1. Introducción

En Ecuador, según datos oficiales INEC (Instituto Nacional de Estadísticas y Censos) [1] y RIMISP (Rimisp-Centro Latinoamericano para el Desarrollo Rural) [2], la tasa de pobreza extrema multidimensional a nivel rural creció de 39,9 % a 42 % en el año 2019. La falta de recursos económicos, se refleja también en el déficit cualitativo de vivienda para esta misma zona a nivel nacional de 95,3 % según datos del último censo INEC [3].

Una de las principales fuentes de sustento económico de la población rural es la actividad agrícola. La cosecha y siembra de diversos productos representa una de la amplia gama de actividades relacionadas con la explotación de recursos naturales, la cosecha y siembra de trigo es una de ellas, sobre todo en la región rural de la Sierra. De acuerdo al MAGAP (Ministerio de Agricultura y Ganadería) [4], las provincias de producción triguera son Pichincha, Imbabura, Chimborazo, Bolívar, Carchi. Siendo Pichincha la que más producción aporta con un 27 %, le sigue Imbabura con 26 %, para un total de superficie sembrada y cosechada de trigo de aproximadamente 9.140 y 8.980 hectáreas respectivamente. Cabezas [5] cita un rendimiento de producción de trigo en el país de 2,5 toneladas por año. Sin embargo, en la zona rural de estas provincias se registra un déficit cualitativo de vivienda de 6,6 %; 2,4 %; 3,2 %; 1,7 % y 1,3 % respectivamente [6].

Dentro de la producción de trigo, la paja es un desecho que se empaca en forma de fardos prismáticos y constituye aproximadamente la mitad de la vegetación que se puede cosechar de un cultivo además de ser reutilizable, término referido al hecho que normalmente este desecho es empleado para el alimento del ganado. También se usa para cubrir suelos en contra de heladas, para oxigenar los suelos de cultivos, abono o simplemente como piso para establos. De acuerdo con varios autores, Martínez [7] y [8], en el mundo se registran más de 600 millones de hectáreas de cereal, por cada tonelada que se cosecha para el consumo, se generan 1,5 toneladas de paja como un residuo o desecho agrícola y de aquello el 90 % se quema. Ponce [9] afirma que en Chile se queman mas de 4 toneladas de paja, material que de ser utilizado se aprovecharía para construir 100 viviendas. Por consiguiente el porcentaje que se desperdicia de este material es significativo y puede aprovecharse haciéndose un enfoque en la bioconstrucción con paja mediante una caracterización del material.

La paja es un desecho agroindustrial que está constituida por el tallo seco de los cereales y plantas fibrosas, específicamente entre la raíz y la espiga, conociendo que existen pajas de trigo, escanda, centeno y arroz [7]. Minke [10] afirma que la paja es un material sostenible debido a los beneficios que ofrece no solo en el ámbito de la agricultura (necesidad de reducción de CO₂) sino también en que es un material que no emite CO₂ u otros gases que pudieran afectar y generar un impacto ambiental negativo. Según Bernal [11], 10 kilogramos de paja de trigo absorben 14 kilogramos de dióxido de carbono, los cuales retienen durante el plazo de su vida.

Es necesario acotar que el impulso de utilizar este material sobre todo en las zonas rurales del país recae también en el hecho de que al ser un material amigable con el ambiente y que a su vez se complementa con materiales propios de la zona, el emplazamiento de viviendas unifamiliares aprovechando el porcentaje de fardos de paja que se quema, representa una opción viable de vivienda digna, accesible económicamente y de fácil construcción para la sociedad que vive en dichas zonas. Pachala [12] realiza una comparación de presupuesto referencial para tres tipos de viviendas ubicadas en la provincia de Bolívar-Guaranda: Casa unifamiliar con muros de paja portantes, con estructura metálica y mampostería de bloque, y con estructura de hormigón y mampostería de bloques, obteniendo $10.066,18 $17.856,25 y $20.456,38 respectivamente, en donde se evidencia la diferencia económica notable del uso del fardo de paja con respecto a los materiales de construcción generalmente utilizados.

Con el aprovechamiento de este desecho; la actividad agrícola puede ser redireccionada a una gestión sostenible en el ámbito de la construcción [13]. El fardo de paja en conjunto con otros materiales comúnmente empleados en la edificación de viviendas, tales como madera, barro, arcilla cal y cemento, garantizan la posibilidad de levantar estructuras sostenibles con el medio ambiente, por tal motivo, el compósito empleado que conforma la cara del fardo, es un revestimiento con menor coste energético y suficientes propiedades resistentes para ser usado en la construcción, la investigación incorpora cal hidráulica para disminuir la cantidad de cemento en la fase matriz, y en la fase dispersa, usa fibras naturales extraídas de la planta de yute (corchorus capsularis) [14]. Su diseño además tiene como beneficio la reducción del impacto ambiental negativo, fomentando el uso de materiales alternativos, ecológicos y sustentables cuya fabricación reduzca la energía que se ocupa durante su elaboración, y que, en conjunto con los fardos de paja garantizan una obra ecológica.

Con los fardos de paja, se asegura la inclusión de una alternativa con bioconstrucción sostenible, de hecho, las construcciones más antiguas registradas y que actualmente siguen en pie datan entre 1900 y 1914 [15], en Europa tenemos “La Maison Feuillete” construida en 1921 y que actualmente se usa como sede del Centro Nacional para la Construcción con Paja de Francia [10], poco después de 1993 en Holanda se presentó el auditorio para la feria internacional de horticultura y jardinería “Floriade 2002”, considerado el edificio público más grande de Europa construido con fardos de paja. Martínez [7], plantea que gracias a estas obras, las construcciones con paja se han extendido por todo el mundo; EE.UU., Francia, Canadá, Inglaterra, Austria, Dinamarca, Australia; de manera que en la actualidad la construcción con este material esta presente en casi todos los continentes: África, Sudamérica, Norteamérica, Europa, Asia, entre otros.

La importancia de este estudio radica en que aporta datos, que antes de esta investigación no existían, acerca de las características físicas y mecánicas de los fardos producidos en el Ecuador para posibilitar a los profesionales de la construcción, el modelamiento estructural de edificaciones a ser construidas con este material. Esta caracterización se realizó mediante ensayos de laboratorio en base a normativa nacional e internacional (INEN-ASTM), estudiando al material con y sin revoco de acuerdo a la metodología aplicada por varios autores, Garas [16], Maraldi [17], Romans [18]; [19] y Rodríguez [20], especialmente Vardy [21]. El uso de mortero como recubrimiento de la mampostería portante realizada con fardos, permite que el conjunto fardo-revoco funcione como una estructura del tipo sándwich donde la piel es el elemento mortero, y el núcleo es el fardo de paja, cuyo principio se basa en que los revestimientos absorben parte de los esfuerzos y cargas además proporcionan rigidez al conjunto.

Esta investigación, por tanto, representa además una alternativa al desarrollo rural del Ecuador en la construcción de vivienda. Por tal razón, y acompañado de las crecientes soluciones sostenibles a nivel mundial, se espera que los resultados obtenidos sirvan como punto de partida para otros estudios que permitan el desarrollo e implementación de una normativa constructiva técnica nacional respecto del uso de fardos de paja en la construcción. Los resultados obtenidos del módulo de elasticidad, esfuerzos a compresión, densidades y contenidos de humedad son un aporte para la tecnificación de la construcción con fardos de paja producidos en el Ecuador y posibilita el modelamiento estructural. Como ejemplo se presenta una vivienda tipo de 120,35 m², en donde se comprueba que las respuestas estructurales (derivas de piso) cumplen con los requisitos estipulados en la Norma Ecuatoriana de la Construcción [22], por lo tanto, el fardo de paja, es apto para su uso en la construcción.

2. Metodología

2.1. Recolección, procesamiento y análisis de datos

Esta investigación es experimental y se basa en procedimientos establecidos en la normativa nacional ecuatoriana INEN (Instituto Ecuatoriano de Normalización) y normativas internacionales ASTM (American Society of Testing Materials) escencialmente para la elaboración y diseño de las mezclas, elaboración de especímenes de prueba, aproximación de metodología basada en investigaciones internacionales como el de Vardy [21] para la obtención del módulo de elasticidad de los fardos de paja.

2.2. Materiales

Los materiales que conforman el mortero se pueden visualizar en la Tabla 1.

2.3. Mortero

En la presente investigación se utilizó un revoco con características estructurales [21] que incorpora fibras en su dosificación, cuyo mortero de resistencia de 14,10 MPa cumple con la resistencia mínima de 6,89 MPa establecida por RB473 [27] para morteros cal-cemento aplicados en la construcción con fardos, valores que se puede observar en la Tabla 2, en concordancia además con Avon [28] y Solé [29], en donde se construyen muros con fardos de paja y se establece una resistencia mínima de 8 MPa para que el mortero sea suficientemente resistente. El diseño de este mortero se estableció en función de la Norma ASTM 305-14 y ASTM C192-16, así como la realización de ensayos de pruebas de carga para esfuerzo a compresión, módulo estático de elasticidad y coeficiente de Poisson, las condiciones de ensayo para Elasticidad y Poisson fueron lecturas cada 2,5 kN, gradiente de aplicación de carga 0,03 MPa/s, finalización de carga a 15 % de la rotura y una velocidad mínima de 0,10 s⁻¹.

2.4. Fardos de paja

2.4.1. Provisión de fardos

Los fardos de paja para el estudio fueron obtenidos directamente desde la parroquia rural Calacali (Figura 1), donados por el Ing. Jorge Dávila.

Figura 1: Enfardadora

El trigo es un producto propio de dicha zona, en el cantón de Pichincha, específicamente Calacali existe área de producción de trigo de paja de 605 hectáreas [39]. Los fardos fueron trasladados hacia la Universidad Central del Ecuador para su almacenamiento adecuado en el Laboratorio de Ensayo de Materiales y Modelos ubicándolos y apilándolos cuidadosamente sobre tabiques de madera evitando el contacto directo con el suelo y protegiéndolos de la humedad.

2.4.2. Almacenamiento

Los fardos son almacenados encima de pallets de madera (Figura 2) evitando el acercamiento directo con el suelo para evitar el contacto con residuos y principalmente la humedad, los mismos deben ser cubiertos en su totalidad y así evitar el deterioro debido al contacto de agua, lo que genera por consiguiente su pudrición e inhabilita su uso.

Maraldi y colaboradores en [40] y [41] coinciden en que, para revocar al fardo, ya sea con un mortero hecho con cal o con yeso, es necesario pulirlo, de tal forma que los restos de la paja que sobresalen de cada una de las caras puedan definirse en una longitud aproximada, de esta manera se garantizó un recubrimiento adecuado con un espesor definido en toda el área de la cara del fardo.

2.4.3. Densidad y Contenido de humedad

Para la caracterización del fardo desnudo (no revocado), es necesario determinar su contenido de humedad y densidad aparente, de manera que cumplan con los requisitos previo a su uso, por tal motivo se realizó la medición de las dimensiones de los fardos de paja, su respectivo pesaje según se muestra en la Figura 3 y la determinación de su contenido de humedad.

Para la obtención del contenido de humedad se utilizó el equipo F-2000, este aparato mostrado en la Figura 4 se utiliza mundialmente para asegurar y a su vez mejorar el control de calidad en cuanto a contenido de humedad se refiere, ya que dispone dentro de sus características un rango de humedad de entre 6–40 % y es empleado para verificar dicha característica del heno en la hilera o en los fardos.

Acotándose que para caracterizar el fardo de paja en cuanto a densidades, es necesario realizar la corrección por humedad del peso de cada uno de los especímenes, todo ello conforme la normativa estadounidense RB476-13 [27].

2.5. Revocado de los fardos de paja

Con la dosificación especificada, se procede al cálculo de la cantidad de materiales. Para el encofrado de los fardos se empleó tabla típica rústica de 5 cm de espesor, material que se presenta en la Figura 5, se programaron dos días para el trabajo donde los encofrados presentados se emplean para revocar el primer lado de los fardos, para posteriormente al día siguiente desencofrar y realizar la colocación del mortero en la otra cara de la mampostería. Cada encofrado tiene señalado en su interior el nivel de referencia para cumplir un espesor adecuado de variación entre 3–4 cm, en la Figura 6 se pueden observar los primeros fardos revocados, con el mismo procedimiento se revocaron los siguientes fardos.

Se programó el ensayo de Módulo de Elasticidad-Resistencia a la compresión a los 28 días.

2.6. Módulo estático de elasticidad en fardos de paja desnudos (no revocados)

Para la determinación de la propiedad se toma como base la investigación de Maraldi [41] denominada “Analysis of the parameters affecting the mechanical behavior of straw bales under compression”. En esta investigación se caracterizan fardos de diferente tipo, el estudio clasifica al fardo hecho con trigo, avena y “otros materiales” prediciendo el módulo de elasticidad mediante el modelo E ∞p² ecuación cuyo concepto establece que el módulo de elasticidad se puede predecir mediante la densidad del material al cuadrado, por consiguiente es una relación directamente proporcional. La investigación citada se resume en la Tabla 3.

Donde el valor del módulo de elasticidad se encuentra en Pa y la densidad en kg/m³.

2.7. Módulo estático de elasticidad en fardos de paja revocados

Para la determinación del módulo estático de elasticidad se empleó 2 deformímetros ubicados en la parte izquierda y derecha del fardo de paja revocado los cuales se observan en la Figura 7 y 8; y se ocupó la norma ASTM C469 [38] para dicho ensayo con el método de la tangente cuerda, para la obtención del módulo se utilizó la ecuación (1).

donde E : módulo de elasticidad cuerda en M Pa, σ₂: esfuerzo correspondiente al 40 % de la carga de rotura, σ₁: esfuerzo correspondiente a una deformación longitudinal ε1 de 5 millonésimos MPa, ε₂: deformación longitudinal producida por el esfuerzo σ₂.

En la Figura 9 se presenta un esquema general de un ensayo típico, se visualizan los datos a considerar en el método tangente-cuerda para la obtención del módulo, según la ecuación (1). Se ha seleccionado el método de la tangente cuerda ya que dicho procedimiento toma en consideración el mayor número de datos para el cálculo del módulo de elasticidad, además de la deformación longitudinal de 5 millonésimos MPa la cual se considera el valor más real para obtener esta propiedad.

Cabe recalcar que, inicialmente se obtuvieron 2 módulos de elasticidad para cada fardo revocado debido al empleo de 2 deformímetros por ensayo, posteriormente a aquello, se consideró necesario realizar un promedio de las deformaciones obtenidas por cada nivel de carga, realizando las correspondientes curvas σ vs ε y diferenciándose de acuerdo a las condiciones de los ensayos (orientación en plano o canto y de acuerdo a espesor del recubrimiento); determinando de esta manera el módulo de elasticidad promedio experimental para fardos de paja en posición plano, canto y con espesor de 3 a 4 cm.

Para el caso de σ₁ se tomó el rango de datos de esfuerzo y deformación determinándose la pendiente de esta sección al momento del asiento del cabezal en el revoco del fardo para multiplicarse por la deformación de 5 millonésimos, obteniéndose σ₁ y ε₁ (0,00005). Para σ₂ se consideró la toma de datos hasta el 40 % de la carga de rotura y por ende esfuerzo proyectado, se tomó el rango de esfuerzo y deformación para el cálculo de su pendiente, calculándose de esta manera σ₂ y ε₂ y por ende el cálculo del módulo E . Vardy [21] realiza el cálculo del módulo de elasticidad con la metodología del módulo cuerda, la diferencia en el cálculo de la propiedad con la presente investigación recae en la consideración del σ₂ más allá del 40 % de la carga de rotura, esto no fue posible para el estudio dado que fue necesario el retiro de los equipos antes de la rotura para asegurar la integridad de los mismos.

2.8. Modelación de vivienda unifamiliar en ETABS

Para comprobar el posible uso del desecho agroindustrial estudiado en la construcción, se realizó la modelación estructural de una vivienda (120,35 m²) con muros portantes de fardos de paja en donde se utilizó como dato necesario el módulo de elasticidad obtenido en esta investigación.

La estructura modelada posee 2 pisos, misma que se observa en la Figura 12, con una altura de entrepiso de 2,75 m; con cubierta y el sistema estructural conformado por muros portantes de fardos de paja revocados con las propiedades obtenidas. El entrepiso es un entablado de madera con espesor de 3,5 cm; cubierta con altura de onda (espesor modelado) de 3,7 cm. Vigas perimetrales de entrepiso de 20 × 25 cm, para soporte de cercha más cubierta de 6,5 × 14 cm, longitudinales e interiores 6,5 × 14 cm y para conformación de cerchas de 4,5 × 9 cm. Todo el material a excepción de los muros, corresponde a madera tipo B, madera denominada “Colorado” [42], misma que no presenta ningún ataque microbiológico o de insectos, no tiene deficiencias de secado, alabeos, fendas, deformaciones ni desgarros y que cumple con todas las especificaciones tanto mecánicas, técnicas y tecnológicas. Un detalle de aquellas especificaciones se puede observar en la Tabla 4.

Se presenta la configuración arquitectónica en planta para el piso 1 y 2 en las Figuras 10 y 11, en la mismas se pueden observar la distribución de espacios.

A continuación, se puede observar la vivienda modelada en 3D en la Figura 12 y en la Figura 13 se presenta una sección de la configuración del material tipo sánduche (revoco-fardo-revoco), sistema a modelar en ETABS más adelante.

Se presenta una sección del material tipo sánduche caracterizado, y su ubicación en la vivienda.

3. Resultados y discusiones

3.1. Resultados

Se presentan los resultados obtenidos realizada la caracterización del fardo de paja antes y después del revoco aplicado.

3.1.1. Contenido de humedad

El contenido de humedad promedio de los 20 fardos que conforman la muestra es 10,3 %. Para una mejor observación e interpretación de estos resultados con el límite máximo de contenido de humedad, se presenta la Figura 14, la misma que detalla el contenido de humedad obtenido en cada fardo de paja.

Por consiguiente, los fardos de paja cumplen con dicha disposición ya que los resultados obtenidos no sobrepasan el límite máximo permisible.

3.1.2. Densidad aparente

La normativa estadounidadense RB473 [27] en su apéndice denominado “Construcción con fardos de paja”, estipula la necesaria corrección por humedad que se debe realizar en el peso de los fardos de paja previo cálculo de la densidad aparente. Dicha corrección consiste en determinar el valor representativo del contenido de humedad en el fardo de paja, posteriormente restarlo del peso del material y proceder al cálculo de la densidad mediante la relación masa sobre volumen de acuerdo con la ecuación (2).

En la Figura 15 se presenta el esquema representativo de los valores de densidades aparentes corregidas cuyo promedio fue 88,83 kg/m³, de tal forma que se puede observar que ningún valor es inferior al valor mínimo permisible ni superior al valor máximo permisible, por consiguiente, todos los fardos de paja cumplen los requisitos de caracterización para su uso.

3.1.3. Módulo de elasticidad en fardo de paja desnudo

La investigación se enfocó únicamente en el fardo hecho a base de trigo, por tal motivo, se seleccionó la relación 3 y 4 de la Tabla 3, no obstante, es necesario aclarar que los resultados de los investigadores en las ecuaciones seleccionadas se determinaron con una densidad promedio del fardo de paja de 146,1 kg/m³. Se realizó una relación entre dicha densidad y la obtenida de manera experimental de los fardos recogidos en Calacalí, que es en promedio 88,83 kg/m³, determinándose en la Tabla 5 las siguientes ecuaciones para el presente estudio.

Con esta relación se procede al cálculo del módulo de elasticidad del fardo de paja desnudo (no revocado), se diferencian por posición y espesor de revoco con la finalidad de discutir el módulo con y sin revestimiento, estos resultados se observan en la Figura 16.

3.1.4. Módulo de Elasticidad Promedio Experimental de fardo de paja revocado

Una vez realizada la gráfica esfuerzo vs deformación experimental para obtener el módulo de elasticidad de la mampostería, será necesario ponderar los esfuerzos a compresión obtenidos, para el caso de posición plana e: 3 cm, posición plana e: 4 cm, posición canto e: 3 cm y en posición canto e: 4 cm. Además, así como se obtuvo un módulo de elasticidad promedio, es ideal asumir una sola constitución (dimensiones de los fardos para cada caso) diferenciando la posición y el espesor. Con estos datos y habiéndose obtenido las deformaciones generalizadas (promedio) para cada caso se presentan en la Figura 17 los valores generalizados promedios previo al cálculo del módulo de elasticidad en fardos de paja revocados.

Determinándose los siguientes módulos de elasticidad en la Tabla 6, aplicado la metodología de Vardy [21].

3.1.5. Módulo de elasticidad y densidad de fardos de paja revocados

En lo referido a la Figura 18, se puede observar la relación directamente proporcional que existe entre la densidad de los fardos de paja revocados y el módulo de elasticidad (E ∞D), a medida que más alto sea la densidad de los fardos de paja revocados, mayor será el módulo de elasticidad para los mismos. Se obtienen mejores resultados en cuanto a módulo de elasticidad se refiere cuando el fardo se encuentra dispuesto en posición canto, derivado de una densidad mayor con respecto a los fardos en posición plano, esto se debe a la posición propia del fardo, al ser revocado en posición canto el peso del mortero empleado es superior comparado con la posición plano.

3.1.6. Derivas de piso

Con la caracterización realizada al mortero y fardo de paja, se procedió a realizar la modelación, empleando un sistema de muros portantes cuya base de la vivienda es el propio material estudiado (revoco-fardo-revoco), visto en la Figura 13. De la modelación planteada posterior a la caracterización para la evaluación del fardo de paja como material de construcción, se obtuvieron las derivas de piso para los casos de muros con fardos de paja en posición plano y canto, variando el espesor del revoco de 3 a 4 cm, se presenta las derivas máximas obtenida para el caso posición plano e: 3 cm en la Figura 19.

De los resultados obtenidos para derivas inelásticas máximas, se puede analizar que la mismas se reducen para posición de plano en sentido x en 4,08 % y en sentido y en 4,23 %, posición de canto en sentido x en 14,77 % y en sentido y en 14,43 % cuando se emplean fardos con un espesor de recubrimiento de 4 cm, por consiguiente, se obtienen mejores resultados cuando el revoco es mucho mayor como se observa en la Tabla 7.

3.2. Discusiones

3.2.1. Densidad aparente corregida

Réseau Francais RFCP [43], RB473 [27] y [40], coinciden en que para el empleo del fardo de paja como material para la construcción, se debe cumplir con una densidad de entre 80–120 kg/m³. Si se empleara el fardo tomando en consideración los valores, previa corrección por humedad, se obtiene que el promedio general de densidades con respecto al límite máximo permisible cumple con este requisito en un 82,52 %, es decir un porcentaje aceptable e idóneo. No obstante, es necesario realizar la corrección por humedad debido a las consecuencias que conlleva el uso de fardos húmedos, por tal motivo al realizar la corrección por humedad el cumplimiento de este requisito y que se visualiza en la Figura 15 se disminuye en un 74,03 %. Cabe recalcar que este último porcentaje representa la densidad promedio aparente de88,83 kg/m³. Investigaciones como las de varios autores, [16], [44], caracterizan al fardo previo a su uso con un contenido de humedad general de 11,02–19 %, es decir, superior al valor representativo usado en la presente investigación y para densidad promedio 84,75 kg/m³.

3.2.2. Contenido de humedad

Según varios autores [45], [27] y Resa [46], para el uso de fardos en la construcción estos deben cumplir con un contenido de humedad menor al 15 %, se puede observar en la Figura 14 que las muestras cumplen con dicho requisito. Por ende la caracterización del fardo de paja sigue un cumplimiento totalmente aceptable.

3.2.3. Módulo de elasticidad de fardo de paja sin revoco

En la Figura 16 se presenta los resultados correspondientes a la determinación del módulo de elasticidad de los fardos de paja sin la aplicación de un revoco, de acuerdo al modelo propuesto Maraldi [40] de predicción de módulo de elasticidad en función de la densidad del material, los resultados obtenidos identifican a un material con un módulo pequeño de entre 0,052–0,06 MPa característico de un espécimen totalmente flexible que incursiona en el rango no lineal de manera brusca debido a las solicitaciones de carga. En el caso de Maraldi [41] obtienen resultados entre 0,08–0,11 MPa, valores más altos debido a la densidad superior de 146,1 kg/m³ por encima con respecto a la del presente trabajo que fue de 88,83 kg/m³, corroborándose la relación que afirma que el módulo aumenta a medida que la densidad de este material es mayor, lo que se relaciona típicamente con una mejora en el comportamiento del material.

3.2.4. Módulo de elasticidad de fardo de paja revocado

Debido a este comportamiento impredecible por la constitución propia del fardo, varios investigadores citados anteriormente recomiendan la caracterización del fardo de paja con un mortero de recubrimiento, evidentemente el módulo de elasticidad para este caso aumenta, debido al cambio a material compuesto. Tal como se evidencia en la Tabla 6 el valor máximo del módulo de elasticidad en fardo desnudo (no revocado) fue de 0,10 MPa, este valor aumenta considerablemente cuando el fardo es analizado individualmente con un revoco donde el módulo máximo obtenido es de 18,67 MPa.

3.2.5. Esfuerzo a compresión de fardos de paja

Para el caso de esfuerzo a compresión se obtiene que para fardos en posición plano con espesor de 3 cm se reduce 9,86 % la resistencia con respecto a fardos con espesor de 4 cm; para el caso de fardos en posición canto con espesor de 4 cm se reduce en 12,29 % la resistencia con respecto a fardos con espesor de 4 cm.

3.2.6. Relación Densidad Vs Módulo de Elasticidad

Referido a la Figura 18 se puede afirmar que la relación presentada por Maraldi [40] denominada “Assessment and modelisation of the mechanical performance of straw bales for use in construction” donde establecen una relación directamente proporcional entre el módulo de elasticidad del fardo en función de la densidad del mismo; se cumple para el presente estudio.

4. Conclusiones

Los fardos en posición canto presentan un mejor comportamiento del material, debido a su aumento en el módulo de elasticidad, por otro lado para fardos en posición plano su módulo es más pequeño pero resisten mejor las solicitaciones a compresión; esto significa que se puede disponer los fardos en posición plano debido a que estos resisten mucho más, pero también se puede considerar el empleo en posición canto por ahorro de espacio en el área de emplazamiento de una vivienda, tomando en cuenta la configuración arquitectónica.

Respecto al comportamiento mecánico general de los fardos de paja se puede concluir que la configuración de los fardos puede generar la suficiente rigidez para que esta sea capaz de soportar cargas producidas por un muro portante, de tal forma que su resistencia está en función de su posicionamiento (plano-canto), sus dimensiones, densidad, el pretensionamiento de las cuerdas de los fardos y fundamentalmente por el espesor de recubrimiento que se le aplique.

El control de la forma y dimensiones estándar de los fardos de paja representan un aspecto importante para el aseguramiento de mejores resultados estructurales, la forma de los fardos y particularmente su esbeltez influye directamente en la rigidez de un muro hecho a base de este material.

La falta de un control estricto sobre las dimensiones de los fardos y por consiguiente su densidad, afecta en última instancia a las propiedades mecánicas de los mismos, razón por la cual los resultados fueron bastante variables y apenas controlables en un fardo con respecto a otro. Este problema debe solucionarse en la producción, de esta manera se asegura la repetibilidad de los resultados post-ensayo destructivo referido al comportamiento mecánico del fardo de paja. Es decir, la caracterización del material y el comportamiento mecánico están directamente relacionados.

La caracterización física realizada en los fardos locales cumplen con los requisitos previos a su uso en la construcción, este comportamiento favorable en conjunto con las propiedades mecánicas se comprueba con los resultados obtenidos en la modelación, puesto que de la simulación realizada mediante software ETABS se concluye que las derivas inelásticas máximas de la vivienda tipo son menores al 2 % para los casos de sentido plano y canto en sentido x e y con espesor de 3–4 cm, por lo que cumple con los requisitos constructivos establecidos por NEC “Cargas Sísmicas. Diseño Sismo Resistente” y por consiguiente el material es apto para su uso en la construcción.

Se obtuvieron mejores resultados a compresión a medida que el espesor del revoco aumenta, registrando un incremento de resistencia del 36,29 % en posición plano cuando el revoco pasa de 3 a 4 cm, así como un crecimiento del 53,93 % en posición canto cuando el revoco aumenta.

Los resultados servirán para aumentar el conocimiento general de la construcción con fardos de paja y su comportamiento estructural, a su vez ayudará a aumentar la credibilidad de uso aplicando este material como una técnica de construcción convencional y proporcionará una base para las futuras investigaciones sobre el rendimiento estructural de paredes de fardos revocados en el país.

5. Referencias

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Notas de autor

lviera@uce.edu.ec

Enlace alternativo

http://servicio.bc.uc.edu.ve/ingenieria/revista/v27n3/art05.pdf (pdf)

https://www.revistas.uc.edu.ve/index.php/revinguc/article/view/150 (html)