Economía circular de la Guadua angustifolia Kunth (GaK) como una alternativa de construcción sostenible

Abstract

[spa] La presente tesis doctoral se centra en el aprovechamiento sostenible de la Guadua angustifolia Kunth (GaK), una especie de bambú predominante en las regiones tropicales y subtropicales, especialmente en América Latina. Esta investigación se desarrolla bajo un marco de economía circular y propone la utilización de la GaK como una alternativa ecológica y viable para la construcción. El estudio persigue tres objetivos principales: el desarrollo de tratamientos para mejorar la durabilidad de la GaK, la evaluación de su sostenibilidad mediante el análisis de ciclo de vida (ACV) y la innovación en la creación de materiales compuestos a partir de sus residuos. En primer lugar, se analizan tratamientos térmicos y termoquímicos, incluyendo la ebullición a presión atmosférica y la aplicación de soluciones de bórax y ácido bórico. Estos tratamientos están diseñados para mejorar la durabilidad del bambú, manteniendo al mismo tiempo sus propiedades mecánicas esenciales e incrementando su resistencia a condiciones adversas, como la exposición al fuego. El propósito de estos tratamientos es alterar la composición química y estructural del bambú de manera que se optimicen su durabilidad y funcionalidad para aplicaciones en el sector de la construcción. El segundo objetivo se centra en realizar un ACV detallado de los tableros de bambú producidos en Santa Elena, Ecuador. Este análisis puerta a puerta no solo identifica los impactos ambientales significativos asociados con la producción de bambú, sino que también propone mejoras basadas en los hallazgos. Se consideran dos escenarios de: uno que representa el proceso actual y otro que incluye mejoras en la gestión de residuos y recursos, destacando una reducción significativa de los impactos ambientales en el escenario optimizado. En cuanto al tercer objetivo, se investiga la viabilidad de desarrollar materiales compuestos integrando fibras de bambú en matrices poliméricas. Este enfoque no solo busca valorizar los residuos de bambú, sino también evaluar las propiedades mecánicas y térmicas de los compuestos desarrollados para su posible aplicación en construcción. La metodología empleada incluye avanzadas técnicas de caracterización química, morfológica, térmica y mecánica para analizar las modificaciones en las propiedades de la guadua y los materiales compuestos resultantes. Este enfoque integral permite una evaluación detallada de los tratamientos y procesos propuestos, asegurando que las soluciones sean prácticas y científicamente validadas. Se espera que los resultados de esta investigación proporcionen nuevas perspectivas sobre la optimización del uso del bambú, mejorando su aplicación en la construcción y otros campos, y promoviendo prácticas de desarrollo sostenible. Al abordar tanto las limitaciones actuales como las potencialidades de la guadua, este trabajo contribuye al avance de conocimientos en el área de materiales sostenibles y ofrece soluciones prácticas que pueden beneficiar tanto a la comunidad científica como a la industria local y global del bambú. En síntesis, esta tesis representa un esfuerzo por mejorar la comprensión y utilización de GaK en aplicaciones sostenibles, apoyando su adopción en prácticas de construcción innovadoras y ecológicas que alinean las necesidades industriales con los imperativos ambientales, especialmente en comunidades en vías de desarrollo

[eng] This doctoral thesis examines the sustainable use of Guadua angustifolia Kunth (GaK), a bamboo species prevalent in tropical and subtropical regions, within a circular economy framework. It proposes the application of GaK as a viable ecological alternative for construction and is structured around three main objectives: the development of treatments to enhance the durability of bamboo, the assessment of its sustainability through life cycle analysis (LCA), and innovation in the creation of composite materials from its residues. Firstly, thermal and thermochemical treatments are analyzed, including atmospheric pressure boiling and the application of borax and boric acid solutions. These treatments aim to improve bamboo's durability, maintaining its essential mechanical properties and increasing its resistance to adverse conditions, such as fire exposure. The goal is to modify the chemical and structural composition of bamboo to optimize its durability and functionality for construction applications. The second objective focuses on conducting a detailed LCA of bamboo boards produced in Santa Elena, Ecuador. This door-to-door analysis not only identifies the significant environmental impacts associated with bamboo production but also proposes improvements based on the findings. Two production scenarios are considered: one representing the current process and another that includes improvements in waste and resource management, highlighting a significant reduction in environmental impacts in the optimized scenario. The third objective investigates the feasibility of developing composite materials by integrating bamboo fibers into polymeric matrices, valorizing bamboo residues, and evaluating the mechanical and thermal properties of the developed composites for construction applications. The methodology used includes advanced chemical, morphological, thermal, and mechanical characterization techniques to analyze the modifications in the properties of guadua and the resulting composite materials. This comprehensive approach allows for a detailed evaluation of the proposed treatments and processes, ensuring that the solutions are practical and scientifically validated. The expected results of this research will provide new insights into the optimization of bamboo use, enhancing its application in construction and other fields, and promoting sustainable development practices.