El Jacinto de Agua como material de construcción en África Subsahariana

El Jacinto de Agua (Eichornnia Crassipes) (JA) es una planta acuatica flotante presente en el cinturon tropical del planeta que, sin embargo, es considerada una de las 100 especies invasoras mas agresivas debido a su elevado tasa de crecimiento que deriva en graves impactos sociales, economicos y medioambientales. En la actualidad, a pesar de los esfuerzos de los organismos internacionales realizados su erradicacion es imposible de alcanzar, siendo la extraccion fisica la medida mas efectiva de control a corto plazo para paliar sus efectos. Sin embargo, su elevado coste hace que solo sea asequible en paises con elevados recursos economicos, no siendo este el caso de Africa Subsahariana. Esta investigacion tiene por objeto la busqueda del maximo potencial de las distintas partes del JA para su empleo como material de construccion en entornos subsaharianos de precariedad, donde las estructuras fisicas y administrativas para implementar las medidas de control de la plaga no existen, adaptando la solucion al tejido industrial caracteristico del entorno subsahariano. De acuerdo con los resultados de la investigacion, el uso de la ceniza de raiz de JA como adicion puzolanica no es competitivo comparado con otras cenizas procedentes de residuos vegetales, aunque el efecto de encapsulacion de elementos contaminantes observado cuando se emplean matrices de cemento permite plantear su uso en elementos prefabricados sin requerimientos mecanicos. Por su parte el Peciolo de Jacinto de Agua (PJA) presenta unas optimas prestaciones en terminos de aislamiento termico debido a su baja densidad gracias a su estructura interna porosa. Ademas, su limitado contenido en lignina, muy poco comun en comparacion con otras especies vegetales, facilita su aplicacion en contextos de precariedad no siendo necesarios pretratamientos de extraccion de fibras de celulosa. El analisis de la obra construida en entornos subsaharianos determina que la instalacion de paneles como falso techo de cubiertas ventiladas es la mejor estrategia para paliar las ganancias termicas provocadas por la radiacion solar. De modo que, la investigacion analiza, en terminos fisicos, mecanicos y termicos, el comportamiento de paneles de PJA y cemento para ser instalados como falsos techos. Partiendo de dichas premisas, la fase experimental de la investigacion propone la elaboracion de paneles con dos tipos de particulas en base a los cuales se fabrican doce tipos de mezclas con diferentes dosificaciones. El proceso de manufactura fue disenado para su reproduccion en entornos de precariedad. En base a los resultados obtenidos y con el objetivo de optimizar el uso de PJA como material de construccion, se busco aunar en un unico elemento las propiedades termicas de los paneles de particulas de mayor tamano, cuya conductividad termica fue de 0,045 W/mK, y las mecanicas de los paneles de particulas mas pequenas, cuya resistencia a flexion fue de 0,61 MPa. Asi, se consiguio un panel de aislamiento termico de 60 x 60 x 6 cm que era autoportante y cuya conductividad termica fue de 0,05 W/mK, similar a otros materiales aislantes. El panel esta compuesto por 3 capas: las dos exteriores elaboradas con particulas pequenas de PJA con una dosificacion en peso de 80:20 (PJA:cemento) y una interna de particulas de mayor tamano sin cemento. Su instalacion reduce al 100% el riesgo de sufrir problemas de salud vinculados a exposiciones prolongadas en el tiempo a temperaturas elevadas. Ademas, se incrementa de media un 30% las horas de ocupacion en las que la temperatura interior se encuentra dentro del rango de confort termico. En definitiva, la investigacion ha permitido desarrollar unos materiales compuestos basados en el maximo aprovechamiento del JA cuyo uso permitira mejorar la calidad de las edificaciones de bajo coste en Africa subsahariana, valorizar la biomasa generada por la plaga, promover su control y reducir los impactos provocados en las poblaciones mas 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.