran formato vs. Módulos pequeño formato (sistemas en general)

6

General

Propiedades materiales sistema alfaWall

6

Arroz, trigo o cebada

Dimensiones sistema alfaWall

6

Arroz, trigo o cebada

Activación de la economía local (uso recursos y personal locales), eficiencia energética, reducción contaminación (no se quema la paja porque tiene otro uso), baja inversión tecnológica para su manipulación Cultivo cereales en el mundo: 697678,673 Ha (2013), la mayoría arroz y trigo 1 tonelada grano = 1,5 toneladas de paja Materiales más antiguos: fibra de ladrillos y paredes de arcilla Fardo aparece a mediados s.XIX: Estilo Nebraska (balas de paja) Primera patente construcción balas de paja: finales s.XIX Primeras construcciones de paja en Europa (Maison Feuillette): mediados s. XX Mayor desarrollo de la paja como material de construcción: década 90 s. XX Hr < 18% Estructural (muro portante con revestimiento de mortero: transpirables) y aislamiento térmico 0,0337-0,086 W/mK (VER GRÁFICA COMPARATIVA CON OTROS MATERIALES) No inspiran confianza, espacio para almacenamiento y manipulación, residuos voluminosos y engorrosos (aunque biodegradable), Modular y prefabricado: estructura con listones de madera (C24) y relleno con fardos de paja (trabajo en conjunto, como un solo elemento) Fácil montaje con herramienta manual y convencional (tornillo) No son necesarias estructuras adicionales Ubicación: muros Fabricación módulos personalizadas para cada proyecto Paredes: enlucidas con morteros transpirables (arcilla y/o cal) o recubiertos con tableros de madera (fijación a marcos madera) Grandes: más rápido el cierre y menos tornillos, pero coste adicional por maquinaria necesaria para manipulación.

Pequeños: puentes térmicos elevados, problemas estructurales y uso extra de madera (sostenibilidad) Densidad > 120kg/m3 Madera: estructural de pino C24 Paja de arroz, trigo o cebada Humedad relativa < 15% Ancho: mín. 0,4 m y máx. 1,05 m Altura: mín. 0,4 m y máx. 2,9 m Máx. longitud dinteles 2,9 m Máx. peso módulo: 250 kg

5

Propiedades panel con mortero de 4 cm en interior y exterior

6

Arroz, trigo o cebada

Investigación prototipo

7

Trigo

Historia de la paja en construcción

7

General

Composición paja Dimensiones paquetes usados en construcción

7

General

Máx. volumen módulo: 1m3 U= 0,166 W/m2ºC Conductividad térmica= 0,067 W/mºC Factores resistencia a la difusión del vapor de agua= 3-6 (También hay datos de características medioambientales en su construcción para comprobar sostenibilidad) Propiedades térmicas y resistencia a compresión en función a la orientación de la paja (pajitas individuales) Miles de años: Refuerzo de elementos con tierra, revestimientos de techos y suelos.

Finales s.XIX: muros de cargas y muros no portantes Principalmente de celulosa, hemicelulosa, lignina y sílice

7

General

Largo x Ancho x Alto: 1000 x 450 x 350 mm (hilo a lo largo) 1.

Proceso de empacado

7

General

Conductividad térmica balas de paja

7

General

Resultados conductividad térmica balas de paja

7

Trigo

Resistencia compresión

7

Trigo

Formatos de balas

8

General

La paja cortada pasa a una cámara de compresión mediante una horquilla de alimentación o barrena 2. En la cámara, se comprime la paja con densidades de 60-170 kg/m3 mediante un émbolo que se mueve entre 80-100 golpes por minuto.

El paquete está compuesto por módulos (copos) de 100 mm de espesor, aunque la empacadora los orienta en la dirección menos eficiente térmicamente (colocación aleatoria) Insensible a la densidad Depende del contenido de humedad y varía según la dirección del flujo de calor con la orientación de la paja individual Conductividad térmica flujo paralelo a dirección de pajita= 0,08 W/mK Flujo perpendicular a la pajita = 0,043 W/mK (FASBA) Orientación de la paja perpendicular al flujo de calor es el más beneficioso (maximizar valor aislamiento térmico) Comprobaciones con espesores entre 100-150 mm y densidad apróx. 112 kg/m3 Con estos espesores las resistencias en ambas orientaciones son insuficientes para funciones estructurales Cuando la fuerza aplicada es perpendicular a la dirección de la paja tiene mayor resistencia que de la otra forma Pacas redondas, pacas oblongas pequeñas de densidad baja a media (50-150 kg/m3) y pacas oblongas grandes con densidades altas (>150 kg/m3) Dimensiones apróx. 40x50x100 cm

6

1.

Proceso de obtención de la paja

8

General

Prototipo de la investigación

8

Trigo

Balas de paja de trigo del Sur de Bretaña (Francia) con densidades comprendidas entre 65 y 115 kg/m3, siendo recomendable en construcción densidades entre 80-120 kg/m3, para conocer el comportamiento mecánico de las balas Densidades bajas: Pacas colocadas planas son más rígidas que las de borde Densidades 90-110 kg/m3: rigidez es equivalente en ambas orientaciones (características elásticas y de resistencia con similares en ambas posiciones) Paca plana con carga compresión uniaxial: la deformación está controlada por la longitud de la cuerda, el perímetro permanece constante.

Parámetro clave que controlan la deformación anterior: relación entre densidad aparente y densidad de la bala (compactación y volumen sólido de los mechones)

Resultados comportamiento mecánico en función de densidades

8

Trigo

Objetivo investigación

9

General

Beneficios medioambientales por el uso de paja en la construcción

9

General

Riesgos de la paja

9

General

Soluciones a riesgos anteriores

9

General

Prototipos estudio

9

General

Resultados investigación con relación a la humedad

9

General

Carbono en la construcción

10

General

2.

Recolección del cereal, la cosechadora recoge los granos y vierte hileras de paja en el suelo.

Paso de la empacadora para recoger la paja y empacarla presionando los mechones de paja juntos. Se mantiene la presión (compactación) del paquete con cuerdas de polímero termoplástico o de sisal

Humedad en paredes de balas de paja con acabados de diferentes morteros hidráulicos Excelentes propiedades de aislamiento acústico y térmico, producción es un proceso de baja energía, material sumidero de C02 (reduce el atmosférico) Material inflamable, sus componentes pueden dar lugar a la aparición de roedores e insectos, descomposición aeróbica y anaérobica de las condiciones en las que se encuentre e inestabilidad estructura (resistencia compresión y flexión y rigidez) Revoco con material ignífugo, protección de roedores e insectos, protección de la paja y madera de la lluvia Acero para mejorar la rigidez Sensores en el interior para controlar la descomposición Módulos con paneles de madera, relleno con fardos de paja atados con estacas de madera y ubicación de sensores en diferentes puntos. Acabados diferentes y con diferentes espesores (enlucidos y tableros madera) Revocos de baja permeabilidad al vapor aumentan los niveles de humedad = daño importante en la paja interior Acabado con espesor < 25 mm deteriora la paja Protección con pantallas de lluvias son los que menos daños presentan (tablero de cedro) Actualidad: el carbono incorporado en los materiales que definen el edificio

7

Beneficios uso paja en construcción (propiedades)

10

General

Limitaciones en construcción del uso de paja

10

General

Tipo de material paja

10

General

Usos de la paja diferentes a la construcción

10

General

Beneficios uso paneles comparado con balas de paja

10

General

Composición paneles

10

General

Aplicaciones paneles

10

General

Descripción paneles ModCell

10

General

Prototipo casa (BaleHaus) con paneles ModCell

10

General

superará destacadamente las emisiones producidas durante su vida útil.

Tener en cuenta el uso de materiales producidos con bajas emisiones de carbono, como la paja Paja de trigo: captura apróx. 1,35 kg de CO2 por kg de material embalado con un contenido de humedad del 10% Altos niveles aislamiento térmico: conductividad térmica (lambda) = 0,052-0,080 W/mK, bajo coste del material, amplia disponibilidad, resistencia al fuego, permeabilidad al vapor con un acabado exterior Resistencia y rigidez de muros de carga limitan la altura a dos pisos En muchos casos no tienen la consistencia adecuada como material estructural de construcción Natural, renovable y biodegradable Lecho de animales (como alimento no porque tiene pocos nutrientes), cultivo de hongos, biomasa para producción de electricidad, materia prima para producción biocombustibles Protección de la paja al ser prefabricado y realizarse en fábrica a cubierto, dimensiones más regulares y consistentes Marcos de madera, con función estructural, la paja, como relleno y aislamiento (bajo contenido de carbono), y revoco de cal o acabado en seco (revestimiento madera), como acabado interior y/o exterior Muros de carga y muros no portantes.

Solo forman parte de la envolvente exterior del edificio Muros de carga: marco diseñado para soportar cargas verticales de piso y techo Muros no portantes: función de los paneles de revestimiento fijo Marco de madera laminada blanda (C24), dimensiones en función de la aplicación y del elemento de madera Conexiones de madera: tornillos autorroscantes en las cuatro esquinas Balas de paja: secas y comprimidas Estacas de madera para la unión de las balas de paja Barras roscadas de acero inoxidable para reforzar las esquinas y controlar deformaciones panel Revoco de cal (e=30-35mm) para proteger la paja de humedad y ataques de roedores y protección adicional frente a incendios Paneles como elementos estructurales portantes 2 plantas (16 paneles apoyados losa HA) Fijación entre paneles mediante tornillos a 45º de un panel a otro y conexión de los lados mediante paneles de madera contrachapada atornillada a los marcos

8

Unión a losa mediante anclaje mecánicos

Diseño ecológico

11

General

Opciones de acabados en balas de paja

11

General

Uso de cal como acabado

11

General

Comparativas experimento

11

General

Resultados experimentación

11

General

Diseño y construcción de la pantalla de lluvia

11

General

Beneficio uso paja construcción

12

General

Aplicaciones balas de paja en construcción

12

General

Energía incorporada de los materiales utilizados y energía primaria necesaria para operar el edificio.

Balas de paja: baja energía incorporada (subproducto de una industria existente) y han absorbido CO2 durante su crecimiento (carbono negativo) y baja necesidad de energía térmica primaria (U=0,16 W/m2K con e=450-500 mm) Acabados impermeables en ambos lados: interior completamente sellado (no recomendable porque no deja salir la humedad si esta entra por alguna parte) Acabados herméticos pero permeables al vapor de agua: este se crea en el interior y emigra al exterior. Capa interior menos permeable que exterior para favorecer el sentido del flujo de vapor desde interior a exterior Permeable al vapor pero si hay lluvia constante puede haber una acumulación de humedad peligrosa 1. En ambos lados 3 capas de revoco de cal graso 2. En el interior 3 capas de revoco de cal graso y en el exterior, una capa de revoco de cal de 10 mm, espacio de aire de 25 mm, membrana de ventilación, espacio de aire igual que anterior y pantalla de lluvia de cedro (e=18 mm) Contenido de humedad: caso 1 es 16,8% y el caso 2 es 13,6% Se puede usar cal cuando no es constante la lluvia torrencial(humedad) Colocar listones de madera entre las balas de paja para la unión del panel de madera.

Una única capa en el exterior de cal para equilibrar la menor permeabilidad que en el interior con las 3 capas. Además protege en caso de incendios y de roedores e insectos.

Los huecos de aire dan lugar a cámaras de fachadas ventiladas para eliminar el vapor de agua procedente del interior Membrana de ventilación para proteger de la lluvia ya que la protección no es completamente hermética Material renovable, buenas propiedades térmicas, menor impacto ambiental que materiales actuales, paredes permeables al vapor de agua, material local, rapidez de construcción, reducción de residuos, construcción en el sitio o mediante paneles prefabricados, residuos biodegradables Relleno (sin carga) y muros de carga hasta dos pisos

9

Ventajas balas de paja

Desventajas balas de paja

Propiedades necesarias de la bala de paja para su uso en construcción

12

12

12

General

Evita puentes térmicos, buena estanqueidad con detalles simples, buenas propiedades de aislamiento, material ligero (poca carga cimientos y no hacen falta materiales con alta energía incorporada como hormigón), detalles y proceso de construcción sencillos, renovable, bajo coste, disponibilidad en fuentes locales, almacenamiento de carbono durante toda su vida, habilidades sencillas para su construcción, construcción in situ o prefabricada, uniones en seco

General

Propiedades inconsistentes como dimensiones, densidad y contenido de humedad, detalles restringidos por necesidad de protección de humedad, fijaciones ligeras, resiliencia limitada del agua, proteger antes de colocar acabados, uso limitado de acabados permeables en algunos climas (caso artículo anterior)

General

Densidad > 110-130 kg/m3 Conductividad térmica para esta densidad= 0,055-0,065 W/mK Contenido humedad inicial recomendado= 10-16% Contenido máximo recomendado de humedad en servicio: 20-25%

Recomendaciones detalles constructivos

12

General

Importante voladizo de cubierta para reducir el contacto de agua con el acabado Puertas y ventanas en la cara exterior del muro para reducir el riesgo de penetración de agua Púas de madera para asegurar primera hilera de balas Balas de paja sobre elementos estructurales Separación entre elementos fríos, como metal, por problemas de condensación y puentes térmicos Huecos rellenar con paja suelta apretada a mano Acabado cal exterior e=35 mm

Conductividad térmica

13

General

Aire dentro de huecos tiene conductividad térmica más baja que las fibras de paja.

Para solucionarlo se comprime reduciendo potentemente los huecos y aumentando esta conductividad

Tipos de materiales de aislamiento

13

General

Función del aislamiento

13

General

Prototipos experimento

13

Trigo

Inorgánicos (más utilizados y con mayor impacto negativo en el medioambiente), orgánicos (bajo impacto medioambiente) y metálicos Reducir la transferencia de calor, amortiguar la humedad y almacenar calor dentro de la envolvente del edificio.

Atrapan aire dentro de su estructura y su baja conducción de aire minimiza la transferencia de calor Balas de dos hilos con la paja orientada al azar envueltas con un acabado permeable al vapor de diferentes densidades (63-126 kg/m3) y Tª 10 y 30ºC

10

Comparativa paneles ModCell con balas experimento

13

Trigo

Estudio termográfico infrarrojo con los paneles

13

General

Resultados investigación

13

Trigo

Cómo minimizar el impacto negativo en el medioambiente

14

General

Lugar construcción paneles

14

General

Acabado final paneles

14

General

Resultados investigación pruebas paneles (creo que son ModCell)

14

General

Beneficios de uso de paja en construcción

15

General

Riesgos uso de paja en construcción

15

General

Modos descomposición de la paja

15

General

Nombres casas ecológicas

16

General

Paneles al aumentar la densidad mejora la conductividad térmica. En las balas no varía mucho con el aumento de densidad.

En las balas con el aumento de la temperatura, aumenta la conductividad en 15% Exterior: no muestra puentes térmicos o defectos de construcción Interior: temperaturas uniformes en sus superficies Infiltración alrededor de los bordes de los paneles Las conductividades térmicas obtenidas son poco sensibles a cambios de densidades La humedad relativa y la temperatura tienen un impacto importante en la conductividad térmica obtenida. Con el aumento de Tª aumenta la conductividad Conductividad térmica (d=120 kg/m3)= 0,064 W/mK Los materiales constructivos y los edificios deben reducir la energía y las emisiones de CO2 en producción y en uso: producción de los materiales, construcción edificación, vida útil edificio y uso final materiales Fábrica voladora: espacio temporal cerca del lugar de emplazamiento para evitar aumento huella de carbono generada por el transporte Enlucido de yeso de al menos 30 mm para proteger de la intemperie y garantizar resistencia al fuego Relación agua/aglutinante afecta a la resistencia a compresión de los morteros de cal hidráulica El mortero rociado es más débil que un mortero sin pulverizar Resistencia a compresión de un mortero proyectado se encuentra entre mortero de cal hidráulico (NHL2) y el otro (NHL3.5) La paja mejora la rigidez del marco de madera El enlucido de cal contribuye positivamente a la función estructural del panel Buenas propiedades térmicas y acústicas, en su producción se usa poca energía en comparación con otros materiales, secuestra CO2 reduciendo el que hay en la atmósfera Material inflamable si está suelto (sin compresión), ataque de roedores e insectos por los nutrientes que puede contener, descomposición aeróbica y anaeróbica por la condiciones ambientales, poca resistencia a compresión y flexión y escasa rigidez Anaeróbica: se produce con ausencia de O2 y necesita altos niveles de humedad.

En construcción esto casi nunca se da Aeróbico Casas de Energía Cero, Baja o Casas neutrales en carbono, casas pasivas o EcoHouses

11

Parámetros para el diseño de casas ecológicas

16

General

Prototipo Casa Ecológica Totnes

16

General

Actividades del desarrollo de un proyecto eco house

16

General

Diseño actual, construcción y monitoreo in situ y resultados

Relación de grano a paja

17

General

1:1,5 – 1:2

Diferentes usos de la paja a la construcción

17

General

Forraje de ganado o lecho, papel industrias, combustible de biomasa

Formas expulsión paja de la cosechadora

17

General

Hileras en el suelo, montones al suelo mediante un mecanismo de recolección de la cosechadora (se ajusta al peso que se quiere) y corte y esparcido de la paja en el campo en una única operación

Propiedades paja suelta

17

General

Densidad baja, tamaño y forma irregular, complicado manejo manual, difícil el transporte y el almacenamiento

Funciones de la cosechadora

17

General

Recoger, picar y soplar Al aumentarla la capacidad y eficiencia de campo disminuyen También afecta a la estabilidad de la máquina en el suelo (aumento deslizamiento maquinaria): pérdidas de energía y tiempo Influye en el consumo de combustible El combustible representa desde 16-45% de la hora de coste de un tractor

Velocidad de avance

17

General

Tipos de investigación: expulsión de la paja

17

Trigo

Resultados investigación

17

Trigo

Entorno (rural o urbano), nivel de tecnología en la vivienda (comodidad y comunicación), lugar obtención y energía incorporada materiales, etc.

Impacto mínimo en medioambiente en fase de construcción y en su vida útil Usar materiales con poca energía incorporada y locales, y fomentar la economía local.

Madera para la estructura, balas de paja para paredes exteriores, lana de oveja es aislamiento y enlucidos de cal en paredes interiores y exteriores (mezcla de arena y cal)

STH: tirar la paja en forma de montones en el suelo STW: tirar la paja como hileras Se tarda menos tiempo en cortar y recoger la paja con STW El rendimiento de la cortadora es menor en STH También es menor el rendimiento recogiendo y picando de STH El consumo de combustible es mayor para STH (mayor número de paradas: más tiempo para completar el trabajo) El tiempo para recoger y picar paja disminuye cuando aumenta la velocidad de avance Disminución rendimiento recogiendo y picando al aumentar la velocidad de avance

12

Al aumentar la velocidad de avance se produce una ligera disminución de la recuperación de la maquinaria Aumentar la velocidad afecta importantemente al consumo de combustible en la recogida y el picado de la paja (se reduce el consumo) Al aumentar la velocidad de avance, aumenta el deslizamiento Mejor opción investigación

17

Trigo

Recoger y picar paja como hileras: resultados más positivos

Por qué uso paja en construcción

18

General

Deriva de residuos agrícolas, no necesita un proceso industrial, es degradable, bajo coste y economía local

Historia uso de paja en construcción

18

General

Tipos de sistemas constructivos de paja

18

General

Distinción entre paja y heno

18

General

Posiciones de las balas de paja Comparativa conductividad térmica con otros materiales aislantes empleados en la actualidad

18

General

18

General

Producción y almacenamiento de la paja para usarse en construcción

18

General

Casos de estudio de la investigación

18

General

Casa Cembo (caso 1)

18

Genera

Primeras casas de paja en Nebraska en 1890, como muros de carga En 1920 llega este tipo de construcción a Francia (Maison Feuillettte) En 1970 mejoran las técnicas de construcción en Inglaterra: sustitución acero por madera y cemento por cal o arcilla En 1990 se mejoraron estas técnicas En 2004 se construye uno de los primeros edificios en Italia. Estas construcciones han ido aumentando con el paso de los años en el país (no se usa como material estructural, se considera que no tiene la resistencia adecuada para su uso) Muros de carga (no estructuras portantes de madera): función estructural y aislante, Relleno (hace falta una estructura): función aislamiento, y Sistema mixto (combinación con otros materiales: madera y yeso) Heno: producto de la siega del césped (verde, húmedo y con nutrientes para animales) Paja: parte seca del cultivo, con una humedad inferior al 12% Plano o de borde Conductividad térmica de la paja es más elevada que la del EPS o la de la lana de roca: 0,035-0,04 W/mK Recolectar de un campo cercano al lugar de emplazamiento, almacenamiento en un espacio seco y protegido de los agentes meteorológicos, si se colocan en el exterior proteger con una funda impermeable y en la base con un palé para evitar el contacto con el terreno (humedad) Casa Cembo (Saluggia): estructura madera y relleno de paja Pre-assembled prototype (Verrès): técnica prefabricado para zonas de montaña o naturaleza (paja como material aislante) Muros de balas de paja en plano y enlucido en interior y exterior con yeso de 3,5 cm (exterior con 3 capas de masilla de cal con diferentes componentes entre las

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Pre-Assembled Prototype (caso 2)

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General

Resultados comparativos entre ambos casos de estudio

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General

Eficiencia energética caso 1

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General

Historia elementos constructivos con paja

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General

Composición paja de trigo (WS)

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Trigo

dos primeras y última capa) Estructura de madera de entramados Balas de paja con peso de 17 kg y densidad de 104 kg/m3 Paneles de silicato de calcio para puentes térmicos en ventanas, también función estética Cintas expansivas: sellado del aire y de filtraciones de agua Cimentación: encofrado de madera relleno de corcho granulado Panel espuma de vidrio en el zócalo exterior: aislamiento e impermeabilización Conjunto de elementos modulares Balas de paja de borde, dos fases de precompresión, en el interior del marco se quitaron las cuerdas que las unen para tener una densidad más homogénea Estructura de madera con dos muros portantes conectados para reducir puentes térmicos Los espacios se rellenan con fibra de madera y se coloca aislamiento alrededor de los marcos de las ventanas Capa de yeso de cal o arcilla a ambos lados del muro Protección frente a lluvia con paneles de caña, antes de esta opción se colocaron paneles OSB en ambas caras (fibras de madera unidas con resina, prensadas y orientadas en ángulos de 90º): mayor resistencia mecánica y a la humedad que el contrachapado Tª superficie interior caso 1 es constante, en el otro caso esta aumenta por la ausencia de termostato Caso 1: resultados muy buenos: conductividad y transmitancia de la pared Caso 2: dispersa el doble de calor que en el otro caso y la transmitancia térmica no satisface los límites de normativa (la anterior sí) Excelente rendimiento térmico de los edificios de paja justifican su éxito en la construcción Estufa de leña, colectores solares y módulos fotovoltaicos, sin sistema de ventilación mecánica: energía casi nula. Después se ha instalado un invernadero en la fachada sur: se puede reducir el consumo de calefacción. En verano (experiencia usuarios), se puede tener confort térmico sin el uso de sistemas de aire acondicionado En 1980 se realizaron muchos estudios sobre tableros de paja: reemplazar la madera para materiales compuestos En 1995 primera planta de paja artificial en EEUU Residuo agrícola fibras de celulosa, hemicelulosa, lignina, sílices y cenizas volantes. Consideran necesario realizar un pretratamiento a la paja antes de la fabricación del producto para mejorar estado físico y características mecánicas

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Métodos de pretratamiento de la paja Ventajas uso de fibras naturales

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General

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General

Métodos de tratamiento para paja de trigo

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Trigo

Proceso de fabricación de tableros de trigo

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Trigo

Propiedades mecánicas de los tableros de paja de trigo

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Trigo

Cocción al vapor, explosión al vapor, radiación física, agua caliente líquida y productos químicos Eficiencia medioambiental, peso ligero, bajo costo y buenas propiedades aislantes Cocción al vapor, explosión al vapor, tratamiento físico, químico y fisicoquímico.

Tratamiento blanqueador: utilizado comúnmente para refinar paja Cocción al vapor: se seca primero en un horno y después se coloca en un filtro y se cuece en un horno. Función: mejorar la humectabilidad Explosión al vapor: conservación de la estructura de la fibra. Se produce bajo diferentes temperaturas y tiempo. Cuando se termina hay que presionar la paja para eliminar el exceso de agua Pretratamiento combinado: primero el agua se calienta, se agrega la paja durante 30 minutos a 100ºC. Dos fases tratamiento: agua caliente seguido de tratamiento de vapor. Se coloca en canasta de malla por encima del nivel del agua durante 30 min.

Ozonización: colocar paja en bandeja dentro del reactor, se somete a mezclas de ozono y oxígeno a Tª ambiente. La masa se coloca en varios tamices y así aumenta la finura. Se exponen a temperaturas de hasta 105ºC durante un día para tener un peso estable Pretratamiento alcalino: mejora la hidrólisis del rendimiento, la fabricación de metano y la resistencia de la celulosa al ataque enzimático Tipos: tablero de fibra de alta densidad y de densidad media y tableros de partículas Es importante usar adhesivos (urea de formaldehído, fenol para maldehído y soja) y aglutinantes para unir las fibras y el resto de partículas Fibras de 30-50 mm con un refinador, se expone a vapor en recipientes y después se coloca en placa refinadora, luego se coloca en tubería de aire y se añade resina UF (cantidad depende peso de la fibra) después de prensan durante 5 min a 130ºC Tablero de fibra densidad media: reducir tamaño paja y se humedece, se refina con presión y temperatura y se añade la resina, se calienta Tableros partículas: 3 capas (dos partículas finas con alto contenido de resina y alta compactación, capa central de partículas gruesas), se agregan varios tipos de resinas, se mezclan durante 10 min, se deja secar, se coloca en molde de aluminio con calor y presión Uso de metilen difenilo da mejores propiedades mecánicas Tableros con resina UF propiedades mejores que los previamente tratados MDI aumenta humectabilidad y mejora unión química Tableros blanqueados mayores propiedades mecánicas que en bruto Etc.

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Propiedades físicas

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Trigo

Aplicación de los tableros en la construcción

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Trigo

Ventajas uso fibras naturales para reforzar materiales contemporáneos

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General

Desventajas uso de fibras naturales

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General

Resultados investigación

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Trigo

Investigación

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Arroz

Materiales

20

Arroz

Resultados investigación

20

Arroz

Factores que afectan a WA y TS: tipo de fibra, temperatura prensa, calidad unión y características adhesivas Ninguno de los tableros cumplen con los requisitos para uso general Tablero de partículas con UF y soja: características esponjosas Tableros de partículas blanqueado usando MDI y SPI disminución de WA en comparación con los de paja cruda Tipos de refuerzo en el material cementoso y hormigón: origen animal, mineral y vegetal (plantas primarias: se cultivan solo para su contenido de fibra, y secundarias: fibras como producto auxiliar) Compuestos poliméricos y arcillas reforzadas (mejora módulo de flexión), relleno de polietileno de alta densidad.

Reducción uso materiales no renovables, masa baja, bajo coste, disponibilidad, reducir emisiones contaminantes y gases de efecto invernadero, reducir consumo de energía, mejora propiedades de flexión, resistencia al impacto, a la fractura, al agrietamiento, comportamiento a la fatiga Mala compatibilidad fibra-matriz, hinchamiento, alta absorción de humedad, trabajabilidad reducida, resistencia débil de la fibra en ambiente alcalino Tableros tratados propiedades mecánicas superiores a los elaborados en bruto Tableros de partículas en bruto con UF presentan un MOE más alto que los de resina SF y SPI Los pretratamientos necesitan mejorarse, requieren mucho esfuerzo, dinero y tiempo Recomiendan reforzar los materiales con fibra de basalto de paja de trigo crudo Mezcla de paja de arroz, arcilla y cemento Portland para reducir costes de viviendas sociales y mejorar el confort térmico (mejorar las propiedades del cemento Portland con estos aditivos) Cemento: aglutinante hidráulico (se endurece al combinarse con agua) Tipo de paja de arroz más disponible localmente Arcilla de una localidad a 40 km Aumento de resistencia a compresión cuando se aumenta el porcentaje de cemento Conductividad térmica aumenta al aumentar el porcentaje de cemento La resistencia térmica disminuye al aumentar el porcentaje de cemento Mezcla más óptima: 32 y 68% de cemento (buena resistencia térmica y mecánica a la compresión)

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