El Jacinto de Agua como material de construcción en África Subsahariana

Salas Ruiz, Adela (2019). El Jacinto de Agua como material de construcción en África Subsahariana. Thesis (Doctoral), E.T.S. Arquitectura (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.57498.

Description

Title: El Jacinto de Agua como material de construcción en África Subsahariana
Author/s:
  • Salas Ruiz, Adela
Contributor/s:
  • Barbero Barrera, María del Mar
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2019
Subjects:
Faculty: E.T.S. Arquitectura (UPM)
Department: Construcción y Tecnología Arquitectónica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

Full text

[img]
Preview
PDF - Requires a PDF viewer, such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
Download (19MB) | Preview

Abstract

El Jacinto de Agua (Eichornnia Crassipes) (JA) es una planta acuática flotante presente en el cinturón tropical del planeta que, sin embargo, es considerada una de las 100 especies invasoras más agresivas debido a su elevado tasa de crecimiento que deriva en graves impactos sociales, económicos y medioambientales. En la actualidad, a pesar de los esfuerzos de los organismos internacionales realizados su erradicación es imposible de alcanzar, siendo la extracción física la medida más efectiva de control a corto plazo para paliar sus efectos. Sin embargo, su elevado coste hace que sólo sea asequible en países con elevados recursos económicos, no siendo este el caso de África Subsahariana. Esta investigación tiene por objeto la búsqueda del máximo potencial de las distintas partes del JA para su empleo como material de construcción en entornos subsaharianos de precariedad, donde las estructuras físicas y administrativas para implementar las medidas de control de la plaga no existen, adaptando la solución al tejido industrial característico del entorno subsahariano. De acuerdo con los resultados de la investigación, el uso de la ceniza de raíz de JA como adición puzolánica no es competitivo comparado con otras cenizas procedentes de residuos vegetales, aunque el efecto de encapsulación de elementos contaminantes observado cuando se emplean matrices de cemento permite plantear su uso en elementos prefabricados sin requerimientos mecánicos. Por su parte el Peciolo de Jacinto de Agua (PJA) presenta unas óptimas prestaciones en términos de aislamiento térmico debido a su baja densidad gracias a su estructura interna porosa. Además, su limitado contenido en lignina, muy poco común en comparación con otras especies vegetales, facilita su aplicación en contextos de precariedad no siendo necesarios pretratamientos de extracción de fibras de celulosa. El análisis de la obra construida en entornos subsaharianos determina que la instalación de paneles como falso techo de cubiertas ventiladas es la mejor estrategia para paliar las ganancias térmicas provocadas por la radiación solar. De modo que, la investigación analiza, en términos físicos, mecánicos y térmicos, el comportamiento de paneles de PJA y cemento para ser instalados como falsos techos. Partiendo de dichas premisas, la fase experimental de la investigación propone la elaboración de paneles con dos tipos de partículas en base a los cuales se fabrican doce tipos de mezclas con diferentes dosificaciones. El proceso de manufactura fue diseñado para su reproducción en entornos de precariedad. En base a los resultados obtenidos y con el objetivo de optimizar el uso de PJA como material de construcción, se buscó aunar en un único elemento las propiedades térmicas de los paneles de partículas de mayor tamaño, cuya conductividad térmica fue de 0,045 W/mK, y las mecánicas de los paneles de partículas más pequeñas, cuya resistencia a flexión fue de 0,61 MPa. Así, se consiguió un panel de aislamiento térmico de 60 x 60 x 6 cm que era autoportante y cuya conductividad térmica fue de 0,05 W/mK, similar a otros materiales aislantes. El panel está compuesto por 3 capas: las dos exteriores elaboradas con partículas pequeñas de PJA con una dosificación en peso de 80:20 (PJA:cemento) y una interna de partículas de mayor tamaño sin cemento. Su instalación reduce al 100% el riesgo de sufrir problemas de salud vinculados a exposiciones prolongadas en el tiempo a temperaturas elevadas. Además, se incrementa de media un 30% las horas de ocupación en las que la temperatura interior se encuentra dentro del rango de confort térmico. En definitiva, la investigación ha permitido desarrollar unos materiales compuestos basados en el máximo aprovechamiento del JA cuyo uso permitirá mejorar la calidad de las edificaciones de bajo coste en África subsahariana, valorizar la biomasa generada por la plaga, promover su control y reducir los impactos provocados en las poblaciones más vulnerables. ----------ABSTRACT---------- Water Hyacinth (Eichhornia crassipes) (WH) is a floating aquatic plant, which is a plague in most of the tropical countries of the world. It is included in the list of the 100 most dangerous invasive species due to its rapid growth which causes considerable social, economic, and environmental problems. Despite high investment and large-scale intervention by different international organizations, it is impossible to achieve a full eradicate the pest. Physical extraction has become the most effective measure to control the spread of WH, but it is expensive and only high-income countries can implement it. It is not the case of Sub-Saharan Africa. In order to reduce its impacts, this research investigated the potential value of the different parts of WH as a construction material for precarious Sub-Saharan Africa environment, where there is no physical and administrative infrastructure to manage the pest. The proposed solution should be adapted to the unconsolidated industrial sector of Sub-Saharan Africa. According to the results, the use of WH root ashes as pozzolanic addition is not competitive when compared with other ashes coming from organic waste. In spite of that, the use of WH root ashes can be considered for pre-fabricated cement elements to fix the pollutants found in cement composites. Contaminant substances are incorporated into hydration products thanks to WH root ashes’ ability to react with calcium ions. Therefore, it could be used as an alternative addition in cement matrix in order to create a new material for non-structural elements. On the other hand, WH petioles have a competitive performance as an insulation material, due to their low lignin content and internal porous structure. In addition, WH petioles low lignin content makes their use easy in precarious contexts as it eliminates the need to perform a pre-treatment to extract cellulose fiber. Analysing the built environment in Sub-Saharan Africa, the best strategy to reduce the thermal gains due to solar radiation is the installation of suspended ceiling panels below the ventilated roof. , t Therefore, this research analysed the physical, mechanical and thermal insulation properties of WH petiole-cement panels in order to be installed as suspended ceiling. The study investigated different WHP-to-cement ratios, ranging from 40:60 to 100:0, as well as different WH petiole particle sizes (pulp and staple). The developed manufacture process was designed taking its replication in low-incomes countries into consideration. According to the results, an optimized panel was defined joining the thermal properties of the panels made by larger particles of WH petioles (staple), which have a thermal conductivity equal to 0,045 W/mK; together with the mechanical behaviour of panels made by smaller particles (pulp) which has a flexural strength equal to 0.61 MPa. The optimized panel (60 x 60 x 6 cm) was self-supporting and it had goods thermal insulation behaviour 0.05 W/mK, similar to other insulation materials. It was composed by 3 layers: the two outer layers were made by Pulp panels with 80 % of WH by weight and the inner layer was Staple panel without cement addition. The installation of WH petiole panels eliminates the health problems related to heat stress caused by long time exposure to high temperatures. In addition, the time in which buildings were occupied was increased to 30 % due to improved temperature comfort. In summary, this research has developed a composite building material using the maximum value of WH. The use of this new material will allow to improve the building quality of low-income tropical housing in sub-Saharan Africa. In addition, it promotes the WH biomass valorisation, improving a strategic way to control and manage the pest in order to reduce its impact to the most vulnerable communities.

More information

Item ID: 57498
DC Identifier: http://oa.upm.es/57498/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:57498
DOI: 10.20868/UPM.thesis.57498
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 16 Dec 2019 08:00
Last Modified: 16 Jun 2020 22:30
  • Logo InvestigaM (UPM)
  • Logo GEOUP4
  • Logo Open Access
  • Open Access
  • Logo Sherpa/Romeo
    Check whether the anglo-saxon journal in which you have published an article allows you to also publish it under open access.
  • Logo Dulcinea
    Check whether the spanish journal in which you have published an article allows you to also publish it under open access.
  • Logo de Recolecta
  • Logo del Observatorio I+D+i UPM
  • Logo de OpenCourseWare UPM