Universidad Politécnica de Cataluña Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Barcelona Máster en Arquitectura y Medio Ambiente: Integración de Energías Renovables en la Arquitectura
TESINA: EL CÁÑAMO INDUSTRIAL Y SU APLICACIÓN COMO ALTERNATIVA DE MATERIAL EN LA CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE Presenta: Arq. Sergio Villalobos Cué Tutor: Prof. Arq. Enrique Corbat Barcelona, Octubre de 2011
El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
INTRODUCCIÓN
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HISTORIA DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL:
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Nombres para designar al cultivo
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Marco histórico del Cáñamo - Europa y España - El declive del Cáñamo Industrial
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COMPOSICIÓN DE LA PLANTA DEL CÁÑAMO
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El THC y sus restricciones para el cultivo de cáñamo industrial en la Unión Europea
Propiedades Físicas
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Semilla Tallo Cañamiza Pulpa
EL CULTIVO DE CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Condiciones generales
Las necesidades básicas para cultivar cáñamo industrial Suelo Clima Abonamiento Iluminación Agua
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CONTENIDOS
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UPC-ETSAB IDERA 09/11_Integración de Energías Renovables en la Arquitectura
Fases de desarrollo
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-Implantación -Crecimiento -Cosecha -Enriado y almacenaje
Ventajas y beneficios del cultivo de cáñamo
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USOS DERIVADOS DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
- Biomasa - Semillas - Tallo - Cañamiza - Hojas
PRODUCCIÓN Y ESTADO ACTUAL DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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El cáñamo en la Unión Europea
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El cultivo del cáñamo industrial en España
57
4
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-Afectaciones en la producción de cáñamo industrial en España
Importancia por rescatar el cultivo
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CONSTRUCCIÓN CON CÁÑAMO: MATERIAS PRIMAS
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63 65
Cañamiza Fibra de cáñamo
El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
Cal - Tipos de cales Agregados Madera Caña Arundo Donax Tierra
67 70 71 75 79
TÉCNICAS CONSTRUCTIVAS, ELABORACIÓN DE MEZCLAS Y AGLUTINANTES CON CÁÑAMO
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Elaboración de aglutinantes con cáñamo
83
Generación de la mezcla cáñamo-cal
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Aplicación de la Mezcla de cáñamo-cal en la obra
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- Entramados de madera - Entramados de madera con encofrado permanente
Colocación de la mezcla de cáñamo-cal en la estructura de madera
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- Apisonado - Rociado Elementos prefabricados -Bloques -Paneles
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Cáñamo / Tierra
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Elaboración de acabados y recubrimientos con cáñamo industrial
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HISTORIA DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Ejemplos
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Costos
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PROPIEDADES DE LOS CERRAMIENTOS ELABORADOS CON CÁÑAMO INDUSTRIAL
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109 110 111
Comportamiento estructural Ventilación y Humedad Propiedades Térmicas
- Conductividad térmica (valor W/mk) - Transmitancia Térmica (Valor U= 1/RT - W/m2k)
Emisiones de CO2 y ciclo de vida
Cáñamo
114
Aglutinante de cal
114
Madera certificada
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Totalidad del sistema
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Ventajas y conclusiones sobre las técnicas y propiedades de la construcción con cáñamo industrial
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
6
113
117
121
Localización
121
Descripción del sitio
122
Datos climáticos
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
CASA GAROZA
127
Descripción
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Transporte y construcción
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CASA GAROZA: VERSIÓN CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Obtención de la materia prima
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Desarrollo de procesos de cultivo y cosecha del cáñamo industrial
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Preparación de tierra y semillas Siembra Cultivo Cosecha Enriado Embalaje y almacenamiento Decortificación Transporte y fabricación de materiales constructivos
Consideraciones importantes en la etapa de obtención del cáñamo industrial
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Conclusiones en la obtención de la materia prima
145
PROCESO CONSTRUCTIVO DE LA CASA GAROZA EN VERSIÓN CON CÁÑAMO INDUSTRIAL
147
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Estructura y cimentación
- Adquisición / Extracción de la materia prima
HISTORIA DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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- Elaboración de paneles y forjados
- Transporte y armado en sitio
Cerramientos: Forjados, muros y cubiertas
- Transporte de equipo y materia prima adicional
- Organización del sitio, elaboración y vertido de la mezcla cáñamo - cal
Revestimientos / recubrimientos y acabados
Tiempos de elaboración del módulo de vivienda prefabricada de cáñamo-cal y conclusiones
- Sustitución de cerramientos
- Transmitancia térmica (valores U)
Cálculos de balance y variabilidad térmica
8
157
Cerramientos y cubiertas Forjados
COMPARATIVA DE RENDIMIENTO TÉRMICO
154
159 161
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Invierno Verano
Emisiones de CO2
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Conclusiones del Caso Estudio
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
APÉNDICE 1: CÁLCULO DE VARIABILIDAD Y BALANCE TÉRMICO - CASA GAROZA
anexo 1: balance en verano
anexo 2: balance en invierno
anexo 3 sistemas constructivos
anexo 4: variabilidad verano-noche
anexo 5: variabilidad invierno-noche
APÉNDICE 1: CÁLCULO DE VARIABILIDAD Y BALANCE TÉRMICO - CASA GAROZA
anexo 1: balance en verano
anexo 2: balance en invierno
anexo 3 sistemas constructivos
anexo 4: variabilidad verano-noche
anexo 5: variabilidad invierno-noche
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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HISTORIA DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
INTRODUCCIÓN
Existe un gran interés por la búsqueda de materiales que puedan emplearse en el campo de la construcción bajo un enfoque de desarrollo sostenible. Por el momento existen diversas alternativas sobre materiales de bajo impacto ecológico que actualmente tiene poca difusión sobre sus propiedades, técnicas constructivas o se encuentran en fase de experimentación. Como complemento a construcciones a base de materiales naturales como el adobe, paja o a través de madera certificada, este estudio a fondo sobre el cáñamo industrial y sus materiales constructivos buscarán aportar soluciones para afrontar la problemática actual. Por otro lado es importante que, al retomar estas alternativas de materiales, se considere de igual manera el rediseño de procesos y productos que contemplen seriamente los ciclos de renovación de los materiales, así como la nueva dirección que deben tomar las actividades humanas en busca de un manejo de recursos naturales apropiado. Todo esto en respuesta a la tendencia insostenible que presentan los materiales industriales de construcción actual y el reto que representa la búsqueda de nuevos recursos constructivos. El redescubriendo de métodos tradicionales de construcción como el uso de materiales con rápida capacidad de renovación complementan esta inquietud. En los últimos años se ha retomando en muchos países el cultivo del cáñamo industrial por todo el potencial que representa por su alta capacidad de regeneración y buen proveedor de materia prima que puede sustituir los componentes de varios productos industriales que amenazan la salud humana y al medio ambiente. A pesar del marco legal que castiga el cultivo del mismo por su similitud con aquellos designados como droga (y cotidianamente referida como marihuana), varios países han transformado sus legislaciones agrícolas y han podido retomar el cultivo del cáñamo para fines industriales, y a su vez, explorar nuevos alcances que puede ofrecer este recursos, en concreto para el campo de la construcción. A pesar de ser recursos y técnicas tradicionales de construcción de algunas partes de Asia, en la actualidad Francia y Alemania han hecho investigaciones en torno al cáñamo industrial dentro de la sostenibilidad en
INTRODUCCIÓN
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edificaciones y han desarrollado algunos productos y materiales constructivos. A su vez, estos avances están buscando ser retomadas de forma importante en Inglaterra, mientras que España apenas se está involucrando en este tema, tomando en consideración todo el potencial que tiene para desarrollarlo. Objetivo del trabajo : En este trabajo se busca exponer la viabilidad que pueden tener los materiales de construcción derivados del cáñamo industrial como una alternativa de desarrollo sostenible, empleando como campo de ejecución el contexto español. A través de esta propuesta se busca ver como el cáñamo industrial aplicado en el campo de la construcción con enfoque sostenible puede, en sus diferentes etapas:
- Producir una materia prima con menores costes energéticos aplicables a materiales alternativos de construcción ecológica.
- Reducción de índices de contaminación presente en los diferentes productos empleados en la industria de la construcción, aportando beneficios a los usuarios y al medio ambiente.
- Ser una alternativa enfocada al desarrollo sostenible y viable en términos económicos, medioambientales y en desarrollo social.
Para una mejor comprensión de los puntos, se estudiará al cáñamo industrial y sus alcances en el campo de la construcción a través de los siguientes apartados: - El entendimiento del cultivo en sus etapas de cultivo y extracción de materia prima de carácter local y sostenible. - Descripción y análisis de los procesos de fabricación de los materiales y los sistemas constructivos disponibles a partir del cáñamo industrial, así como demás compuestos o materiales que le comple-
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
menten para la elaboración de: Muros, cubiertas, suelos, acabados y elementos constructivos complementarios. - Estudio amplio de diferentes productos para la construcción derivados del cáñamo, describiendo sus propiedades físicas y químicas, rendimiento, capacidad de aislamiento térmico y acondicionamiento acústico, entre otras cualidades. - Comparativa - a través de un caso estudio teórico - de la oferta actual en materiales constructivos similares de tipo industrial a partir de: - Costes económicos. - Emisiones de CO2. - Manejo de energía durante su elaboración, vida útil y reintegración al medio natural. - Capacidad de reciclabilidad de sus materiales dentro de sus ciclos biológicos y tecnológico/industriales de sus componentes. - Exposición de casos de aplicación y proyectos existentes. Todo ello parte de una realidad en la que los materiales tienen una vida de tipo cíclica, por lo que sus sistemas que sigan los productos derivados del cáñamo deben ser: Saludables y benéficos al entorno natural, ofreciendo unos materiales seguros para los usuarios, y siguiendo un manejo de energías de forma eficiente renovable y económicamente viables.
INTRODUCCIÓN
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
HISTORIA DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
El cáñamo (cannabis sativa) fue un detonador importante de las actividades económicas más importantes de la antigüedad, a la par con la elaboración de herramientas, domesticación de animales y la agricultura (Herer, 1992). Desde la antigüedad hasta finales del siglo XIX fue considerado el cultivo de mayor cantidad e importancia en el mundo (Herer, 1992). Nombres para designar al cultivo Sin embargo, el cáñamo es conocido bajo diferentes nombres alrededor del mundo. Por ejemplo, el nombre utilizado en inglés para referirse al cáñamo es hemp (derivado del Inglés Antiguo “hanf,” y cuyo uso data del año 1000 a.C. y sigue en uso en la actualidad. En diversas partes del mundo el cáñamo es conocido por los siguientes nombres.
Castellano: cáñamo Latín: cannabis sativa
Holandés: hennup
Alemán: hanf Francés: chanvre
Sueco: hamp Portugués: canhamo
Danés: hampa Polaco: penek
Italiano: canapa
Sirio: Kanabira
Búlgaro: kenevi Albania: Canep
Turco nasha
Belga: kemp
Árabe:kannab
Japonés: taima / asa
Ruso: konopli
Chino: Tse-ma / si-ma / ta-ma
Nombres comunes para la designación del cáñamo industrial cannabis sativa: Elaboración propia - (Herrer, 1992)
HISTORIA DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Actualmente en el idioma castellano existen dudas sobre los términos para designar a la planta, tanto para fines comerciales y para referirse a ella como droga. La palabra real para designar a la planta es “cáñamo”, pero suele confundirse con la expresión coloquial mexicana “marihuana” y su respectiva americanización a principios del siglo XIX. En ese hubo una fuerte campaña mediática en los Estado Unidos para satanizar el uso del cáñamo. Al descartar las palabras hemp y cannabis, esto resultó en el desvío de la referencia de cannabis y su conocimiento de sus propiedades medicinales, así como la referencia de cáñamo para fines industriales (Herer, 1992). Todo ello se expone a continuación.
Marco histórico del cáñamo: Todo tipo de cáñamo es nativo de Asia Central, donde la planta fue considerada por sus pobladores como un cultivo importante durante miles de años (Bourrie, 2003). En cuanto al uso del cáñamo para cubrir las necesidades del hombre, estos datan desde el periodo neolítico y tienen más de 10,000 años aproximadamente (Ségalen, 2005), al mismo tiempo en la que actividades como la alfarería comenzaron y es predecesor del trabajo en metales (Herer, 1992). El primer registro de uso textil – el uso principal para el cual se ha ocupado esta planta - se tiene desde el año 8000 a.C. y se da en Europa y Asia (Madre Tierra 2006). El cultivo de cáñamo Tuvo gran importancia en grandes civilizaciones como la antigua China, quienes hicieron grandes aportes en el campo de la farmacología. Ya para el año 27 a.C. los chinos ya cultivaban Ma (nombre bajo el cual será conocido el cáñamo) para la obtención de fibras, medicamentos y el uso de hierbas. Ya para el año 1000 d.C. China ya denominaba al cáñamo como Tai-Ma o “gran cáñamo” para diferenciarlo de las plantas textiles de menor importancia (Herer, 1992).
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
Entre otras culturas de la antigüedad que cultivaron cáñamo se encuentran los egipcios, los cuales la cultivaron cerca del 4000 a.C. como sustituto del papiro para la elaboración de papel y ropa (Madre Tierra 2006). En la India fue considerada una planta sagrada, llegando a ser representada como “el cabello de Vishnu metamorfizado” (Ségalen, 2005). Tanto en la India como el resto de Oriente Medio, la planta tomó importancia por ser fuente de alimento, para la obtención de fibras, aceites, medicamentos y para fines religiosos como vínculo ritual a los dioses. La incorporación del cáñamo en otras culturas y territorios alrededor del mundo data desde el año 27 a.C. y se ha mantenido hasta nuestros días. Entre ellas se encuentran culturas de Medio Oriente, Asia Menor, India, China, Japón, Europa y África (Herer, 1992). Europa y España: En Europa se cultiva desde hace más de 3,000 años, pero es hasta el siglo XVII cuando se obtienen datos sobre la importancia del cultivo (Gorchs, 2006). Su uso llega a remontarse entre el periodo 2300-1000 a.C. con la invasión de tribus nómadas provenientes de Asia Central y Persia (Irak e Irán) al invadir el Oriente Medio y el Mediterráneo, distribuyéndose de igual manera en el Cáucaso y en el resto de Europa Occidental (Herer, 1992). En el caso de España el uso del cáñamo se remonta al siglo X, según muestra la existencia en la península de pipas en yacimientos que datan de esa época, en la cual todavía no se conocía el tabaco en Europa (De la Figuera, 1993). El cultivo del cáñamo en la península ibérica se debe a los árabes, quienes llevaron la planta desde Siria al actual territorio español (Ségalen, 2005). En 1150 d.C. los moros fundaron la primera fábrica del papel, y para ello emplearon el cáñamo cultivado alrededor de la ciudad de Xativa (tal como indica el nombre cannabis sativa) en la provincia de Alicante. Al mismo tiempo también establecieron instalaciones para moler cáñamo en Toledo y Valencia (Robinson, 1999).
HISTORIA DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Durante la España musulmana el consumo de derivados del cáñamo era corriente entre la población. Sin embargo, durante la Edad Media, gran parte de Europa tenía a sus habitantes alejados de fuentes de información y conocimiento, los cuales fueron conservados por los monjes en sus monasterios, manteniéndolos en secreto y el cáñamo y sus propiedades no fueron la excepción (Herer, 1992). Para ello los monjes limitaron el uso del cáñamo para la fabricación de papel y aceite para el empleo de lámparas. La Santa Inquisición prohibió en España durante el siglo XII la ingestión de cáñamo (dadas sus propiedades psicoactivas), siguiendo el mismo ejemplo Francia en el siglo XIII. Al mismo tiempo, el empleo del cáñamo como remedio medicinal también fue prohibido, considerando “hereje” a todas aquellas personas que ocupara el cáñamo para dicho fin (Herer, 1992). En el resto de Europa, durante la Edad Media el cáñamo fue utilizado como material aislante en construcciones y con el papel de cáñamo Gutenberg realizo su primera impresión de la Biblia (Robinson, 1999). El campo naval y la elaboración de textiles fueron las principales actividades que detonaron el cultivo de cáñamo en Europa. En el siglo XV, países como España, Holanda e Inglaterra tuvieron que requerir grandes cantidades del cultivo para la construcción de naves para los diferentes viajes que se hicieron hacia Oriente y las colonias Americanas (Robinson 1999). En el caso de Holanda los molinos de viento eran impulsados por velas de cáñamo, lo cual permitía un enorme ahorro de trabajo para aplastar varias cosechas – entre ellas los tallos de hennep - lo que permitió a los holandeses producir grandes cantidades de cañamazo y cuerda. Inglaterra, al tener un territorio limitado, para el año 1533, el rey Enrique VIII tuvo que emitir un edicto para cultivar la mayor cantidad de cáñamo posible – 1 acre de cáñamo por cada 60 de labranza. España también tuvo que incrementar su producción, por lo que el cultivo fue enviado a Suramérica para poder incrementar su cultivo ante la gran demanda del mismo en el sector naval y textil principalmente (Ségalen, 2005). En 1545 el Rey Felipe de España ordenó por ley el cultivo de cáñamo a largo de su imperio para proporcionar alimentos, velas, cuerdas, toallas, sábanas y camisas - además de comenzar a dotar los
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
medicamentos para las personas más importantes del reino en casos de fiebre, partos, epilepsia, y cataplasmas para el reumatismo (Herer, 1992). Mientras que la Iglesia perseguía a los consumidores de cáñamo en Europa, los conquistadores españoles fueron sembrando la planta en sus diferentes dominios para la elaboración de productos como velas, cuerdas, estopa, ropa, entre otros productos. Con ello, durante los siglos XVII y XVIII se llegó a un máximo del producción de mismo (Gorchs, 2006). El declive del Cáñamo industrial: Ya para el siglo XIX y con la entrada de importantes cambios tecnológicos en lo referente a navegación - la entrada del barco de vapor – su disminución fue notable por la baja en la demanda de confección de velas para navegación (Gorchs, 2006).
Cosecha de cáñamo a principios del siglo XX. (Robinson, 1999)
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Además de ser desplazado el cáñamo para la obtención de aceites de otras semillas y fuentes (por el aceite de ballena), en el sector textil el algodón comenzó a ser un cultivo favorecido sobre el cáñamo por su mecanización en sus procesos de cultivo y cosecha y con ello empezó a sustituir al cáñamo en varios campos de la industria textil (Gorchs, 2006). Sin embargo, el cáñamo prevaleció como el segundo cultivo de fibras naturales más utilizado hasta la década de 1930, gracias su fuerza, suavidad, calidez y calidad de larga duración (Herer, 1992).
El decortificador de cáñamo inventado por G. Schlichten.(Robinson, 1999)
Fue durante el siglo XX donde se produjeron los cambios más importantes determinaron un cambio drástico en la industria del cáñamo en el mundo. A principios del siglo en Estado Unidos el cáñamo se encaminaba a ser el cultivo agrícola más importante de ese país. Nuevos avances tecnológicos estaban a punto de dar a luz, y en 1917 el inventor alemán George Schlichten creó una decortadora para permitir un procesamiento industrializado de la pulpa del cáñamo para competir en la industria de fabricación de papel (Bourrie, 2003).
Años después importantes revistas científicas respaldaron estos avances, calificando al cáñamo como “el cultivo más redituable y deseable que pueda cultivarse” (Mechanical Engineering Magazine, 1928) “nuevo cultivo multimillonario (Mecánica Popular, 1938). Sin embargo, todo ello representó una seria amenaza para las industrias madereras, papeleras y la emergente industria petroquímica, al quedar posiblemente desplazadas por este competidor y acabar en la quiebra (Herer, 1992).
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
Artículo publicado por la revista Mecánica Popular en 1938 [http://new.indoradioonline.com/News_read/hempcash.html]
El cultivo del cáñamo fue así perseguido y olvidado en la Unión Americana. Lugares como Kentucky – en dónde el cáñamo fue su principal actividad económica agrícola por varios años, sustituyeron su producción a favor de cultivos como el tabaco y algodón. Algunas fuentes señalan que la prohibición del cáñamo y del consumo de la marihuana fue parte de una conspiración mediática, el gobierno norteamericano y la industria de fibra sintética que se encontraba en pleno crecimiento (Bourrie, 2003). Empresas como Dupont comenzaron a patentar nuevas fibras a base de plástico para fabricación de cuerdas, así como productos para la elaboración de barnices y pinturas.
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Un detonante importante para el consumo de cáñamo como droga en Estados Unidos fue la Ley Seca (que prohibió la venta del alcohol en aquel país). Con ello se detonó un consumo de marihuana- cuyo uso fue bajo hasta antes de la prohibición del alcohol, lo cual significó una alternativa económica al licor. En principio fue usada por el sector más marginado de la región: mexicanos, afroamericanos y gente pobre de raza blanca (Bourrie, 2003).
Poster de propaganda norteamericana anticáñamo: Película Reffer Madness de 1936 [http://en.wikipedia.org/wiki/ File:ReeferMadnessPoster.jpg]
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Al terminar la prohibición y dentro de esta fuerte campaña mediática encabezada por Henry J. Ansliger (cabeza del Buró Federal de Narcóticos), en los años 30’s y principios de los 40’s era común ver llamada a la marihuana como “la droga asesina” . Su victoria más significante fue en 1937 en la cual entró en marcha la ley que prohibía el consumo y producción de cáñamo, bajo el argumento que algunos campos que cultivaban cáñamo industrial también eran productores de marihuana - gran causante “trastornos mentales, criminalidad y muerte” según las autoridades. (Bourrie, 2003).
El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
En otros países, el uso de cannabis comenzó a ser penalizado al comenzar el siglo XX. Un creciente uso de opio (otra planta con presencia de alcaloides, además del cáñamo) con fines recreativos fue el principal causante, por lo que en 1911 fue prohibido en Sudáfrica, en 1913 en Jamaica (en ese entonces aún una colonia inglesa) (Willoughby, 1925), y en la década de 1920 en el Reino Unido y Nueva Zelanda. Canadá hizo ilegal el uso del cáñamo en su Ley del Opio y Drogas de 1923, antes del reporte de ningún uso de la planta en dicho país. En 1925, en una conferencia en la Haya sobre la Convención Internacional del Opio, se hizo el compromiso de prohibir la exportación “cáñamo de la India” a países que tuvieran prohibido su uso, y a exigir a los países importadores a que emitan certificados que aprueben el ingreso de las hierbas, con la indicación de que se requieren “exclusivamente para fines médicos o científicos”. También se le exigió a los participantes a “ejercer un control efectivo de tal forma que impidan el tráfico internacional ilícito de cáñamo hindú, especialmente en resina” (Willoughby, 1925).
Sin embargo, al estallar la segunda guerra mundial, el cultivo de cáñamo fue reintroducido en países como Alemania y Estados Unidos para la fabricación de herramientas de guerra (Herer, 1992): Aeropartes y lubricantes de naves, paracaídas, uniformes y cuerdas. De 1942 a 1945 estos países, en conjunto con territorios en Filipinas y la India del Este entre otros, vivieron un fuerte resurgimiento del cultivo, hasta que al concluir la guerra nuevamente disminuyó su producción para dar paso a las fibras sintéticas y a favorecer cultivos como el algodón.
Fragmento de la película Hemp For Victory (1942) [http://cultiva.me/wp-content/ uploads/2011/02/Hemp-for-Victory.jpg]
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
COMPOSICIÓN DE LA PLANTA DE CÁÑAMO
La especie bajo la cual se conoce al cáñamo industrial es cannabis sativa. Dicha especie es miembro de una de las familias de plantas más avanzada en la Tierra (Herer, 1992). La planta se coloca a veces en la figura o la familia de la morera (Moraceae), o la familia de la ortiga (Urticaceae); sin embargo suele ser separada de su primo útil, la planta del lúpulo (Humulus), en una familia de distinción: Cannabaceae (Bourrie, 2003). Es una planta de tipo dioica: (siendo la planta tanto macho, hembra o hermafrodita en ocasiones: veces - hombres y mujeres en la misma planta), leñosa, herbáceas anual que utiliza el sol más eficiente que prácticamente cualquier otra planta en nuestro planeta (Herer, 1992). La especie cannabis sativa L. presenta tres variedades que tienen una distribución biogeográfica definida (Madre Tierra, 2006):
-Cannabis sativa var. Indica: Muy común de Asia.
-Cannabis sativa var. Sativa: común de encontrarla en América, Europa y África.
-Cannabis rudelaris: Se distribuye a lo largo del noroeste de Europa y Asia.
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Variedades de la especie cannabis sativa. [http://cogolloscordoba.blogspot.com/2011/04/diferencia-entre-indica-sativa-y.html]
Estas especies varían principalmente la presencia de alcaloides en su composición, pero las tres presentan buenas características para la generación de fibra natural (Madre Tierra, 2006). En cuanto a las variedades sativa y rudelaris, bajo tratamiento de la selección genética, presentan niveles bajos del alcaloide denominado THC (Tetrahidrocannabinol), el cual ha sido utilizado con fines medicinales, rituales y recreativas (Gorch, 2006).
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
El THC y sus restricciones para el cultivo de cáñamo industrial en la Unión Europea: Se le conoce como THC (Δ9 tetrahidrocannabinol) al químico encargado de darle al cáñamo sus propiedades para ser considerada una droga penalizada en gran parte del mundo (Bourrie, 2003). Dicha sustancia tiene propiedades psicoactivas una vez consumidas por el ser humano estando presente en porcentajes de 7-15% en cultivos destinados para el aprovechamiento del mismo. Actualmente en la Unión Europea sólo se permite el cultivo de especies registradas que tengan un nivel de THC (Δ9 tetrahidrocannabinol) inferior al 0,2% sobre materia seca (CE, 2000). Las especies previamente mencionadas presentan bajo estas condiciones niveles menores, por lo que estas variedades se consideran como cáñamo industrial y aceptadas por la ley para su empleo industrial (Gorch, 2006). PROPIEDADES FÍSICAS El cáñamo crece rápidamente una vez establecida la planta, a una velocidad a menudo de 1.5 – 2 cm. por día. Después de unos 40 días las plantas llegan a medir de 2-4 m de altura y comienzan a florecer (ADAS, 2005). Entre los 100 y 130 días, cuando la planta madura, su tallo es recto y comienza a ramificarse (Ségalen, 2005). En el caso del Reino Unido se acostumbra cultivar el cáñamo entre los meses de abril a agosto (ICE 2009). La planta cuenta con un sistema de profunda raíz primaria (1/10 del tamaño de la planta), por lo que es capaz de crecer en casi todas las condiciones climáticas excepto en los extremos (Ségalen, 2005). Algunas de pueden llegar a medir hasta 2 metros de profundidad, mientras que la raíces secundarias - que constituyen la mayor parte de la masa radial – se encuentran entre los 10 y 60 cm.
COMPOSICIÓN DE LA PLANTA DE CÁÑAMO
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Descripción de las partes de la planta de cannabis sativa l. [http://larevista.solocannabis.com/genetica-del-cannabis-i/partes_de_la_planta/]
Las hojas están palmeadas con 7 plumas largas como segmentos, muy dentadas en los bordes, y cuya cara superior verde oscura está cubierta de pelos secretores. Las flores femeninas desarrollan panículas verdes con estambres blancos. Las flores femeninas crecen en la cima de una sola flor en la axila de las hojas. El fruto es un aquenio de forma elíptica de mármol 3-6 mm de largo (Ségalen, 2005).
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
Su cultivo de forma industrial se ve beneficiado por el abastecimiento de diferentes tipos de materias primas como (Madre Tierra, 2006): -Semilla -Tallo *Fibra *Cañamiza * Pulpa Semilla El grano del cáñamo se ha utilizado como alimento y por su aceite. En la actualidad, en la Unión Europea, un 95% del grano se ocupa para alimentación de aves y un 5% para la alimentación humana. No obstante, el uso para alimentación humana está ganando terreno y ha convertido en el objetivo de producción en países como Canadá. Hoy se considera un alimento valioso, debido al hecho de tener ácidos grasos y aminoácidos esenciales en una proporción muy equilibrada, desde el punto de vista nutritivo. Tallo Parte del aprovechamiento de la planta se centra en el tallo para la obtención de fibras. Para el aprovechamiento del tallo del cáñamo se debe separar la fibra cortical (o del floema) de los tejidos situados en el cilindro central o cañamiza. Ambas partes, provenientes del mismo tallo, son consideradas como dos materias primas diferentes, cuyos usos son los siguientes: -Fibra cortical: Representa en 32% del tallo. De esta materia prima se aprovechan sus fibras para la elaboración de papel y para la industria de partes automotrices, aislantes para la construcción, entre otros.
COMPOSICIÓN DE LA PLANTA DE CÁÑAMO
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En la UE el aprovechamiento de estos usos se descompone en los siguientes porcentajes: Papel – 75% Industria Automotriz 17% Aislantes para la construcción 7% Otros 1%
Tallo de càñamo mostrando las fibras [http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Hanfstengel.jpg]
-Cañamiza: Se encarga de componer el 68 % del tallo. Está formada por fibras cortas de aproximadamente 0.55 Mm con contenido de celulosa moderado (38%) y un alto contenido de lignina (18%). Es muy adecuada para los lechos de los animales por su gran capacidad de absorción – de 6 a 8 veces su peso), es fácilmente compostable y manejable. Para ello debe ser clara y libre de fibra cortical. Actualmente en la UE, el 82% de la cañamiza se utiliza para los lechos de los animales, mientras que sólo en un 8% se dedica para la industria de la construcción.
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
-Pulpa: Esta es obtenida de las fibras del cáñamo, ocupándose principalmente para la elaboración de papel: billetes, papel para cigarrillos, lienzos, entre otros. Para la fabricación de papel se puede utilizar la pulpa tanto como la fibra del tallo del cáñamo. Si sólo se utiliza la fibra, el papel obtenido es muy resistente pero un poco rugoso al tacto. Al contrario si se utiliza la pulpa, el papel obtenido satisface mucho mejor las necesidades actuales debido a su mayor suavidad. La pulpa del cáñamo también se utiliza para la producción de fuentes de energía. A través del proceso químico llamado pirólisis, se transforma en carbón o en metanol. (Butter, 2010)
Cannabis Sativa [http://naturamundi.blogspot.com/2010/11/cannabis-sativa.html]
COMPOSICIÓN DE LA PLANTA DE CÁÑAMO
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Antiguamente el cáñamo crecía en forma natural y en estado silvestre antes de existir reglamentaciones, métodos o leyes sobre su cultivo (Madre Tierra 2006). Una vez domesticada la planta, su cultivo era empleado para realizar el “descanso del suelo” entre las diferentes épocas de siembra, que luego se reincorporaba al suelo para generar abono verde o se quemaba generando cenizas, devolviendo cerca del 40% de los nutrientes que extrae (Madre Tierra, 2006). Condiciones generales: En la actualidad se disponen de datos para comprender las condiciones óptimas para el cultivo de cáñamo. Dentro de sus puntos más relevantes, la zona natural en la que crece se encuentra entre los paralelos 25 y 55, bajo una temperatura óptima entre los 19 y 25°C, el punto más bajo de vegetación de este cultivo se sitúa entre 1 y 2 °C y es una planta sensible a heladas (-5°C) (Gorchs, 2006).
Zonas en las que crece el cáñamo industrial (colo verde) [Robinson, 1999]
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Las necesidades básicas para cultivas cáñamo: Las necesidades básicas para el cultivo del cáñamo son (Acosta, 2001): Suelo: El suelo deberá presentar nutrientes, tales como calcio, potasio y humus (importante para obtención de fibras de alta calidad). Su estructura debe presentar cerca del un 12% de arena fina, 14 % de humus y de 1-3% de arcilla. El pH debe ser igual a 5,5 y corregirlo de ser necesario. El suelo debe ser muy suelto que permita un fácil drenaje del agua. Los encharcamientos pueden producir ahogamiento en las raíces de la planta. Los niveles de salinidad pueden afectar a la planta, por lo que se debe considerar el empleo de riego por goteo y no de machaco o aniego. Clima: El clima más adecuado es el templado (19-25°C), con alta humedad relativa, con temperaturas durante el día entre los 18-20°C y entre 13-17°C por la noche. En caso de salirse de estos rangos la planta puede entrar en estrés biótico y sucumbir. Abonamiento: Estos cultivos pueden ser complementados con abono verde u orgánico. La época de abonamiento se realiza durante la estación más templada (al menos dos mese antes de sembrarse empleando estiércol de corral o humus orgánico. El exceso de abono nitrogenado puede generar menor calidad en la fibra y con ello flacidez en los tallos de la planta, generando la caída de las mismas.
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Iluminación: Requiere de al menos 8 horas de luz, siendo importante que sean equivalentes con las horas de obscuridad. La floración de la especie se da en la época del año donde los días son más cortos, detalle que se puede manejar para estimular una floración precoz (días con menos de 14 horas de luz). Agua: Necesita estar en condiciones de precipitación mínima de 600 mm al año (Acosta, 2001) y una humedad relativa alta durante la fase de germinación y crecimiento. Durante las primeras etapas del cultivo, el cáñamo requiere cantidades de agua abundatntes en climas templados (70 mm. de lluvia al mes en dichas fases), acompañado de un suelo permeable. Después es posible que pueda sobrevivir con poca agua una vez consolidada la planta, pero disminuirá su producción de fibra (Cullinan,1997). Fases de Desarrollo: El cáñamo se siembra normalmente durante la primavera; si se cultiva para la obtención de fibras, la cosecha se lleva a cabo en agosto y, si se busca la obtención de fibras y granos se celebra a finales de verano (Gorchs, 2006). En las condiciones de cultivo en la Europa Occidental, el ciclo de cultivo tiene una duración de 80 días (las más precoces) hasta más de 150 días las más tardías (Gorchs, 2006). Comprender las siguientes etapas:
- Implantación - Crecimiento - Cosecha - Enriado
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Implantación: El cáñamo, para su obtención de fibras, se siembra a una tasa más alta de semillas alrededor de 200 semillas / m2, mientras que el cáñamo para la obtención de semillas equivale a unas 100 semillas / m2 (ADAS, 2005). La cantidad de semillas requeridas dentro de una hectárea de terreno a cultivar varía dependiendo del tipo de producción deseada (Gorchs, 2006):
•Producción de fibra y cañamiza: 250 a 450 semillas / m2 para la producción de fibra, lo que representaría de 45 a 80 Kg. ha-1.
•Producción doble de fibra, cañamiza y grano: 100 a 250, lo que representa de 15 a 45 Kg. ha-1
• Producción de grano: 25 a 100 para la producción de grano, lo que representa de 4 a 15 Kg. ha-1.
Plantación de cannabis sativa [http://nacioncannabis.1blogs.es/wp-content/blogs.dir/99/files/cannabis_sativa_by_ jaimejose.jpg]
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La densidad de las plantas afecta la morfología de las mismas. Una menor densidad de plantas hace que las plantas sean más gruesas, lo que hace aumentar la proporción de cañamiza al tallo y disminuye la calidad de la fibra cortical. De lo contrario, mientras más fina se quiera la planta, más agrupadas tendrán que sembrarse las semillas (De la Figuera, 1992). La elección del método se debe hacer en el momento de la siembra, y está muy determinado por las condiciones climáticas y las regiones de la infraestructura agrícola. La recolección de semilla de cáñamo requiere dejar las plantas en su lugar durante unos 15 días más que para una producción vial. La trilla - proceso de separación del la semilla - reduce el rendimiento de paja en aproximadamente una tonelada métrica por hectárea (variedades de maduración temprana, la pérdida en la trilla, rematando las colillas). El método de siembra puede realizarse al voleo, en líneas y a máquina (siembra de semillas) tratando de evitar la homogeneidad del cultivo y la pérdida de semilla. La siembra del cáñamo es condicionada por la temperatura del suelo, la cual debe estar situada entre los 8 y 10°C. Esto asegura el buen arranque del cultivo y evita el crecimiento de malas hierbas en sus primeras etapas. Para su nacimiento, el cultivo necesita entre 4 y 10 días según la temperatura del suelo. Posteriormente el cultivo pasa a una fase de crecimiento vegetativo lento, que comprende desde la emergencia de la planta hasta llegar a tres pares de hojas a una altura entre los 30-60 cm. Para esta fase es necesario que pasen un total de 21 días aproximadamente. El método de siembra puede realizarse al voleo, en líneas y a máquina (siembra de semillas), siempre tratando de mantener la homogeneidad del cultivo y la pérdida de semilla.
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Crecimiento: La fase de crecimiento activo del cultivo se inicia con la diferenciación de los primeros florales y termina con la fecundación de las últimas flores femeninas (Gorchs, 2006). A terminar la diferenciación floral termina el crecimiento del cultivo. En esta fase se produce toda la fibra , y en ella la planta recurre a una mayor cantidad de agua y elementos nutritivos. Esta fase está condicionada por dos puntos:
- La respuesta del cáñamo al fotoperiodo.
- La autoclarida de la planta: Es consecuencia de la competencia entre plantas. Las plantas más aptas compiten con las más atrasadas, que lleva a la disminución de número final de plantas. En esta etapa influyen como factores la competencia por los nutrientes y la luz, entre otros.
En su cultivo para la obtención de una buena calidad de fibra cortical es necesario que se consiga un número mínimo de plantas por unidad de superficie, de lo contrario disminuirá la proporción de fibra cortical con la fibra del cilindro central o cañamiza. Una densidad óptima sugerida de cultivo para su cosecha está alrededor de 100 plantas / m2. Para las semillas se sugiere una densidad menor entre 5-30 plantas / m2. Un punto importante a considerar en el rendimiento óptimo del cultivo de cáñamo y para producción de biomasa y fibra es la cantidad de nitrógeno en el suelo. Un incremento de nitrógeno aumentaría la competencia entre las plantas, por lo que la cantidad de plantas de cáñamo disminuiría, y las plantas restantes tendrían menor contenido de fibra cortical.
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Campo de cáñamo industrial (foto: Ben Stanstal) [http://www.rolledtootight.com/images/industrial-hemp-field-0126.jpg]
Cosecha: El momento óptimo de cosecha del cáñamo es poco después de la floración, esto es cuando el destino es la producción de fibra. Si en cambio se busca la producción de semillas se debe dejar madurar completamente la planta. La cosecha se realiza manualmente en cultivos pequeños, arrancando o cortando cada una de las plantas. Para cultivos grandes se deberá contemplar el uso de maquinarias, empleando barras de corte para forraje. (Ségalen, 2005). En el caso que en la cosecha se contemple la recolección de semillas de cáñamo requiere equipo especializado, desarrollado por la investigación reciente sobre la base de ancestral técnicas de cultivo. En caso que la cosecha sea sólo para la producción de fibra, está deberá ser cosechada a mitad de agosto (óptimo para las condiciones de Cataluña) al final de la floración. La paja es dejada 2 a 3 semanas en el campo para permitir un empapado -con lluvia o rocío (Para ello es determinante tener en cuenta la meteorología para no estropear la cosecha).
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En el caso de una cosecha para la obtención de fibra y semilla la cosecha se lleva a cabo cuando la planta está madura. Esto se da a finales de septiembre. La planta se corta para después alinearlas y proceder al proceso de enriado y embalaje.
Cosecha de cáñamo industrial. [http://hempforyou.com/wp-content/uploads/2011/02/hemp-harvesting1.jpg]
Enriado y almacenaje: Una vez que se tiene la cosecha será necesario poder separar la corteza del tallo de las plantas. Por ello estos tallos tienen que ser enriados, lo cual significa que los tallos tienen que pasar por un proceso de descomposición para debilitar la corteza y ello permitir que pueda ser removida. En este proceso intervienen el agua y las bacterias, y puede llevarse a cabo de dos formas: El enriado en rocío y el enriado en agua (Hemp Traders, 2011). En el enriado en rocío los tallo son dejados en el campo permitiendo que la humedad del aire en forma de rocío actúe sobre los tallos y los descomponga (Hemp Traders, 2011). Este proceso tarda normalmente entre 21 y 28 días, llegando en ocasiones a los 14 días con la cantidad de rocío y la temperatura ambiente que eviten su secado rápido (Baxter, 2000).
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Enriado en rocío de tallos de cáñamo industrial [http://www.flaxandhemp.bangor.ac.uk/images/large_images/hemp_retting2_big.jpg]
Por el otro lado, en el enriado en agua el tallo completo es sumergido en agua durante varios días, que a una temperatura de 30-40°C se puede lograr entre 4-6 días (Retting- Britannica, 2011). En ambos casos la bacteria presente en el agua comienza a romper las diferentes partes de la planta en diferentes rangos, siendo la parte de en medio la que se rompe con mayor velocidad y empieza a separarse de la corteza. Una vez concluido el proceso de enriado, los tallos son secados para luego desprenderles la corteza. Una vez terminada la etapa y antes de almacenarlo es importante que la cosecha esté seca al momento de ser embalado, ya que de lo contrario el enriado (y proceso de putrefacción) continuaría después en el interior de los embalajes y la cosecha se puede perder campo (ADAS, 2005). Las balas se transportan a continuación al área de almacenamiento, el cual es por lo general en una granja de bajo techo (ADAS 2005). Ahí las fibras decortificadas se suavizan, se cortan en menores longitudes se peinan y se pulen, para después obtener el hilo a través de procedimientos de hilado - tanto en húmedo como en seco (FAO, 2009). Finalmente es transportada a la fábrica donde sus materias primas – tanto fibras o semillas – serán procesadas para la obtención de diversos productos cuyos usos se describirán más adelante.
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Almacenamiento de fibras de cáñamo. [http://www.hempreport.com/subscribers/issue20/agfibe/bulkbaledhempfibre.jpg]
Ventajas Y BENEFICIOS del cultivo DE CÁÑAMO: Al describir los procesos que implica el cultivo del cáñamo (en conjunto con diversos estudios recientes) se pueden notar los diversos beneficios que trae consigo la práctica agrícola del cultivo al medio ambiente. En el caso de Cataluña - donde se intenta recuperar la práctica del cultivo de cáñamo - un estudio sobre viabilidad técnica y económica del cáñamo (Gorchs, 2006) lo señala como un proveedor de productos benignos para el medio ambiente por sus bajos impactos ambientales y un buen aprovechamiento de nutrientes, así como protector de los suelos agrícolas.
Entre estas ventajas se pueden señalar: - El cáñamo, por su rápido crecimiento y desarrollo, destaca como un cultivo de menor uso de recursos energéticos no renovables (11, 400 MJ). - La presencia de THC en las especies de cáñamo utilizadas para fines industriales son bajas, por lo que sus propiedades psicoactivas se anulan y cumple así con los requisitos de diversas norma-
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tivas que regulan su cultivo por su parentesco con especies empleadas en prácticas de tipo ilegal. - El cáñamo, al ser un cultivo vigoroso por lo general no permite el crecimiento de malas hierbas, por lo que tampoco necesitan requerirse herbicidas para dicho fin (ADAS 2005). - El cáñamo es útil en su cultivo como repelente natural de plagas, productor de abonos verdes a partir de las partes secas de la planta y la generador de extractos (repelentes en disolvente). Esto último se debe a que el THC presente en la planta resulta como un pesticida natural dentro de la planta y considerado de rango moderado (madre tierra, 2006). - El uso de plaguicidas o herbicidas en el cultivo de cáñamo industrial es inexistente, ya que presenta pocos problemas de plagas y enfermedades. Dentro de las excepciones se encuentra el crecimiento de algunos escarabajos o palomillas como algunas eventualidades (ADAS 2005). Al mismo tiempo pueden llegarse a dar enfermedades bacterianas de tipo foliar, pero para los volúmenes de cosecha que se llegan a manejar resulta poco práctico y económico el tratamiento de las enfermedades durante el desarrollo del cultivo. - Dentro de las particularidades del cáñamo es que esta planta es resistente a la radiación ultravioleta, la cual le beneficia produciendo más resina y favoreciendo su crecimiento (madre tierra, 2006). - Es una buena alternativa para la fabricación de papel – una de las prácticas que más han perjudicado en la pérdida de biodiversidad y de patrimonio natural del planeta. Son 4 veces más productivos que las masas forestales, y por ello son más idóneos para la producción de fibras. - El sistema de raíces que contiene el cáñamo es profundo y eficiente, por lo que aprovecha significativamente los elementos del
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suelo y subsuelo (Gorchs, 2006). - El cáñamo previene la propagación de fuego en masas forestales, por la alta carga de humedad presente en sus cultivos. - El cáñamo contribuye de forma notable a la estructuración de suelos agrícolas, previniendo la erosión del mismo. En un suelo bien estructurado la infiltración de aguas pluviales es superior, evitando pérdidas de nutrientes por escurrimientos.. - La fibra de cáñamo tiene un alto contenido de carbono (58%), lo que lo hace un buen elemento para capturar y almacenar a largo plazo carbono procedente de la atmósfera, resultando un alternativa en comparación con otros cultivos (algodón) y productos de la industria petroquímica. - Es un buen elemento para fomentar la rotación de diferentes monocultivos en el mundo, como diversos cereales y trigos (Gorchs, 2006). En sitios donde hay altas producciones de trigo (ejemplo: Kentucky – E.E.U.U.), el cáñamo es un buen precedente para este cultivo (Hemp for Victory, 1944). - El cáñamo puede considerarse como un cultivo benéfico en cuanto su impacto con el entorno. La siguiente tabla compara varios cultivos con el cáñamo en cuanto a fomento de biodiversidad se refiere (Small, Marcus, 2002).
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Incremento de Fomento a la Biodiversidad -11 -10 -9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Alfalfa Árboles (madera) Semilla de cáñamo Gingseng Fibra de cáñamo Manzana Maní Uva Lino Cáñamo (Droga) Maíz Trigo Frijól Centeno Girasol Patata Sorgo Algodón Caña de azúcar Arroz Semilla de canola Cebada Avena Tabaco
Fomento a la biodiversidad en diferentes cultivos. (Small / Marcus, 2002)
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USOS DERIVADOS INDUSTRIAL
DEL
CÁÑAMO
El número de productos derivados de las diversas materias primas que se pueden obtener de ella van más allá de los 25,000 productos (Acosta, 2001). A partir de las materias primas previamente mencionadas obtenidas de la planta de cáñamo se han desarrollado gran cantidad de productos y han sido utilizados para diferentes fines desde hace miles de años. Al estar analizando el cáñamo para fines industriales, no tomaremos en cuenta los usos médicos y no lo describiremos como una droga, ya que estaremos hablando sobre aquellas especies con baja presencia de los alcaloides THC.
Biomasa
CÁÑAMO Tallo + Semillas Semillas
Tallo
Hojas
Fibras
larga
Cañamiza
mediana
Principales materias primas obtenidas de la planta de cáñamo. (Elaboración propia)
USOS DERIVADOS DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Biomasa: A partir de la biomasa compactada- en forma de pellets o combustible para la obtención de calor - a partir del cáñamo puede ser una buena fuente para obtención de energía. A través de las pirólisis se obtiene una mezcla que es en parte sólida (principalmente carbón), en parte líquida y en parte gaseosa. Estos productos finalmente pueden ser utilizados como combustibles y materias primas (Gorchs, 2006) en sustitución de productos energéticos derivados de residuos fósiles (Herer, 1992). Actualmente la energía obtenida por esta vía resulta una solución más económica y amigable con el medio ambiente, y por el momento este sector se encuentra en un proceso de crecimiento. Semillas: Alimento- Las proteínas presentes en las semillas de marihuana son de las mejores y más completas disponibles para los seres humanos. El cáñamo es la más fuente completo solo alimento para la nutrición humana. Presentan bajo contenido de THC – la sustancia activa de la marihuana – por lo que no produce efectos colaterales su consumo. (Herer, 1992). Las semillas de cáñamo contienen todos los aminoácidos y ácidos grasos esenciales para mantener una vida humana saludable. Ninguna otra fuente o planta proporciona proteínas completas en una forma tan fácil de digerir y con tantos beneficios a la salud. (Herer, 1992). El ser humano no es la única especie que se beneficia del cáñamo como fuente de alimento. Especies animales como aves, peces y caballos también se encuentran como consumidores.
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Aceite vegetal- El Cáñamo se caracteriza por su aceite vegetal de alto valor nutritivo y con la mayor cantidad de ácidos grasos esenciales en el reino vegetal. Estos aceites esenciales son los responsables de nuestras respuestas inmunes y desactiva del colesterol y la placas de las arterias. (Herer, 1992). Aceites- Hasta el año de 1800 el aceite de cáñamo fue el aceite de iluminación más usado en el mundo, antes de pasar a un segundo lugar por debajo del aceite de ballena y , en años posteriores, fue completamente reemplazado por productos derivados del petróleo. Otros productos derivados a partir del aceite del cáñamo son las pinturas al óleo hechas a partir de cáñamo, las cuales se han mantenido en buen estado durante siglos. Al mismo tiempo diferentes solventes y barnices pueden ser obtenidos a partir del cáñamo (Herer, 1992). Numerosos productos para la higiene y cuidado personal pueden ser fabricados con el aceite extraído de semillas de cáñamo. Se ha demostrado que el aceite de cáñamo ayuda a la capacidad natural del cuerpo para sanar tanto externa como internamente. Los ácidos grasos esenciales se absorben fácilmente en las células de la piel. Debido a que el aceite de cáñamo puede ayudar a restaurar y humedecer la piel que se está haciendo popular para su uso como aceite de masaje y bálsamos para labios, jabones, champús y lociones. (IENICA, 2007).
USOS DERIVADOS DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Tallo: Las fibras largas obtenidas del cáñamo se destacan por ser más fuertes y resistentes que las de algodón, además de no generar moho, microbios y son biodegradables. A partir de estas fibras se pueden obtener los siguientes productos: Fibras y Textiles: Hasta principios del siglo XX los textiles de cáñamo representaron el 80% de las telas usadas en el mundo, empleándose en la fabricación de ropa, sábanas, cortinas, pañales, entre otros productos (Herer, 1992, 1993). En comparación con telas de gran utilidad en la actualidad – como el algodón – el cáñamo tiene la ventaja de ser una tela más suave, tener mayor resistencia y durabilidad. Cuerdas- Un 70-90% de todas las cuerdas del mundo se elaboraron con cáñamo. Su hegemonía terminó – particularmente en Estados Unidos- en el año de 1937 cuando se instauró la prohibición del cáñamo y entró la fabricación de fibras sintéticas de forma masiva e importante en el mercado Textiles técnicos- A partir del cáñamo, el uso técnico más importante en el pasado fue la gran cantidad de productos que se destinaron a la navegación. El 90% de todas las velas y cuerdas usadas en las naves (desde los fenicios - siglo 5 a. C. – hasta la invención de los barcos de vapor – mediados del siglo 18 d.C.) fueron fabricadas con cáñamo. El 10% restante fueron fabricadas con fibras menores como ramio, yute, sisal, abacá. Otros usos comprendían cuerdas en anclas, redes de pesca, uniformes, banderas, pantallas térmicas y estopa (la protección principal para los buques contra el agua salada, que se utiliza como sellador entre las vigas sueltas o verde) se hicieron desde el tallo de la planta de ma-
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rihuana. Además de mapas, biblias y gráficas usadas en las embarcaciones (Herer, 1992). Plásticos: El cáñamo es un sustituto de la basura plástica, pues a través de un proceso de mineralización química se puede obtener un tipo de plástico duro y degradable (Madre Tierra 2006). El cáñamo puede ser utilizado para fabricar una variedad de productos de plástico y piezas moldeadas por compresión. Varias empresas alemanas están en desarrollo 100% cáñamo compuestos plásticos de celulosa para la fabricación de tablas de snowboard y monopatines. Una empresa austriaca, Zellform, ha creado una resina de plástico de cáñamo llamado Hempstone para su uso en instrumentos musicales, altavoces y muebles. Los plásticos basados en vegetales de cáñamo puede ser completamente biodegradable. En el consumo anual de la UE para el embalaje incluye 12 millones de toneladas de papel y cartón, 6 millones de toneladas de plásticos y 10.000 toneladas de poliestireno (IENICA, 2007). Alfombras y geotextiles: El cáñamo se ha utilizado a lo largo de la historia para la fabricación de alfombras por su gran resistencia a la descomposición, así como por su ausencia de vapores tóxicos. Tampoco se le conoce la presencia de reacciones alérgicas en sus productos. Fibras medianas: Estas fibras presentan un menor nivel de ligninas en su haber - polímero orgánico más abundante en el mundo vegetal, y tampoco generan moho, microbios y son biodegradables. Empaques y sustitutos de recubrimientos plásticos: Las fibras cortas pueden ser transformados en material de empaque de celofán o ser el reemplazo ideal al poliestireno. En la
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industria automotriz pueden emplearse para la fabricación de piezas como recubrimientos de pedales y otras autopartes. Cañamiza: Como ya se ha mencionado, la cañamiza tiene la particularidad de poseer un gran poder de absorción. Esta se aplica para los siguientes casos: Materiales de construcción: Son de gran practicidad y presentan grandes propiedades térmicas y acústicas, además de grandes cualidades como material aislante. En combinación con las fibras corticales y otros materiales de tipo natural pueden crearse paneles, materiales de aislamiento, sustitutos de bloques de hormigón, morteros, entre otros. Más adelante se expondrán a fondo las principales cualidades y características de estos materiales. Papel: En Europa, la cañamiza – en conjunto con las fibras de cáñamo - se utiliza principalmente en la industria del papel - gracias a su bajo contenido de lignina, pueden ser convertidas en pulpa usando menos químicos que en la madera (FAO, 2009). En España, la fibra cortical se utiliza casi en exclusivo para la producción de pasta para papeles especiales y técnicos (papel biblia, moneda, papel de fumar, filtros, etc. Lechos para animales: Los residuos de esta parte del cáñamo son ocupados para este fin por su gran capacidad de absorción. Su capacidad va de seis a ocho veces su peso (Grochs, 2006), además de ser fácilmente manejable y compostable.
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Hojas: Estas son tratadas como residuo en la producción de cáñamo. Sus usos más recurrentes son para labores de compostaje y complemento para lecho de animales. Usos actuales del cáñamo industrial TEXTILES -ropa -pañales -tejidos -bolsos de mano -ropa de trabajo -mezclilla -calcetines -zapatos -telas -finos textiles (de fibras algodonizadas)
TÉCNICAS TEXTILES
OTROS PRODUCTOS INDUSTRIALES
- cordeles - cuerdas - redes - bolsas de tela - lonas - alfombras, - geotextiles
- agrocompuestos de fibra -pzas. moldeadas por compresión - forros de freno / embrague - calafateo
PAPEL
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
PRODUCTOS TÉCNICOS
- papel para impresión - papel fino y papeles especiales - papel de filtro técnico, - papel periódico, - cartón - embalaje
- paneles int. - materiales de aislamiento - sustituito de fibra de vidrio - bloques de cemento, estuco y mortero
- pinturas de aceite - solventes - barnices - lubricantes (ej: motosierra) - tintas de impresión - masilla - revestimientos - combustible
ALIMENTO
fibras libres
cañamiza
- aceite vegetal - margarina - complemento alimenticio
- corrales para animales, - abono - composta (en conjunto con hongos)
PRODUCTOS HIGIÉNICOS aceite de cáñamo
hojas fluidos abrasivos
fluidos celulares
- jabón - shampoo - gel de baño - cosméticos
semillas
tallo de cáñamo con semillas
semilla molida
- resistente a plagas, - control de mala hierba - la eliminación de los plaguicidas sin desventajas - aislamiento del polen - la mejora del suelo en la rotación de cultivos
ALIMENTOS - granola - alimento para aves
CÁÑAMO (PLANTA)
Beneficios Agrícolas
Planta Completa
(comprimida) - alimento para animales - harina alta en proteinas
- combustible para calderas - materia prima de pirólisis (energía)
Diagrama: Usos actuales del cáñamo industrial. (IENICA, 2007)
USOS DERIVADOS DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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PRODUCCIÓN Y ESTADO ACTUAL DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
El cultivo de cáñamo industrial es legal en más de 25 países incluyendo: Canadá, Australia, Alemania, Inglaterra, Francia, Holanda, España, Rusia, Hungría, Rumania, China y Tailandia (Bourrie, 2003). Dentro de lo más reciente, Canadá legalizo el cultivo de cáñamo industrial en 1998, mientras que en el 2010 Uruguay comenzó a cultivarlo de forma experimental y controlada, tratando de convertirse en el primer país dentro de América Latina que se dedique a la agroindustria del cáñamo industrial (LAHT, 2011). Actualmente el cáñamo representa menos del 0,5% del total de la producción mundial de fibras vegetales. Entre el 2000 y el 2006, la producción mundial de fibra de cáñamo creció de 50 000 toneladas a casi 90 000 toneladas, casi la mitad de ella producida en China (FAO, 2009). China se alza como el mayor productor del cultivo representando el 33% de la producción mundial (ADAS, 2005), cultivando el cáñamo industrial en un área de alrededor de 20 000 hectáreas (FAO, 2009), mientras que la producción en la Unión Europea fue de 23 000 toneladas en el año 2009. Distribución de la superficie de Cáñamo Industrial en Europa (2004) 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Francia
Alemania
Gran Bretaña
Italia
España
Hungría
R. Checa
Austria
Otros
Distribución de la superficie de Cáñamo Industrial en Europa (2004) (EUROSTAT, 2004 en Gorchs, 2006)
PRODUCCIÓN Y ESTADO ACTUAL DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Sin embargo, se estima que la superficie de cáñamo en el 2004 llegó a ser de hasta 106,000 ha. En ese año, los países asiáticos - los principales productores mundiales– cultivaron 79,000 ha, seguidos de una producción europea en un cultivo de 15,000 ha (Gorchs, 2006). El cáñamo en la Unión Europea En Europa Occidental sólo Francia y España se mantenían como los únicos países en los que se mantuvo el cultivo de cáñamo de forma ininterrumpida. Esto debido al cambio de sectores en los que el cultivo podría ser requerido y mejor aprovechado como la fabricación de pasta de papel (Gorchs, 2006). A pesar de no haber interrumpido su producción, Francia es el único de estos dos países que pudo sacar beneficios sobre la producción de los mismos, mientras que el caso de España su cultivo ha tenido serios altibajos, lo cuales se expondrán más adelante. En el caso de los países productores en la Comunidad Europea, para poder cultivar cáñamo legalmente para fines industriales, hay que abastecerse de determinadas semillas con un porcentaje de THC (delta-9 tetrahidrocanabinol) en potencia inferior al 0,2%, de acuerdo con la normativa 619/71 aprobada por la Comunidad Europea del 22 de marzo de 1974 (De la Figuera, 1993). El reglamento de la Comunidad Europea, establece las siguientes variedades de cáñamo para la producción de fibras, que pueden recibir pagos directos (Uso Industrial, 2008):
a) Cáñamo cultivado para la producción de fibras Beniko, Carmagnola, CS, Delta-Llosa, Delta 405, Dioica 88, Epsilon 68, Fedora 17, Felina 32, Felina 34 — Félina 34, Ferimon — Férimon, Fibranova, Fibrimon 24, Futura 75, Juso 14, Red Petiole, Santhica 23, Santhica 27, Tiborszállási, Uso-31
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
b) Cáñamo cultivado para la producción de fibra autorizado en la campaña de comercialización 2006/07 Białobrzeskie, Chamaeleon (1), Cannakomp, Fasamo, Fibriko TC, Finola (1), Kompolti hibrid TC, Kompolti, Lipko, Silesia (2), UNIKO-B * Diario Oficial de la Unión Europea 25.3.2006 El cultivo de cáñamo industrial en España España es uno de los países en los que el cultivo del cáñamo es permitido con fines industriales. La Convención Única de 1961 así lo establece en su artículo 28.2, permitiendo su cultivo para fines agrícolas, industriales (fibras y semillas) y hortícolas (Legalidad en España, 2010). Dentro del Real Decreto 1729/1999 del 12 de noviembre señala las siguientes variedades de cáñamo que pueden utilizarse con estos fines (Uso Industrial, 2008): Beniko. Bialobrzeskie. Carmagnola. Cs. Delta-Llosa. Delta 405. Dioïca 88. Épsilon 68. Fasamo. Fédora 17. Fédora 19. Fedrina 74. Félina 32. Félina 34. Ferimón. Fibranova. Fibrimón 24. Fibrimón 56. Futura. Futura 75. Juso 14. Kompolti. Lovrin 110. Santhica 23. Uso 31. El cultivo de cáñamo en España dista mucho de las grandes producciones que se hicieron en épocas anteriores. A partir de la década de los sesentas el cultivo del cáñamo casi desaparece, como en otros países. Unas de sus causas fueron: - La inexistencia de una industria especializada en el sector y la sustitución de fibras naturales (como el lino y el cáñamo) por fibras sintéticas en su utilización textil e industrial. (Acosta, 2001).
PRODUCCIÓN Y ESTADO ACTUAL DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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-La asociación del cultivo del cáñamo con el uso ilegal de narcóticos no ha favorecido este cultivo (Herer, 1992). Cultivo de Cáñamo Industrial en España Año
1960 1965 1970 1975 1980 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Hectáreas sembradas
12,395 1,658 276 384 311 1,050 783 4,547 1,371 1,450 4,282 19,860 13,743 2,002
Cultivo de Cáñamo Industrial en España (Acosta, 2001)
Con el ingreso de España en la Unión Europea se revoluciona el sector agrario en el país. Los cultivos reciben subsidios para equiparar los mercados y hacerlos más rentables (Acosta, 2001). Sin embargo los conocimientos sobre el cultivo del cáñamo son escasos, y a pesar de las subvenciones por parte de la Comunidad Europea, las dificultades para la transformación y comercialización hacen que pocos agricultores se motiven a cultivarla. Un ejemplo de ello es Aragón, que en el año de 1996 sólo cultivo una hectárea y sólo para “fines experimentales“ (De la Figuera, 2002). En 1998, Europa decide endurecer las normas que regulan los cultivos del cáñamo, y con ello la tendencia en cuanto la siembra del cáñamo
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es a la baja. España (al igual que la gran parte de Europa) cultiva menores cantidades del cáñamo a las del pasado, y España comienza a importar cáñamo de Europa del Este, China, Nepal e India, entre otros (De La Figuera, 2002). Un hecho muy importante por el cual disminuyó el cultivo de cáñamo en España fue la desaparición de la empresa Agrofibra en España. No pudo sostener una relación armónica con el sector productor, no encontró las hectáreas suficientes para sobrevivir y tuvo que irse a Francia (Cannabis Magazine 32). La producción medio anual de cáñamo común en España la encabezan las provincias de Teruel, Alicante, Lérida, Castellón, Valencia, Murcia, Barcelona, Segovia, Albacete, Huesca, Zaragoza, Guadalajara, Soria y Baleares (Legalidad en España, 2011).
Producción Bruta de Cáñamo Industrial para Fibra en España - Comunidades Autónomas (1999)
9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Catalunia 8,201 Ton.
CastillaLeón 4,748 Ton.
CastillaLa Mancha 3,259 Ton.
Aragón
Extremadura
Navarra
Madrid
678 Ton.
180 Ton.
65 Ton.
37 Ton.
Producción de Cáñamo Industrial en España (Comunidades Autónomas) Anuario de Estadística Agroalimentaria (MAPA, 2001)
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En España, los cáñamos más conocidos son los de las provincias de Barcelona, Lleida, Valencia, Alicante y Castellón de la Plana, siendo los más apreciados los de Levante (Valencia y Alicante) y los de Orihuela por la gran calidad que ofrecen sus fibras para la fabricación de entramados finos. En Aragón y Navarra se cultiva el cáñamo para la fabricación de telas gruesas, cuerdas y alpargatas. Afectaciones en la producción de cáñamo industrial en España: Al mismo tiempo, el cultivo de cáñamo español - en comparación con los países líderes - se ve afectado por las siguientes limitaciones (Gorchs, 2006): - Falta de aplicación tecnología para la separación y procesado de la fibra adecuada. - Viabilidad técnica y tecnológica óptima para utilizar la biomasa para la obtención de energía térmica y eléctrica. - Creación de condiciones para enlazar al sector productivo y la industria del cáñamo. - Fomentar mediante ayudas agroambientales la inclusión del cáñamo en la rotación de cultivos. - Impulsar la investigación y el desarrollo de nuevos productos de cáñamo - Incentivar las aplicaciones industriales y extender el conocimiento de los mismos para fomentar su cultivo.
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
Importancia por rescatar el cultivo: El cáñamo ha despertado un fuerte interés actual por:
-Amplio abanico de recursos renovables -Encaja en sistemas agrícolas más sostenibles. -Más benigno que otros grandes cultivos
Sin embargo es necesario fomentar el cultivo en España con la divulgación de conocimientos del cultivo y las ventajas que puede presentar, dejando de lado la desinformación que origina su fuerte asociación con la marihuana, cuyo cultivo y consumo está restringido y penalizado por la ley actualmente. Con la introducción de mejores alternativas de transformación y empleo de diversas tecnologías que fomenten el procesamiento de sus materias primas podrían llegar a motivar a diversos agricultores a retomar el cultivo, con una amplia gama de aplicación en productos que pueden competir con la oferta actual en el mercado, pero sin los beneficios medioambientales o la calidad que el cáñamo ofrece. La reintroducción del cultivo del cáñamo industrial es un proceso lento, y el sector del cáñamo debe crecer con cuidado para garantizar una sincronía óptima entre la oferta y la demanda (Natural fibers, 2009). Para competir con la ropa de alta calidad, las fibras y los hilos de cáñamo deben cumplir con exactitud las normas de la industrial textil. Se están realizando varios progresos en torno a mecanizar bajo una maquinaria tradicional para hilar y tejer la fibra. Actualmente existe la tendencia en la sensibilidad del consumidor por la protección del entorno buscando recursos naturales que no le afecten. Al mismo tiempo, en el aspecto económico hay un incremento en los precios de la energía y en las materias primas por su falta de disponibilidad y por su dependencia en recursos no renovables que podrán facilitar al cáñamo a competir con la oferta actual de productos de la industria.
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CONSTRUCCIÓN CON CÁÑAMO: MATERIAS PRIMAS
El uso de cáñamo para la construcción de edificios ha sido aplicado en Francia a lo largo de la década de los 90. Fue ocupada principalmente para la restauración de edificios con entramado de madera que fueron construidos con la técnica de bahareque y se necesitaba recurrir a un substituto que proporcionase una solución natural. Desde entonces gran cantidad de arquitectos y constructores se han puesto a experimentar con el material para construcciones de obra nueva (Wooley, 2008). CAñamiza: Dentro de la cosecha del cáñamo, la cañamiza es la materia prima principal para la elaboración de materiales de construcción. Consiste en la base leñosa de la planta de cáñamo una vez que de ella eran extraídas las fibras y semillas para uso comercial. Anteriormente, la cañamiza era agrupada y era vendida únicamente para usarse como lecho para animales en establos y granjas. Hoy en día es procesada para que pueda prepararse en conjunto con aglutinantes (principalmente a base de cal) como se explicará posteriormente en el empleo de sus diferentes técnicas constructivas.
Cañamiza [http://www.hempreport.com/subscribers/issue20/agfibe/bulkbaledhempfibre.jpg]
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La cañamiza es elaborada cortando los tallos interiores de la planta. Después de la cosecha, enraizado y separados de la fibra, los restos cañamiza obtenidos del tallo son dejados de lado para ser cortados en trozos que oscilan entre los 4 y los 35 mm (ICE, 2009). Está presente en un 60% dentro de la planta de cáñamo, representando una extracción de esta materia prima entre un 8-12 T por hectárea. Como consideraciones generales el cáñamo para fines constructivos debe tener ciertas características y considerar algunas especificaciones (Wooley, 2008):
- Esta debe de ser lo más limpio y libre de humedad en lo posible. - Una presencia mínima de polvo y de otros elementos ajenos.
Este último punto no llega a ser absolutamente crítico, ya que hay ejemplos exitosos de construcciones en los que la caña empleada variaban en longitudes en incluso llegaron a presentar contenido fibroso en la cañamiza utilizada. En caso de presencia de humedad o putrefacción el material no deberá ser empleado. Por otra parte, no hay necesidad de tratar la cañamiza de ninguna manera. Este simplemente debe ser triturado, empacado y almacenado para su uso posterior. Tampoco requiere de algún tratamiento para hacerlo resiste contra el fuego, ya que mezclado con el aglutinante adecuado de cal le da protección suficiente, así como de la humedad y las plagas. Solamente requerirá de algún tipo de tratamiento cuando el cáñamo sea utilizado de forma suelta sin mezclarlo con cal (Wooley, 2008). Como ya se había enunciado, la cañamiza tiene un gran poder de absorción, que va de una capacidad de hasta 4.5 veces su propio peso en agua dentro de su estructura celular (ICE, 2009). En cuanto a su capacidad de secuestro de carbón - como todas las plantas que siguen el proceso de fotosíntesis – el cáñamo absorbe CO2 de la atmósfera y lo integra a la estructura de la planta. En cuanto a la canti-
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
dad de carbón que pueden almacenar los restos de cañamiza es cerca del 50% del peso total, por lo que llega a remover 1.83 toneladas de CO2 por cada tonelada de cañamiza (Ruthbridge, 2009). FIBRA DE CÁÑAMO: La fibra de cáñamo, después de ser procesada previamente, puede ser aprovechada como materia prima de construcción para la elaboración de diferentes productos para el aislamiento térmico de una edificación. Al mismo tiempo son utilizadas en otras industrias como para la elaboración de refuerzos y la construcción de esteras para la industria automotriz europea.
Fibra de Cáñamo [http://www.hemptraders.com/images/img_fiber_f_l1.jpg]
CONSTRUCCIÓN CON CÁÑAMO: MATERIAS PRIMAS
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Las fibras de cáñamo, al tener una estructuración hueca al momento de ser entrelazadas, logran retener aire en su interior. Al mismo tiempo estás fibras no contienen proteínas (únicamente celulosa) no es del atractivo de las plagas, por lo que no necesita de un tratamiento previo para evitarlas (Allin, 2005). El posible tratar la fibra de cáñamo con retardantes contra el fuego e inhibidores. Para tener una mejor aceptación como un producto de construcción las fibras son cubiertas por bórax o ácido bórico como agentes resistentes al fuego, y también son mezcladas con polipropileno en un lecho movible. Esto es posteriormente trasladado a un horno donde se derriten ligeramente las fibras de plástico, de tal manera que se pegan a las fibras de cáñamo y aglutinan los materiales en una estructura espesa (Allin, 2005). El método varía entre los fabricantes, ya sea para crear estratos planos o plegados de fibra – haciéndolos más resistentes a la compresión al paso del tiempo. Las fibras aglutinadas posteriormente son cortadas en paneles planos, dispuestas en bloque, en rollos o tiras de tal manera que puedan adecuarse a una función en particular. De cualquier manera estos pueden ser cortados en sitio del tamaño adecuado en caso que se desee modificar o adecuar estos materiales (Allin, 2005).
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
Cal: La gran mayoría de las formaciones de cal proceden de materiales ricos en carbonato de calcio (CaCO3 ). Entre estos materiales presentes en la naturaleza se encuentran la piedra caliza, conchas y corales (ICE 2009). En cuanto a su presentación en calidad de piedra caliza, está forma el 20% de la piedra sedimentaria del planeta (Lhoist, 2011).
di
óx i va do po de riz c ac arb ió on n
o
Su proceso de transformación comprende la trituración y procesamiento de la materia prima con contenidos de carbonato de calcio. Es calcinado en hornos a una temperatura de 900°C, para con ello producir cal viva u óxido de calcio (CaO), y liberando a su vez dióxido de carbono (ICE, 2009).
Piedra Caliza (CaO3)
vapo riz
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n
dióx ido carb de ono
Cal viva (CaO)
ag u
aa g (H rega 2O da )
Ciclo del Calcio Cal Apagada Ca(OH)3
Mortero
am áñ +c ua a en +ag ar
o
Ciclo del Calcio (elaboración propia, basado en: [http://www.stonewarestudios.com/11-building-limes. html]
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Una vez que se obtiene este óxido de carbono se le agrega agua (H2O) y así convertirlo en hidróxido de calcio (Ca(OH)2). A este proceso se le conoce como apagado. El recién obtenido hidróxido de calcio - tanto en forma de polvo como en masilla – es la materia o producto empleado en la construcción. Para la producción de morteros, recubrimientos o pastas trabaja en combinación con agregados como arena o piedra caliza triturada. A su vez, el hidróxido de calcio al estar en contacto con el aire se convierte paulatinamente en carbonato de calcio a través de un proceso lento llamado carbonización – el cual varía por las condiciones ambientales y la densidad del material, aumentando su porosidad con el paso del tiempo. Es importante la presencia de humedad suficiente para que el dióxido de carbono (presente en el aire) se disuelva en el agua para la formación de ácido carbónico, que a su vez reacciona con el hidróxido de calcio. Mediante este proceso de carbonización con ello se cierra el ciclo de cal, perdiendo agua y absorbiendo dióxido de carbono para convertirse nuevamente en piedra caliza (ICE, 2009). La cal se ha utilizado en la construcción a lo largo de miles de años (la fecha data del 4 milenio a.C.- Lhoist, UK), a excepción del último siglo donde el cemento ha dominado el mercado por la durabilidad que esta ofrece en comparación a los productos derivados la cal.
Carbonato de Calcio [http://product-image.tradeindia.com/00447225/b/1/Calcium-Carbonate.jpg]
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Tipos de cales: Como se mencionó previamente, la forma más pura que podemos encontrar la cal es en calidad de hidróxido de calcio (Ca(OH)2. Sin embargo, la cal presenta variaciones en sus factores de calidad y procesamiento llevadas en las piedras calizas, así como en los complementos agregados durante su elaboración.
Cal aérea- Este tipo de cal se obtiene a través de compuestos de alta pureza de carbonato de calcio para producir hidróxido de cal- cio. Este compuesto toma este nombre una vez instalado, y a partir de entonces interactúa con la atmósfera para carbonizarse.
Cal hidráulica- Por otra parte, el compuesto de hidróxido de calcio con impurezas presentes – ya sea con arcillas, sales o alúmina, se le conoce como cal hidráulica. Este tipo de cal, durante su etapa de horneado, produce material pozzolánico.
Como los principales beneficios de la cal podemos encontrar (ICE,2009/Rhydwen): - Reducción de juntas de dilatación en los cerramientos. - Reducción de la energía incorporada y emisiones de CO2 en los materiales constructivos – aunque hay que tener muy en cuenta que está cualidad se pierde con el uso excesivo del material. - Gran capacidad para reutilizar o reciclar los materiales de construcción que lo combinan en sus mezclas. -Gran permeabilidad de vapor y capilaridad que protege los materiales de albañilería, prolongando la vida de los materiales al
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protegerlos de la humedad. - Es un material con larga vida útil. A su vez existen las siguientes ventajas (Greenspec, 2011): - Gran capacidad de absorción de CO2 durante el proceso de curado (cales hidráulicas = casi la totalidad de su peso propio / cales no-hidráulicas = aprox. 75%). - Puede ser reciclado, mientras que materiales como el cemento no presentan esta ventaja. - Los bloques que utilizan morteros de cal pueden ser reutilizados, mientras que los de cemento sólo pueden ocuparse como rellenos. - Los muros con mortero de cal pueden absorber la humedad. Ello permite el secado de la mampostería y disminuye el riesgo de desprendimiento. - Son flexibles, evitando así las juntas de dilatación en sus elementos constructivos. Agregados En cantidades menores con respecto a las materias primas descritas anteriormente, en el campo de la construcción con cáñamo los agregados incorporados a la cal comprende arenas sílicas (de materiales arsénicos), piedras trituradas de carbonato de calcio (piedras calizas o conchas), tierra o desechos triturados de tabiques o baldosas de arcilla. Son ocupados en la elaboración de mezclas para enlucidos y recubrimientos, y su presencia dependerá de la resistencia que se quiera incorporar al compuesto, además de influir en las propiedades térmicas del material (ICE, 2009).
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Madera Como ya veremos en la sección “Técnicas constructivas”, gran parte de las soluciones constructivas – principalmente estructurales – involucran elementos de madera para la edificación. Para el uso de la madera es importante considerar aquellas especies, fábricas o centros de distribución que promuevan el uso de madera certificada. En el caso de España el organismo en cargado es el PEFC (Programme for the Endorsement of Forest Certification – Programa de reconocimiento de Sistemas de Certificación Forestal), la cual es “una entidad no gubernamental, independiente, sin ánimo de lucro y ámbito mundial, que promueve la gestión sostenible de los bosques para conseguir un equilibrio social, económico y medioambiental de los mismos”. El uso de madera con estas especificaciones tiene los siguientes beneficios medioambientales (PEFC España): - Es de origen natural. - El uso de maderas bajo este sistema de certificación son recursos ecológicos y renovables, y su aprovechamiento ayuda al aumento de los bosques. - Durante el crecimiento de los árboles fijan o secuestran CO2 – principal causante del efecto invernadero y de cambio climático). - En su transformación implica un menor gasto energético. - Produce desechos biodegradables. - Es reciclable (y en algunas ocasiones puede ser reutilizable).
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- Es un buen aislante natural que promueve el ahorro energético. - La disposición de esta materia prima está garantizada a corto y largo plazo. Para este estudio nos enfocaremos en aquellas especies que puedan ser adecuadas para las soluciones estructurales que involucran a la construcción con cáñamo. Las siguientes especies han sido ocupadas para dicho fin, ya sea como rollo estructural o previamente aserrada en varios sitios – mayormente en Francia e Inglaterra (Allin, 2005):
- Roble (quercus) - Castaño (castanea sativa) - Abeto Douglas / Pino Oregón (pseudotsuga menziesii) - Pino Silvestre (pinus sylvestris) - Alerce (larix) - Abeto Stika (picea sitchesis)
Pinar (Pinus sylvestris) del Valle de Valsaín (España). [http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Pinar_del_valle_de_Valsa%C3%ADn.JPG]
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En el caso de la madera en rollo estructural, dentro de las principales especies españolas utilizadas en la actualidad, o en el pasado, en estructuras de madera y que podrían utilizarse como madera en rollo, así mismo en construcciones con cáñamo son las siguientes (Arriaga, 2010).
- Pino silvestre (Pinus sylvestris L.) - Pino laricio (Pinus nigra Arnold ssp. o Pinus laricio Loud) - Pino pinaster (Pinus pinaster Ait.) - Pino radiata (Pinus radiata D. Don) - Castaño (Castanea sativa Mill.) - Roble (Quercus robur L. o Quercus petraea Liebl.) - Chopo (Populus sp.) - Eucalipto (Eucaliptus globulus Labill.)
En el listado anterior, las especies de pino silvestre y roble (Pinus sylvestris, Quercus robur L. / Quercus petraea Liebl. respectivamente) coinciden con las especies de árbol que se han probado para este tipo de construcciones con cáñamo.
En el caso de las madera aserrada estructural en España, la mayor parte se obtiene con especies importadas del Centro y Norte de Europa; sin embargo, las especies ocupadas en la actualidad o en el pasado para estructuras de madera son las siguientes (Arriaga, 2010):
- Pino silvestre (Pinus sylvestris L.) - Pino laricio (Pinus nigra Arnold ssp. o Pinus laricio Loud) - Pino pinaster (Pinus pinaster Ait.) - Pino radiata (Pinus radiata D. Don) - Castaño (Castanea sativa Mill.) - Roble (Quercus robur L. o Quercus petraea Liebl.) - Chopo (Populus sp.) - Eucalipto (Eucaliptus globulus Labill.)
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Madera en Cataluña En el caso de Cataluña, las principales especies arbóreas disponibles – considerando un panorama que valore los métodos de construcción local – son las siguientes (IEFC, 2011):
- Pinus halepensis - Pinus sylvestris - Quercus ilex - Pinus nigra - Quercus humilis - Quercus suber - Pinus uncinata - Pinus pinea - Fagus sylvatica - Pinus pinaster - Abies alba - Castanea sativa - Quercus petraea - Betula pendula
Al observar esta lista es posible obtener en esta región geográfica las especies de pino silvestre y roble para considerarlas como madera ideal como materia prima en la construcción con cáñamo.
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CAÑA (ARUNDO DONAX) Como un posible complemento estructural a las construcciones con cáñamo, hablaremos de la especie de caña arundo donax. Se trata de otro cultivo milenario, proveniente del norte de la India y del Sudeste de Nepal (Mota i Freixas, 2009), y cuyos usos como material de construcción tienen más de 5,000 años de antigüedad (Broadbent, 2008).
Cosecha de cañas arundo donax en Mataró. autor
En la región de Sumeria, con el nombre de mudhif se le conoce a las principales construcciones de dicha región que emplean la caña como principal material constructivo (aunque llegaron a utilizar de forma secundaria paja y otros materiales naturales). Las cañas eran la materia prima con las cuales se elaboraban enormes arcos parabólicos, mientras que las esteras del mismo material se elaboraban para la cubierta, además de ser dispuestas a manera de celosías – en conjunto con otras cañas amarradas - para la formación de muros (Broadbent, 2008).
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Construcción de un mudhiff first infantry division and fort riley [http://farm6.static.flickr.com/ 5010/5240323709_8390e7c6a7.jpg]
La especie arundo donax es una caña alta y perene que crece en las rieras, una zona caracteriza por ser su alta disponibilidad de agua. En el clima mediterráneo en España, es considerada como una planta invasora y con el índice de crecimiento más elevado del planeta. La caña arundo donax - en condiciones óptimas - tiene una gran velocidad de crecimiento – 0.7 m por semana o 10 cm. por día (Mita i Freixas, 2009) llega a crecer hasta una altura que va entre los 9 – 10 m y tiene la capacidad de rebrotar gracias a las características de su rizoma. Al mismo tiempo, la caña en temporada de crecidas en las rieras – a diferencia de cultivos como el bambú – no almacena el agua y la devuelve en temporadas de estiaje, lo que significa un consumo menor de agua en comparación a otras plantas.
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Construcción con caña arundo donax - UPC Barcelona. autor
Las cañas después del primer año empiezan a presentar ramificaciones, las cuales – pasando al segundo año - comienzan a secarse, lo que indica que la caña ya presenta una resistencia consolidada para su uso en la construcción. Al mismo tiempo se recomienda recolectar las cañas durante periodos de luna menguante, donde la savia de la planta baja al rizoma, lo que disminuye el riesgo de plagas en el resto de la planta una vez cosechada. La forma de reproducción de la caña se lleva a cabo a través de su rizoma, la cual tiene la particularidad de ser regenerativa. Por ello, al momento de cosechar cañas en las diferentes rieras es necesario tomar en cuenta este factor pensando en un crecimiento sostenible de esta planta. Gran cantidad de empresas y ayuntamientos han tomado medidas para erradicarla que, a su vez, presentan un alto impacto en el medio:
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- Arrancando los cultivos a partir del rizoma. Evitando así que una posible segunda cosecha para fines constructivos pueda llevarse a cabo.
-El uso de herbicidas: Los cuales no sólo exterminan la planta, ya que su presencia tienen un alto impacto ambiental negativo.
- Quemarla hasta el rizoma: Lo cual representa emisiones de CO2.
Estructura de caña cubierta con mortero de cáñamo + mortero de cal. Construido por Canya Viva (España) (Cannabric, 2011)
Existen algunos ejemplos en los que esta especie de caña es aplicada en construcciones combinándola con barro y cal aérea. A nivel estructural el barro combinado con el cáñamo puede ayudar a preservar (protegiendo del sol a las cañas) y endurecer la estructura con el tiempo. Sin embargo, pensar por ahora en esta mezcla de cáñamo/barro para el tema de cubiertas por ahora no se ha encontrado una mezcla ligera, por lo que ahora representa un riego.
Actualmente se están tomando medidas en busca de la eliminación total de la planta por ser invasora que las condiciones climatológicas que le permiten, y todo ello sin aprovechar de ninguna forma esta materia prima. También es importante no descartar las cañas arundo donax como una materia prima local a considerar, en especial en las regiones de Valencia y Cataluña donde está presente de forma abundante.
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Tierra El uso de la tierra en la edificación - a través de técnicas como el cob, bahareque, tierra compactada, entre otros – ha demostrado ser un cerramiento muy útil por las propiedades térmicas que le brinda al edificio por su masa térmica, aunque su rendimiento como aislante no es el más adecuado y se auxiliar de otros complementos siendo el cáñamo uno con el cual se experimenta actualmente. Para toda edificación a base de tierra, la arcilla es el elemento más importante. Es muy abundante y fácilmente adquirible. Dentro de la construcción tradicional es considerado como un desecho de las excavaciones realizadas en obra. Sus cualidades dadas por su masa térmica e higroscópicas (propiedad para almacenar y liberar humedad) lo hacen un buen material para regular la temperatura y la humedad (Busbridge, 2009).
Probeta de bloque cáñamo con tierra (Busbridge, 2009)
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Algunos estudios en la materia han enfatizado lo que representa en costos de extracción, energía incorporada y emisiones de CO2 el uso de cal en las construcciones de cáñamo. Por ello algunas personas han recurrido a estudiar alternativas mediante el análisis de las construcciones con tierra – y en particular la arcilla con sus propiedades de aglutinante – y explorar la manera de incorporarlas en las técnicas constructivas con cáñamo para la reducción de impactos. También es cierto que su extracción degrada la tierra y tiene impactos en el medio, pero respecto a otros materiales aún así mantiene un nivel bajo en sus emisiones de CO2 y energía incorporada. Por ello hay que destacar que el reaprovechamiento de los residuos de tierra y arcilla de la construcción tradicional puede aún disminuir sus impactos si se utiliza como material alternativo de construcción en conjunto con el cáñamo (Busbridge, 2009).
Revestimiento con mortero aislante de cáñamo-tierra cannastuc (Cannabric, 2011)
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Un estudio por parte de Ruth Busbridge y Ranyl Rhydwen sobre las propiedades térmicas de los muros monolíticos de cáñamo con arcilla rescatan el potencial que tiene la tierra como una alternativa de menor impacto sobre los muros elaborados con la mezcla de cal y cáñamo. En la parte inicial de sus investigaciones (las cuales todavía se encuentran con algunos puntos por analizar y estudiar) logran observar la similitud de estos muros de cáñamo y arcilla- en cuanto a la base térmica y parámetros se refiere - con los equivalentes de cáñamo-cal. En dicho estudio destacan las siguientes cualidades:
- La arcilla es abundante a nivel mundial y local ampliamente disponible.
- El cáñamo de arcilla es relativamente ligero y seguro de manejar,
- Es reutilizables y biodegradables en su totalidad.
Más adelante se irá profundizando en las propiedades y características que demuestran el potencial de las construcciones empleando cáñamo de arcilla por lo tanto de reducir aún más el impacto ambiental del aglutinante empleado en las técnicas constructivas con cáñamo.
CONSTRUCCIÓN CON CÁÑAMO: MATERIAS PRIMAS
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TÉCNICAS CONSTRUCTIVAS, ELABORACIÓN DE MEZCLAS Y AGLUTINANTES CON CÁÑAMO
Después de explorar las propiedades de la cal – principal aglutinante de las construcciones con cáñamo – tenemos a la cal natural hidráulica como el aglutinante más usado en las primeras construcciones con cáñamo. Si bien se obtenían resultados satisfactorios empleando únicamente cales hidráulicas, estas presentaban variaciones en su calidad: en ocasiones la hidratación era incompleta con esta mezcla, presentando manchas de humedad (acompañado de crecimiento de moho. También el lento establecimiento de la mezcla de cal hidráulica con cáñamo preocupaba a los constructores ante la demanda actual de procesos constructivos modernos (ICE, 2009). ELABORACIÓN DE AGLUTINANTES CON CÁÑAMO Un compuesto de cáñamo/cal se forma con la mezcla de cañamiza, agua y un aglutinante a base de cal. La cal, al combinarse con la cañamiza, protege a la cañamiza de ciertos riesgos a los cuales está sujeta al estar por su cuenta. Con la alta alcalinidad de la cal, se encarga de proteger a los restos de cañamiza de la descomposición biológica, además de protegerla de la humedad y asegurando su resistencia al fuego (Wooley, 2008). Las proporciones de la mezcla de cañamiza, el aglutinante de cal y agua dependerán del uso al que será destinada – muros, suelos o cubiertas – así como en su método de aplicación (ver colocación de la mezcla de cáñamo-cal en la estructura de madera) (ICE, 2009). Compañías como Lhoist o Lime Technologies han trabajado en el mejoramiento de los aglutinantes de cal en las construcciones con cáñamo. En el caso de Lhoist - a través de su marca Tradical - ofrece un aglutinante de cal de alta pureza, combinado con cemento y otros materiales pozzolánicos y minerales adicionales. Lhoist indica que el cemento se basa en la piedra caliza, y bajo lineamientos de sostenibilidad en el uso de energía y procesos.
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El material ha sido probado para ofrecer la calidad y consistencia necesaria para trabajar en conjunto con el cáñamo bajo los siguientes porcentajes (Lhoist, 2011).
- Cal hidratada (50-60% por masa) - Cemento Portland (30-40% por masa) - Materiales pozzolánicos (5-10% por masa)
Consideraciones en el uso de otros aglutinantes o residuos de cañamiza Las compañias proveedoras de estos productos mencionan que el uso de otro tipo de aglutinantes a base de cemento o cal hidráulica que no haya sido diseñada para el uso con cáñamo puede producir malos resultados. Una de las más importantes es por la competividad existente entre el cáñamo y el aglutinante por el agua al interactuar el cerramiento con el ambiente. Entre otras consideraciones hay las siguientes (Lhoist, 2011): - Si el aglutinante no cuenta con la humedad suficiente para los componentes hidráulicos, el resultado puede quedar en una mezcla de cáñamo húmedo /o polvo seco. -La desecación rápida de la cal fresca por el cáñamo puede poner en peligro el conjunto hidráulico de la carpeta, traduciéndose en un empobrecimiento de la calidad de los materiales cuando se utilizan sólo aglutinantes naturales de cal hidráulica. - Debe reducirse al mínimo el nivel de polvo de los aglutinantes de cal, ya que aumenta la tasa de absorción de agua, perjudicando así el conjunto hidráulico de la cal. -La cañamiza debe estar en buenas condiciones aunque es probable que contenga una variedad de esporas de hongos y mohos en los campos.
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Generación de la Mezcla de Cáñamo-cal: En el caso de Tradical, para la elaboración de su mezcla conocida como Hemcrete, se basa en los componentes Tradical HF y HB Tradical. Ambos productos son suministrados bajo una única especificación y se combinan con agua para formar el producto final.
Tradical HF – Se trata de la cañamiza, la cual es cortada, medida y liberada de polvo para cumplir con los requisitos para su uso como material constructivo.
Cañamiza Tradical HF http://www.hemptechnologies.com/ page15/page16/ files/bag-of-shiv.jpg
Aglutinante Tradical HB [http://www. hemphasis.net/ Building/hempcrete/ lakotahempproject/3/ lakotahempcrete. htm]
Tradical HB – Es el aglutinante que combina la cal hidráulica con componentes de cemento y otros agregados inorgánicos para su correcto funcionamiento.
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Para la fabricación del la mezcla de cáñamo con cal, esta puede ser elaborada en sitio respetando las siguientes proporciones de materia prima y que la mezcla sea lo más homogénea posible. Esto se realiza a partir de dos procesos: Con una máquina mezcladora o con una máquina de volteo (Technichanvre, 2011):
Máquina Mezcladora - - -
-2 paquetes de cañamiza (Tradical HF, 20 Kg.) -1 paquete de aglutinante (Tradical HB, 22 Kg.) -60 litros de agua
Máquina de volteo - - -
-3 cubos de cañamiza (Tradical HF) -1 cubo de de aglutinante (Tradical HB) -1 cubo de agua
Estas proporciones son las más comunes para la elaboración de muros, pero presentan variaciones dependiendo del espesor, así como en elemento constructivo a construir (forjados o cubiertas). Las cantidades de agua también pueden variar con el tipo de colocación de la mezcla a emplear en la obra (rociada o apisonado). Estás técnicas serán revisadas más adelante.
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Aplicación de la mezcla de Cal / Cáñamo en obra Un muro o cerramiento elaborado a partir de la mezcla de cáñamo con cal no suele ser un elemento portante o de carga – en el siguiente análisis se entrará en detalle. La forma más común de combinar este material con un elemento estructural es por lo regular con estructuras o marcos a partir de la madera, ocupando las especies que previamente se mencionaron y que trabajan en conjunto con este material. Sin embargo una vez colocado el cáñamo en sitio sobre estos marcos o estructuras de madera, si que llega a trabajar en conjunto asimilando alguna de las fuerzas al trabajar la estructura en conjunto. Como veremos a continuación, el tiempo de secado y curado de un elemento construido con la mezcla de cáñamo/cal va en función de la constitución de la misma, además de factores climáticos. El tiempo promedio es de alrededor de 4 semanas, lo cual puede considerarse una desventaja contra otros métodos de construcción; sin embargo esta mezcla alcanza la solidez necesaria para ser desencofrado casi de inmediato o después de 24 horas (Wooley, 2008).
Entramado de madera: El entramado de madera es la solución aplicada para cumplir con las demandas estructurales del edificio, mientras que con el cáñamo se elaborarán los cerramientos, teniendo óptimas propiedades térmicas alrededor de los marcos de madera (Wooley, 2008). Se trata de un material renovable y ofrece grandes beneficios al satisfacer las demandas de formas de construcción bajo enfoque sostenible.
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Existen varias formas para la elaboración de entramados de madera en la construcción de cáñamo-cal (Allin, 2005). Algunas son las siguientes:
- Entramados de roble - Entramado de postes y vigas. - Marco montante “balloon frame”. - Marco montante aligerado.
También se pueden contemplar elementos prefabricados de madera, algunos que involucran elementos aislantes y también involucrando la mezcla de cáñamo-cal en su cerramiento y pueden ser involucrados en diversas formas dentro de una construcción de este tipo (Wooley, 2008). Las soluciones del cáñamo con cal - en conjunto con la estructura de madera - pueden ser consideradas soluciones versátiles y creativas para la construcción. Las paredes también pueden ser curvas ofreciendo formas “orgánicas” en caso que el diseño así lo requiera (Wooley 2008).
Entramados de madera con encofrado permanente: Cuando la mezcla de cáñamo con cal se coloca dentro de un encofrado permanente se debe tener cuidado en la selección de los paneles, los cuales deben ser de un material transpirable y permeable al vapor. Para estos casos se han utilizado tablas elaborados con madera y magnesita (MgO), llamado Heraklith. Otras soluciones ocupan en la constitución de sus tableros yeso reciclado y fibra de madera (ej: Sasmox), y el caso de Fermacell ocupa yeso y papel reciclado. Estos cumplen con las propiedades de permeabilidad al vapor.
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Colocación de la mezcla de cáñamo-cal en la estructura de madera Algunas de las técnicas de empleo que han resultado exitosas en la construcción con cáñamo se comentarán a continuación. Por lo general los espesores de los muros van entre los 20-50 cm. de espesor en el marco de madera exterior (Wooley, 2008), y en caso que haya sido ejecutado correctamente puede mantenerse sin necesidad de revestimiento interior alguno. Por ahora estás técnicas se encuentran en constante evaluación en busca de reducción de costes y un mejor comportamiento de los cerramientos. Aquí se describen los siguientes:
Apisonado: Como su nombre lo indica, está técnica constructiva consiste en colocar la mezcla de cáñamo-cal en encofrados y apisonarla de forma manual para la elaboración de los cerramientos de una edificación.
Detalle: Cerramiento apisonado (Lhoist, 2011)
Esta solución es recomendable para obras pequeñas o de autoconstrucción, o en sitios donde el coste de mano de obra no sea elevado. La empresa Tradical considera oportuna esta técnica para un uso menor de 70 m3 de mezcla en la obra.
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Detalle Muro de Hemcrete apisonado con encofrado permanente. (Tradical, 2011)
Para la elaboración de la mezcla que será aplicada con este método, se recomienda usar proporcionalmente los siguientes materiales: 16 Kg. de cañamiza, 18 Kg. de agua y 36 Kg. de aglutinante para obtener 0.2 m3 de material (ICE, 2009). Una vez lista la mezcla es depositada sobre el encofrado a una profundidad no mayor a 60 cm. - equivalente a la “longitud de un brazo” (Clarke, 2002) y es manualmente apisonada con herramientas – ya sean de madera o metal – para cumplir esta función. Es importante no compactar demasiado la mezcla, ya que al aumentar su densidad disminuye la velocidad del secado del cerramiento. Después de 24 horas el encofrado puede ser retirado sin dificultad para reutilizarse en encofrados subsecuentes (Tradical Hemcrete 2011).
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Posteriormente, el cerramiento de cáñamo tarda de 2 a 3 semanas en secarse. Esto varía por las condiciones climáticas, siendo ligeramente más lento que el fraguado de los cerramientos de hormigón. Al ser en principio la mezcla suave, esta debe ser protegida de la lluvia y de diversos impactos físicos. De acuerdo con un reporte de BRE sobre casas de cáñamo elaboradas en Suffolk (Inglaterra), está actividad de apisonado puede llevarse a cabo con una cuadrilla de 3 personas al día. Una vez teniendo los encofrados y la estructura montada, una casa estándar de dos niveles puede ser apisonada con dicha cuadrilla entre 8 – 10 días hábiles. Por el momento se está buscando mejorar los procesos para agilizar los trabajos mediante este sistema.
Detalle Muro de Hemcrete apisonado con encofrado provisional. (Tradical, 2011)
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Rociado
Este método es ideal para construcciones grandes y que demandan cierta velocidad en su aplicación (superiores a la producción de 70 m3 de mezcla de cáñamocal). Se trata de una técnica basada en un sistema de aspersión que pueda rociar el material. Para la colocación de la mezcla con este método, se sugiere usar las mismas proporciones del método de apisonado, pero reduciendo su contenido de agua (ICE, 2009). Detalle: Cerramiento apisonado (Lhoist, 2011)
Por medio de esta técnica el material es rociado sobre el encofrado – ya sea temporal o permanente. Este dispone de paneles en el entramado en una sola cara, y es importante que estén suficientemente apoyadas a la estructura para resistir al peso del rociado. Al utilizar esta técnica se garantiza una consistencia en su aplicación, la cual no puede ser asegurada al apisonar el material (Wooley, 2008).
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Detalle Muro de Hemcrete rociado por el interior (Tradical, 2011)
Detalle Muro de Hemcrete rociado por el exterior (Tradical, 2011)
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ELEMENTOS PREFABRICADOS Bloques Dentro de la construcción con cáñamo se puede encontrar en su gama de materiales alternativas constructivas a base de bloques. Este puede ser fabricado en sitios que no dependan de las condiciones óptimas para el cultivo de cáñamo. Algunos han utilizando en su mezcla una mayor proporción de aglutinante de cal e incorporando arena como agregado, ofreciendo un cerramiento más denso y fuerte (Wooley, 2008). Por ello es posible lograr una resistencia a fuerzas de compresión, pero reduciendo sus propiedades térmicas al incrementar su densidad (lo que representa menor cantidad de aire en el cerramiento).
Bloques de cáñamo marca Cannabric Autor
En el caso de España, Cannabric – cuya fábrica de bloques se ubica en el poblado de Guadix, Granada (y próxima a poner en funcionamiento otra en Australia) ofrece un bloque macizo a partir de cáñamo y aglomerantes naturales. Se trata de un bloque autosuficiente – por lo que una estructura o entramado no es requerido – y tiene las mismas propiedades térmicas, acústicas y una gran inercia térmica (Cannabric, 2010). Además este producto ha sido ensayado y evaluado en laboratorios homologados,
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Fábrica de bloques de cáñamo Cannabric Autor
cuyos detalles y propiedades serán descritos más adelante. Otro ejemplo de bloque es el que elabora la empresa francesa Technichanvre, la cual fabrica bloques elaborados con cáñamo, cal y tierra, aunque dependen de un marco de madera al no ser auto- portantes (Technichanvre, 2011). Chanvribloc – también procedente de Francia – maneja una grama de bloques con variedad de espesores que van de 10-30 cm. acompañada por una estructura de apoyo. El interior de los muros y tabiques están revestidos por conveniencia con mortero de cal, arcilla o yeso. En general, el sistema de construcción con bloques cáñamo presenta algunas desventajas con respecto a los dos procesos anteriores. La elaboración de los bloques tiene que hacerse con mucha anticipación, por lo cual es más lento que los anteriores. Además requiere de la elaboración de mortero de cal para poder unir las piezas, por lo que dicha producción de cal encarece el proceso. Mientras tanto, al no necesitar de la presencia y elaboración de las materias primas in situ, está puede ser una buena alternativa comercial en la construcción actual al mejorar estás desventajas mencionadas.
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Paneles Algunas empresas que han comenzado a desarrollar sistemas prefabricados a partir del cáñamo industrial. Entre estos destacan diferentes versiones de paneles hechos con cáñamo tanto para exteriores como interiores que poco a poco buscan competir contra productos tradicionales de construcción. La empresa Cannabric ofrece un producto patentado llamado cannapanel. Este está compuesto por tierra estabilizada, paja y fibra de cáñamo cuyas formas y tamaños pueden adaptarse a los requerimientos que tenga el proyecto. Cuenta con ganchos para poder ser transportado y colocado mediante grúas para ser fijado en estructuras portantes.
Panel prefabricado por Cannabric: Cannapanel [http://www.cannabric.com/catalogo/cannapanel/]
Panel denso elaborado por Technichanvre: Technicompact [http://www.technichanvre.com/-Panneaux-denses-]
Hemp Technologies, por otra parte, ofrece el producto Hempboard, el cual es un tipo de fibra de densidad media con los interiores leñosos de la planta del cáñamo, siendo muy similar a una tabla de madera aglomera-
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da. Se puede utilizar en una variedad de proyectos al tener una superficie característicamente suave y uniforme coherencia. Este producto se vende en hojas de 4 x 8 cuatro por ocho pies, que puede variar en espesor de 1 / 4 de pulgada a 1 pulgada. Esos no se deforman lo que la hace una opción ideal para los gabinetes, en sustitución de un tablón de madera aglomerada o planchas de fibra de alta densidad. Debido a que no se deforma, es también se utiliza bastante en los baños para armarios o en la humedad alta que no aplicaciones. Para la elaboración de paneles de aislamiento existen diferentes productos elaborados a partir de fibras de cáñamo disponibles en rollos, fieltros o paneles. Technichanvre ofrece un panel Technicompact, compuesto por fibras de cáñamo (85%) y una carpeta sintética estable (15%). Este puede emplearse en muros (acompañado por marcos de madera), falsos techos y demás divisiones interiores.
Panel denso prefabricado por Technichanvre: Technicompact (lime technologies, 2011)
Como alternativa de prefabricación en muros exteriores, Hemclad ofrece un sistema prefabricado para naves industriales y oficinas. Este panel prefabricado es elaborado por la empresa Lime Technologies. Está hecho con materiales biocompuestos para exteriores. Son colocados en un armazón de acero (aunque enmarcados con madera) y mejora el desempeño térmico , la densidad de aire, así como el incremento de su proceso constructivo.
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Cáñamo / Tierra Al analizar los sistemas anteriores hemos podido notar las ventajas ecológicas que ofrece el cáñamo, sin embargo al buscar introducir tierra en este compuesto, busca reducirse el uso de cal en estas construcciones por la alta energía incorporada que tiene. La mezcla de cáñamo con otros materiales para elaborar cerramientos y otras soluciones constructivas parece ser una alternativa viable. El caso del cáñamo con tierra tiene buen potencial en estas construcciones, aunque representa ser un compuesto muy pesado y sus propiedades de aislamiento se reducen notablemente. Este sistema funciona de forma similar a otras formas de construcción con tierra. No olvidemos que la construcción con tierra ha sido estudiada a profundidad. Pro el momento se están haciendo estudios sobre el comportamiento de cerramientos con tierra y cáñamo y las ventajas y desventajas que tiene con respecto a la mezcla de cáñamo-cal (Busbridge, 2009). El sistema de cáñamo con tierra, dentro de lo que se ha trabajado y desarrollado, se ha mostrado que tarda mucho en secar; sin embargo puede llegar a endurecerse notablemente y, para una construcción que busque ser una alternativa de “cero-emisión” presenta cierta viabilidad (Wooley, 2008). Elaboración de acabados y recubrimientos con cáñamo industrial Las construcciones empleando cáñamo industrial pueden adquirir una apariencia similar a las que se obtienen con la utilización de materiales tradicionales de construcción. La oferta de productos y materiales utilizados para acabados en edificaciones de cáñamo cal comparten las mismas ventajas en cuanto a bajo impacto ambiental y procedencia de tipo natural se refiere.
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Para la protección de cerramientos de cáñamo expuestos a condiciones climáticas donde la lluvia predomina, se recurre a la colocación de paneles de madera como envolvente. Para su respectiva protección (también para elementos estructurales aparentes de madera) hay gran cantidad de protectores y acabados naturales, elaboradas a partir de ceras y aceites que permiten su resistencia al desgaste. Todo ello sin tener que utilizar protectores con productos químicos que eliminan la posibilidad de la madera de ser biodegradable. La gran mayoría de estos materiales también son elaborados a base de cal. En el caso de los enfoscados se recurre a mezcla de cáñamo-cal, disponibles industrialmente a través de las mismas empresas como Tradical. En estos casos se recomienda el uso de cañamiza de bajo gramaje y combinada con arena para ofrecer una mayor resistencia a la intemperie y una mejor adherencia a los cerramientos.
Colocación de acabado con mortero de cáñamo [http://www.hemporium.com/gallery.php?gal=37]
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Para incorporar colores en los acabados, existen pinturas y pastas elaboradas con cal y combinadas con pigmentos de procedencia natural que permiten – a diferencia de las pinturas de procedencia petroquímica – una gran calidad de adhesión al ser compuestos que mantienen humedad necesaria para no secarse y mantener la permeabilidad del vapor en los sistemas presentes en sus cerramientos (Allin, 2005). Para una capa protectora adicional a las baldosas y muros interiores, existe una oferta de aceites y ceras naturales que pueden ser utilizadas. Uno de los más comunes es el aceite de linaza, materia prima recurrente en las baldosas de linóleo cuyas superficies son de alta resistencia y de fácil mantenimiento.
En caso de no querer acabados aparentes de enfuscados de cáñamo/ cal también es posible recubrirlos con diferentes materiales. Es recomendable el uso de materiales naturales, y entre estos el uso de materiales de barro (terracota) funcionan bien por su respirabilidad y procedencia natural, a pesar de algunos impactos incluidos en su proceso de fabricación (Allin, 2005).
Interior de una casa de cáñamo [http://www.easyecobuild.com/ images/slider/Interior-of-ahemp-house.jpg]
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Ejemplos: A pesar de ser una técnica constructiva reciente, ya cuenta en su haber con varios ejemplos de aplicación, principalmente en países como Francia, Inglaterra, España y Estados Unidos - a pesar que en estos momentos el cultivo de cáñamo industrial es ilegal, por lo que han tenido que importar los materiales desde Irlanda en algunos casos.
Casa de cáñamo en Asheville, Carolina del Norte - primera construida con cáñamo en Estados Unidos [http://www.hemp.com/2011/01/first-in-the-country-an-asheville-house-made-of-hemp/]
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The Wine Society (2008):
The Wine Society [http://www.limetechnology.co.uk/hemclad.htm]
Se trata de un almacenamiento de vino en Stevenage, Hertfortshire (Inglaterra). Su construcción recurrió a un sistema de paneles prefabricados de 3.6 x 2.40 m. En sus 40 cm. de espesor se colocó la mezcla de cáñamo-cal con sistemas de rociadores. Una vez elaborados fuera del sitio, se transportaron y colocados dentro de una estructura de acero.
Por requerimientos de apariencia, se requirió el uso de una fachada metálica en su exterior. Al dejar un pequeño paso de aire entre los paneles prefabricados hemclad se pudo mantener el funcionamiento pasivo de los muros de cáñamo-cal. Cuenta con un ahorro energético anual de 45%, además de crear un ambiente interior adecuado para el almacenamiento de vino por la inercia térmica dado por los cerramientos de paneles elaborados con cáñamo-cal hemclad (lime technologies, 2011).
The Wine Society [http://www.americanlimetechnology.com/ portfolio/the-wine-society/]
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The Wine Society (lime technologies, 2011)
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Orwell Housing: 26 eco-casas de bajo coste (2008). Este conjunto de 26 casas, ubicadas en Suffolk, Inglaterra, fue diseñado con el fin de atender una creciente demanda de casas de bajo coste económico. Además, contaba con la restricción de evitar el uso de “prótesis” en intervenciones ambientales en los exteriores, por lo que había que encontrar alternativas ajenas a paneles solares y buscar estrategias de desempeño pasivo en el diseño y materiales a ocupar en las casas. Con las ventajas que ofrece el cáñamo en el desempeño térmico y al ser un material sostenible.
Orwell Housing [http://www.americanlimetechnology.com/portfolio/orwell-housing-association/]
Para el mantenimiento de los bajos costes energéticos se complementó con aislamiento térmico con paneles de lana de oveja y un sistema comunitario de biomasa, complementado con un sistema de reuso de agua pluvial.
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Nauhaus (2011) Está localizada en Asheville, Carolina del Norte (E.U.A.). Consiste en un prototipo de viviendas de tipo sostenible, tratando así de mantener la mayor eficiencia energética y el mejor aprovechamiento de los recursos naturales en su construcción y desempeño. Nauhaus [http://www.hemp-technologies.com/ page14/page38/page41/page42/page43/ files/page43-1050-full.html]
El primer prototipo - elaborado con cerramientos de cáñamo industrial - está actualmente en construcción bajo los parámetros de certificación de sellos ecológicos, apuntando a ser la primera vivienda de cáñamo con la certificación platino de LEED y Passivhaus en el mundo.
Nauhaus: Colocación de acabado exterior [http://www.hemp-technologies.com/ page14/page38/page41/page42/page43/ files/page43-1040-full.html]
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Nauhaus: Entramado de madera [http://www.hemp-technologies.com/ page14/page38/page41/page42/page43/ files/page43-1030-full.html]
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Vivienda en hilera (2005). Esta vivienda de dos plantas - localizada en Madrid - se construyó con bloques prefabricados de cáñamo industrial Cannabric en sus muros de carga, complementado con una cimentación de hormigón armado, forjados de viguetas de hormigón armado y bovedillas cerámicas, y con una cubierta hecha de cerchas y viguetas de madera. Gracias al uso de los cerramientos con cáñamo no requirió sistemas alternativos de energía.
Vivienda en hilera: Vista exterior [http://www.cannabric.com/proyectos/ clientes/vivienda_en_hilera_2005/]
Vivienda en higuera: Construcción [http://www.cannabric.com/proyectos/ clientes/vivienda_en_hilera_2005/]
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Costos: La construcción con este tipo de materiales está en constante desarrollo e investigación, buscando mejorar el desempeño de los materiales, así como en ser económicamente competitivo con el resto de materiales tradicionales de construcción que hay en el mercado. En el caso del Reino Unido se sigue trabajando en medidas para hacer más competitivos en términos de costos sus sistemas con respecto a la oferta actual de materiales de construcción. El sistema de rociado de mezcla de cáñamo /cal, los costos van entre los 132-166 euros* /m2 mientras que los cerramientos apisonados de 50 cm. de espesor van de los 204-260 euros* / m2. Estos sistemas compiten contra precios de materiales tradicionales como blocks de hormigón o ladrillos estándar que van entre 110-166 euros* / m2 (Tradical, 2011).
Muro: Sistema de rociado (30 cm.)
MARCO DE MADERA: 31 € / M2 MEZCLA DE HEMCRETE: 75 € / M2 ENLUCIDO DE CAL 34.2 € / M2 ACABADO DE CAL 34.2 € / M2 TOTAL
174.4 € /M2*
Muro: Sistema encofrado y apisonado (30 cm.) MARCO DE MADERA: 31 € / M2 ENCOFRADO 22 € / M2 MEZCLA DE HEMCRETE: 88 € / M2 ENLUCIDO DE CAL 34.2 € / M2 ACABADO DE CAL 34.2 € / M2 TOTAL
209.4 € /M2*
Precios por m2 de procesos constructivos con cáñamo industrial (Tradical, 2011)
* precios equivalente a euros (originalmente cotizados en libra esterlina)
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La reducción de costos está en constante experimentación, buscando que pueda producirse con medidas como la simplificación en detalles constructivos, reducción en secciones de entramados estructurales y cimentaciones, la reducción de capas (límitadas únicamente el exterior y el uso de elementos con acabados en su prefabricación (ej. encofrados permanentes). En el caso de España la oferta actual de materiales de construcción con cáñamo industrial resulta cada día más competitiva en cuanto a precios se refiere. En el caso de los productos que ofrece Cannabric, el sistema de ladrillos prefabricados de cáñamo se cotiza en 90 euros /m2, mientras que los muros compactados están en 70 euros /m2 y su sistema de prefabricación cannapanel oscila entre los 84-89 euros /m2. En cuanto a los paneles de aislamiento Thermohanf, estos se cotizan entre los 4.35-19 euros /m2. Si bien el sistema de Cannapanel resulta sólo 4 euros más caro con respecto a paneles prefabricados de hormigón, aun queda por reducir costos ante sistemas constructivos como los bloques de hormigón (entre los 50-67 euros /m2). Sin embargo, es una tecnología que aun tiene mucho por desarrollarse y que actualmente su reducción de costes se encuentra con la eficiencia energética en el funcionamiento de los edificios, así como el bajo coste ambiental que tiene contra la construcción tradicional, por su capacidad de secuestrar kilogramos de CO2 y su fácil reutilización.
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
PROPIEDADES DE LOS CERRAMIENTOS ELABORADOS CON CÁÑAMO INDUSTRIAL
Comportamiento estructural: Los cerramientos de cáñamo-cal tiene un comportamiento débil en comparación con cerramientos elaborados con otros materiales constructivos. A excepción de unos cuantos sistemas constructivos (como el bloque de cáñamo Cannabric), su aplicación se acota por ahora en ser utilizado como material de relleno, acompañado por marcos estructurales encargados de soportar las cargas del edificio (Forde, 2008). Al recurrir a superestructuras de entramados de madera para soportar dichas cargas combinando materiales derivados del cáñamo, es importante entender el comportamiento mecánico de estos cerramientos, ya que este se encuentra expuesto a cargas laterales de viento, además de complementar (aunque no significativamente) las cargas soportadas por el entramado. Las resistencias comunes a la compresión de la mezcla cal y cáñamo dependerán del tiempo, densidad y de los componente de la mezcla. La densidad y la ligereza del compuesto puede variar en función al lugar donde será colocado: muro de carga, cubierta, suelo, etc. Dichas resistencias se encuentran entre los 0,2 a 2 N/mm2 (Forde, 2008), aunque la gran mayoría de las pruebas con cilindros no exceden de 1 N/mm2 (Wooley, 2008), con un módulo elástico en el rango de los 10-100 N/mm2. En cuanto a las pruebas de flexión que se han hecho hasta el momento, sus resultados van entre los 0.2 – 0.4 M/mm2, y dichas resistencias siguen siendo investigadas actualmente. En el caso de los bloques de Cannabric – que se caracteriza por ser una solución autoportante para cerramientos de cáñamo cal – tienen una resistencia a la compresión que varía de 1,3 N/mm2 (a los 28 días) y 1.5 N/mm2 (a los 90 días), así como una resistencia a flexión de 0,6 N/mm2 (a los 28 días).
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Ventilación y humedad Los cerramientos elaborados con cáñamo industrial tienen la particularidad de controlar la humedad gracias a las propiedades de los materiales naturales presentes en los cerramientos, principalmente por las propiedades higroscópicas de la cañamiza. Se entiende por esta propiedad a la capacidad del material para absorber humedad y posteriormente regresarlo al ambiente en respuesta a las condiciones atmosféricas. Los cerramientos de cáñamo y cal son muy permeables en términos de ventilación, permitiendo la salida fácil de altas concentraciones de aire húmedo del inmueble. Otros materiales con estas propiedades son la madera y la cal, mientras que los materiales sintéticos o el hormigón padecen de estos beneficios (Wooley, 2008). Los beneficios que presentan los cerramientos con este comportamiento es una buena calidad del aire interior y minimiza los riesgos de condensaciones. A su vez, también permite mejorar la durabilidad de los marcos estructurales metálicos o de madera al prevenir la exposición de los mismos a la humedad. Es recomendable mantener una humedad relativa en el interior de una edificación entre el 40-50% y no exceder del 70%, ya que al salir del rango puede que se generen condiciones desfavorables dentro del inmueble en lo que a salud se refiere (Wooley, 2008). Gracias a estas propiedades mencionadas, los muros elaborados con cáñamo pueden lograr de forma pasiva dichos rangos de humedad interior de forma constante (Wooley, 2008).
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
Propiedades Térmicas: Es importante entender el comportamiento térmico de estos materiales derivados del cáñamo para lograr satisfacer tanto necesidades de confort térmico como de desempeño energético en el funcionamiento de una edificación. Por medio del análisis de este tipo de cerramientos, se está buscando una alternativa de material que pueda satisfacer, en términos sostenibles, la minimización del flujo de calor, reduciendo los consumos energéticos de todo el edificio. Conductividad térmica (Valor W/mk) El aislamiento térmico es un factor importante a evaluar en los edificios para buscar la reducción de sus consumos de energía. Mientras mejor sea el aislamiento, más bajos serán las pérdidas de energía en el caso de las diferencias de temperatura entre el interior y el exterior. Se considera como material de aislamiento aquel que cuenta con un índice de conductividad térmica menor a 0.1 W/mK., y mientras esta cifra descienda, mejor será el desempeño del material Se han hecho varios estudios y se ha llegado a una cifra conservadora de conductividad térmica de compuestos de cáñamo de 0.09 W/mK (Wooley, 2008). Los Valores de conductividad Térmica del cáñamo recién establecidos varían por la densidad de los cerramientos y la presencia de humedad en los mismo, obteniendo cifras entre 0,07 y 0,15 W / mK. Los sistemas de muros Tradical Hemcrete registran una conductividad de 0,07 W / mK para muros rociados y con una densidad de 330 Kg / m3, y para muros apisonados un rango que va de los 0,07 -0,11 W / mK con una densidad variable entre los 330-480 Kg/m3 (Lhoist, 2010). A medida que estos compuestos van secándose, su conductividad térmica mejora.
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También en otros materiales derivados del cáñamo se pueden tener cifras de conductividad térmica. Los paneles de cáñamo tienen una conductividad térmica entre los 0.04 y 0.045 (Hegger, 2008). Productos como Isonat - elaborado con fibras de cáñamo – son adecuados tanto para muros exteriores como para aplicaciones interiores y cuenta con una conductividad térmica de 0.039 W/mK (para una densidad de 35 Kg/m3) (Forde, 2008). En el caso del bloque Cannabric, este presenta un coeficiente de conductividad térmica de 0,19 W/ m K. Transmitancia Térmica (Valor U=1/Rt - W/m2k) Se entiende por este concepto a la tasa de transferencia de calor a través de un metro cuadrado de una estructura dividida por la diferencia de temperatura a través de la estructura (Forde, 2008). Es una función de las propiedades de conductividad térmica de los materiales constitutivos, medido en “estado estacionario” y varía con espesor de los materiales. Sigue siendo un concepto común utilizado para la comparación de cualidades de aislamiento térmico de diferentes construcciones. Algunas investigaciones se han llevado a cabo sobre el tema. En cuanto a la transmitancia térmica de este tipo de cerramientos, para un muro de 300 mm., Lhoist maneja un valor teórico de 0.29 W/m2.K, mientras que varios estudios manejan valores U de 0,23 - 0,36 W/m2.K . Estos valores no son estáticos al no encontrarse en estado de equilibrio los edificios que emplean estos materiales. A diferencia de los métodos de construcción convencionales, el desempeño de cáñamo-cal edificios es mucho mejor que lo sugerido por el U-valor, esto debido a que las propiedades higroscópicas intervienen en la transmitancia térmica. En respuesta al incremento de la temperatura y el cambio en la humedad relativa, la energía latente es utilizada para transformar el agua en vapor y ser liberada del material. Inversamente - al enfriarse el material - el calor es liberado y el vapor es nuevamente absorbido. Es así como la cañamiza reacciona con los cambios en el ambiente (Forde, 2008).
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
3500
cáñamo-cal madera
Capacidad Calorífica (inercia térmica KJ / m3K)
3500
hormigòn celuar ladrillo de arcilla
2500
lana mineral hormigón (portland)
2000 1500 1000 500
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Humedad Relativa (%)
Capacidad calorífica (inercia térmica) de materiales en la construcción en relación con la humedad (Evrard, 2008)
EMISIONES DE CO2 Y CICLO DE VIDA: Se refiere al total de las emisiones de gases de dióxido de carbono (CO2) asociadas con la energía incorporada en el mismo – la suma del total de energía primaria consumida en la elaboración y distribución de un producto: Extracción, transporte, producción, empaquetado y entrega. Los edificios de cáñamo-cal pueden reducir significativamente las emisiones de CO2 con la captura o secuestro de carbono, gracias a la cañamiza en el interior de la estructura del edificio. Algunas cifras se expondrán a continuación, y por lo general indican que se emiten aproximadamente 110 Kg/m3 de CO2. Estas emisiones tienen la posibilidad de ser reducidos a cero o incluso menos y se está trabajando al respecto.
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Cáñamo La cañamiza maneja una cifra –basada en las densidades comunes del material – de contenido de CO2 incorporado de 1.84 Kg. por cada Kg. de cañamiza (Forde, 2008). Esta cantidad se basa en la baja densidad aparente, lo que significa que los gastos de almacenamiento, costos de transporte y las emisiones asociadas de CO2 por tonelada son altos. La producción local reduce el costo y la energía incorporada de la cañamiza y es esencial si el cáñamo quiere llegar a ser competitivo (Busbridge, 2009). Por cada tonelada, las salidas por transporte de mercancías entre 7,5 y 18 kgCO2 por kilómetro (Busbridge, 2009). Con ello, la energía incorporada de cáñamo se ha calculado en alrededor de 1.4MJ/Ton, lo que equivale a 0,14 kgCO2 / Ton (factores de conversión citados por CSIRO112008). Este dato resutlta insignificante en comparación con el 1.83 toneladas de CO2 secuestrado por tonelada de cañamiza (Busbridge, 2009). Aglutinante de cal El aglutinante de cal tiene emisiones de CO2 de 0.43 Kg. por cada kilogramo de producto, asumiendo la carbonización completa de la cal (Forde, 2008). Uno de los problemas que tiene la cal como materia prima para elementos constructivos es la alta cantidad de energía incorporada en sus procesos, además de su asociación con la pérdida de biodiversidad. En la actualidad la extracción de cal se hace a gran escala y la energía incorporada va alrededor de los 800 Kg./Ton (0.80 Kg. de CO2 por cada Kg. de cal). En el caso de España esto está cuantificado en 0.83 KgCO2 / Kg. (ITEC, 2011) y esto deriva de las siguientes actividades:
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- Costes del transporte de material pesado.
El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
-La contaminación hornos de cal utilizan combustibles fósiles.
Para minimizar el impacto ambiental de la cal, se debe utilizar en cantidades pequeñas, además de trabajar su extracción y quemado a nivel local, además del mejoramiento de la eficiencia de sus hornos con el uso de biomasa como combustible. Con ello se reducirían significativamente las emisiones de dióxido de carbono, la contaminación, los residuos, requisitos de transporte y la explotación del paisaje para la actividad minera (Rhydwen, 2009). De tomarse en cuenta lo anterior, esta cuantificación llega a reducciones importantes que van de los 0.88 Kg. a 0.33 kg. de CO2 / Kg. (La ICE maneja este dato en 0.40 Kg. de CO2 /Kg.). Esto, en comparación con el cemento Portland representa menos de la mitad (aprox. 0.80 Kg. de CO2 / Kg). Además, durante el proceso de carbonización, puede llegar a llega a reabsorber gran cantidad de CO2 a una velocidad mayor a la que lo hace el cemento (ICE, 2009). Es importante mencionar que los aglutinantes de cal presenta ventajas sobre el cemento. En un estudio se han llegado a comparar las emisiones de CO2 para la producción de cal y cemento, llegando a concluir que en la producción de morteros de cal se emiten menos de 20% de CO2 y menor cantidad de energía que en la producción de morteros de cemento - 1450° para unir cal y sílica para formar cemento portland vs. 900°C para obtener cal (Rhydwen, 2009). Madera certificada De acuerdo con datos del ITEC, las emisiones de CO2 de la madera se ubican aprox. en 60 Kg. de CO2 por cada tonelada de madera ocupada (0.06 Kg CO2/Kg.). Esta información penderá mucho de la especie, técnica de extracción, el procesamiento y el nivel de limpieza y protección de la misma.
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Totalidad del Sistema Resumiento los procesos llevados en las materias primas, llegamos a un total de CO2 incorporado es de 110 Kg. de CO2/m3 o 33 Kg de CO2/ m2 para un muro de 30 cm. de cáñamo-cal, aunque esta cifra puede variar por la densidad de la mezcla y por la técnica empleada en la colocación del material (Forde, 2008).
emisiones de CO2 94 Kg.
1 M3
aglutinante de cal 220 Kg.
+ captura de CO2
=
-
Cañamiza 110 Kg. 202 Kg.
=
CO2
= 33 Kg. M
108 Kg. captura de CO2 neto
2
(ESPESOR= 30 CM.)
Captura de CO2 del sistema constructivo de cáñamo industrial (Forde, 2008, Wooley 2008)
116
El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
Así mismo esta puede reducirse al disminuir la cantidad de cal en la mezcla, como ocurre en las proporciones utilizadas para la construcción de cubiertas con este material. En el estudio de Wooley se llega a una cantidad cercana de 108, kg. CO2 / m3, desglosando 1 m3 de cerramiento de cáñamo con los siguientes materiales y sus respectivas emisiones. Cabe aclarar que a estas cantidades de energía incorporada se tendrán que agregar todo lo que ocurre “en sitio” para la elaboración de la mezcla y colocación de los materiales. Ventajas y conclusiones sobre las técnicas y propiedades de la construcción con cáñamo industrial: - El cáñamo industrial – principalmente la cañamiza y las fibras – tiene la posibilidad de trabajar en conjunto materiales naturales para la elaboración de diferentes soluciones constructivas. - La gran mayoría de los materiales que trabajan con el cáñamo industrial pueden obtenerse de forma local, tienen bajos impactos ecológicos y tienen la capacidad de cerrar sus ciclos de renovación. Actualmente se están explorando reducir estos impactos con otros materiales (como la tierra), aunque aun presenta desventajas técnicas y de funcionamiento. - Actualmente con la combinación de materiales - especialmente con la cal – el cáñamo es posible trabajarlo en diversidad de sistemas de aplicación según la demanda de los proyectos. Tanto la oferta de trabajos en sitio (apisonado o rociado) como los elementos prefabricados pueden competir con métodos y materiales industriales y tradicionales en la construcción actual. - A lo largo de diversos ejemplos es posible ver la gama de alternativas en las que pueden ser aplicadas la oferta actual de construcciones con cáñamo, así como su viabilidad económica que paulatinamente está reduciendo sus costos con el mejoramiento de sus sistemas constructivos.
PROPIEDADES DE LOS CERRAMIENTOS ELABORADOS CON CÁÑAMO INDUSTRIAL
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- En comparación con la oferta actual de materiales de construcción, su reducción de costes y sus ventajas se encuentran con su bajo impacto ambiental, la eficiencia energética que ofrece en el funcionamiento de sus edificios y en el bajo coste ambiental al ser reutilizable y con gran capacidad de secuestrar carbono. - En cuanto a las propiedades de los cerramientos presentan un gran desempeño térmico en su conjunto. Si bien sus niveles de conductividad y transmitancia térmica son adecuados para dicho fin, su manejo de la humedad ofrecen ventajas en el desempeño del edificio que no puede obtenerse con otro tipo de materiales. - Aunque presenta bajos impactos en sus emisiones de CO2, es importante la búsqueda de sustitutos de cal al ser este un material que – aunque sea capáz de cerrar su ciclo de forma natural en los cerramientos de cáñamo – presenta en sus etapas de extracción y procesamiento importantes impactos al entorno.
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
Al haber repasado las implicaciones que tiene el cultivo de cáñamo, su viabilidad para ser cultivado en España y las diferentes técnicas constructivas, propiedades físicas y comportamiento del material en la construcción, procederemos a un caso de estudio donde se revisará su aplicación al crecer cáñamo en un sitio para la edificación de un modelo constructivo. Para ello analizaremos las cantidades de producción de cáñamo, así como la comparativa con un modelo de prefabricación tradicional con un ejemplo paralelo, sustituyendo sus detalles constructivos al utilizar cáñamo y sus soluciones constructivas en la medida posible. Localización Para seguir la línea de investigación en torno a España – y la ciudad de Barcelona en específico -, el lugar donde se desarrollará el caso estudio será en el municipio de Argentona. Se encuentra dentro de las coordenadas 41° 33’ 12.25’’ N y 2° 24’ 23.42” E. Como referencias podemos comentar que se ubica cerca de la provincia de Mataró (4 km.) y a 30 km. de la ciudad de Barcelona.
Municipio de Argentona, Catalunya (Servei Meteorològic de Catalunya)
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Descripción del sitio: Para la elaboración del caso-estudio, se eligió un solar que por normativa, características del suelo y su ubicación - intermedia entre un entorno urbano y rural- pudiera ser adecuado en principio para el cultivo de cáñamo (la materia prima principal en esta investigación). La finca en la cual se lleva a cabo este estudio se localiza bajo la referencia de “polígono 16, parcela 25, Sot de Can Calopa, Argentona (Barcelona)”. De acuerdo a la referencia catastral, este solar está catalogado como de tipo “agrario”. El solar está dividido en varias subparcelas, de acuerdo con la información gráfica catastral. La sección a trabajar será la “A” con categoría de “Huerta Regadio” y con una superficie total de 2,3857 Ha.
Vista aérea del municipio de Argentona (Catalunya) y vista de subparcela. (Google Earth)
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Subparcela A, polígono 16, parcela 25, Sot de Can Calopa, Argentona (Barcelona)”. [Dirección General de Catastro (SGH).]
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Datos climáticos Barcelona y sus alrededores tienen un clima de tipo mediterráneo, el cual se caracteriza por ser de tipo templado durante sus inviernos (aunque llegando en ocasiones a temperaturas por debajo de los 0°C) y por veranos secos y calurosos. En el caso particular de Argentona podemos describir los siguientes datos climatológicos: Resumen estación Cabrils-UP (Maresma) 2008
PPT
Tmm
Tabla de precipitación media anual (PPT) y temperatura media anual (Tmm)- Estación Cabrils - UP (Servei Meteorològic de Catalunya-2008)
124
Tnn
dic
nov
oct
sep
ago
jul
jun
abr
may
0 -5 -10 -15
feb
15 10 5
mar
abr
mar
feb
ene
-5
45 40 35 30 25 20
ene
0
673,7 mm 16,4 °C 20,6 °C 12,4 °C 32,1 °C (21/06/2008) 0,9 °C (21/06/2008) 1,2 m/s N 71 % 15,2 MJ/m2
Temperatura (°C)
25
0
Precipitación (mm)
5
dic
50
nov
75
10
oct
100
15
sep
20
ago
125
jul
150
25
jun
30
may
Temperatura (°C)
Precipitación acumulada (PPT) Temperatura media (Tmm) Temperatura máxima media (Txm) Temperatura mínima media (Tnm) Temperatura máxima absoluta (Txx) Temperatura mínima absoluta (Tnn) Velocidad promedio de viento (a 2 m) Dirección dominante (a 2 m) Humedad Relativa promedio Media de la irradiación solar diaria
Txx
Tabla de temperatura mínima absoluta anual (Tnn) y temperatura máxima absoluta anual (Txx)- Estación Cabrils - UP (Servei Meteorològic de Catalunya-2008)
El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
30
30
27
25 Temperatura (°C)
24 21 18 15 12 9 6
20 15 10 5
Dias c/heladas (Tn=/-0ºC)
Tnm
Tabla con número de días con heladas anual - Estación Cabrils - UP (Servei Meteorològic de Catalunya-2008)
NW
7 6 5
dic
nov
oct
sep
ago
jul
jun
may
abr
mar
feb
-5 dic
oct
nov
sep
jul
ago
jun
abr
may
feb
mar
ene
0
ene
0
3
Txm
Tabla de temperatura mínima media anual (Tnm) y temperatura máxima media anual (Txm)- Estación Cabrils - UP (Servei Meteorològic de Catalunya-2008)
N
N NW
NE
4 3
30%
NE
20%
2
10%
W
E
SW
W
E
0%
SW
SE S
SE S
Velocidad del viento promedio a cada dirección (m/s)
Gráfica de velocidad de viento promedio Estación Cabrils - UP (Servei Meteorològic de Catalunya-2008)
Rosa de los vientos
Gráfica de la rosa de los vientos -Estación Cabrils - UP (Servei Meteorològic de Catalunya-2008)
Recapitulando un poco sobre el clima adecuado para el cultivo de cáñamo industrial y las características climáticas del sitio a trabajar, podemos ver los siguientes puntos: - El sitio está entre los paralelos 25 y 55 (41° 33’ 12.25’’ N), por lo que la zona puede considerarse de tipo natural para el crecimiento óptimo de la planta.
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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- La temperatura media entre los meses de abril y septiembre (la temporada ideal para ser cultivada) cuadra con la temperatura media en el sitio durante dicho periodo. - En cuanto a precipitación, los 673,7 mm de precipitación anual cumplen ligeramente con los 600 mm de precipitación mínima anual para el crecimiento de la planta. - Nuestra necesidad de 10 Toneladas demanda una cantidad de precipitación durante los primeros 3 meses de 200-300 mm de irrigación (Amadieu, 2011). En este caso, nuestro sitio estadísticamente marca un total de precipitación acumulada de 230 mm. -siendo mayo el mes con mayor irrigación. Por ello deberá contemplarse un posible escenario que implique una incorporación de un sistema de riego adicional. - Si bien durante su cultivo no hay existencia de días con heladas, si es importante considerar los días en la temporada de invierno (diciembre), ya que durante la construcción este material no es recomendado ser instalado bajo esas condiciones climáticas.
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
CASA GAROZA
Se conoce con este nombre al modelo de vivienda que se analizará en este caso estudio, y será comparado con uno equivalente en forma y función pero con la sustitución de sus cerramientos por unos hechos a partir de los materiales de cáñamo obtenidos en el sitio – además de los materiales complementarios que se obtendrán fuera del mismo.
Casa Garoza (Callejas, Javier / Plataforma Arquitectura 2011)
Descripción: La Casa Garoza es un modelo de vivienda prefabricada diseñada por el despacho Herreros Arquitectos en el año 2008, y el ejemplo de esta vivienda industrializada se construyó en el año 2010 en Muñogalindo, ubicado en la provincia de Ávila al centro de España. Se trata de un “prototipo industrializado de vivienda ampliable, adaptado al programa básico de sus habitantes que podrá crecer según
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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sus necesidades o intereses” (Herreros, 2011). Este modelo de casa es construido en unos talleres en base a módulos de 3.00 m. de ancho, 2.50 de altura, y hasta 12 de longitud, esto debido a la dimensión de las autovías y camiones por donde es transportado hasta el sitio. Está diseñada para ser implantada e instalada en una sola jornada, y únicamente la última capa de la fachada y la cubierta se colocan in situ para asegurar continuidad, solape e impermeabilización de los encuentros. En cuanto a las instalaciones cuenta con sistemas de suelo radiante, domótica, y “sistemas avanzados de instalaciones sostenibles”. Esta vivienda La Casa Garoza – en lo referente a su primera etapa - cuenta con un total de 105 m2 de construcción, en un desplante de 75 m2, quedando elevada una distancia considerable con respecto a su área de desplante. Esta medida es tomada para que la cimentación no interfiera con los ciclos naturales del sitio. Los cerramientos y estructura están elaborados a partir de materiales industriales metálicos, siendo la chapa galvanizada el principal material exterior y manejando paneles sándwich como elementos aislantes empleados en sus cerramientos.
Casa Garoza: Esquema de crecimiento (AV Monográfico, 2011)
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
Casa Garoza: Planta baja y alta (Elaboración propia - Fuente: Herreros Arquitectos, 2011)
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Casa Garoza: Secciones transversal y longitudinal (Elaboraci贸n propia - Fuente: Herreros Arquitectos, 2011)
Casa Garoza: Fachadas (Elaboraci贸n propia - Fuente: Herreros Arquitectos, 2011)
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
Transporte y construcción: El sistema constructivo sigue un modelo de prefabricación que se lleva a cabo casi en totalidad dentro del taller. Ahí se elaboran las unidades completas, incorporando con todos los acabados interiores del tamaño máximo que admite el transporte convencional (3m de ancho, 2’50 de altura, y hasta 12 de longitud) (Herreros 2011).
Casa Garoza: Ensamble en fábrica y método de transporte (Herreros Arquitectos, 2011)
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Una vez listas las unidades, estas son transportadas directamente al sitio, donde son instaladas en un solo día de trabajo. Únicamente la última capa de la fachada y la cubierta se colocan in situ para asegurar continuidad, solape e impermeabilización de los encuentros (Herreros, 2011).
Casa Garoza: Ensamble en sitio: vista exterior (Herreros Arquitectos, 2011)
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
Las particiones interiores, almacenajes y mobiliario fijo son incorporados a los paramentos verticales, que alojan las instalaciones, sistemas de tipo domótico y otros elementos personalizados de acuerdo a la configuración deseada.
Casa Garoza: Ensamble en sitio (Herreros Arquitectos, 2011)
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
CASA GAROZA: VERSIÓN CÁÑAMO INDUSTRIAL
Una vez revisado el proyecto original de la Casa Garoza se mantendrá en nuestro caso estudio las dimensiones originales del módulo, pero sustituiremos su sistema constructivo empleando técnicas constructivas de cáñamo industrial. Con este proyecto modificado se compararán las propiedades físicas de los cerramientos de cáñamo con los materiales propios de la Casa Garoza. Con ello se sustituyen los cerramientos del proyecto original, pero manteniendo sus espesores de 30 cm., al igual que el edificio original para una comparativa lo más similar posible. Además de los cerramientos de cáñamo, se incorporará a la madera como material principal en la estructuración del módulo.
Planta baja y alta del proyecto modificado de la Casa Garoza con cerramientos de cáñamo (Elaboración propia)
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Secciones transversal y longitudinal del proyecto modificado de la Casa Garoza (Elaboraci贸n propia)
Fachadas del proyecto modificado de la Casa Garoza (Elaboraci贸n propia)
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
OBTENCIÓN DE LA MATERIA PRIMA: En cuanto a la obtención del cáñamo como principal materia prima, se contempla trabajar parte del terreno para cultivar y obtener el cáñamo necesario para la construcción de la vivienda del caso-estudio. En este caso se trata de una vivienda de 100 m2 de construcción, en un desplante de 75 m2. De la superficie total de 2,3857 Ha., se procederá al cultivo de la mitad del predio (1,15 Ha.) para la producción de la cantidad de cáñamo necesaria para la vivienda: 7-10 Toneladas (Tradical, 2011).
Tabla de cantidades de materia prima requeridas para el estudio (Elaboración propia - Fuente: Tradical, 2011 - Cannabric, 2011)
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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opción 2: cáñamo / semillas
preparación de tierra y semillas
abr.
siembra
may.
cultivo
jun.
cosecha
jul.
enriado
ago.
embalaje y almacenamiento
sep.
decortificación
ns em b de alaj e c tra ortif ns ica for ci ma ón ciò n/ tra
em b de alaj e c tra orti ns fica for ci ma ón co s ciò en ech n/ ria a tra do n
co ensec ria ha do
ltiv o cu
ra mb sie
opción 1: cáñamo / fibra
pr ep ar ac ió
n
sp
po
or
rte
te
En la gráfica siguiente se exponen los pasos a seguir para el cultivo y cosecha de cáñamo. En ella figuran dos opciones:
oct.
transporte / fab. materiales construcción
Gráfica de procesos de cultivo y cosecha del cáñamo (Elaboración propia)
Obtención de fibra de cáñamo y cañamiza: Este proceso va desde abril hasta mediados de septiembre, obteniendo en menos de 6 meses esas dos materias primas. Obtención de semillas, fibra de cáñamo y cañamiza: Este proceso se extiende hasta finales de octubre. Para ese entonces se obtiene mayor variedad y cantidad de materia prima de la cosecha, pero demanda mayor tiempo de cultivo del cáñamo.
138
El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
DESARROLLO DE PROCESOS DE CULTIVO Y COSECHA DEL CÁÑAMO INDUSTRIAL
Preparación de la tierra y semillas: En esta etapa se trata de asegurar las condiciones adecuadas para un buen crecimiento y producción de materia prima de cáñamo. Para ello durante el invierno – etapa en la que no puede sembrarse por las bajas temperaturas del sitio – o por lo menos dos meses antes se puede abonar con 25/35 T/Ha con estiércol animal (Acosta, 2001). Así mismo se pueden aumentar las dosis de nitrógeno en la tierra, pero sin llegar a exceder las dosis en ambos productos. Retomando los datos incluidos en la sección “Fases de Desarrollo” de la planta del cáñamo, recurriremos a la producción de fibra y cañamiza (250-450 semillas/m2), esto para poder asegurar una mayor producción de tonelaje posible de cañamiza (objetivo principal del cultivo). Además esta medida ofrece una mayor cantidad de materia prima de cañamiza, demanda un tiempo menor de cultivo, lo que es benéfico para llevar a cabo la construcción de la vivienda. Siembra: El momento indicado para la siembra de cáñamo es en periodos cuando la temperatura media mínima estén por encima de los 12 grados (Acosta, 2001), lo cual ocurre a mediados de abril en Argentona. Es importante tener en cuenta que las plantas son sensibles al encharcamiento superficial. Es bueno realizar la siembra después de una buena lluvia y es aconsejable poner las
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semillas entre 2 y 3 cm. de profundidad. Esta actividad puede ser realizada con un sembradora de cereales (Gorchs 2006). Una vez sembradas la semillas, el nacimiento del cultivo se producirá entre 4 y 10 días después, lo cual dependerá de la temperatura del suelo (Gorchs, 2006). Cultivo: Es el periodo donde ocurre toda la parte del crecimiento y desarrollo de la planta de cáñamo. Comprende diferentes fases, tiendo como primer punto la fase de crecimiento lento, en la cual comprende desde la emergencia de la planta hasta que llega a tener un total de tres pares de hojas y una altura de unos 3060 cm. Para cumplir esta fase tienen que pasar un total de 21 días. Después comenzará un proceso activo de la planta, la cual es importante porque en ella comienza la producción de fibra. Termina hasta que las últimas flores femeninas han sido fecundadas. Si toda las necesidades son cubiertas adecuadamente, se puede producir 1 tonelada por semana (Gorchs, 2006).
Cosecha: Bajo las condiciones del sitio de nuestro ejemplo y al cultivarse sólo para fibra, se corta el cultivo – se realizará a mediados de agosto. Esto evitará que retarde la obtención de la materia prima del cáñamo para construir la vivienda y permitirá cultivar otra especie como el trigo para el invierno si es que se quiere aprovechar la tierra para entonces.
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En el caso del cultivo de grano su cultivo puede contemplase para año siguiente de haberse construido la vivienda. Para entonces el tiempo de cosecha y la necesidad de rotar el cultivo no se antepone.
Enriado: La cosecha se dejará de 2 a 3 semanas en el campo para proceder con el enriado por rocío, siendo la cosecha empapada con la lluvia o el rocío. Cabe señalar que este proceso es deficiente porque depende de una meteorología muy variable, de manera que podemos tener un empapado excesivo en años lluviosos o escasos en años secos. De ser así, se puede recurrir a la técnica de enriado a través de agua, teniendo en cuenta los trabajos adicionales que implican la colocación una tarja provisional dentro del sitio de cultivo para enriar toda la cosecha de cáñamo (Flavall, 2011).
Embalaje y almacenamiento: Para un almacenamiento y organización adecuada de la cosecha, se utilizará una sembradora de balas redondas para embalar el cáñamo. Esta permanecerá resguardada brevemente en el sitio mientras se adquiere el equipo o los medios a utilizar para su respectiva decortificación.
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Decortificación: Esta etapa consiste en remover las fibras de la cosecha del cáñamo de sus tallos. Este proceso se ha ido evolucionando y presentando importantes avances. En un principio era un proceso largo y laborioso, ya que era hecho a mano y, con el paso de los años se han desarrollado diversas máquinas que facilitan dicha tarea. En este caso se buscará recurrir a la renta de una máquina decortificadora, en las cuales los tallos pasan por una serie de rodillos y, una vez rotos se separan las fibras del cáñamo de los restos conocidos como cañamiza (Flavall, 2011).
Transporte y fabricación de materiales constructivos: Una vez que se han obtenido todas las fibras, estás se empacan y se envían a diversas fábricas para la elaboración de textiles derivados de esta cosecha, mientras que la cañamiza se quedará en el sitio para que con ella se elaboren los diversos materiales constructivos que se utilizarán en la vivienda.
De acuerdo con datos de las empresa Cannabric, para una construcción de 100 m2 empleando cáñamo se necesita la obtención de 10 toneladas de dicho cultivo igual a 100 Kg. por m2 construido), las cuales pueden ser obtenidas en 1 Hct. de cultivo.
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Este dato coincide también con las cifras manejadas por Tradical, mencionando que en el Reino Unido se produce la misma cantidad dentro de una hectárea, aunque la mayoría de los cultivos promedian una cosecha de 80 Ton. En dicha cosecha de 10 toneladas, el 60 % del cáñamo procesado es cañamiza (restos de los tallos de la planta), siendo equivalente a aprox. 300 balas de cañamiza (50 balas/ hct.). Consideraciones importantes en la etapa de obtención del cáñamo industrial: En caso de haberse seguido todos los pasos y recomendaciones previos cobre el cultivo de cáñamo industrial, estaríamos consiguiendo las cantidades necesarias de cañamiza mencionadas por dichas fuentes en nuestro sitio de trabajo para nuestra vivienda de 100 m2 de construcción, además de fibra de cáñamo la cual puede ser vendida a la industria textil y obtener beneficios económicos de por medio. Sin embargo, nuestro sitio de caso estudio presenta ciertas condiciones que necesitarán ser tomadas en cuenta para llevar a cabo esta práctica lo mejor posible: - Los niveles de precipitación que hay en la zona deberán contemplarse un posible escenario que implique una incorporación de un sistema de riego adicional para poder obtener las 10 Ton. de cosecha deseada. En los meses de mayo, junio y julio son necesarios entre 200 y 300 mm. de agua, los cuales difícilmente serán obtenidos con las precipitaciones en el sitio. - El enriado por agua, al ser un proceso más rápido y con mejor rendimiento y calidad en las materias primas al tener un mejor control, implica un uso mayor de energía por el uso de agua caliente en su proceso (Kavelin, 2005).
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- Durante la etapa de decortificación y la renta de un equipo móvil (los cuales ya están en operación actualmente) puede representar importantes impactos económicos en el proceso al ser una tecnología aún en etapa en desarrollo. Al ser una cosecha pequeña (10 Ton.) no es un trabajo rentable para las pocas empresas que ponen a disposición estos equipos. Su operación ideal necesita estar laborando en el sitio durante un mes en el lugar antes de retirar el equipo, lo que significa un procesamiento de 200 Ton. de cáñamo. (producción suficiente para la construcción de 20 a 50 casas para construir). Equipos como pequeñas decortificadoras de lino, cortadoras móviles de maizales pueden ser sustituidos (, 2011), pero requerirán mayor tiempo, actividades adicionales en la decortificación de la cosecha y puede tener problemas para la extracción de fibra.
Decrotificadora móvil - Start Hemp (Amadieu, P. - Start Hemp, 2011)
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CONCLUSIONES en la obtención de materia prima Las condiciones climáticas presentes en el municipio de Argentona (al igual que en varios de sus alrededores) hacen posible la obtención de materias primas procedentes de cáñamo industrial. Si bien son posibles las labores de cultivo de cáñamo en sus diferentes etapas, es necesario tomar en cuenta que la mano de obra para la realización de los trabajos en sus diversas etapas puede ser un factor importante que podría incrementar notablemente el costo del cultivo. El procesamiento de cáñamo requiere un costo considerable al ser una cosecha muy difícil de separar en sus diversos componentes. Sin embargo la tendencia indica que el mayor uso de estos materiales fomentaría a un número mayor de cultivos derivando en el establecimiento de plantas procesadoras a una escala regional que eventualmente reducirá los costos. Este planteamiento, además de hacer posible la obtención de materiales constructivos a partir del cáñamo industrial, tiene el potencial de detonar una economía local y sostenible si su cultivo es reactivado no solo para la obtención de materias primas constructivas como los descritos en la etapa previa. El aprovechamiento de las fibras y la obtención de semillas (si se opta por un mayor tiempo de cultivo) pueden hacer más redituable los cultivos con una ligera inversión de tiempo en sus etapas de cultivo.
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PROCESO CONSTRUCTIVO DE LA CASA GAROZA EN VERSIÓN CON CÁÑAMO INDUSTRIAL
Una vez obtenida la cañamiza necesaria para la elaboración de las envolventes del módulo a estudiar, se procederá a la obtención de diversos materiales y trabajos que por ausencia de de materias primas dentro del sitio tendrán que obtenerse de fuera, siguiendo en la medida de lo posible la línea de producción empleada en el sistema constructivo de la Casa Garoza, teniendo en cuenta los impactos que pueden generar los procesos y los materiales a emplear en cada etapa.
ESTRUCTURA
CERRAMIENTOS: ESTRUCTURA ESTRUCTURA CUBIERTA /MURO
ENFOSCADOS CERRAMIENTOS: CERRAMIENTOS: Y REVOCOS CUBIERTA CUBIERTA /MURO /MURO
ENFOSCADOS ENFOSCADOS / REVESTIMIENTO YRECUBRIMIENTO REVOCOS Y REVOCOS
REVESTIMIENTO REVESTIMIENTO / / RECUBRIMIENTO RECUBRIMIENTO
ESTRUCTURA Y CIMENTACIÓN
ESTRUCTURA
Dentro de estas primeras actividades se encuentra la ejecución de la cimentación y estructura del inmueble. Para ello se recurrirá - al igual que la Casa Garoza – a un modelo de prefabricación. La principal materia prima que intervendrá en esta etapa será el uso de la madera, buscando que en cada una de sus etaENFOSCADOS CERRAMIENTOS: pas se utilice de forma responsable y eficiente, REVESTIMIENTO / Y REVOCOS CUBIERTA /MURO RECUBRIMIENTO al igual que la energía empleada.
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Retomando lo mencionado en el apartado de “madera” de este escrito, recurriremos a la utilización de madera regulada por la PEFC para el abasto de materia prima bajo parámetros de sostenibilidad y de tipo local. Para los procesos de transformación y construcción revisaremos los trabajos que realiza una de las empresas de procesos de prefabricación de madera involucrando el diseño de la Casa Garoza. Veremos como con esas actividades pueden hacer viable la sustitución de los elementos metálicos estructurales para seguir con esta línea comparativa lo más apegada posible. De acuerdo con la empresa Think CO2, la industria de la madera en España - a pesar de contar con muchos bosques - no produce madera de calidad, y la mayor parte de su producción sirve para producir planchas para encofrados, pallets... piezas con bajos requerimientos de estabilidad dimensional, tasa de humedad interna, o durabilidad. Las construcciones de madera que se suelen hacer en España usan madera extranjera, principalmente de los países nórdicos (macizos) y del centro de Europa (laminados). Esta situación no es impedimento para el empleo de madera local en nuestro caso. El abeto rojo es una especie que puede ser obtenida es en la región del Pirineo Catalán. Con esta especie se han desarrollado diferentes sistemas constructivos que, para las dimensiones y requerimientos del ejemplo no deben representar problema alguno en cuanto a estructuración de este módulo. Actualmente hay fábricas certificadas por la AITIM en dicha localidad que trabajan la madera con la calidad necesaria para la industria de la construcción, además de emplear elementos constructivos autoportantes con este tipo de madera. Con ello nos basaremos en sus sistemas constructivos para la propuesta de estructuración del módulo.
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Adquisición / Extracción de la materia Dentro de las empresas españolas aprobadas por la AITIM está la empresa Fustes Sebastia – ubicado en el municipio de Rialp (Pallars Sobirá- Llerida). Esta fábrica está ubicada a 240 km. de Argentona es capaz de obtener madera bajo las regulaciones de PEFC, obteniendo la madera a 70 km de su planta. A su vez esta empresa ha realizado diferentes trabajos de prefabricación de módulos de madera, como el módulo NOEM El método de extracción no será diferente al empleado en la fabricación de módulos para otros proyectos. En el caso del módulo NOEM, la madera es obtenida del Pirineo español se obtendrán los troncos de abeto, los cuales serán descortezados, secados, cortados, tratados, y lijados.
Proceso a seguir para la extracción de madera PEFC (Elaboración propia)
Elaboración paneles y forjados autoportantes: Con la materia prima en la fábrica se procederá a la elaboración de los elementos estructurales de madera a ser empleados en nuestro caso estudio. Estos serán unos marcos autoportantes de madera, siguiendo el mismo dimensionamiento propuesto en el sistema constructivo de la Casa Garoza – 2.50 m. de alto y 3.00 m. de ancho. Para la cara interior del edificio se colocarán unos paneles permeables al vapor. Para ello usaremos el
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Modelo C de la marca Heraklith, con un dimensionamiento original de 2.00 x .60 cm. Para adecuarlos a la modulación de los paneles, serán cortados en mitad y dispuestos en un dimensionamiento de 1.00 x 60 cm. a lo largo del entramado.
3
4
2
x2
1
x2
x4 x3
=
x4
x4
x8 x18 Fabrica módulos estructurales
45 piezas
x2 muros
forjados
Piezas que componen el módulo de prefabricación (Elaboración propia)
ensamble segmento1
ensamble segmento 2 y 3
Ensamble de segmentos (Elaboración propia)
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ensamble segmento 4
cubiertas
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El interior del marco cuenta con un entramado de 5 postes verticales con una sección de 5 x 10 cm. (siguiendo las especificaciones recomendadas por lime technologies), desplantándose sobre una viga de madera de 25 x 10 c. y rematando con una viga superior de 15 x 10 cm. El panel superior sigue las mismas medidas, pero se invertirá la colocación del marco, quedando la trabe inferior de 15 cm. de sección. Una vez sumando ambas trabes, la viga del entrepiso quedará con un total de 30 cm. de sección. El perímetro está rodeado por tablones de madera que contendrán la mezcla de cáñamo-cal que será vaciada en sitio.
modulación 3.00 x 2.50 m.
módulo armado
paneles permeables al vapor
marco
Modulación y armado de marcos de madera con paneles permeables al vapor (Elaboración propia)
Con la materia prima en la fábrica utilizaremos un sistema de prefabricación. Además buscar guardar similitud con los procesos de fabricación de la Casa Garoza, se busca aprovechar los beneficios de estos sistemas capaces de reducir el número de procesos y recursos, utilizando de materiales renovables y buscando un edificio con bajas emisiones de CO2.
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De recurrir a un proceso de fabricación como el empleado por la empresa Fustes Sebastia, la ejecución de los trabajos se harían generando un nuevo archivo de datos con el diseño y las especificaciones necesarias. Este será interpretado por las máquinas CNC (computadoras de control numérico), para ser remitido al departamento de fabricación y allí realizar cada una de las piezas diseñadas. Por medio de estos trabajos en taller se reducen los trabajos externos, minimiza transportes y permite unas condiciones de trabajo óptimas y controladas como las utilizadas en la fabricación de la Casa Garoza. Transporte y armado en sitio Los módulos, una vez terminados, tendrán que ser transportados al sitio para así llevar a cabo el proceso de ensamblaje y con ello tener la estructura construida y proceder a la colocación de la mezcla de cáñamo/ cal en los forjados, cerramientos y cubiertas.
Fabrica módulos
transporte 240 km.
Fase de transporte de módulos y trabajo en sitio. (Elaboración propia)
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trabajo en sitio
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El recorrido total del transporte de los módulos al sitio recorriendo será de 240 km. Tomando el total de kilómetros que implicó la parte de la estructuración de madera (teniendo como excepción la adquisición de paneles Heraklith) llegamos a un total de 310 km., reafirmando la cualidad de los materiales como locales. Los parámetros de certificación como LEED – que considera como materiales locales a aquellos obtenidos dentro de un radio de 500 millas (805 km.) – pueden ser cumplidos satisfactoriamente.
mano de obra
ensamble de módulos
estructura
3-4 personas
cimentación
grua
Personal y procesos de colocación de cimentación y ensamblaje de módulos (Elaboración propia)
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Para llevar a cabo las tareas de ensamblaje previamente se tiene que ensamblar la cimentación que soportará al módulo. Para ello se tiene previsto la colocación de una base con las dimensiones de los 4 módulos, montadas sobre unas zapatas elaboradas con piedra y unidas por medio de mortero. Una vez colocadas y de acuerdo con los tiempos promedio que manejan empresas europeas (prefab home manufacturer, fustes sebastia) recurriremos a una grúa y a una cuadrilla entre 3-4 personas, las cuales en un total de 2-4 días tendrían listos los trabajos de ensamblaje de la estructura. Estos tiempos de trabajo promedio son los necesarios por estas empresas para casas de dos niveles de 200-250 m2. Cerramientos: forjados, muros y cubiertas En esta parte se retoma la cañamiza que se fabricó en sitio, la cual será combinada con el aglomerante de cal y agua para así tener nuestra mezcla de cáñamo-cal, la cual vertida en todo el marco estructural, en conjunto con el forjado, los muros, el entrepiso superior y la cubierta.
ESTRUCTURA
CERRAMIENTOS: CUBIERTA /MURO
ENFOSCADOS Y REVOCOS
REVESTIMIENTO / RECUBRIMIENTO
Dentro de las técnicas para la colocación de elementos constructivos de cáñamo industrial explorados en apartados anteriores, el que resulta más adecuado y utilizaremos el sistema de rociadores para este caso estudio. Es un sistema que implica un costo significante por el empleo de equipos y maquinaria, pero la cantidad de metros cúbicos requeridos en este módulo van sobre los 97 m3, sobrepasando ampliamente los 70 m3 que hacen que el sistema de apisonado no sea una técnica adecuada por la demanda de mano de obra que implicaría para los tiempos a cubrir y el volumen a colocar. Además ofrece beneficios con la reducción de tiempos de trabajo y con la elaboración de mezclas de cáñamo-cal más homogéneas.
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Transporte de equipo y materia prima adicional. Muchos de los componentes que vamos a ocupar en esta etapa (en comparación a la madera y al cáñamo) ya empiezan a tener un impacto ecológico por su constitución química y por transporte al sitio al no poder ser obtenidos en las proximidades del sitio. Al mismo tiempo, los procesos a ocupar para su colocación ya empiezan a requerir energía para la operación de mecanismos, pero por los tiempos de obra y las cantidades a emplear no son de gran importancia en el impacto ecológico del edificio que puede producirse en esta etapa. Estos son los siguientes:
H2O agua
electricidad
cañamiza
utilizado y obtenido en la etapa previa en el sitio
tanque de almacenamiento de agua
bomba
cal aérea
mezcladora
rociadora
andamios
equipo por incorporar al sitio
Personal y procesos de colocación de cimentación y ensamblaje de módulos (Elaboración propia - Fuente: Allin, 2005)
En esta etapa ya incorporaremos el aglomerante de cal, que será combinada con la cañamiza y agua para elaborar la mezcla. De acuerdo con los puntos comentados en el apartado de “cal”, recurriremos al uso de aglomerantes de cal hidráulica ya probados y que sean fabricados lo más cercano al sitio posible, buscando así la mayor reducción de impactos posible.
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En este caso-estudio, la única planta disponible en España que fabrica este tipo de aglutinantes de cal es Cannabric (tipo NHL3,5 o NHL2). Para estos trabajos ya comienzan a aparecer impactos a tomar en cuenta en tema de transporte, ya que de la planta al sitio de trabajo habrá que considerar un desplazamiento de materiales en un total de 877 km. Así mismo habrá que tomar en cuenta este mismo punto para la obtención del equipo de rociado para la colocación de la mezcla que elaboraremos en el sitio. Organización del sitio, elaboración y vertido de la mezcla cáñamo - cal. La materia prima, las herramientas y el equipo adecuado para esta tarea es recomendable disponerla en el sitio tal y como se indica en el gráfico previo. Retomando las proporciones adecuadas como se indican en el apartado de cal, pondremos la cañamiza, la cal y el agua en la mezcladora. Después de 3 minutos aproximadamente – tiempo total que toma la elaboración de la mezcla - se podrá verter sobre el módulo con ayuda del equipo de rociado. En cuanto al personal a intervenir en estas tareas será una cuadrilla de 3-4 personas que deberán contar con el equipo de protección necesario para evitar el ingreso de partículas suspendidas de cañamiza durante la elaboración de la mezcla o el vertido de la misma en la estructura prefabricada. Para ello es recomendable el uso de ropa de trabajo adecuado: botas, guantes y un visor que proteja al trabajador de tal contacto (Allin, 2005). Este vertido se realizara primero sobre el forjado de desplante, seguido del forjado del mezzanine de la planta alta. Previamente se tendrán que haber realizado los trabajos de salidas de instalaciones, ya que quedaran ahogadas en el interior de la mezcla de cáñamo/cal. En el caso de los cerramientos, la mezcla se rociará en las caras exteriores del entramado, así los paneles de Heraklith funcionaran como un encofrado permanente.
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Por último se verterá la mezcla en la cubierta, y para esta actividad recurriremos al uso de andamios para tener una mejor accesibilidad al área. Una vez que todo el módulo esté recubierto con la mezcla de cañamiza y con el espesor deseado de 30 mm, con un nivelador metálico se recurre al aplanado y nivelado. tanque de almacenamiento de agua cañamiza
H2O agua
mezcladora
3-4 personas electricidad
bomba
rociadora tabla protectora
cal aérea
andamios
Organización del sitio para la colocación de la mezcla de cáñamo en cerramientos. (Elaboración propia - Fuente: Allin, 2005)
Revestimientos / Recubrimientos y acabados: Para esta última etapa utilizaremos en los enlucidos una mezcla de cal y cañamiza en pequeñas partículas, manteniendo así la respirabilidad necesaria para el óptimo desempeño térmico de los cerramientos previamente elaborados (Cannabric 2011 /Allin 2005). ESTRUCTURA
CERRAMIENTOS: CUBIERTA /MURO
ENFOSCADOS Y REVOCOS
REVESTIMIENTO / RECUBRIMIENTO
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A esta mezcla de cáñamo-cal se le adjuntan porcentajes de arena para darle mayor peso y adherencia en contacto con los cerramientos. Estos pueden ser colocados a mano y para ello utilizar una paleta o llana de albañilería. Pero en este caso también buscaremos emplear rociadores más finos que nos permitan un proceso más rápido y manteniendo mezclas homogéneas en el enlucido, auxiliándonos de procesos manuales en aquellos lugares de difícil accesibilidad y cuyo nivel de detalle lo demande. Cerramientos y cubiertas Para los enfoscados exteriores utilizaremos un mortero de cal con arena elaborado por la empresa Cannabric. Este recubrimiento y con las condiciones del sitio permiten que su exposición a la intemperie permiten un bajo mantenimiento del mismo. Para la colocación de la mezcla recurriremos a una pistola de rociado de mayor precisión, lo que permitirá la colocación de una mezcla homogénea y con mayor rapidez. En el caso de los muros interiores se resolverán de la misma forma sobre los paneles Heraklith instalados desde un comienzo en la edificación. Forjados El forjado en planta baja llevará una capa de mortero de cal con arena aplicados con el mismo proceso de rociado empleado para los cerramientos y cubierta, rematado por una capa de pavimento de aceite de linaza, el cual es de tipo natural y obedece los requisitos de materiales naturales que se buscan en este modelo.
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Tiempos de elaboración del módulo de vivienda prefabricado de cáñamo/cal y conclusiones: La realización de estos trabajos no llega a ser inferior a los 2-3 días en los que la Casa Garoza es fabricada en taller, transportada y ensamblada con acabados en sitio. De acuerdo con los servicios ofrecidos por diversas empresas, los trabajos para la fabricación de la estructura de madera pueden ser elaborados en el taller y transportados al sitio casi con los mismos tiempos que la Casa Garoza. Si seguimos el esquema de trabajo de Fustes Sebastia la elaboración de las piezas de un proyecto con estas magnitudes podría hacerse en una jornada, y su transporte no sería problema por su cercanía al sitio (Sebastia, 2011). Sin embargo, su colocación en sitio podría tardar entre 2-4 días por el tipo de ensamble que tienen las piezas, el cual no es tan rápido como uno de tipo metálico como el utilizado en la Casa Garoza (prefab home, 2011). En cuanto a los cerramientos y acabados, la Casa Garoza ya en sus trabajos en taller ya cuenta en su sistema de ensamblaje con la colocación de cerramientos e incluso acabados. Aquí es donde nuestro sistema constructivo con el proceso que estamos siguiendo presenta una gran desventaja. El proceso de colocación de mezcla por medio de rociado en forjados, cerramientos y cubiertas es posible realizarlo entre 1-4 días (dependiendo del personal y que el equipo y los materiales estén en tiempo). Sin embargo, hay que esperar entre 7-10 días adicionales para el reposo de la mezcla rociada para la colocación de las capas de revestimiento por rociado, que también pueden realizarse en una jornada laboral (Tradical, 2011).
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Es importante aclarar que hay que esperar 6-8 semanas adicionales (dependiento del viento y la ventilación del sitio) para que la mezcla llegue a su resistencia óptima y se pueda proceder a su ocupación. En Inglaterra hay ejemplos de viviendas que necesitaron un total de 8 semanas para cerramientos de cáñamo de 20 cm. durante el verano (Clarke, 2005).
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COMPARATIVA: RENDIMIENTO TÉRMICO Al retomar algunas propiedades térmicas de los cerramientos elaborados con cáñamo industrial, se pusieron a prueba para revisar como actúan en un caso estudio como el de la Casa Garoza. Con la elaboración de un análisis del balance térmico del edificio y revisaremos la oscilación que existe en la temperatura interior en ambos casos. Para la realización del mismo se tuvo en cuenta:
-El mantenimiento de la orientación de la Casa Garoza (orientación norte) en el ejemplo con sustitución de cerramientos con elemen tos de cáñamo.
-El uso de los datos climáticos correspondientes al sitio en Argen tona (estación Cabrils-UP), descritos en la sección “sitio”.
- Los materiales presentes en los detalles constructivos, sumando los diversos espesores y considerando los materiales utilizados en el cálculo lo más apegado al proyecto original.
Sustitución de cerramientos Los valores de transmitancia térmica permiten tener una aproximación más clara en torno al comportamiento del intercambio térmico del edificio (con respecto al entorno). Esto, además de determinar niveles de ahorros energéticos – al disminuir o eliminar sistemas auxiliares para regular la temperatura en el funcionamiento del edificio-, nos permite tener una idea acerca del confort que podría ofrecer el interior de cada uno de los modelos que hemos examinado. El caso de la Casa Garoza, la mayoría de sus cerramientos metálicos emplean sistema de aislamiento paneles sándwich de poliuretano y un acabado en paneles de madera OSB, sostenidos a través de un bastidor metálico. Al ser sustituidos por el sistema constructivo de cáñamo industrial, estos materiales son comparados con los cerramientos que incorpora la mezcla cáñamo-cal y panel Heraklith con madera como bastidor y material principal de estructuración.
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Detalle cerramientos Casa Garoza (Elaboraci贸n propia - Herreros Arquitectos / AV, 2011)
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BASTIDOR DE MADERA (E=40 CM.)
Detalle cerramientos Casa Garoza en versión cerramientos con cáñamo industrial (Elaboración propia)
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Transmitancia térmica (valores U) Para el cálculo de coeficientes de transmisión de calor ocupamos las dimensiones y características de los materiales presenten en la documentación del proyecto arquitectónico de la Casa Garoza y los detalles resultantes de la adecuación de la Casa Garoza con los detalles más comunes dentro de los sistemas constructivos con cáñamo industrial. Una vez determinados los materiales presentes, se realizaron los cálculos por medio de los espesores, las densidades y los niveles de conductividad térmica de cada uno de ellos lo más fidedignamente posible (ver apéndice 1 y 2). Los resultados están representados en los gráficos de la parte inferior. Los niveles U= en cada edificio presentan variaciones en sus coeficientes debido a un ligero cambio en el espesor o variación en presencia/ ausencia de materiales por su ubicación dentro del módulo (muro, cubierta, forjado, etc.). De cualquier forma predomina la presencia de niveles más bajos de coeficientes en los cerramientos de cáñamo industrial que en los elementos metálicos empleados en los muros de la Casa Garoza. En este punto es importante recordar que los valores U de transmitancia térmica de los cerramientos de cáñamo/cal no son constantes debido a la humedad; sin embargo la propiedad higroscópica que presentan sus cerramientos permeables al vapor permite la regulación de la humedad en el edificio de cáñamo, siendo un valor agregado que no está presente en el Casa Garoza por la impermeabilidad que hay en el empleo de materiales metálicos en sus cerramientos.
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Casa Garoza Cubierta U= 0.21 W/m2°C
Muro metálico U= 0.24 W/m2°C
Puerta Metálica U= 0.26 W/m2°C
Suelo Técnico U= 0.14 W/m2°C
Vidrio doble U= 1.6 W/m2°C
Vidrio doble U= 1.6 W/m2°C
Vidrio doble cerrado por puerta de lámina metálica U= 0.30 W/m2°C
Casa Garoza: Resultados de valores de transmitancia “U” (Elaboración propia)
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Casa Cáñamo Cubierta U= 0.20 W/m2°C
Muro de cáñamo U= 0.21 W/m2°C
Puerta de madera + cáñamo U= 0.25 W/m2°C
Suelo de cáñamo U= 0.24 W/m2°C
Vidrio doble U= 1.6 W/m2°C
Vidrio doble U= 1.6 W/m2°C
Vidrio doble cerrado por puerta de madera y fibra de cáñamo U= 0.3 W/m2°C
Casa Càñamo: Resultados de valores de transmitancia “U” (Elaboración propia)
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
CÁLCULOS DE BALANCE Y VARIABILIDAD TÉRMICA Invierno Para dicho cálculo (ver apéndice 1 y 2), las bajas temperaturas que se producen nos llevaron a tomar como estrategia la búsqueda la mayor cantidad de captación indirecta y, al mismo tiempo, minimizar cualquier intercambio térmico con el exterior y evitar la pérdida de calor en el interior de edificio. Sin hacer variaciones en el diseño arquitectónico original se consideró sólo durante el día la apertura de las puertas de madera para permitir la entrada de radiación a la casa. En cuanto a la ventilación del edificio sería solo para fines de renovación de aire, por lo que las ventanas se abrirían el menor tiempo posible.
Garoza Invierno VARIABILIDAD
INVIERNO
Tª EXT
13.3° C 9.5° C 5.1° C
δ Tª INT
Tª INT
18.15° C 1.13° C 17.02° C 15.89° C
Cáñamo Invierno VARIABILIDAD
INVIERNO
Tª INT
18.99° C 1.57° C 17.42° C 15.85° C
I I´
2.56 W/m3 0 W/m 3
APORTES INT.
D D´
0.53 W/m3 0.73 W/m3
0.44 W/° C m 3 0.35 W/° C m 3
PÉRDIDAS
G G´
0.39 W/° C m 3 0.34 W/° C m 3
Gv Gv´
0.145 W/° C m 3 0.145 W/° C m 3
Ventilación
Gv Gv´
0.14 W/° C m 3 0.14 W/° C m 3
Gt Gt
0.30 W/° C m 3 0.21 W/° C m 3
Gt Gt
0.24 W/° C m 3 0.20 W/° C m 3
I I´
2.56 W/m3 0 W/m 3
CAPTACIÓN
APORTES INT.
D D´
0.80 W/m3 1.12 W/m3
PÉRDIDAS
G G´
Ventilación Transmisión
13.3° C 9.5° C 5.1° C
δ Tª INT
DATOS
DATOS
CAPTACIÓN
Tª EXT
Transmisión
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Con ese criterio se procedió al cálculo, el cual indica que los cerramientos de cáñamo arrojan una temperatura interior ligeramente mayor a la Casa Garoza. Sin embargo, la casa de cáñamo presenta una variabilidad mayor de temperatura – aunque no muy significativa - con respecto a la Casa Garoza. Esto se debe a que la Casa Garoza emplea en su funcionamiento sistemas de calefacción contemplados en los aportes internos del cálculo. Este sistema se tomo en cuenta también en los consumos de energía en la casa de cáñamo, sólo que en el cálculo son empleados en un 50% menos. Verano La ventilación en verano es de gran importancia, debido las altas temperaturas que se generan en el área. Es por ello que en el cálculo se considera la apertura prolongada de ventanas y puertas en los cerramientos.
Garoza Verano VARIABILIDAD
INVIERNO
Tª EXT
28.1° C 23.5° C 18.8° C
δ Tª INT
Cáñamo Verano Tª INT
27.41° C 2.24° C 25.17° C 22.93° C
VARIABILIDAD
VERANO
T. INT
168
Tª INT
28.02° C 2.84° C 25.18° C 22.60° C
DATOS I I´
5.78 W/m3 0 W/m 3
T. INT APORTES INT.
D D´
0.51 W/m3 0.32 W/m3
3.76 W/° C m 3 2.05 W/° C m 3
PÉRDIDAS
G G´
3.76W/° C m 3 2.03 W/° C m 3
Gv Gv´
3.48 W/° C m 3 1.74 W/° C m 3
Ventilación
Gv Gv´
3.48 W/° C m 3 1.74 W/° C m 3
Gt Gt
0.28 W/° C m 3 0.31 W/° C m 3
Gt Gt
0.26 W/° C m 3 0.29 W/° C m 3
I I´
5.78 W/m3 0 W/m 3
CAPTACIÓN
T. INT APORTES INT.
D D´
0.51 W/m3 0.32 W/m3
PÉRDIDAS
G G´
Ventilación Transmisión
28.1° C 23.5° C 18.8° C
δ Tª INT
T. INT
DATOS
CAPTACIÓN
Tª EXT
Transmisión
El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
En este caso las temperaturas interiores que se logran en verano son muy parecidas – alrededor de los 25 °C – con una variación de temperatura más alto en los sistemas de cáñamo industrial. El incremento de temperatura con respecto a la media de temperatura (23.5°C) se produce en ambos casos ya que el diseño original de la Casa Garoza no cuenta con elementos arquitectónicos pasivos que protejan los sistemas captadores necesarios en el invierno – del asoleamiento en verano.
Capacidad Calorífica (inercia térmica KJ / m3K)
2500
2000
1500
1000
500
pol iu exp retan and o ido
iza cañ am
/ ca cáñ am o
blo hor que mig ón
l
a oar cill term
cáñ (blo amo que ) ma der (pin a o)
lad r ma illo cizo
be ado
ma d (rob era le) hor m arm igón ado
0
Capacidad calorífica (inercia térmica) de materiales en la construcción (fuentes: Cannabric 2011/Holcroft 2010)
Sin embargo, este método no nos permite involucrar el factor de la masa en términos de inercia térmica, por lo cual no es posible exponer la importancia que tiene este concepto en los cerramientos de cáñamo del cual carecen los cerramientos metálicos de la Casa Garoza. Tampoco es posible demostrar como los cerramientos de cáñamo - al regular la humedad del interior de inmueble – mejoran significativamente el confort con respecto al desempeño de los muros metálicos en el modelo original de la Casa Garoza.
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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EMISIONES DE CO2 Para esta aproximación se analizaron los principales elementos constructivos que intervienen en ambos modelos. Para la elaboración de los datos de cáñamo se tomaron en cuenta los expuestos por Forde y Wooley en el apartado de Ciclo de Vida, mientras que para la obtención de los datos del proyecto de Casa Garoza se tuvieron en cuenta el dimensionamiento y los materiales expuestos en los detalles constructivos previamente expuestos, y las cantidades se obtuvieron del banco de datos ITEC.
emisiones de CO2 28.2 Kg.
1 M2
aglutinante de cal 66 Kg. Cañamiza 33 Kg.
+ captura de CO2
=
=
-
CO2
Kg.
- 32.4 Kg.
= - 32.4 M
2
emisiones de CO2 neto
60.6 Kg.
Total de emisiones neto en un cerramiento elaborado con mezcla cáñamo-cal de 30 cm. (Elaboración propia - fuentes: Forde 2010 / Wooley 2008) emisiones de CO2
108 Kg.
+ nuevamente la cantidad de CO2 En la gráfica acero galvanizado anterior se muestra 8.54 Kg. 26.71 Kg. 19.67 Kg. 32.83 Kg. que es secuestrado dentro del cerramiento de cáñamo (tomando en conCO Poliuretano Kg. sideración Kg. de espesor), resultante al contraponer las emisiones del = = 1 M2 302.05cm. = M 2 de aglomerada aglutinantemadera de cal con la cañamiza de la mezcla. Estos – 32 .4 Kg/m2 24.32 Kg. captura de de CO CO2 se sobreponen a los 79.21 Kg. que emite emisiones de forma teórica la Casa GaCO neto (ESPESOR= 5 CM.) roza. Dicha cifra corresponde a la cantidad - y tipo de materiales utilizados de acuerdo a la documentación con la que se contó para la elaboración del análisis de la casa. Se contemplan como materiales principales del cerramiento al acero galvanizado - presente en la fachada – el poliuretano CO CO utilizado como aislamiento madera aglomerada presente = 0.06 = 2.8térmico Kg. 2 en Kg. 2 y la 1 Kg. 1 Kg. los acabados interiores de la vivienda.
79.21
2
2
170
2
El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible. emisiones de CO2 28.2 Kg.
1 M2
aglutinante de cal 66 Kg.
+ captura de CO2
=
Cañamiza 33 Kg.
=
-
CO2
Kg.
- 32.4 Kg.
= - 32.4 M
2
emisiones de CO2 neto
60.6 Kg.
emisiones de CO2 28.2 Kg.
1 M2 1 M2
aglutinante de acero galvanizado cal 8.54 Kg. 66 Kg. Poliuretano Cañamiza 2.05 Kg. 33 Kg. madera aglomerada 24.32 Kg.
+
108 Kg.
emisiones de CO2
= =
+
captura de CO2 26.71 Kg. 19.67 Kg. 32.83 Kg.
-
= = - 32.4 M - 32.4 Kg. =emisiones de CO= 79.21 Kg. M 2
CO2
60.6 Kg.
neto
captura de CO2
(ESPESOR= 5 CM.)
CO2
Kg.
-
2
2
emisiones de CO2 neto
Total de emisiones neto en un cerramiento metálico de 30 cm. (Elaboración propia - fuentes: ITEC, 2011) emisiones de CO2
108 Kg.
COocaCO2 respectivas 2 + En cuanto a la emisiones queKg. esta acero galvanizado = 0.06 = estructura 2.8 Kg.y las 1 Kg. 1 Kg. 8.54 Kg. 26.71 Kg. 19.67 Kg. 32.83 Kg. siona en los diferentes modelos se compararon al acero laminado deCOla Poliuretano Kg. Kg. el abeto utilizado en el sistema de fabricación del armaCasa con = = 1 M2Garoza 2.05 = M 2 se madera aglomerada zón del ejemplo de cáñamo. Consultando el banco de datos del ITEC 24.32 Kg. captura de emisiones de CO comparó un Kg. de acero laminado estructural con 1 Kg. de madera de CO neto (ESPESOR= 5 CM.) abeto aserrado y cepillado. -
79.21
2
2
2
1 Kg.
CO2
= 2.8 Kg.
1 Kg.
CO2
= 0.06 Kg.
Total de emisiones neto de CO2 de elementos estructurales: acero laminado y madera de abeto (Elaboración propia - fuentes: ITEC, 2011)
Hay que tomar en cuenta que estas emisiones pueden no ser un factor determinante en la Casa Garoza siempre y cuando la totalidad del inmueble pueda ser reutilizado tal y como lo describen los diseñadores del proyecto. En el caso del cáñamo industrial habría que tomar en cuenta las emisiones ocurridas en el momento en que los cerramientos sean demolidos y triturados para la elaboración de futuros cerramientos con cáñamo, o bien de morteros aislantes (Cannabric, 2011)
CASO DE ESTUDIO: CASA GAROZA CON EL CÁÑAMO INDUSTRIAL
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Conclusiones del caso estudio La construcción de viviendas con cáñamo industrial - en comparación a los sistemas de módulos prefabricados - aun presenta desventajas por demandar un tiempo mayor en su elaboración – especialmente por sus tiempos de secado. Sin embargo es posible la sustitución de los materiales en la oferta actual de la industria por materiales derivados del cáñamo industrial y mejorar el desempeño energético de los edificios con una alternativa de bajo impacto ecológico y con un esquema cerrado de ciclos de renovación en los materiales que intervienen. Si bien los tiempos de construcción de la Casa Garoza no son superables con la sustitución de sus materiales industriales, el cáñamo sí que puede mejorar el rendimiento energético del edificio, al ser un material de construcción con mejores índices de transmitancia térmica, además de un manejo en la calidad del aire en su interior por la respirabilidad y manejo de la humedad que no pueden ofrecer los cerramientos metálicos del ejemplo analizado. Los cálculos de balance y variabilidad indican un mejor uso de la energía con los cerramientos con cáñamo al ahorrar consumos energéticos en el acondicionamiento interior del inmueble y dotarle al edificio de un funcionamiento pasivo térmico por tener mayor inercia térmica que los cerramientos del edificio original. El bajo impacto que tienen la fabricación de los materiales de cáñamo con respecto a los cerramientos de la construcción industrializada. Suponiendo que al final de la vida útil de la Casa Garoza pueda recuperarse la totalidad de los materiales, la capacidad de secuestro de CO2 - principal gas involucrado en el cambio climático - y la recuperación de sus materiales de bajo impacto ecológico resultan en una alternativa viable en el desarrollo de la construcción sostenible.
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
APÉNDICE 1: Cálculo de Variabilidad y Balance Térmico - Casa gAROZA anexo 1: balance en verano
APÉNDICE
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UPC-ETSAB IDERA 09/11_Integración de Energías Renovables en la Arquitectura
anexo 2: balance en invierno
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
anexo 3: sistemas constructivos
APÉNDICE
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UPC-ETSAB IDERA 09/11_Integración de Energías Renovables en la Arquitectura
anexo 4: variabilidad verano - noche
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
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UPC-ETSAB IDERA 09/11_Integración de Energías Renovables en la Arquitectura
anexo 5: variabilidad invierno - noche
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
APÉNDICE 2: Cálculo de Variabilidad y Balance Térmico - Casa Cáñamo anexo 1: balance en verano
APÉNDICE
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UPC-ETSAB IDERA 09/11_Integración de Energías Renovables en la Arquitectura
anexo 1: balance en invierno
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
anexo 1: sistemas constructivos
APÉNDICE
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UPC-ETSAB IDERA 09/11_Integración de Energías Renovables en la Arquitectura
anexo 1: variabilidad verano - noche
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
APÉNDICE
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UPC-ETSAB IDERA 09/11_Integración de Energías Renovables en la Arquitectura
anexo 1: variabilidad invierno - noche
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
APÉNDICE
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El cáñamo industrial y su aplicación como alternativa de material de construcción sostenible.
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