DESARROLLO DE BIOMATERIALES CONSTRUCTIVOS ECOEFICIENTES PARA LA
OPTIMIZACIÓN TÉRMICA Y ESTRUCTURAL EN LA CONSTRUCCIÓN
ANDINA
DEVELOPMENT OF ECO-EFFICIENT BUILDING BIOMATERIALS FOR THERMAL
AND STRUCTURAL OPTIMIZATION IN ANDEAN CONSTRUCTION
Autores:
¹Lenin
Darío
Valente
Malán,
²Byron
Fabricio
Pilco
Cali,
³Martha
Inés
Mullo
Manobanda y
4
Johana Esthela Aucancela Minta.
¹ORCID ID:
https://orcid.org/0009-0002-6294-9900
²ORCID ID:
https://orcid.org/0009-0008-5403-1730
3
ORCID ID:
https://orcid.org/0009-0000-9970-9383
4
ORCID ID:
https://orcid.org/0009-0000-2229-9697
¹E-mail de contacto:
unidadinvestigacion@jatunyw.edu.ec
²E-mail de contacto:
unidadinvestigacion@jatunyw.edu.ec
³E-mail de contacto:
unidadinvestigacion@jatunyw.edu.ec
4
E-mail de contacto:
unidadinvestigacion@jatunyw.edu.ec
Afiliación: ¹*²*³*
4
*Instituto Superior Tecnológico Jatun Yachay Wasi, Carrera de Construcciones Andinas, (Ecuador).
Artículo recibido: 2 de septiembre del 2026
Artículo revisado: 4 de septiembre del 2026
Artículo aprobado: 4 de septiembre del 2026
¹Arquitecto, graduado de la Universidad Nacional de Chimborazo, (Ecuador).
²Tecnólogo en máquinas y herramientas, graduado del Instituto Tecnológico Superior Carlos Cisneros, (Ecuador).
³Estudiante del
Instituto Superior Tecnológico Jatun Yachay Wasi, Carrera de Construcciones Andinas, (Ecuador).
4
Tecnóloga en construcción andina, graduada del Instituto Superior Tecnológico Jatun Yachay Wasi, (Ecuador). Ingeniera en recursos
naturales renovables, graduada de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, (Ecuador).
Resumen
La industria de la construcción actual enfrenta
el
imperativo
de
adoptar
materiales
descarbonizados
y
ecoeficientes
capaces
de
mitigar
el
consumo
energético
en
las
edificaciones.
En
el
contexto
ecuatoriano,
la
disposición
inadecuada
y
la
quema
no
controlada de residuos forestales como la viruta
de Eucalyptus globulus no solo configuran una
severa
problemática
ambiental,
sino
que
representan
un
desaprovechamiento
crítico
de
materia prima renovable. Ante este escenario, la
presente investigación abordó el desarrollo de
un biomaterial compuesto elaborado a partir de
virutas
de
eucalipto
en
una
matriz
de
tierra
arcillo-limosa,
orientado
a
optimizar
el
desempeño
termo-estructural
de
paneles
modulares
en
bastidores
para
la
arquitectura
andina.
Mediante
un
enfoque
cuantitativo
experimental, se caracterizaron las propiedades
de
las
virutas
de
madera
y
se
ensayaron
tres
dosificaciones
volumétricas
fibra-matriz
(T1
1.5:1,
T2
2:1
y
T3
2.5:1).
La
caracterización
física de la fibra reveló una densidad aparente
de 180"–" 210 (" kg/m") ^3 y una resistencia a
la
tracción
de
18"–"
22"
MPa”.
Entre
los
tratamientos, la dosificación T2 (2:1) demostró
el
equilibrio
termo-mecánico
óptimo,
alcanzando una densidad de 920 (" kg/m") ^3,
una
conductividad
térmica
reducida
de
0.19"
W/m"
⋅
"K”
y
una
resistencia
a
la
compresión
simple de 1.6" MPa”. La evaluación in situ de
prototipos
a
escala
real
(50×50×4"
cm”)
en
Riobamba evidenció un retardo térmico de 3.5"
a
"
4.0"
horas”
y
diferencias
de
temperatura
interior de +2.8" °C” en mañanas frías y -3.4"
°C”
en
tardes
cálidas
frente
al
ambiente
exterior,
superando
ampliamente
el
comportamiento del bahareque tradicional. En
el ámbito mecánico, el panel T2 soportó cargas
uniformes
de
120
("
kg/m")
^2
sin
agrietamiento. En conclusión, la integración de
biomasa
forestal
residual
en
bastidores
modulares
estandarizados
industrializa
la
técnica vernácula del bahareque, garantizando
eficiencia
energética,
seguridad
estructural
no
portante
y
sostenibilidad
en
la
edificación
de
alta montaña.
Palabras
clave:
Arquitectura
sustentable,
Bahareque
modular,
Biomateriales
Ciencia y Educación
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compuestos,
Biomasa
forestal,
Conductividad térmica
.
Abstract
The
current
construction
industry
faces
the
imperative of adopting decarbonized and eco-
efficient materials capable of mitigating energy
consumption
in
buildings.
In
the
Ecuadorian
context,
the
inadequate
and
uncontrolled
disposal of forest residues such as the viruta of
Eucalyptus
globulus
in
the
soil
constitutes
a
severe
environmental
problem,
which
represents
a
critical
waste
of
renewable
raw
materials.
Given
this
scenario,
the
present
investigation
concerns
the
development
of
a
biomaterial composed of eucalyptus chips in a
matrix of clay-lime earth, aimed at optimizing
the thermo-structural
performance of modular
panels in frames for Andean architecture. Using
an
experimental
quantitative
approach,
the
properties of wooden beams were characterized
and three volumetric fiber-matrix dosages were
tested
(T1
1.5:1,
T2
2:1
and
T3
2.5:1).
The
physical characterization of the fiber revealed
an apparent density of 180"–" 210 (" kg/m")^3
and
a
tensile
strength
of
18"–"
22"
MPa".
Between
treatments,
dosing
T2
(2:1)
demonstrated
the
optimal
thermo-mechanical
balance, achieving a density of 920 (" kg/m")
^3,
a
reduced
thermal
conductivity
of
0.19"
W/m"
⋅
"K"
and
a
resistance
to
simple
compression
of
1.6"
MPa”.
The
in-situ
evaluation
of
full-scale
prototypes
(50×50×4"
cm") in Riobamba showed a thermal delay of
3.5"
to
"4.0"
hours"
and
interior
temperature
differences of +2.8" °C" in cold mornings and -
3.4" °C" in warm afternoons compared to the
outdoor
environment,
greatly
surpassing
the
behavior
of
traditional
bahareque.
Mechanically,
the
T2
panel
can
withstand
uniform
loads
of
120"
(kg/m")
^2
without
seizing.
In
conclusion,
the
integration
of
residual
forest
biomass
into
standardized
modular
racks
industrializes
the
vernacular
technique
of
the
Bahareque,
guaranteeing
energy efficiency, structural safety in the carrier
and sustainability in high mountain buildings.
Keywords:
Sustainable
architecture,
Modular structure, Composite biomaterials,
Forest biomass, Thermal conductivity.
Sumário
A
indústria
da
construção
atual
enfrenta
a
necessidade
de
adotar
materiais
descarbonizados
e
ecoeficientes
capazes
de
mitigar o consumo de energia nas edificações.
No
contexto
equatoriano,
a
disposição
inadequada
e
a
questão
não
controlada
de
resíduos florestais como a viruta do Eucalyptus
globulus
não
configuram
apenas
um
sério
problema
ambiental,
mas
representam
um
desastre
crítico
de
matéria
prima
renovável.
Antes
deste
cenário,
a
presente
investigação
abordou o desenvolvimento de um biomaterial
composto feito a partir de virutas de eucalipto
em uma matriz de terra arcillo-limosa, orientada
para otimizar o desempenho termoestrutural de
painéis
modulares
em
bastidores
para
a
arquitetura
andina.
Mediante
uma
abordagem
quantitativa experimental, foram caracterizadas
as
propriedades
das
virutas
da
madeira
e
ensaiadas
três
dosificações
volumétricas
de
fibra-matriz (T1 1,5:1,
T2 2:1
e T3 2,5:1). A
caracterização
física
da
fibra
revelou
uma
densidade aparente de 180"–" 210
〖
" kg/m"
〗
^3
e
uma
resistência
à
tração
de
18"–"
22"
MPa". Entre os tratamentos, a dosificação T2
(2:1)
demonstrou
o
equilíbrio
termomecânico
ótimo,
alcançando
uma
densidade
de
920
〖
"
kg/m"
〗
^3,
uma
condutividade
térmica
reduzida de 0,19" W/m"
⋅
"K" e uma resistência
à
compressão
simples
de
1,6"
MPa".
A
avaliação in
situ de protótipos em
escala
real
(50×50×4" cm") em Riobamba evidenciou um
atraso
térmico
de
3,5"
a
"4,0"
horas"
e
diferenças de temperatura interior de +2,8" °C"
em manhãs frias e -3,4" °C" em tardes cálidas
frente
ao
ambiente
exterior,
superando
ampliamente
o
comportamento
do
bahareque
tradicional. No ámbito mecânico, o painel T2
suportou cargas uniformes de 120
〖
" kg/m"
〗
^2 sem agrietamiento. Concluindo, a integração
de
biomassa
residual
florestal
em
bastidores
modulares padronizados industrializa a técnica
vernácula do bahareque, garantindo eficiência
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energética, segurança estrutural não portante e
sostenibilidad na edificação de alta montanha.
Palavras-chave:
Arquitetura
sustentável,
Bahareque
modular,
Biomateriais
compostos,
Biomasa
florestal,
Condutividade térmica.
Introducción
El
sector
de
la
edificación
y
la
construcción
representa
aproximadamente
el
36%
del
consumo
mundial
de
energía
final
y
es
responsable
del
39%
de
las
emisiones
antropogénicas
de
dióxido
de
carbono
("CO"
_2)
asociadas
a
la
producción
de
insumos
e
industrialización
de
infraestructuras
(Pérez
y
Gómez,
2022;
Zhang
et
ál.,
2023).
La
dependencia
continua
de
materiales
convencionales de alta huella de carbono como
el acero estructural, el hormigón Portland y los
aislamientos
sintéticos
derivados
del
petróleo
exige
procesos
de
fabricación
con
elevada
intensidad
térmica
que
aceleran
el
deterioro
ambiental y el calentamiento global (Alavedra,
1997;
Organización
de
las
Naciones
Unidas
para la Alimentación y la Agricultura [FAO],
2021).
Ante esta problemática, la ciencia de materiales
aplicable a la arquitectura sustentable prioriza el
desarrollo
de
biocompuestos
ecoeficientes
reforzados
con
fibras
lignocelulósicas
renovables.
Estas
alternativas
orientadas
a
la
descarbonización
sustituyen eficazmente a las
envolventes poliméricas sintéticas, optimizando
el
desempeño
térmico
operacional
de
las
edificaciones
y
mitigando
la
huella
ecológica
del
entorno
construido
(Álvarez
y
Romero,
2012;
Pacheco
et
ál.,
2021).
En
el
contexto
geográfico de la región interandina de América
Latina, las comunidades asentadas en valles y
altiplanos de gran altitud (sobre los 2800 metros
sobre
el
nivel
del
mar)
enfrentan
condiciones
microclimáticas
extremas
caracterizadas
por
una
marcada
oscilación
térmica
diurna
y
heladas
nocturnas
recurrentes
(Morales
y
Paredes,
2023;
Quispe
y
Condori,
2022).
Históricamente,
la
arquitectura
vernácula
andina resolvió las necesidades de habitabilidad
mediante sistemas de tierra masiva tales como
el
adobe, el tapial
y el
bahareque tradicional,
cuya capacidad inercial permitía almacenar la
radiación
solar
diurna
para
amortiguar
el
frío
nocturno
sin
consumo
energético
(Castro
y
Mendoza, 2021; Tapia et ál., 2023).
Sin embargo, la acelerada expansión urbana y la
sustitución indiscriminada de estas tecnologías
ancestrales por bloque de hormigón y cubiertas
de
zinc
sin
aislamiento
han
incrementado
la
vulnerabilidad
térmica
y
la
severidad
del
confort interior en las viviendas rurales andinas,
generando problemas de salud respiratoria en la
población (Pilamunga et ál., 2024; Velasquez,
2016). Por otra parte, en el contexto particular
del Ecuador, la actividad silvícola y la industria
de primera transformación de la madera en la
Sierra
central
generan
anualmente
miles
de
toneladas
de
residuos
lignocelulósicos
sin
contar
con
una
cadena
de
valor
industrial
estabilizada (Riofri, 2019).
Gran parte de esta biomasa residual constituida
principalmente por virutas, astillas y cortezas de
Eucalyptus
globulus,
es
eliminada
mediante
quema no controlada a cielo abierto o dispuesta
de
forma
desordenada
en
suelos
y
cuencas
hídricas.
Esta
práctica
origina
una
grave
contaminación
por
material
particulado
y
representa la pérdida de un recurso renovable
con
elevado
potencial
tecnológico
para
la
ingeniería
de
biocompuestos
(Jones
y
Smith,
2024).
Revalorizar
la
madera
de
eucalipto
resulta
clave
en
la
región
andina,
dado
que
constituye
una
especie
forestal
plenamente
adaptada y abundante en los pisos bioclimáticos
de la Sierra ecuatoriana. A medida que avanza
la bioconstrucción contemporánea, persiste un
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importante
vacío
del
conocimiento
sobre
la
caracterización
físico-mecánica
e
integración
sistemática
de
las
virutas
de
Eucalyptus
globulus
dentro
de
matrices
de
tierra
arcillo-
limosa para la prefabricación de componentes
modulares
destinados
a
la
edificación
de
alta
montaña.
Las
investigaciones
previas
en
biocompuestos
han
dado
prioridad
a
la
inclusión
de
fibras
agrícolas
de
ciclo
corto
(como
la
caña
de
azúcar
o
la
paja
de
trigo),
dejando
de
lado
el
análisis
de
las
virutas
de
madera dura forestal. Estas últimas poseen una
estructura
celular
más
densa
que
garantiza
mayor
resistencia
a
la
degradación
biológica,
mejor comportamiento frente a los xilófagos y
menor
higroscopicidad
en
climas
fríos
y
húmedos
de
altitud
(Gorría,
2020);
(Smith
y
Rodríguez, 2025); (Zhang et ál., 2023).
Asimismo, la técnica ancestral del bahareque se
mantiene
relegada
a
la
informalidad
y
a
la
autoconstrucción precaria debido a la falta de
estandarización dimensional de sus elementos,
la
ausencia
de
coeficientes
de
transferencia
térmica
certificados
bajo
normas
internacionales
y
los
prolongados
tiempos
de
curado
e
hibridación
in
situ
que
retrasan
el
avance
de
obra
(Castro
y
Mendoza,
2021);
(Tapia
et
ál.,
2023).
La
modernización
de
la
construcción
andina
exige
la
evolución
del
bahareque
tradicional
hacia
sistemas
de
la
"tecnología
del
barro
alivianado
y
modularizado",
donde
los
bastidores
estandarizados
de
madera
prefabricados
funcionen
como
marcos
rígidos
que
acojan
biomateriales
de
baja
densidad
e
inercia
optimizada
(Pilamunga
et
ál.,
2024).
La
presente
investigación
se
justifica
en
la
necesidad
urgente
de
articular
los
saberes
constructivos
vernáculos
con
la
ingeniería
de
materiales contemporánea bajo los principios de
la
economía
circular
y
la
descarbonización
(FAO,
2021).
Transformar
un
residuo
contaminante como la viruta de eucalipto en un
biomaterial
compuesto
ecoeficiente
de
alta
capacidad
inercial
permite
industrializar
el
bahareque mediante bastidores modulares. Esta
solución reduce el consumo de energía auxiliar
para
climatización,
disminuye
los
costos
de
ejecución
y
proporciona
sistemas
de
cerramiento no portante saludables, accesibles y
seguros
para
las
comunidades
andinas.
El
objetivo
general
del
estudio
consiste
en
desarrollar
un
biomaterial
compuesto
ecoeficiente a base de fibras de biomasa forestal
residual (Eucalyptus globulus) y tierra arcillo-
limosa
para
la
optimización
térmica
y
estructural no portante en sistemas de bastidores
modulares aplicados a la construcción andina.
Materiales y Métodos
El
estudio
se
desarrolló
mediante
una
investigación aplicada con enfoque cuantitativo
y diseño experimental de laboratorio y campo.
La ejecución metodológica se estructuró en tres
fases consecutivas durante un periodo de seis
meses
(Figura
1):
Fase
1
(Meses
1–2):
Caracterización física, morfológica y mecánica
de las materias primas (virutas de Eucalyptus
globulus y tierra arcillo-limosa) y formulación
de
dosificaciones
experimentales.
Fase
2
(Meses
3–4):
Confección
de
probetas
de
laboratorio
y
ejecución
de
ensayos
normados
para
determinar
densidad
aparente,
conductividad
térmica
y
resistencia
a
compresión
simple.
Fase
3
(Meses
5–6):
Fabricación
de
bastidores
modulares
a
escala
real
(50×50×4"
cm”),
evaluación
del
comportamiento térmico in situ en la ciudad de
Riobamba
y
ensayos
mecánicos
bajo
solicitación de carga estática e impacto.
El
diseño
experimental
se
configuró
bajo
un
esquema
unifactorial
completamente
aleatorizado,
en
el
cual
la
variable
independiente
correspondió
a
la
proporción
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volumétrica de fibra de biomasa respecto a la
matriz de tierra. El estudio se estructuró en tres
niveles
de
análisis
experimental.
En
primera
instancia,
se
realizó
la
caracterización
de
los
insumos
mediante
la
selección
de
cinco
lotes
independientes
de
viruta
de
eucalipto
provenientes
de
aserraderos
del
cantón
Riobamba, provincia de Chimborazo.
Figura 1.
Diagrama de flujo secuencial de la
metodología experimental del proyecto.
Fuente: Elaboración propia.
Las
virutas
fueron
acondicionadas
dimensionalmente
mediante
un
proceso
de
tamizado
mecánico,
considerando
las
dimensiones establecidas para el largo, ancho y
espesor
de
las
partículas.
Este
procedimiento
permitió
obtener
una
materia
prima
con
características físicas más homogéneas para su
posterior
incorporación
en
las
diferentes
formulaciones
experimentales.
En
el
segundo
nivel
se
establecieron
las
formulaciones
experimentales
correspondientes
a
tres
tratamientos
de
dosificación
volumétrica
de
fibra de eucalipto y tierra.
El
tratamiento
T1
correspondió
a
la
primera
proporción
fibra-tierra
establecida
experimentalmente,
mientras
que
T2
y
T3
representaron
las
dosificaciones
alternativas
definidas
para
la
comparación
de
sus
propiedades.
Para
cada
tratamiento
se
elaboraron
cinco
repeticiones
o
probetas
de
ensayo, conformando un total de 15 unidades
experimentales destinadas a la evaluación de las
propiedades
físicas,
térmicas
y
mecánicas
del
biomaterial.
Esta
distribución
permitió
comparar el comportamiento de las diferentes
proporciones y determinar la formulación con
mejores
características
para
su
posterior
aplicación a escala real.
En el tercer nivel se desarrollaron prototipos de
validación
a
escala
real,
para
lo
cual
se
elaboraron seis paneles modulares tipo bastidor
de
las
dimensiones
establecidas
en
el
diseño
experimental. Con el propósito de realizar una
evaluación
comparativa
mediante
un
diseño
pareado, tres unidades fueron rellenadas con la
dosificación
optimizada
correspondiente
al
tratamiento T2, mientras que las tres unidades
restantes fueron elaboradas mediante el sistema
de
bahareque
tradicional,
sin
refuerzo
ni
modulación.
Esta
configuración
permitió
contrastar
el
comportamiento
del
biomaterial
desarrollado frente a una solución constructiva
tradicional
bajo
condiciones
de
ensayo
equivalentes.
Como
parte
del
acondicionamiento
de
los
materiales,
las
virutas
de
eucalipto
fueron
sometidas
a
un
proceso
de
tamizado
para
eliminar
partículas
finas
y
posteriormente
se
secaron a la sombra hasta alcanzar un contenido
de
humedad
estable
entre
el
valor
mínimo
y
máximo
establecidos
experimentalmente.
Por
su
parte,
la
tierra
arcillo-limosa
fue
cernida
mediante mallas de la abertura correspondiente,
con
la
finalidad
de
retirar
gravas,
residuos
vegetales y materia orgánica. Posteriormente, el
material
fue
hidratado
y
dejado
en
reposo
durante 24 horas antes del proceso de mezclado,
favoreciendo
de
esta
manera
una
distribución
uniforme
de
la
humedad
y
una
adecuada
interacción
entre
las
partículas
de
tierra
y
la
fibra
vegetal.
La
dosificación
estandarizada
para el tratamiento considerado óptimo, T2, se
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estableció
en
una
proporción
volumétrica
de
dos partes de viruta de eucalipto por una parte
de
tierra,
incorporando
la
cantidad
de
agua
establecida por libra de barro.
El
proceso
de
homogenización
se
efectuó
mecánicamente
mediante
un
taladro
equipado
con una varilla mezcladora, operado a velocidad
constante durante cinco minutos, hasta obtener
una
mezcla
de
consistencia
uniforme
y
una
pasta
con
comportamiento
elástico.
La
estandarización del procedimiento de mezclado
permitió reducir variaciones en la preparación
de
las
probetas
y
garantizar
condiciones
comparables
entre
las
diferentes
unidades
experimentales. Los bastidores destinados a los
prototipos de escala real fueron construidos con
listones
de
eucalipto
seco
de
la
sección
transversal definida en el diseño, conformando
marcos con las dimensiones especificadas para
los paneles. En la cara interior de cada bastidor
se instaló una retícula de latillos vegetales, cuya
función
fue
proporcionar
un
sistema
de
trancado mecánico para favorecer la retención y
estabilidad de la masa de biomaterial. El vertido
de la mezcla se realizó por capas, aplicando una
compactación manual ligera con el propósito de
conservar
la
macro-porosidad
responsable
de
contribuir
a
las
propiedades
aislantes
del
material.
Una
vez
conformados,
los
paneles
fueron
sometidos
a
un
proceso
de
curado
controlado bajo sombra durante un período de
entre ocho y doce días.
La
caracterización
física
y
térmica
de
las
probetas
comprendió
la
determinación
de
la
conductividad térmica y la densidad aparente.
La conductividad térmica se evaluó mediante el
método
de
flujo
de
calor
infrarrojo,
tomando
como
referencia
las
especificaciones
establecidas
en
las
normas
ASTM
C177
y
ASTM
C518.
La
densidad
aparente,
por
su
parte, se determinó mediante la relación entre la
masa y el volumen de las muestras en condición
seca,
utilizando
una
balanza
digital
de
precisión.
Estas
mediciones
permitieron
establecer
las
características físicas del biomaterial y analizar
su
comportamiento
como
elemento
con
potencial
capacidad
de
aislamiento
térmico.
Para
la
evaluación
de
las
propiedades
mecánicas,
las
probetas
fueron
sometidas
a
ensayos
de
resistencia
a
compresión
simple
mediante una prensa hidráulica, aplicando una
velocidad de carga constante de acuerdo con las
condiciones
definidas
en
el
protocolo
experimental.
Complementariamente,
los
bastidores
modulares
a
escala
real
fueron
sometidos
a
diferentes
condiciones
de
solicitación
mecánica,
incluyendo
ensayos
de
carga
estática
uniforme,
carga
puntual
concentrada e impacto mediante la caída libre
de
un
dardo
desde
la
altura
previamente
establecida.
Estos ensayos permitieron valorar la capacidad
de respuesta de los paneles frente a diferentes
tipos de cargas y determinar su comportamiento
mecánico
en
condiciones
próximas
a
las
exigencias de uso constructivo. Posteriormente,
el comportamiento térmico de los prototipos fue
evaluado
mediante
un
monitoreo
microclimático in situ desarrollado en el cantón
Riobamba durante los meses de mayo, junio y
julio.
Durante
este
período
se
efectuaron
registros
de
la
temperatura
ambiental
y
de
la
temperatura
correspondiente
a
la
cara
interior
de
los
paneles,
con
tres
mediciones
diarias
realizadas a las 09:00, 15:00 y 20:00 horas. Las
mediciones se efectuaron mediante termometría
infrarroja
láser,
lo
que
permitió
obtener
registros
comparables
de
las
condiciones
térmicas
externas
e
internas
del
sistema
constructivo.
Los
datos
obtenidos
fueron
utilizados
para
analizar
el
comportamiento
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térmico de los paneles y establecer diferencias
entre la solución elaborada con biomaterial de
viruta
de
eucalipto
y
tierra
y
el
sistema
de
bahareque tradicional.
Resultados y Discusión
Los
ensayos
físicos
y
mecánicos
sobre
las
virutas de Eucalyptus globulus confirmaron su
alta
aptitud
funcional
como
refuerzo
en
matrices terrosas.
Tabla 1.
Propiedades físico-mecánicas de las virutas de Eucalyptus globulus.
Parámetro evaluado
Valor obtenido (Media±SD)
Interpretación y criterio técnico
Humedad inicial (%)
11.0
±
1.0
Rango óptimo; previene pudrición y encogimiento
Densidad aparente (
kg/m
𝟑
)
195
±
15
Baja densidad; favorece el aislamiento térmico
Longitud de fibra (
cm
)
2.0
±
0.5
Tamaño adecuado para traba tridimensional
Resistencia a tracción (
MPa
)
20.0
±
2.0
Absorbe esfuerzos de retracción de la matriz
Retracción volumétrica (%)
<
1.2
Alta estabilidad dimensional en el secado
pH superficial
7.0
±
0.2
Neutro; no altera la cohesión de la matriz
Fuente: Elaboración propia.
El
análisis
comparativo
entre
los
tres
tratamientos formulados demostró una relación
inversamente proporcional entre el contenido de
fibra lignocelulósica, la densidad aparente y la
conductividad térmica, así como una reducción
gradual en la resistencia a compresión simple
(Tabla 2).
Tabla 2.
Comportamiento físico, térmico y mecánico según la dosificación fibra: tierra.
Tratamiento
Proporción
(Viruta: Tierra)
Densi-dad aparente
(kg/m3)
Conductividad
térmica (W/m
⋅
K)
Resistencia compresión
(MPa)
Desempeño observado
T1
1.5 : 1
1050
0.28
1.8
Resistencia elevada; aislamiento
térmico moderado
T2
(Seleccionado)
2.0 : 1
920
0.19
1.6
Equilibrio óptimo termo-mecánico sin
fisuras
T3
2.5 : 1
840
0.17
1.1
Excelente aislante; resistencia
estructural insuficiente
Fuente: Elaboración propia.
Los
registros
microclimáticos
de
campo
en
Riobamba
durante
el
trimestre
mayo–julio
evidenciaron la elevada capacidad del panel T2
para amortiguar la onda térmica exterior (Tabla
3).
Tabla 3.
Registro térmico promedio comparativo en Riobamba (mayo-julio).
Horario de medición
Temp. Ambiente Ext. (°C)
Temp. Interna
Panel T2 (°C)
Diferencia Térmica (ΔT)
Comportamiento del biomaterial
09:00 (Mañana)
7.5
±
0.6
10.4
±
0.2
+2.8
°C
Mantiene calor acumulado en la noche
15:00 (Tarde)
15.8
±
0.7
12.4
±
0.3
−3.4
°C
Amortigua el pico de radiación solar
20:00 (Noche)
9.4
±
0.7
11.9
±
0.3
+2.5
°C
Libera calor gradualmente al interior
Fuente: Elaboración propia.
Figura 2.
Curva comparativa de amortiguamiento térmico diurno del panel modular frente al ambiente
exterior.
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Las pruebas mecánicas estáticas aplicadas sobre
los
bastidores
rellenos
con
el
tratamiento
T2
confirmaron la rigidez estructural del conjunto
modular (Tabla 4).
Tabla 1.
Resultados de ensayos mecánicos en
paneles modulares a escala real.
Prueba
estructural
aplicada
Carga /
Solicitación
Respuesta del
panel T2
Bahareque
tradicional de
referencia
Carga
uniforme en
superficie
120
kg/m
2
Deformación nula;
sin fisuras
Fisuración leve
en bordes
desalineados
Carga
concentrada
central
25
kg
Flecha máxima
<
𝟏.
𝟎
mm
; sin falla
Flecha de
𝟑.
𝟐
mm
con
micro-
agrietamiento.
Impacto de
dardo (
𝟎.
𝟓
kg
a
𝟑𝟎
cm
)
10 impactos
Intacto; sin
desprendimiento
Falla estructural
al 5.º impacto.
Fuente: Elaboración propia.
Los
resultados
obtenidos
corroboran
la
hipótesis de la investigación: la formulación de
un biomaterial compuesto a base de virutas de
Eucalyptus
globulus
e
hibridado
en
matriz
terrosa
(dosificación
T2
2:1)
incrementa
significativamente
la
capacidad
de
amortiguamiento
y
retardo
térmico
de
la
envolvente,
preservando
la
estabilidad
mecánica
requerida
para
elementos
de
cerramiento no portantes como bien lo plantean
(Alvarez y Romero, 2012); (Velásquez y G. P
2016); (Zhang et ál., 2023).
Por
otro
lado,
la
caracterización
física
de
las
virutas
de
eucalipto
(densidad
aparente
de
180"–"
210
〖
"
kg/m"
〗
^3
y
resistencia
a
tracción
de
18"–"
22"
MPa"
)
demuestra
que
este
residuo
forestal
posee
propiedades
geométricas y mecánicas superiores a las de las
pajas
o
rastrojos
agrícolas
tradicionales.
La
morfología
alargada
y
rígida
de
la
viruta
tamizada
(1.5"–"
2.5"
cm"
)
favorece
la
conformación
de
una
red
tridimensional
interconectada que absorbe eficientemente los
esfuerzos
de
tracción
generados
por
la
retracción
plástica
de
la
arcilla
durante
el
secado, eliminando la fisuración macroscópica
que degrada a la tierra sin reforzar (Gorría, s.f.);
(Jones
y
Smith,
2024).
En
lo
relativo
al
desempeño térmico, la conductividad registrada
en
la
dosificación
T2
(λ=0.19"
W/m"
⋅
"K"
)
supone
una
reducción
del
32%
respecto
al
tratamiento T1 (λ=0.28" W/m"
⋅
"K" ) y resulta
sustancialmente
inferior
a
la
de
la
tierra
compactada
o
bahareque
sin
fibra
(λ≈0.60"–"
0.90" W/m"
⋅
"K" ) (Carlos Iván Riofrio Álvarez
y C. M., 2019). Este fenómeno físico se explica
por la oclusión de celdas microscópicas de aire
al
interior
del
tejido
lignocelulósico
de
la
madera y en la macroporosidad de la mezcla,
restringiendo
la
transferencia
de
calor
por
conducción
como
bien lo
expone (Pacheco et
ál., 2021).
En
el
monitoreo
microclimático
de
campo
en
Riobamba,
esta
propiedad
se
traduce
en
una
amortiguación de la onda térmica con un retardo
inercial de 3.5" a " 4.0" horas" , manteniendo
deltas
térmicos
interiores
de
+2.8"
°C"
en
mañanas
frías
y
-3.4"
°C"
en
tardes
cálidas
respecto
al
exterior.
Este
comportamiento
térmico
pasivo
estabiliza
la
temperatura
de
confort
habitacional
en
edificaciones
de
alta
montaña
sin
demanda
de
energía
eléctrica
o
fósil auxiliar tal como lo describen (Morales y
Paredes, 2023); (Pérez y Gómez, 2022). Desde
la perspectiva de la ingeniería de la edificación,
la integración del biomaterial dentro del sistema
modular
de
bastidores
(50×50×4"
cm"
)
resuelve
las
deficiencias
históricas
de
variabilidad dimensional y lentitud ejecutiva del
bahareque tradicional.
Aunque
la
dosificación
T2
presenta
una
resistencia
a
compresión
simple
menor
(1.6"
MPa" ) frente a la formulación densa T1 (1.8"
MPa" ), la subestructura perimetral de madera
absorbe las cargas principales, garantizando un
desempeño
seguro
ante
solicitaciones
de
superficie
(120
〖
"
kg/m"
〗
^2),
cargas
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puntuales (25" kg" ) e impactos ocasionales sin
presentar
fisuración
ni
desprendimiento.
Se
reconoce
que
el
biomaterial
desarrollado
presenta
una
tasa
moderada
de
absorción
de
agua
cuando
se
expone
directamente
a
precipitaciones
o
humedad
por
capilaridad,
comportamiento
característico
de
las
matrices
arcillosas
y
las
fibras
lignocelulósicas
no
tratadas químicamente descritas por (Velasquez
y
G.
P
2016);
por
lo
que,
para
su
implementación
en
fachadas
exteriores
o
cerramientos
expuestos,
es
indispensable
aplicar
revoques
protectores
impermeables
a
base de cal aéreamente
hidratada, pinturas de
silicato o albardillas de protección hidráulica.
Conclusiones
Luego del estudio realizado, y de los ensayos
desarrollados
se
llega
a
las
siguientes
conclusiones:
Se
caracterizaron
de
forma
exhaustiva
las
virutas
de
Eucalyptus
globulus
derivadas
de
biomasa
forestal
residual,
determinando que sus dimensiones (1.5"–" 2.5"
cm" de largo, 0.5" cm" de ancho y 2" mm" de
espesor),
densidad
aparente
(180"–"
210
〖
"
kg/m"
〗
^3) y resistencia a tracción (18"–" 22"
MPa"
)
conformaron
un
refuerzo
lignocelulósico
técnicamente
superior
a
las
fibras
agrícolas
tradicionales
en
términos
de
homogeneidad
y
estabilidad
física.
Se
estableció la dosificación T2 (2 partes de viruta
de eucalipto por 1 parte de tierra arcillo-limosa)
como
la
formulación
óptima
del
biomaterial
compuesto, alcanzando una densidad aparente
de
920
〖
"
kg/m"
〗
^3,
una
conductividad
térmica
reducida
de
0.19"
W/m"
⋅
"K"
y
una
resistencia a compresión simple de 1.6" MPa" ,
sin
evidenciar
agrietamiento
por
retracción
plástica
durante
el
secado.
Se
comprobó
la
factibilidad
técnico-constructiva
del
prototipo
modular
tipo
bastidor
(50×50×4"
cm"
),
garantizando un curado uniforme bajo sombra,
nula
deformación
volumétrica,
facilidad
operativa
para
el
transporte
y
montaje,
y
una
elevada
adherencia
mecánica
entre
la
masa
compuesta
y
la
subestructura
de
madera.
Se
verificó in situ en la ciudad de Riobamba que el
panel
modular
amortiguó
eficazmente
las
fluctuaciones
térmicas
extremas
del
clima
de
alta montaña, aportando un retardo inercial de
3.5" a " 4.0" horas" y conservando deltas de
temperatura
interior
de
+2.8"
°C"
en
las
mañanas
frías
y
-3.4"
°C"
durante
las
tardes
cálidas respecto al ambiente exterior.
Se validó la aptitud mecánica del sistema para
cerramientos
y
divisiones
interiores
no
portantes
mediante
ensayos
estáticos
que
demostraron resistencia a cargas uniformes de
120
〖
"
kg/m"
〗
^2,
cargas
puntuales
de
25"
kg" e impactos repetidos, demostrando que la
revalorización de residuos forestales mediante
bastidores
estandarizados
constituye
una
solución
viable
para
la
industrialización
y
descarbonización de la construcción andina.
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