VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS

BIOMATERIALES en comparación a los materiales tradicionales de construcción

Investigación:

marcos, conceptos y herramientas

Cátedra Arq. Sonia Vidal

Docente: Francisco Girelli

Universidad de Buenos Aires Facultad de Arquitectura Diseño y Urbanismo

Javiera Fernandini

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Investigación: marcos, conceptos y herramientas| Cátedra Arq. Sonia Vidal

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS BIOMATERIALES | JAVIERA FERNANDINI

Ventajas y desventajas de los biomateriales en comparación a los materiales tradicionales de construcción

Objeto de estudio Analizar las ventajas y las desventajas de los biomateriales, materiales con incorporación de organismos biológicos vivos o hechos a partir de las sustancias que producen, en relación a los materiales tradicionales de construcción, hormigón, metales, ladrillos y madera con normativas de la ciudad de Buenos Aires. Palabras clave: sustentabilidad, biomateriales, hormigón, metales, ladrillo, madera Resumen El presente proyecto aborda el estudio comparativo de los biomateriales, materiales que son hechos a partir de la incorporación de microorganismos para cumplir con la función principal que se proponen, ya sea captar dióxido de carbono y convertirlo en oxígeno, o auto repararse, esto se hará por medio de organismos biológicos vivos. Son también materiales que proponen ser más conscientes con los desechos generados en su proceso de fabricación, teniendo mayores cuidados con el medio ambiente. Estos materiales aun no son estudiados en Argentina para su aplicación en el área de la construcción, es por ello que se analizarán sus características, ventajas y desventajas, en comparación a los materiales tradicionales de construcción actualmente empleados en Buenos Aires, y a partir de ello se podrá concluir si es posible su aplicación localmente en un futuro. Estos materiales son estudiados actualmente en diversas ciudades del mundo, con características similares o no a las de esta ciudad, lo que es un factor a tener en cuenta al momento del análisis, ya que estos factores, como, por ejemplo, climáticos o características del suelo, podrían afectan a la replicación de estos en la ciudad.

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Estado de la cuestión La aplicación de biomateriales en arquitectura es estudiado en diferentes universidades del mundo actualmente, materiales que tienen en común la incorporación de microorganismos para ser desarrollados y los cuales son una alternativa más ecológica de los materiales tradicionales, apuntando a disminuir los desechos y contaminación en el proceso de fabricación, así como las emisiones de carbono, las cuales no se producen al utilizar organismos vivos en su producción. Uno de los precursores del estudio de estos materiales es el arquitecto David Benjamin, y director de “The lIving” un estudio de arquitectura basado en la investigación de estos materiales, quién explica para el periódico “El Mercurio” David Benjamin (2014) “Mi trabajo apunta a pensar la arquitectura y el diseño como un ecosistema holístico, que va más allá de simplemente construir un edificio. Cada vez es más importante que al imaginar una construcción pensemos de dónde vendrán sus materias primas, cuánta energía se requiere para producirlas y, eventualmente, qué pasará con esos materiales a lo largo del tiempo o dónde irán a parar una vez que el edificio sea demolido”. Benjamin trabaja con la producción de materiales hechos a partir de organismos biológicos vivos, no solo materiales para la construcción, como los ladrillos biodegradables que desarrolla, si no también plásticos generados a partir de la secreción de estos microorganismos, siempre teniendo muy presente el cuidado del medio ambiente. Los materiales tradicionales se ven afectados por problemáticas comunes que hacen que estos se deteriores y sea necesario invertir grandes sumas de dinero en reparaciones. Esta problemática es una de las que aborda uno de los biomateriales, el bio-concreto, el cuál repara sus grietas por medio de una bacteria que se incorpora en el hormigón. En La Nación (2016) se explica cómo este hormigón funciona gracias a estas bacterias resistentes a ambientes tan hostiles como los cráteres de volcanes, y las que en el hormigón pueden vivir hasta 200 años realizando la función de auto reparar el hormigón. En este caso las bacterias se activan con la humedad, el agua que ingresa a las estructuras que se han agrietado y de este modo se activan y comen el alimento

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incorporado en el hormigón, secretando calcita, que es lo que sella el hormigón e impide la oxidación de los hierros en la estructura. CNN español (2015). En la ciudad de Buenos Aires no existe el estudio de materiales que surjan a partir de estos organismos aplicados en arquitectura, si hay estudios de materiales aplicados a otras áreas como medicina, física, química y biología, como por ejemplo los materiales producidos en el Instituto de Química, Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía, INQUIMAE, los que se enfocan en estas áreas pero podrían llegar a ser investigaciones muy importantes al momento de desarrollar biomateriales en Buenos Aires. (INQUIMAE) Es por eso que esta investigación se centra en el estudio de las ventajas y desventajas de estos materiales, para su futura y posible aplicación en esta ciudad, y su incorporación en el mercado. Esta investigación se propone trabajar con las siguientes preguntas: Teniendo en cuenta que los biomateriales fueron desarrollados en otras ciudades con diferentes características y diferentes variables a tener en cuenta. ¿Qué beneficios tiene la aplicación de los biomateriales en la arquitectura de Buenos Aires? ¿Qué aspectos desfavorables podrían tener a corto o largo plazo los biomateriales? ¿Se pueden aplicar los biomateriales en la arquitectura de la ciudad de Buenos Aires? ¿Qué modificación de estos materiales son necesarias a la hora de aplicarlos en la ciudad?

Objetivos Objetivo general

Analizar comparativamente los biomateriales con los materiales tradicionales de construcción que se emplean en la ciudad de Buenos Aires.

Objetivos particulares

Demostrar si los biomateriales poseen mayores beneficios sobre los materiales tradicionales.

Determinar si en un futuro los biomateriales pueden ser aplicados a la construcción en la ciudad de Buenos Aires.

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Hipótesis Los biomateriales poseen mayores ventajas frente a los materiales tradicionales de construcción, las que se ven con mayor claridad a largo plazo, generando grandes posibilidades de aplicación en la ciudad, en un futuro. Metodología Se realizará un relevamiento de los diferentes materiales que tengan en común el uso de microorganismos para su funcionamiento, y luego se determinará cuáles de ellos tienen realizadas suficientes estudios para poder ser analizados de forma comparativa con los materiales tradicionales de construcción. Análisis de la bibliografía recopilada y de las publicaciones oficiales de los biomateriales. Análisis de las normas IRAM para los materiales tradicionales de construcción usados en Buenos Aires. Tomando para el estudio el hormigón, metales, ladrillos y madera. Se comenzará por analizar los materiales ya relevados hasta ahora, haciendo énfasis en sus publicaciones oficiales. El primero de los materiales relevados es el bio-concreto, realizado en la TU Delft University, de Países Bajos por Henk Jonkers (2012). Explica en su publicación que la principal función de este material es auto reparar las fisuras del hormigón, mejorando así los costos de mantenimiento de los edificios a través de bacterias que consumen una sustancia incorporada en la mezcla del hormigón llamada lactato de calcio, secretando a partir del consumo de esto, caliza, sustancia que luego sella las fisuras. Con esto genera una mayor seguridad en la construcción de los edificios, al no necesitar mantenimiento. A largo plazo se pueden ver los beneficios, aunque en un comienzo los costos de implementación del nuevo material sean más elevados.

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En La Nación (2016) Se muestran los costos del metro cubico de un hormigón tradicional, el cual pueden estar alrededor de los US$ 80, mientras que el bio concreto estaría alrededor de los US$ 110. Esto reduce costos en un largo plazo, pero sigue utilizando bastantes recursos naturales en la producción del material, ya que la producción de hormigón, tradicional o no, utiliza grandes cantidades de agua.

Henk Jonkers (2010). Imágenes que muestran una grieta reparada en 56 días. Otro material estudiado es el hormigón bio receptivo, desarrollado en el Biota Lab del University College London. The A Lab, Biota Lab (mayo 2015). Su principal función es captar por medio de microorganismos partículas de Co2 y transformarlas en oxígeno, ayudando con este proceso a reducir significativamente la contaminación de las ciudades. En el hormigón se depositan microorganismos que crecen en él realizando este proceso. Esto genera un mejor clima y ayuda al cuidado del medio ambiente, sobre todo en los lugares más afectados por la contaminación del uso de automóvil.

The A Lab, Biota Lab (septiembre 2015). Imágenes de la exposición de materiales.

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Otro material relevado es el hormigón biológico, desarrollado en la Universitat Politècnica de Catalunya. Es un material similar al hormigón bio-receptivo, que cumple la función de producir una capa verde para limpiar el aire de las ciudades. Este material cuenta con una capa de hormigón con sustratos aptos para el crecimiento de vegetación, pero sin necesidad de estructuras que soporten paneles verdes. “Consiste en un sistema formado por tres capas: la capa soporte, compuesta por hormigón convencional de cemento Portland; la capa impermeabilizante, que protegerá a la anterior de la humedad y las posibles filtraciones; y la bio-capa, formada por el "hormigón biológico", un hormigón de cemento rico en fosfato de magnesio, que permite reducir el pH del mismo a los niveles requeridos para que se produzca la proliferación de los microorganismos (hongos, musgos y líquenes)”. (Noguera, José Antonnio 2013)

Noguera, José Antonnio (2013). Foto ilustrativa de las tres camas que componen el hormigón biológico.

El siguiente material relevado es el bio-ladrillo desarrollado por la empresa Bio Manson quien realiza estos ladrillos basándose directamente en el cuidado del medio ambiente, asegurando que la construcción tradicional deja una gran huella de carbono, desde la extracción de la materia prima hasta el combustible necesario para los grandes hornos que los fabrican. (Bio MANSON) “El 40% de las emisiones globales de dióxido de carbono están relacionadas con la industria

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de la construcción”. En Ciencia & Cemento se explica que, aunque se piense que los ladrillos ya no son tan utilizados actualmente, se siguen utilizando y fabricando gran cantidad de ellos, más de 1.2 billones de ladrillos mundialmente, una cifra que sumada a la contaminación que producen se vuelve preocupante.

Ciencia & Cemento: Imagen de la fabricación del bio ladrillo.

Después del relevamiento en profundidad de estos y otros materiales, se consideran diez categorías a comparar. Estas son: Categorías

Corrosión: Se tomará este término como el deterioro de un material, generalmente metálico, a causa de un alto impacto electroquímico (oxidación). La velocidad de este proceso dependerá de los agentes oxidantes y la exposición de este con el oxígeno. Entendiendo este proceso como natural y espontaneo.

Resistencia a esfuerzos de compresión, flexión y tracción: Se considera la resistencia de los materiales como la capacidad de un elemento para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo.

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Maleabilidad: Se describe como material maleable a todos los que pueden modificar su forma de presentación sin romperse, es decir, son los tipos de materiales que pueden presentarse en láminas, hiperextenderse, sin que sufran un daño o lesión en su estructura.

Ductilidad: Se consideran dúctiles los materiales, como los metales, que bajo la acción de fuerzas pueden deformarse plásticamente de manera sostenible sin romperse, permitiendo obtener de metales, por ejemplo, alambres o hilos. Los materiales no dúctiles se les considera frágiles.

Tenacidad: Esta categoría se refiere a la capacidad de los materiales de absorber una cantidad de energía en un tiempo determinado sin romperse, es decir, se refiere a una fuerza aplicada súbitamente, un impacto.

Resistencia ignífuga: Se determinará la resistencia al fuego de los materiales, y el posible cambio de sus propiedades.

Tiempos de fabricación: Esta categoría de comparación se considera muy importante ya que los tiempos de fabricación pueden ser un aspecto negativo en los materiales.

Fabricación in situ o pre fabricado: Se considera esta categoría asociada con los tiempos de fabricación ya que también puede ser un aspecto negativo, se debe tener muy en cuenta.

Durabilidad: Se analizará en esta categoría la durabilidad en el tiempo sin perder sus propiedades, algunas mencionadas anteriormente.

Contaminación en su proceso de fabricación: Esta categoría analiza directamente el proceso de fabricación de los materiales enfocándose en las emisiones de dióxido de carbono y otras sustancias para producir el material y también la extracción del material o los componentes de fabricación.

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Cronograma de actividades

Fuentes Jonkers, Henk (2012) Development and application of bacteria-based self-healing materials. Países Bajos. Jonkers, Henk (2010) Bio-concrete, a novel bio-based material. Países Bajos. Noguera, José Antonnio (2013) El hormigón como soporte biológico natural y su aplicación en fachadas. España. Fuentes digitales La Nación (agosto 2016) Disponible en:http://www.lanacion.com.ar/1932025-que-es-el-bio-hormigon-el-material-que-se-repara-a-si-mismo. Fecha de acceso: Noviembre de 2017. CNN Español (mayo 2015)

Disponible en: http://cnnespanol.cnn.com/2015/05/15/profesor-holandes-crea-un-concreto-vivo-que-se-repara-a-si-mismo/. Fecha de acceso: Noviembre de 2017.

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Noticia para El Mercurio (octubre 2014) Disponible en: http://www.indicepr.com/noticias/2014/10/20/style/29956/video-arquitecto-disena-edificio-100-organico/ Fecha de acceso: Noviembre de 2017. The A Lab, Biota Lab (mayo 2015) Disponible en: http://thealab.net/Bio-responsive-Bloom-Analysis-part Fecha de acceso: Noviembre 2017 The A Lab, Biota Lab (septiembre 2015) Disponible en: http://thealab.net/Bio-responsive-Bloom-Super-Material-exhibition-1. Fecha de acceso: Noviembre 2017 INQUIMAE Disponible en: http://www.inquimae.fcen.uba.ar/investigacion_materiales.htm. Fecha de acceso: Noviembre 2017 Bio MANSON Disponible en: http://biomason.com/. Fecha de acceso: Noviembre 2017 Ciencia&Cemento Disponible en: http://wp.cienciaycemento.com/biomason-cultivando-ladrillos-con-bacterias/. Fecha de acceso: Noviembre 2017 Búsqueda de definiciones y conceptos: Wikipedia https://es.wikipedia.org RAE, Real Academia Española http://dle.rae.es