DERECHOS DE AUTOR: Arq. Oscar Jara Vinueza / Av. 10 de Agosto N14_107 y Rio frío Edificio Benalcazar Mil. Centro_Norte de Quito.
APLICACIÓN DE LA FIBRA NATURAL TOTORA EN DISEÑO DE MATERIALES Y CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE
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parte del repertorio de alternativas disponibles para el desarrollo de la arquitectura contemporánea y por otro lado, este, un laboratorio de ensayo y error, donde las soluciones exitosas se convierten en lineamientos a seguir para la perfección del sistema en constante evolución.”
(Foto inicial a gran escala)
REVISTA DE LA CÁMARA DE LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN Publicación para Febrero Marzo 2021 Artículo por: Arq. Magister en Diseño Arquitectónico Avz. Oscar Dario Jara Vinueza
En la naturaleza podemos encontrar grupos de fibras de origen mineral, vegetal y animal que se han usado en construcciones de todo tipo; vernáculo y eclécticas. Ahora con el desarrollo de nuevas tecnologías se manejan en sistemas constructivos modernos y contemporáneos que giran alrededor de estas fibras. En la Universidad de Berkeley en un conversatorio, Arboleda (2006) manifiesta que: “En cada periodo del planteamiento de evolución de la construcción, las tecnologías anteriores o tradicionales de origen vernáculas buscan volver a emerger y reinventarse como
El edificio Gateway, es el más grande del Reino Unido, su Facultad de Bio Ciencia es una construcción elaborada; con fardos de fibras naturales y estructura mixta. El material de construcción (fardos de paja) se obtuvo de la cosecha de un campo cercano al edificio. Las fibras de origen vegetal poseen estructuras unidimensionales, siendo la longitud de las mismas superior a su diámetro; como la madera de clasificación leñosa con sus distintas especies son las más utilizadas en la construcción en diversas escalas de intervención, desde viviendas unifamiliares de interés social, hasta
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edificios y rascacielos en la actualidad; como parte de un
catedralicia, con grandes torres de amarre de junco
manejo medio ambiental constructivo sostenible y de
gigante, que es una especie de totora. Cinco arcos
bajo consumo energético no contaminante. Mientras que
gigantes de juncos amarrados que se refuerzan arriba y a
las fibras vegetales celulósicas de clasificación no
los lados por medio de largos fajos de juncos-totora. Las
leñosa, como las fibras de totora, palma, coco, paja, yute,
envolventes son distintos tejidos tipo estera formando un
cabuya, caña, carrizo y bambú por mencionar algunas, se
cerramiento, y tejidos espaciados que permiten la
diferencian por su procedencia, contenido de lignina y
renovación de aire. Estas edificaciones datan del periodo
celulosa. Hay más de 50 especies viables conocidas en
Sumerio 2900-2350 a.C.
todo el mundo; utilizadas en la construcción como adaptación a recursos de un mismo entorno. Muchas de las aplicaciones de estas fibras no leñosas han sido subestimadas por la poca investigación técnica, científica y usos disruptivos de innovación constructiva más allá de su detalle estético y de artesonado tradicional. (Jara, 2018)
Bolivia y Perú son reconocidos internacionalmente por sus técnicas y métodos constructivos con la totora (Schoenoplectus californicus (C.A. Mey.) Soják), crece en un porcentaje significativo de las cuencas hidrográficas del lago Titicaca. Hidalgo (2018) afirma: En el lago Titicaca, la totora puede crecer en profundidades de agua de hasta 5 metros (Collot, 1980; Gilson, 1937; Iltis , 1991). Puede rendir hasta 57.90 toneladas / ha / año de materia seca, según los nutrientes, la ubicación y el clima del sustrato (Collot et al., 1983; de Lange et al., 2008; Heiser, 1978). ; (Neill, 2007; Pratolongo et al., 2008). En el caso de Ecuador podemos obtener 15.22 toneladas/ha/año de materia cosechada por su gran bio Construcciones de gran tamaño elaboradas por los Árabes llamados Mudhif, de morfología alargada y
diversidad en el Lago San Pablo (Simbaña, 2003) siendo la provincia de Imbabura la más destacada en el desarrollo de nuevas técnicas constructivas con totora.
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constructivo, como son “rollos de totora amarrados, donde la tensión de amarre, el diámetro y la longitud influyen en la resistencia a flexión, compresión; al agregar pegamento se limita el deslizamiento longitudinal entre fibras (Hidalgo-Cordero, 2019). El uso de distintos tipos de adhesivos y pegamentos de buena prestación como acetato polivinilo, polialuminio (material derivado del reciclaje) y bio polímeros conformados de distintas fibras en la construcción de tejidos y películas adhesivas, mejoran sustancialmente la resistencia conjunta a flexión con valores de entre 10 a 20 MPa en piezas de alrededor La Schoenoplectus Californicus, o fibra de totora posee
de 200 a 300 gramos de peso (Jara, 2018).
una estructura interna y porosa a manera de micro cámaras de aire esponjosas y flexibles, mientras que al exterior posee una capa uniforme liso fibrosa. (Mardorf, 1985). También posee una baja conductividad térmicaacústica como “material de aislamiento” (Aza, 2016) con equipo Zwick Roell y resistencia a la intemperie entre un 12% a 15% de humedad en su tejido fibroso interno, debido a su densidad promedio de 280 en tallo y espesor variable de entre 3 a 7mm (Jara, 2018). En un hecho comparativo ante la no existencia de normativa nacional para materiales hechos con fibras naturales, se toma como referencia la NEC, 2014 de madera y NEC, 2016 de Guadua; en las cuales se menciona un esfuerzo admisible a considerarse en elementos estructurales en madera tipo C de 8MPa y en Guadua de 14MPa. Estudios Especializados, Laboratorio de Ensayo de Materiales, el material desarrollado con fibra de totora en la investigación del año 2017, se define El tallo de esta fibra es dúctil, flexible y de resistente físico mecánica, en la elaboración de piezas y elementos de uso
que puede ser un producto viable para aplicaciones
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constructivas. Su implementación en un sistema
madera bajo dirección conjunta con el docente
constructivo es poli funcional. (EE, 2017)
investigador Ing. Nicolay Yanchapanta. Las probetas realizadas fueron de 90 y 180 cm de longitud, la altura de la viga I es de 26 cm, con espesor del ala de 6 cm y 4 cm de espesor del alma.
La fabricación de tableros de fibra orientada de totora es una de las principales iniciativas constructivas desarrolladas desde el año 2014 en Ecuador, con distintos procedimientos de inmunización, termo fusión y adherencia de fibras de totora entretejidas como un procedimiento de ingeniería textil con base de artes y oficios de la Provincia de Imbabura. Generando esfuerzos de 10.19 kgf/cm2 a 71.38 Kgf/cm2 a compresión; la Normativa Ecuatoriana (NEC, 2014) Madera considera admisible 20 Kgf/cm2.
Las vigas fueron ensayadas a flexión con sus extremos en condiciones simplemente apoyadas. Se obtuvieron valores de carga máxima: para las muestras de 90 cm de 17.2 kN con una deformación de 24.67 mm y para las muestras de 180 cm la carga máxima fue de 25.7 kN con una deformación de 36.88 mm datos del Centro de En la Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental de la Escuela Politécnica Nacional se fabricaron piezas estructurales vigas tipo I, compuestas de un alma de totora tejida con resina y adherente de polivinilo y alas de
Investigación de la Vivienda (CIV, 2018). El trabajo de investigación fue expuesto en UNAM, en el sexto Congreso Internacional de Ciencia, Educación y Tecnología (CET FESC, 2020) como innovación constructiva.
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Crear estos elementos compuestos a base de Totora, Shoenoplectus
Californicus,
tejida
caracterizando
propiedades termo-acústicas de alto rendimiento en sistemas constructivos y de ingeniería textil, sismo resistente, es cada vez más próximo. Los paneles rígidos e impermeables pueden ser considerados como un material de utilidad bioclimática, en confort térmico, en aislamiento y limitar los puentes térmicos dentro de una construcción orientada al calentamiento pasivo óptimo y natural. La trasmisión térmica de una construcción con esta fibra de totora en clima templado es de 0,40 a 0,45 conservando una temperatura interior promedio superior a los 18 grados centígrados.
La factibilidad y optimización de fibras vegetales como materia
prima
agroindustriales,
renovable se
y
proyectan
como
remanentes
favorablemente
al
desarrollo de tableros compuestos, y aplicativo derivado con la reutilización de materia prima bituminosa. En una mezcla de producto al 40% de fibra totora, más tetrapak al 10% aluminio, y 50% polietileno en termo fusión (Jara, 2019). Es un tablero de amplio impacto utilitario en la construcción de superficies horizontales, verticales e inclinadas tanto planas como onduladas; para el desarrollo de nuevos materiales que cambien la manera y forma de ver a la construcción sostenible con fibras vegetales y reciclados o remanentes, dentro de una matriz
La Resistencia al fuego de la totora fue probada en la
de economía circular y solidaria.
Universidad de Cataluña en probetas sometidas a radiador eléctrico de 500w según norma UNE 23-723-90. Con
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distintos tratamientos resuelven que no se dan igniciones mayores a 3 segundos. (Aza, 2016) La conductividad térmica de 0,22 la absorción de agua en promedio es entre 3 a 4 horas es de 0,4% y 30 a 40 W.
En el Instituto Alemán, IBP con patente aprobada en 2018, se genera aislantes como tableros, con conductividad térmica de 0.052 W/mK, a base de una segunda especie de totora no nativa, más aglomerantes con un compuesto de magnesio. En una plantación tipo mono cultivo, financiada por le Fundación Alemana del Ambiente (DBU), bajo la dirección de la TUM de Munich las Se ha construyó un Proyecto piloto en UNACH (MingaLab,
plantaciones son evaluadas en su capacidad de absorber
2020) con un sistema constructivo modular habitable, a
nutrientes controlar erosiones y captar CO2. (Krus, 2013).
base de estas fibras.
La generación de un Manual del Promotor técnico para la construcción (CONCYTEC, 2016) empleando fibras naturales como la totora, elaborado en Perú es un referente fundamental que transfiere tecnología y propone para la vivienda, la mejora de la salud, confort térmico y seguridad (gestión de riesgos) para enfrentar las variaciones y eventos climáticos adversos.
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Se debe poner mayor interés dentro del país, en los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la Organización de Naciones Unidas (ONU), agenda 2030 que está constituida por 17 objetivos y 169 metas de carácter integrado e indivisible que conjugan las tres dimensiones del desarrollo económico, social y ambiental que busca: “Proteger, restablecer y promover el uso sostenible de los ecosistemas terrestres, gestionar los bosques de forma sostenible, luchar contra la desertificación, detener e invertir la degradación de las tierras y poner freno a la pérdida
de
la
diversidad
biológica.
Construir
infraestructuras resistentes, promover la industrialización inclusiva y sostenible y fomentar la innovación.” Al amparo de la Constitución de la República del Ecuador., Art. 385, en el marco del respeto al ambiente, la naturaleza, la vida, las culturas y la soberanía, que tiene por finalidad: “Generar, adaptar y difundir conocimientos científicos y tecnológicos, al recuperar, fortalecer y potenciar los saberes ancestrales, y desarrollar tecnologías e innovaciones que impulsen la producción nacional, eleven la eficiencia y productividad, mejoren la calidad de vida."
FOTO: Proyecto Gateway, Facultad de Bio Ciencia, Universidad de Nottingham, Reino Unido. (2011) FOTO: Lo-TEK, Julia Watson. (2020) Construcción Árabes llamados Mudhif FOTO: Thor Corani. (2017) FOTO: Proyecto Totora, del Prof. George Teodorescu. (2009-2010) Programa Máster de Innovación Integral - SAdBK y PUCP, Lima-Perú. Foto: Rosemary Teodorescu. FOTO: Tec_Totora rotot, Tablero de totora y tablero de totoraecopak. (2018-2019) El material de construcción, la fibra natural, se obtuvo de la cosecha de este campo cercano al edificio. FOTO: Tec_Totora rotot, Tablero de totora y tablero de totoraecopak. (2018-2019) FOTO: Vigas de Tablero de totora, EPN (2018-2019) FOTO: Proyecto (CONCYTEC) y la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), y desarrollado por el grupo de investigación Centro Tierra. (2014-2016) FOTO: Proyecto Pabellón Typhatechnik, Expo Milán (2015)
Aza, L. (2016). La totora como material de aislamiento térmico: propiedades y potencialidades. Tesis de Master en tecnología en la Arquitectura. Universidad Politécnica de Catalunya. Heiser, C., 1978. The totora (Scirpus californicus) in Ecuador and Peru. Econ. Bot. 32, 222-236. Sitio Web. Hidalgo-Cordero, J. et al. (2018). Totora (Schoenoplectus californicus (C.A. Mey.) Soják) and its potential as a construction material. Industrial Crops & Products. P. 467 – 480. Hidalgo-Cordero, J. et al. (2018). Comparative Chemical Analysis of the Rind and Pith of Totora (Schoenoplectus Californicus) Stems. Journal of Natural Fibers. P. 1-12. •Hidalgo-Cordero, J et al. (2020). Comparison of binderless boards produced with different tissues of totora (Schoenoplectus californicus (C.A. Mey.) Soják) stems. Journal of Building Engineering 27. P. 1 – 10 Krus, M. (2013) Fraunhofer Institute for Building Physics IBP. Germany. Building Material Made of Cattail (Typha) Mardorf, M. C., (1985). Artesanía y ecología de la totora de la Provincia de Imbabura, Ecuador. Revista del Instituto Otavaleño de Antropología, 10(10)/11-78. Editorial: Sarance ONUAA: Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, , o más conocida como FAO, 2016 WCSPF: World Checklist of Selected Plant Families, Shoenoplectus californicus (C.A.Mey.) Soják. Accepted name according to data suplied by WCSP (data supplied on 2012-03-23) Confidence level 1. Sch. Tatora, Sch. (http://www.theplantlist.org/tpl1.1/record/kew-262943) WWF: World Wildlife Fund, 2015-2016
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APLICACIÓN DE LA FIBRA (SCHOENOPLECTUS CALIFORNICUS, CYPERACEAE) EN ARQUITECTURA. DESCRIPCIÓN
REFERENCIA
Use and Management of Totora (schoenoplectus californicus, cyperaceae) in Ecuador
Manuel J. Macia and Henrik Balslev (2000)
Indigenous Cultivation and Conservation of Totora (Schoenoplectus californicus,Cyperaceae) in Peru
Sandra Anne Banack, Xanic J. Rondón and Wilfredo Diaz-Huamanchumo (2016)
Mechanical Behavior Under Tension of Schoenoplectus californicus Fiber
E. Cosme Mejía, David Ojeda & Leonardo Goyos (2017)
Composite materials from totora (Schoenoplectus californicus. C.A. Mey, Sojak): Is it worth it?
Hýsková, P., Gaff, M., Fernando Hidalgo-Cordero, J., Hýsek, t. (2019)
Arquitetura do escapo de Schoenoplectus californicus (C.A. Mey.) Soják (Cyperaceae) Study of the physical-mechanical behavior of the tied cat-tail rolls: influence of the tension of mooring, diameter and length
Bianca Corsino , Maria Regina Torres Boeger & Leila Terezinha Maranho (2013) Patricio Hidalgo Castro, Fernando Hidalgo Conrdero, Justo Garcia Navarro (2018)
Dynamism in Traditional Ecological Knowledge: Persistence and Change in the Use of Totora (Schoenoplectus californicus) for Subsistence in Huanchaco, Peru
Rossana Paredes and Allison L. Hopkins (2018)
Vegetación acuática y estado trófico de las lagunas andinas de San Pablo y Yahuarcocha, provincia de Imbabura-Ecuador
Esteban Terneus Jácome (2017)
Artes y oficios (constructivos) en totora vinculados a Diseño y Detalle Arquitectónico
Oscar Jara Vinueza (2018)
Viguetas de fibras naturales, totora tejida hilacha y pegamento
Oscar Jara, Nicolay Yanchapanta (2020)
Totora (schoenoplectus californicus (c.a. mey.) Soják) y su potencial como material de construcción Comparative Chemical Analysis of the Rind and Pith of Totora (Schoenoplectus californicus) Stems (Schoenoplectus californicus)
Hidalgo, J., F y Navarro, J., (2018) Análisis químico comparativo de la corteza y médula de tallos de totora
Juan Fernando Hidalgo-Cordero, Esteban Revilla & Justo García-Navarro (2018)
Influence of the Hot-pressing Process on the durability of Totora (Schoenoplectus Californicus C.A. Mey. Soják) Binderless Boards against Wooddecaying organisms ]Influencia del proceso de prensado caliente en la durabilidad de la totora (Schoenoplectus Californicus C.A. Mey. Sojak) Tableros sin aglomerante contra organismos que descomponen la madera]
J. F. Hidalgo-Cordero, M.T. De Troya & J. García-Navarro (2019)
Planting Strategies to Establish Giant Bulrush ]Estrategias de plantación para establecer espadaña gigante]
Craig T. Mallison and B. Z. Thompson (2010)
Fraunhofer Institute for Building Physics IBP, Building material made of cattail, Load-bearing and insulating building material ]Material de construcción hecho de espadaña, portante y aislante]
Prof. Dr. Martin Krus, Group Manager Moisture Management and material properties (2010) The typha house was on display during the EXPO015 in Milan (2015) Patents:Thermal insulation board from Typha (2018)
Typhaboard House. Pavillon
Bruno Franchi (2015)
Urku Wasi House
Edwar Barraga (2018)
Abrigando Hogares, confort térmico en viviendas rurales del alto andino en Peru, Manual de Promotor técnico construcción de vivienda segura y saludable
Concytec(2016)
Hospedaje andino en el lago Titicaca, Peru
Amantica Lodge (2015)
Diseño de una arquitectura contemporánea. Muro totora de Briére. Guérande, Francia
Ecowekk (2014)
Cubo de Totora, Otavalo-Ecuador.
ArchQuid(2015)
Centro del Mar de Wadden , Ribe-Dinamarca
Dorte Mandrup A/S (2017)
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APLICATIVO ESTRUCTURAL MATERIAL DESCRIPCION
ESPESOR MM
AGLOMERANTE
RESISTENCIA A FLEXION N/mm2
RESISTENCIA A COMPRESION N/mm2 1,47
Tallo aislado de totora Probeta de totora contra laminada
50
Probeta de totora paralela
112
Probeta de totora perpendicular al plano
125
Probeta de totora triturada
13+/-2
Probeta de totora contra laminada
13+/-2
100
Prismo tubular totora
200
Prismo tubular totora
150
Vigueta de totora tejida PVA* Polivinil Acetato
30
Polialuminio* Reciclados de plastico y tetrapak
(HIDALGO,2007)
0,81
(CULCAY,2014)
PVA*
0,16
(CULCAY,2014)
PVA*
0,6
(CULCAY,2014)
Adhesivos naturales
0,48+/-0,16
(MEDINA,2016)
Adhesivos naturales
7,46+/-1,07
(MEDINA,2016)
85,9
Rollo de totora amarrado con tensión media
REFERENCIA
PVA*
Tallos de totora presionados
ATV129* Pegamento bituminoso
RESISTENCIAA TRACCION N/mm2
Amarre con tensión media Amarre tallo hilacha+ATV129* Amarre tallo+Polialuminio* Amarre tallo hilacha+ATV129*
(MEJIA-ECHEVERRIA,2017)
3,7
(HIDALGO-CORDERO,2018)
6,9
(JARA,2017)
2,56
(JARA,2020)
256,93
(JARA-YANCHAPANTA,2020)
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En la edición N°271 Construcción, revista de la Cámara de la Industria de la Construcción. Se publica un corto artículo y mi experiencia de investigación de los últimos años. Aplicación de la fibra natural totora en diseño de materiales y construcción sostenible. Pueden adquirir la revista en la CAMICON a quien agradezco su interés por la presente propuesta constructiva.
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