Aplicación de criterios de sostenibilidad en cerramientos

UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Edificación (ETSIE) Proyecto Final de Grado Taller 31: “Materiales para Arquitectura Sostenible – Participación de los materiales en la Sostenibilidad” Aplicación de criterios de sostenibilidad en cerramientos Autores: Bordoni Claudio Ortega Cárdenas Germán Profesor responsable Ing. Javier Orozco Messana Índice Capítulo 1 - Restricciones de proyecto ..................................................................... 1 1.1 Entorno: Condiciones climáticas y contexto.............................................................. 1 1.2 Singularidad.................................................................................................................. 3 1.3 Normativa de referencia............................................................................................... 8 1.4 Presupuesto y funcionalidad......................................................................................... 17 Capítulo 2 - Selección de los materiales .................................................................... 18 2.1 Estructura y envolvente................................................................................................. 18 2.2 Familias y propiedades de los materiales..................................................................... 18 2.3 Introducción al proceso de selección de los materiales................................................ 21 2.4 Definición del grupo de valores – El dominio funcional............................................. 23 2.5 Definición del grupo de productos de construcción – El dominio físico..................... 26 2.6 Selección de los materiales de proyecto....................................................................... 76 2.7 Determinación del sistema constructivo: Fachada ventilada....................................... 85 2.8 Fachada ventilada del proyecto..................................................................................... 87 Capítulo 3 - Evaluar los esfuerzos y determinar la geometría ......................... 89 3.1 Cálculo de la transmitancia térmica............................................................................. 89 3.2 Cálculo de condensaciones............................................................................................ 92 3.3 Dimensionado de la subestructura de madera.............................................................. 101 Capítulo 4 - Ponderar soluciones: comparación con la solución actual ........ 105 4.1 Definición de los objetivos y recopilación de los datos............................................... 105 4.2 Comparación del peso................................................................................................... 108 4.3 Comparación del precio................................................................................................ 109 4.4 Comparación de la huella de CO 2 ................................................................................. 110 4.5 Comparación de la energía embebida........................................................................... 111 4.6 Comparación de la resistividad térmica....................................................................... 112 Capítulo 5 - Solución constructiva .............................................................................. 114 5.1 Revestimiento interior.................................................................................................. 114 5.2 Aislante.......................................................................................................................... 117 5.3 Estructura...................................................................................................................... 117 5.4 Pizarra y sistema de sustentación................................................................................. 120 5.5 Consideraciones sobre la durabilidad de los materiales............................................... 122 5.6 Impermeabilización y barrera de vapor........................................................................ 123 Capítulo 6 –Conclusiones ............................................................................................... 125 Bibliografía .......................................................................................................................... 126 Capítulo 1 - Restricciones de proyecto Pag. 1 Capítulo 1 Restricciones de proyecto Se realiza el proyecto del revestimiento externo de un edificio de reciente edificación adoptando los principios de sostenibilidad y selección de los materiales, y consecuentemente la comparación del mismo con la envoltura efectivamente realizada. En particular, se aplicarán los criterios de selección descrito por el Profesor John Fernandez en el libro “Material Architecture: Emergent Materials for Innovative Buildings and Ecological Construction” (ELSEVIER, Architectural Press, 2006) a través del uso del software CesEdupack 2010. Todo esto con el fin de diseñar el cerramiento de un edificio, que abarque desde los principios emergentes de la arquitectura sostenible hasta el cumplimiento de la normativa española y europea en el ámbito de la construcción. 1.1 Entorno: Condiciones climáticas y contexto El edificio está situado en Valencia, ciudad situada en la costa sudeste de España (Fig. 1.1 e 1.2).El clima es Mediterráneo, el cual se caracteriza por ser un clima suave y húmedo, y su temperatura media anual es de unos 17,8 °C. Posee un clima muy cálido, sin temperaturas extremas, sus valores medios oscilan entre los 11,5 °C de enero y los 25,5 °C de agosto. De este modo los meses más fríos son enero y febrero, y los más calurosos mayo, junio y julio. Las precipitaciones anuales son superiores a los 400 mm, con mínimos muy marcados en verano (tres meses secos, de junio a agosto), y máximos en los meses de otoño (de septiembre a noviembre, por el efecto del fenómeno meteorológico denominado gota fría, ya que el clima mediterráneo es un clima con lluvias estacionales). Otro rasgo característico del clima de Valencia, es que la ciudad cuenta con más de 300 días de sol al año, es decir, unas 2.660 horas de sol al año. Figura 1.1Figura 1.2 A continuación se muestra una tabla con las principales condiciones climáticas de Valencia y la comparación con las dos mayores ciudades de España (Tab. 1.1 - 1.3). Respecto a los objetivos del proyecto, resultan de particular importancia los valores de la temperatura de bulbo seco y de bulbo húmedo MES ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC Total Temperatura 11,5 12,6 13,9 15,5 18,4 22,1 24,9 25,5 23,1 19,1 14,9 12,4 17,8 Máximas 16,1 17,2 18,7 20,2 22,8 26,2 29,1 29,6 27,6 23,6 19,5 16,8 22,3 Mínimas 7,0 7,9 9,0 10,8 14,1 17,9 20,8 21,4 18,6 14,5 10,4 8,1 13,4 Precipitaciones 36 32 35 37 34 23 9 19 51 74 51 52 454 Humedad 63 61 61 60 65 65 66 68 67 66 65 65 65 Tablero 1.1Valores Climatológicos Normales Valencia: Temperatura, Precipitaciones y Humededad -Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) Capítulo 1 - Restricciones de proyecto Pag. 2 MES ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC Total Milibares 1017,8 1016,8 1015,6 1015,1 1015,5 1016,3 1016,3 1015,3 1016,4 1016,8 1015,8 1016,6 1016,2 Tablero 1.2 Valores Climatológicos Normales Valencia: PresiónAgencia Estatal de Meteorología (AEMET) CIUDAD LAT LON G EL Media de extremos anuales Bulbo seco Oscilación climatológica diaria Bulbo mojado Vientos predominantes 100% 99% 97,5% 1% 2,5% 5% 1% 2,5% 5% Invierno Verano m/s Barcelona 41 24N 2 09E 95 -1 1 2 31 30 29 7 24 23 23 N S 5 Madrid 40 25N 3 41W 667 -6 -4 -2 34 33 32 14 22 21 19 NNE W 3 Valencia 39 28N 0 23W 24 -1 1 3 33 32 31 8 24 23 23 W ESE 4 Tablero 1.3 Condiciones climáticas de proyecto, Heinz R. Trechsel “Moisture Control in Buildings” 1994 El edificio objeto de estudio está situado en el Norte-este de Valencia, equidistante del centro histórico y de la costa 3,5 km (Fig. 1.3 e 1.4).Por tanto, la proximidad al mar condiciona al proyectista a utilizar materiales en el revestimiento externo de la fachada que sean resistentes a la acción de los cloruros presentes en el aire. Figura 1.3 - Formación territorial Figura 1.4 - Localización del edificio Capítulo 1 - Restricciones de proyecto Pag. 3 Figura 1.5 – Planimetría de estudio El edificio está situado en una zona de ordenación urbanística residencial manzana cerrada, disposición predominante en la arquitectura residencial valenciana, la cual permite ocupar grandes manzanas garantizándo a los usuarios, mediante un patio interior, una zona al amparo de los ruidos de viales. Ésta distribución provoca el acercamiento entre edificios, diminuyendo la exposición del mismo. En la edificación, uno de sus dos medianeras queda sin obstrucciones, siendo por poco tiempo ya que se prevee proximamente una edificación (1). La fachada principal recae en la calle Pintor Ricardo Verde (2), vial con muy poca afluencia, pero próxima a calles más transitadas como la calle Finlandia, la calle Amadeo de Saboya (3) o la Avenida Aragón (4), siendo ésta última una de las redes primarias de la ciudad. Dicha afluencia, provoca un aire rico en agentes atmosféricos contaminantes y agresivos que atacan a los materiales de construcción. 1.2 Singularidad El solar tiene forma rectangular, con unas longitudes medias aproximadas de 23,20 m. de profundidad y 21,20 m. de anchura, presentando una fachada a la Calle Pintor Ricardo Verde de 21,20 m., siendo medianeras el resto de los lindes. La superficie total aproximada es de 492,00 m2, siendo el terreno llano. El acceso al solar se realiza por la calle Pintor Ricardo Verde, nº 5 y 7. Se trata de un Proyecto de Obra de Nueva Planta para un Edificio de Viviendas, Local sin uso específico y Aparcamiento, con una superficie construida total de 3.706,77 m2. El edificio consta de dos plantas bajo rasante y de cinco plantas en altura, más ático y desván. Las dos plantas de sótano y la planta baja ocupan la totalidad del solar, mientras que a las plantas altas se le resta la superficie de patios de luces, y al ático y desván, además de éstos, la superficie del retranqueo de fachada y de terrazas recayentes al patio de manzanas, respectivamente. Cada planta consta de tres viviendas, excepto el desván que es parte integrante de las viviendas del ático, con un total de 15 viviendas. Las plantas están unidas por un núcleo de comunicación vertical, compuesto de escalera y ascensor, salvo los desvanes que Capítulo 1 - Restricciones de proyecto Pag. 4 sólo son accesibles desde las viviendas del ático, mientras que las plantas de sótano disponen de escalera independiente con acceso directo al exterior. El programa desarrollado en cada una de las plantas bajo rasante es el siguiente: Planta sótano 2: Consta de 14 plazas de aparcamiento para coche y 6 trasteros, además de la calle de circulación, rampa de acceso, vestíbulo previo, ascensor y escalera de evacuación ascendente. Planta sótano 1: Consta de 12 plazas de aparcamiento para coche y 2 trasteros, además de la calle de circulación, rampa de acceso, vestíbulo previo, ascensor y escalera de evacuación ascendente. El programa desarrollado en cada una de las plantas sobre rasante es el siguiente: Planta baja: En ella se dispone de un local sin uso específico, la entrada a la rampa de acceso a los aparcamientos, la escalera de acceso a los sótanos y un zaguán de acceso a las viviendas, en el que se dispone de un recinto para albergar los contadores de agua y el grupo de presión, más sendos armarios para los contadores de electricidad y las instalaciones de telecomunicaciones (RITM). Además se dispone de una batería de 5 trasteros. Las plantas altas están destinadas a viviendas, en número de quince, y se distribuyen de la siguiente manera: Plantas 1ª, 2ª, 3ª y 4ª: Constan de tres viviendas cada una, con las siguientes estancias: • Viviendas 1, 4, 7 y 10 (Tipo A): Constan de salón-comedor, cocina, dormitorio principal con baño completo incorporado, tres dormitorios dobles, otro baño completo, aseo, pasillo y recibidor. • Viviendas 2, 5, 8 y 11 (Tipo B): Constan de salón-comedor, cocina tipo americano, dormitorio principal, baño completo y recibidor. • Viviendas 3, 6, 9 y 12 (Tipo C): Constan de salón-comedor, cocina, dormitorio principal con baño completo incorporado, tres dormitorios dobles, otro baño completo, aseo, pasillo y recibidor. Las viviendas 1 y 3 de la planta primera disponen de acceso a los patios de luces. Planta ático: Consta de tres viviendas que se desarrollan entre esta planta y el desván, con las siguientes estancias en esta planta: • Vivienda 13 (Tipo D): Consta de salón-comedor, cocina, dormitorio principal con baño completo incorporado, un dormitorio doble, otro baño, pasillo y recibidor, además de la escalera de acceso a la planta superior situada en el salón-comedor. • Vivienda 14 (Tipo E): Consta de salón-comedor, cocina tipo americano, dormitorio principal, baño completo y recibidor, además de la escalera de acceso a la planta superior situada en el salón-comedor. • Vivienda 15 (Tipo F): Consta de salón-comedor, cocina, dormitorio principal con baño completo incorporado, un dormitorio doble, otro baño, pasillo y recibidor, además de la escalera de acceso a la planta superior situada en el salón-comedor. Estas tres viviendas disponen de una terraza recayente a la calle de uso privativo. Desván: En esta planta se desarrolla el resto del programa correspondiente a las viviendas 13,14 y 15, con las siguientes estancias: • Vivienda 13 (Tipo D): Espacio diáfano sin piezas habitables. Capítulo 1 - Restricciones de proyecto Pag. 5 • Vivienda 14 (Tipo E): Espacio diáfano sin piezas habitables. • Vivienda 15 (Tipo F): Espacio diáfano sin piezas habitables. Las tres viviendas 13 y 15 disponen de una terraza recayente al patio de manzana de uso privativo. La fachada principal se proyecta aprovechando los vuelos permitidos por la normativa para generar unos volúmenes en forma de miradores. El material elegido para la ejecución de ésta es el aplacado de piedra natural y revestimiento metálico en los miradores. Las superficies afectadas y las alturas de evacuación correspondientes son las siguientes (tab. 1.4): Planta Uso Sup. Const. (m 2 ) Altura de Evacuación (m) (art 7.1.3) Garaje 432,30 Trasteros 34,60 Garaje 446,20 Trasteros 15,41 Local (sin uso específico) 283,86 Trasteros 47,48 Zaguán 62,66 Primera Viviendas 395,57 4,17 Segunda Viviendas 395,57 7,32 Tercera Viviendas 395,57 10,47 Cuarta Viviendas 395,57 13,62 Atico Viviendas 306,67 16,76 Desván Viviendas 159,13 - Sótano 2 -5,30 Sótano 1 -2,70 Baja 0,06 Tablero 1.4 Superficies afectadas y alturas de evacuación correspondientes En las páginas siguientes se muestra el alzado, planta y secciones de la fachada que se va a proyectar (Fig. 1.6 - Fig. 1.8). Ésta se divide en tres partes diferentes: la base, el ático (en un plano desplazado hacia el interior del solar respecto a las inferiores) y la parte relativa a las cuatro plantas de viviendas sobre la que se irá a efectuar el estudio. El plano de planta muestra la distribución interior y los espacios que serán revestidos, es decir, tres salón-comedor y dos dormitorios. El revestimiento de la zona intermedia está formado por paneles de material compuesto (resina termoendurecible homogéneamente reforzadas con fibra de madera, del tipo Trespa Meteon) de tamaño 90x78cm y que dan modularidad a la fachada. Este módulo también define las aberturas, que ocupan 1,2 o 4 paneles para ofrecer la iluminación en las habitaciones y salones. En particular, las aperturas de los salones sobresalen con respeto al perfil de la fachada, aumentando la superficie construida. Más adelante veremos si esta decisión es más o menos compatible con los criterios de sostenibilidad y se propondrá una solución más sostenible. Capítulo 1 - Restricciones de proyecto Pag. 6 Figura 1.6 – Alzado de proyecto Figura 1.8 – Trozo de seccion Figura 1.7 – Trozo de planta Capítulo 1 - Restricciones de proyecto Pag. 13 Factor de carga compartida k sys Cuando un conjunto de elementos estructurales sometidos a similares flexión, dispuestos a intervalos regulares, se encuentren transversalmente conectados a través de un sistema continuo de distribución de carga, las propiedades resistentes características de los elementos del conjunto pueden multiplicarse por un factor denominado de carga compartida k sys . Siempre que el sistema de distribución de carga sea capaz de transferir las cargas de un elemento a otros que estén en sus proximidades, puede tomarse un valor de k sys =1,1. La comprobación de resistencia del sistema de distribución de la carga, debe realizarse suponiendo una duración corta de las acciones y con el coeficiente parcial de seguridad del material γ M . En sistemas de cerchas con separación máxima de 1,20 m se puede suponer que los listones, correas o paneles son eficaces para transmitir la carga siempre que estos sistemas de distribución sean continuos sobre al menos dos vanos, y las juntas estén contrapeadas. Tabla 1.8 Factores de corrección Factores que afectan al comportamiento estructural de la madera Clases de duración de las acciones que solicitan al elemento, considerando que debe asignarse una de las clases de duración de la carga establecidas en la tabla 3.2. Tabla 1.9 Clases de duración de las acciones Clases de servicio Cada elemento estructural debe asignarse a una de las clases de servicio definidas a continuación, en función de las condiciones ambientales previstas: a) clase de servicio 1. Se caracteriza por un contenido de humedad en la madera correspondiente a una temperatura de 20 ± 2°C y una humedad relativa del aire que sólo exceda el 65% unas pocas semanas al año. En la clase de servicio 1 la humedad de equilibrio higroscópico media en la mayoría de las coníferas no excede el 12%. En general, en esta clase se encuentran las estructuras de madera expuestas a un ambiente interior. Capítulo 1 - Restricciones de proyecto Pag. 14 b) clase de servicio 2. Se caracteriza por un contenido de humedad en la madera correspondiente a una temperatura de 20 ± 2°C y una humedad relativa del aire que sólo exceda el 85% unas pocas semanas al año. En la clase de servicio 2 la humedad de equilibrio higroscópico media en la mayoría de las coníferas no excede el 20%. En esta clase se encuentran, en general, las estructuras de madera a cubierto, pero abiertas y expuestas al ambiente exterior, como es el caso de cobertizos y viseras. Las piscinas cubiertas, debido a su ambiente húmedo, encajan también en esta clase de servicio. c) clase de servicio 3. Condiciones ambientales que conduzcan a contenido de humedad superior al de la clase de servicio 2. En la clase de servicio 3 la humedad de equilibrio higroscópico media en la mayoría de las coníferas excede el 20%. En general, en esta clase se encuentran las estructuras de madera expuestas a un ambiente exterior sin cubrir. Valor de cálculo de las propiedades del material El valor de cálculo Xd de una propiedad del material (resistencia) se define como: Xd = k mod *(X k /γ M ) donde: X k : valor característico de la propiedad del material γ M : coeficiente parcial de seguridad para la propiedad del material k mod : factor de modificación Tabla 1.10 Coeficientes parciales de seguridad para el material, γ M . Tabla 1.11 Valores del factor k mod Capítulo 1 - Restricciones de proyecto Pag. 15 Durabilidad Protección de la madera 1 La madera puede sufrir daños causados por agentes bióticos y abióticos. El objetivo de la protección preventiva de la madera es mantener la probabilidad de sufrir daños por este origen en un nivel aceptable. 2 El fabricante de un producto indicará, en el envase y documentación técnica del dicho producto, las instrucciones de uso y mantenimiento. Protección preventiva frente a agentes meteorológicos 1 El mejor protector frente a los agentes meteorológicos es el diseño constructivo, y especialmente las medidas que eviten o minimicen la retención de agua. 2 Si la clase de uso es igual o superior a 3 los elementos estructurales deben estar protegidos frente a los agentes meteorológicos. 3 En elementos estructurales situados al exterior deben usarse productos que permitan el intercambio de humedad entre el ambiente y la madera. Se recomienda el empleo de protectores superficiales que no formen una capa rígida permitiendo el intercambio de vapor de agua entre la madera y el ambiente. En el caso de emplear productos que formen una película como las pinturas y los barnices, deberá establecerse y seguirse un programa de mantenimiento posterior. Estado límite último: Agotamiento de secciones sometidas a tensiones orientadas según las direcciones principales Para el caso de piezas de sección constante, el paso de las solicitaciones de cálculo a tensiones de cálculo se podrá hacer según las fórmulas clásicas de Resistencia de Materiales salvo en las zonas en las que exista un cambio brusco de sección o, en general, un cambio brusco del estado tensional. Flexión simple Debe cumplirse la siguiente condición: σ m,d ≤ f m,d siendo: σ m,d tensión de cálculo a flexión; f m,d resistencia de cálculo a flexión. Documento básico Seguridad Estructural - Acciones en la edificación (SE-AE) Acción del viento La distribución y el valor de las presiones que ejerce el viento sobre un edificio y las fuerzas resultantes dependen de la forma y de las dimensiones de la construcción, de las características y de la permeabilidad de su superficie, así como de la dirección, de la intensidad y del racheo del viento. La acción de viento, en general una fuerza perpendicular a la superficie de cada punto expuesto, o presión estática, q e puede expresarse como: q e = q b · c e · c p Capítulo 1 - Restricciones de proyecto Pag. 16 siendo: q b la presión dinámica del viento. De forma simplificada, como valor en cualquier punto del territorio español, puede adoptarse 0,5 kN/m 2 . Pueden obtenerse valores más precisos mediante el anejo D, en función del emplazamiento geográfico de la obra. c e el coeficiente de exposición, variable con la altura del punto considerado, en función del grado de aspereza del entorno donde se encuentra ubicada la construcción. En edificios urbanos de hasta 8 plantas puede tomarse un valor constante, independiente de la altura, de 2,0. c p el coeficiente eólico o de presión, dependiente de la forma y orientación de la superficie respecto al viento, en su caso, de la situación del punto respecto a los bordes de esa superficie; un valor negativo indica succión. Coeficiente de exposición El coeficiente de exposición tiene en cuenta los efectos de las turbulencias originadas por el relieve y la topografía del terreno. Su valor se puede tomar de la tabla 3.4, siendo la altura del punto considerado la medida respecto a la rasante media de la fachada a barlovento. Para paneles prefabricados de gran formato el punto a considerar es su punto medio. Tabla 1.12 Valores del coeficiente de exposición c e Coeficiente eólico de edificios de pisos En edificios de pisos, con forjados que conectan todas las fachadas a intervalos regulares, con huecos o ventanas pequeños practicables o herméticos, y compartimentados interiormente, para el análisis global de la estructura, bastará considerar coeficientes eólicos globales a barlovento y sotavento, aplicando la acción de viento a la superficie proyección del volumen edificado en un plano perpendicular a la acción de viento. Como coeficientes eólicos globales, podrán adoptarse los de la tabla 3.5 de la normativa. Tabla 1.13 Valores del coeficiente eólico de presión c p Capítulo 1 - Restricciones de proyecto Pag. 17 1.4 Presupuesto y funcionalidad El edificio proyectado tiene uso residencial y se encuentra en una zona de nivel adquisitivo medio-alto. El objetivo es construir viviendas con acabados realizados con buenos materiales, sin llegar a ser acabados de lujo. A su vez, sin desviarse de la buena calidad de los materiales y dentro de los límites que esto establece, se quiere conseguir una fachada lo más económica posible. A La hora de escoger los materiales, se toma como principio primordial la “sostenibilidad”, teniendo presente en segundo plano el presupuesto. Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 18 Capítulo 2 Selección de los Materiales 2.1 Estructura y Envolvente En esencia, la gran mayoría de propiedades de comportamiento de los materiales arquitectónicos se pueden dividir entre la transferencia de cargas y la necesidad del sistema de barrera. En primer lugar, la transferencia de cargas es ampliamente definida como la capacidad para soportar las tensiones derivadas de la transmisión de fuerzas a través del suelo y de los cimientos. Los elementos que pertenecen a la estructura tienen que sostener importantes esfuerzos de compresión, de tracción, de flexión, de corte y de torsión, en función de la disposición de fuerzas relativa con la geometría del elemento. Generalmente, los elementos primarios de transferencia de carga están compuestos por columnas, cerchas, vigas, cables y redes de cables, arcos y otros elementos estructurales. En segundo lugar, el edificio debe mediar entre un clima inestable exterior y un ambiente interior estable para la fisiológica necesidad humana. Los sistemas encargados de conseguirlo son la envolvente exterior y las instalaciones del edificio. Nos centraremos en la envolvente exterior, que está compuesta por las fachadas, cubierta, paredes de sótanos y cimientos (suelo). En ellos se incluyen todas las aberturas de vidrio, las zonas horizontales de cubierta, el sistema de evacuación de aguas pluviales, puertas y otros componentes, es decir, cualquier componente que contribuye a mediar entre el exterior inestable y el interior estable. Un sistema de barrera se define como un grupo de componentes que poseen la capacidad para administrar el flujo a través de dos ambientes. Las condiciones dentro de cada ambiente pueden variar con respecto a la otra. El sistema de barrera actúa para controlar el flujo de masa y energía entre los dos. Aire, vapor de agua, agua, partículas, gases, humedad, temperatura, radiación y otros factores pueden estar presentes en cualquiera de los dos ambientes. El control del flujo de un ambiente a otro es la función del sistema de barrera. El sistema de barrera principal de los edificios contemporáneos es la asamblea del envolvente exterior. Otro sistema de barrera común es una partición interior. Cabe remarcar la importancia de distinguir los materiales estructurales y los materiales de barrera. Los primeros transfieren cargas, mientras que los segundos controlan el flujo, aunque tienen en común que ambos gestionan la energía, en el caso de los materiales de barrera, también la masa. Cumpliendo las propiedades requeridas, los materiales utilizados pueden contribuir al buen funcionamiento de un edificio, mientras que si no las cumplen, dichos materiales pueden afectar negativamente al sistema de ensamblaje, al sistema constructivo o a todo el edificio. En conclusión, la mejor forma de garantizar una solución viable de materiales consiste en escoger el material correcto a través de una buena comprensión de las propiedades mecánicas y físicas. 2.2 Familias y propiedades de los materiales Familias de los Materiales Las familias de los materiales son designaciones que son útiles para la discusión de las diversas propiedades de una amplia gama de características. Generalmente, estas designaciones son clasificadas en ciencia de los materiales y otras disciplinas. Esta clasificación pone mayor énfasis en la agrupación de propiedades comunes que en las aplicaciones típicas. Estas propiedades se basan en la composición atómica y molecular de los materiales contenidos dentro de cada clase, las cuales se clasifican en cinco y abarcan todos los materiales de ingeniería y de arquitectura (Fig. 2.1). Metales Ferrosos No ferrosos Polímeros Termoplásticos Termoestables Elastómeros Propiedades de los Materiales Las p ropiedades de los materiales son los atributos por los cuales se define una sustancia. Estos atributos son convenios útiles de las disciplinas científicas, con la intención de analizar el comportamiento, formular teorías y sintetizar modelo s para correlacionar la composición atómica y molecular de propiedades que se exhiben. Mientras las propiedades definen el comportamiento de los materiales, las disposiciones moleculares y atómicas determinan estas propiedades. Igual que los materiales, las propiedades comportamiento. La primera clasificación propiedades intrínsecas son particulares de molecular, como se ha mencionado anteriormente. ambientales estacionarias y, por supuesto, pueden cambiar debido a las cargas de repetición, los cam temperatura, exposición a la radiación UV y muchos otros elementos ambientales. extrínsecas son independientes de las propiedades atómicas y moleculares del "fuera" del material en sí mismo y muchas ve o cultural. Estas propiedades también se llaman propiedades atribuibles por determinadas estructuras económicas de la sociedad, las necesidades sociales y g energía embebida es altamente dependiente de las condiciones externas, regionales de procesamiento, las energías de transporte, y depende de cómo se define y se miden Cabe decir que h ay un continuo debate sobre esta cuestión. Un proyectista tendrá en cuenta los dos tipos de propiedades, muchas veces simultáneamente diseño arq uitectónico es un proceso en el q estrechamente entrelazadas. Las siguientes caracterizan a los materiales de construcción Capítulo 2 - Selección de los Materiales Polímeros Termoplásticos Termoestables Elastómeros Cerámicos Arcilla cocida Hormigón Piedra Vídrio Materiales Naturales Madera Fibras Naturales Biopolimeros Materiales de tierra (arcillas) Figura 2 .1 ropiedades de los materiales son los atributos por los cuales se define una sustancia. Estos atributos son convenios útiles de las disciplinas científicas, con la intención de analizar el comportamiento, formular s para correlacionar la composición atómica y molecular de propiedades que se exhiben. Mientras las propiedades definen el comportamiento de los materiales, las disposiciones moleculares y atómicas determinan estas propiedades. que los materiales, las propiedades de los mismos también pueden ser clasificadas en grupos de comportamiento. La primera clasificación las divide en categorías generales, intrínsecas propiedades intrínsecas son particulares de l material en sí mismo y dependen de su composición atómica y molecular, como se ha mencionado anteriormente. Las p ropiedades intrínsecas no cambian bajo condiciones supuesto, pueden cambiar debido a las cargas de repetición, los cam temperatura, exposición a la radiación UV y muchos otros elementos ambientales. extrínsecas son independientes de las propiedades atómicas y moleculares del material. Estos muchas ve ces dependen del contexto, ya sea económico, ambiental, social o cultural. Estas propiedades también se llaman propiedades atribuibles , ya que se han atribuido al material por determinadas estructuras económicas de la sociedad, las necesidades sociales y g energía embebida es altamente dependiente de las condiciones externas, al igual que a regionales de procesamiento, las energías de transporte, y a las prácticas locales de construcción miden las diversas consecuencias ambientales de utilización de un material. ay un continuo debate sobre esta cuestión. Un proyectista tendrá en cuenta los dos tipos de propiedades, muchas veces simultáneamente uitectónico es un proceso en el q ue las propiedades intrínsecas e extrínsecas siguientes propiedades, para cada familia, son las principales que los materiales de construcción (Fig. 2.2). Familias de Materiales Selección de los Materiales Pag. 19 Materiales Composites GFRP/CFRP Fibra de vídrio Otros .1 - Familias de Materiales ropiedades de los materiales son los atributos por los cuales se define una sustancia. Estos atributos son convenios útiles de las disciplinas científicas, con la intención de analizar el comportamiento, formular s para correlacionar la composición atómica y molecular de las materias con las propiedades que se exhiben. Mientras las propiedades definen el comportamiento de los materiales, las pueden ser clasificadas en grupos de divide en categorías generales, intrínsecas e extrínsecas. Las sí mismo y dependen de su composición atómica y ropiedades intrínsecas no cambian bajo condiciones supuesto, pueden cambiar debido a las cargas de repetición, los cam bios de temperatura, exposición a la radiación UV y muchos otros elementos ambientales. Las propiedades material. Estos atributos están ces dependen del contexto, ya sea económico, ambiental, social que se han atribuido al material por determinadas estructuras económicas de la sociedad, las necesidades sociales y g ustos. Por ejemplo la al igual que a las tecnologías las prácticas locales de construcción , y también las diversas consecuencias ambientales de utilización de un material. Un proyectista tendrá en cuenta los dos tipos de propiedades, muchas veces simultáneamente , ya que el extrínsecas están muchas veces son las principales que Mecánicas Ductilidad Modulo Elástico Resistencia a torsión Resistencia a traccion Resistencia a compresión Dureza Fisicas Densidad Económicas Costo de capitalConstrucción Life Cycle Cost (LCC) - Lyfe Cycle Asessment (LCA) Ambientales Capítulo 2 - Selección de los Materiales Fisicas Densidad Térmicas Conductividad térmica Difusividad térmica Temperatura máxima de servicio Coeficiente de expansión térmica Ópticas Transmisión de radiaciones Color PropiedadesIntrinsecas Ambientales Energia embebida Uso del material Contaminación y Gases Invernaderos Ecological rucksack Toxicidad, calidad del aire interior, el bienestar Sociales Mitigación de la pobreza Seguridad Salud Equidad social Figura 2 PropiedadesEstrinsecas Familias de Propiedades Selección de los Materiales Pag. 20 Deteriorativas Corrosión Desgaste Mecánico Culturales Resonancia histórica Ramificación teórica Figura 2 .2 – Familias de Propiedades Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 21 2.3 - Introducción al Proceso de Selección de los Materiales El proceso de selección de un material se utiliza para cumplir una necesidad simple: identificar el mejor material para una aplicación particular. Un material exhibe un comportamiento como resultado de una combinación de propiedades mecánicas, físicas, térmicas, eléctricas y magnéticas, y características como el costo y la disponibilidad, la elaboración y acabado. Las propiedades extrínsecas pueden cambiar con el tiempo. La selección de un material basado en la optimización de una sola propiedad, independientemente de todos los demás atributos, es el proceso más simple de selección, aunque rara vez es posible o deseable. La Selección de Materiales por lo general implica un proceso complejo multivariable, aumentado por una serie de consideraciones cualitativas en la que un juicio subjetivo es indispensable. Para cualquier tipo de escenario de proyecto, se deben definir dos grupos: un grupo de valores y un grupo de productos de construcción. El Grupo de Valores - El Dominio Funcional En él se describen los objetivos o criterios de rendimiento que el proyecto debe cumplir. Los criterios de rendimiento pueden ser cualquier cantidad de valores orientados a un objetivo, como el aislamiento máximo por unidad de espesor, rigidez por unidad de peso, resistencia a la fractura por la densidad, energía embebida por la fuerza unitaria de tracción, etc. Un grupo completo de criterios es a menudo una mezcla compleja de diversos valores, incluyendo térmicas, mecánicas, de costos, estéticos, y otras necesidades. Este conjunto define el dominio funcional. El Grupo de Materiales de Construcción - El Dominio Físico En él se define el conjunto de entidades físicas que satisfaga las necesidades del dominio funcional. Éste conjunto se compone de objetos reales - los productos de construcción. Los materiales, los componentes y los ensamblajes de este grupo pueden ser aplicados con éxito en el escenario de proyecto cuando su particular mezcla de atributos cumple las necesidades del dominio funcional. Este conjunto se llama dominio físico. La conexión entre el dominio funcional y el dominio físico se puede hacer de diversas formas, dependiendo de las oportunidades y las limitaciones. Por ejemplo, si el escenario de proyecto limita la selección a un material determinado, entonces el proceso de selección no es necesario. Sin embargo, en la mayoría de situaciones, la selección de materiales adecuados es necesaria y constituye uno de los vínculos críticos entre estos dos dominios. Conexión entre el dominio funcional y físico - Índices de Materiales y Optimización MultiObjetiva Las metodologías de selección Materiales se han empleado en los proyectos de ingeniería desde hace muchas décadas. Su utilización, como conexión fundamental entre el dominio funcional y físico, se lleva a cabo en dos fases generales: • Fase 1: Organización de grandes cantidades de datos de las propiedades de los materiales, en algunos casos llegando a la cifra de 80.000 materiales de ingeniería, los cuales contienen individualmente datos de 10 o 12 propiedades específicas correspondientes. Esta fase consiste en la organización de datos para la aplicación de los criterios de clasificación en la fase siguiente. Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 22 • Fase 2: Formulación de criterios de clasificación para hacer comparaciones útiles entre los materiales, es decir, se trata de formular una medida relevante comparativa con la que clasificar los materiales. La medida puede ser un valor en particular, como el coste, o puede ser una fórmula complicada que consiste en muchos valores, dando por resultado una clasificación numérica. Los diferentes métodos de selección de materiales desarrollados para la ingeniería no se aplican fácilmente a las situaciones de arquitectura. Es por esta razón que el método de optimización multi-objetiva utilizando los índices de material es introducido aquí. En principio, el método es bastante simple. En la optimización multiobjetiva, hay de nuevo un dominio funcional y una dominio físico. El dominio funcional para cualquier componente particular en un ambiente arquitectónico se describe mediante una relación entre la geometría (forma y tamaño), los atributos funcionales (propiedades características) y las propiedades del material (la rigidez, el costo, la expansión térmica), necesarios a cumplir con las necesidades de diseño. En otras palabras, los objetos que se diseñan tienen una propiedad característica por el cual se escogen, tiene la forma de una determinada geometría y está hecho de una determinada materia. El dominio físico es la especificación completa del componente. La mejor clave a la aplicación de la optimización multi-objetiva a los ámbitos de arquitectura es el simple hecho de que, en la mayoría de las situaciones, sabemos la función del objeto y la geometría necesaria del objeto, pero no sabemos todavía qué material satisface el conjunto de los requisitos. En este caso la optimización multi-objetiva se convierte en un proceso poderoso de seleccionar los materiales. A la luz de esto, es posible derivar una serie de índices de materiales, indicando directamente el mejor material para este fin. Estos índices frecuentemente son simples razones que relacionan las propiedades relevantes para las cuales el objeto está siendo sometido. La diferentes formas de utilización de estos índices es un poderoso método para la aplicación de una metodología estructurada de selección para funciones particulares, ya sean estructurales, térmicos, ópticos o de otro tipo. Muchas de las funciones que los conjuntos de arquitectura necesitan satisfacer han sido definidos y expresados mediante simples índices de materiales (Tabla 2.1). También es importante subrayar, que la utilización de los índices de material para cualquier función particular, es un proceso exhaustivo de selección de materiales. Función Índice de Materiales Leyenda Proyectos de rigidez limitada Barra de tracción E/ E/E/ E/ ρ ρρ ρ E EE E =Módulo de Young Columna (compresión) E EE E 1/2 1/21/2 1/2 / // / ρ ρρ ρ ρ ρρ ρ =Densidad Losa (carga de flexión) E EE E 1/3 1/31/3 1/3 / // / ρ ρρ ρ Proyectos de fuerza limitada Barra de tracción σ σσ σ f / // / ρ ρρ ρ σ σσ σ f =Fuerza de colapso Columna (compresión) σ σσ σ f / // / ρ ρρ ρ Losa (carga de flexión) σ σσ σ f 1/2 1/21/2 1/2 / // / ρ ρρ ρ Proyecto térmico λ λλ λ =Conductividad Térmica Aislamiento térmico 1/ 1/1/ 1/ λ λλ λ C p =Capacidad calorífica específica Almacenamiento térmico (energía máxima almacenada / coste unitario del material) C p /C m C m =Costo del material / kg Almacenamiento térmico (energía máxima almacenada para aumento de la temperatura y tiempo determinados) λ/ λ/λ/ λ/ a 1/2 1/21/2 1/2 a =Difusividad Térmica Tabla 2.1 - Tabla de índices de materiales seleccionados Una vez que un grupo de materiales se ha identificado a través de la utilización del índice de los materiales apropiados, el proyectista tiene pendiente la selección de los mejores materiales, teniendo en cuenta aspectos que no fácilmente se puede modelar, tales como importancia regional, la intención de apoyar una industria local, o la totalidad de los temas agrupados bajo el nombre poco manejable de la estética. Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 29 Propiedades Acústicas Absorción de sonido Poor Aislamiento acústico Very Good Propiedades Ecológicas Energía embebida 22.6 - 40 MJ/kg Huella de CO2 1.54 - 3.01 kg/kg Reciclabilidad False Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Fundición 3 Conformabilidad 4 - 5 Maquinabilidad 3 - 4 Soldabilidad 5 Soldable 5 Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Good Ácido débil Average Ácido fuerte Poor Alcalino débil Good Alcalino fuerte Average Disolventes orgánicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasión Average Durabilidad en una atmósfera industrial Very Good Durabilidad en una atmósfera rural Very Good Durabilidad en una atmósfera marina Very Good • Acero inoxidable Descripción El material Los aceros inoxidables son aleaciones de hierro con cromo, níquel, y, a menudo, cuatro o cinco otros elementos. La aleación transforma el acero simple de carbón,que se oxida y es propenso a la fragilidad debajo de la temperatura ambiental, en un material muy fuerte. La mayor parte de aceros inoxidables resisten a la corrosión en la mayoría de los entornosnormales, y permanecen dúctiles alas temperaturas más bajas. Los aceros inoxidables son usados selectivamente cuando se requiere alta resistencia y/o resistencia a corrosión como en la parte exterior del edificio, rieles, etc. Composición Fe/<.15C/17-19Cr/8-11Ni/<2Mn/<1Si/<.045P/<.03S IlustraciónEl teatro Disney, Los Angeles, Frank O. Gehry Architect. Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 30 Propiedades Generales Densidad 7.81e3 - 8.01e3 kg/m^3 Precio * 1.82 - 2.15 EUR/kg Forma de aplicación del material En grandes cantidades Lámina Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Poor conductor Resistividad térmica 0.0588 - 0.0667 m.K/W Coeficiente de expansion térmica 16 - 20 µstrain/°C Calor especifico 490 - 530 J/kg.K Temperatura de fusion 1.4e3 - 1.42e3 °C Temperatura de maximo servicio 750 - 925 °C Inflamabilidad Non-flammable Emisividad 0.1 - 0.38 Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 0 % Permeabilidad al vapor de agua 0 kg/m.s.Pa Permeabilidad al aire 0 kg/m.s.Pa Resistencia a las heladas Very Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Very Poor Aislamientoacústico Very Good Propiedades Ecológicas Energía embebida * 56 - 56 MJ/kg Huella de CO2 * 6 - 6.3 kg/kg Reciclabilidad True Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Fundición 2 - 3 Conformabilidad 2 - 3 Maquinabilidad 2 - 3 Soldabilidad 5 Soldable 5 Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Very Good Acido debil Very Good Acido fuerte Good Alcalino debil Very Good Alcalino fuerte Very Good Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasion Good Durabilidad en una atmosfera industrial Very Good Durabilidad en una atmosfera rural Very Good Durabilidad en una atmosfera marina Very Good Informaciónes de apoyo Directrices de proyecto El acero inoxidable se debe utilizar de manera eficiente para justificar su alto coste,aprovechando su alta resistencia y resistencia a la corrosión. Un diseño economico usas secciones simples y delgadas, y los grados Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 31 que sonadecuados para elaboración. El acabado superficial se puede controlar mediante laminado, pulido o chorro de arena. Los aceros inoxidables son seleccionados, en primer lugar por su resistencia a la corrosión, en segundo lugar por su fuerza, y en tercer lugar por su facilidad de fabricación. La mayoría de los aceros inoxidables son difíciles de darle forma, elaborar y cortar.Requieren bajas velocidades de corte y herramientas geometría específica. En el mercado están disponibles en hojas, tiras, placas, barras,cable, tubos y tuberías.La soldadura del aceroinoxidable es posible, pero el metal de relleno debe ser seleccionado para garantizaruna composición equivalente a mantener la resistencia a la corrosión. La serie 300 son las más soldables, la serie 400 son menos soldables. NoFerrosos • Aleaciones de Aluminio, trabajado Descripción El material Antiguamente el aluminio fue un material raro y precioso, con tal cabida que el emperador Napoleón III de Francia hizo un juego de cubiertos hecho de aluminio que le costó más que uno de plata. Eso fue en 1860, hoy, 150 años más tarde, los cubiertos de aluminio son objetos fácilmente de conseguir y baratos.El aluminio, cuya primera aleación ligera estaba compuesta por magnesio y titanio, es la tercer metalmás abundante en la corteza la tierra (después del hierro y silicio), con el inconveniente de que sus extraccióncuesta mucha energía. Se ha convertido en el segundo metal más importante de laeconomía (el acero es el primero), y en el pilar de la industria aeroespacial. Composición 2000 series: Al + 2 to 6% Cu + Fe, Mn, Zn and sometimes Zr 6000 series: Al + up to 1.2%Mg + 0.25% Zn + Si, Fe and Mn 7000 series: Al + 4 to 9 % Zn + 1 to 3% Mg + Si, Fe, Cu and occasionally Zr and Ag IlustraciónKiasma, Helsinki; Steven Holl Architect. Propiedades Generales Densidad 2.7e3 - 2.73e3 kg/m^3 Precio * 1.23 - 1.5 EUR/kg Forma de aplicación del material En grandes cantidades Lámina Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Good conductor Resistividad térmica 0.0055 - 0.0065 m.K/W Coeficiente de expansion térmica 23 - 24.6 µstrain/°C Calor especifico 934 - 972 J/kg.K Temperatura de fusion 580 - 650 °C Temperatura de maximo servicio 77 - 180 °C Inflamabilidad Non-flammable Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 32 Emisividad 0.02 - 0.216 Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 0 % Permeabilidad al vapor de agua 0 kg/m.s.Pa Permeabilidad al aire 0 kg/m.s.Pa Resistencia a las heladas Very Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Poor Aislamientoacústico Good Propiedades Ecológicas Energía embebida * 154 - 226 MJ/kg Huella de CO2 9.08 - 13.1 kg/kg Reciclabilidad True Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Fundición 4 - 5 Conformabilidad 3 - 4 Maquinabilidad 4 - 5 Soldabilidad 3 - 4 Soldable 2 - 3 Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Good Acido debil Very Good Acido fuerte Very Good Alcalino debil Good Alcalino fuerte Poor Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasion Average Durabilidad en una atmosfera industrial Very Good Durabilidad en una atmosfera rural Very Good Durabilidad en una atmosfera marina Good Informaciónes de apoyo Directrices de proyecto Se tiene que evitar el contacto con aleaciones de cobre, hierro y de acero; con el suelo de oxicloruro demagnesio, con la húmedad del cedro rojo occidental; y con el abeto Douglas y robles, ya que la corrosión electrolítica puede ocurrir. • Bronce Descripción El material Bronce, el material predilecto de la Edad del Bronce (3000 - 1000 a. C.) fue originalmente una aleación de cobre (Cu) y estaño (Sn). Hoy se utiliza este término para cualquier aleación de cobre que tiene un elemento principal de aleación con otro de zinc o de níquel. Elbronce de estaño contiene 5 - 25% Sn; si tiene más de 10% de Sn tienen alta resistencia, pero poca ductilidad, por lo que deben ser fundidos para obtener la forma. El bronce de aluminio (Cu con 4-14% de Al más un poco de Mn) tienen una alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión. Elbronce de fósforo (Cu con 1,25 - 10% Sn y hasta 0,6% P) tienen bajo coeficiente de fricción y son ampliamente utilizados para los rodamientos. Elbronce industrial es un bronce de estaño que contienen zinc y plomo. Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 33 Composición Bronce de Estaño: Cu + 5 - 25% Sn Bronce de Aluminio: Cu + 4 - 14% Al Bronces de Fósforo: Cu + 3 - 9% Sn + 0.1 - 0.4% P Bronce industrial: Cu + 5 % Sn + 5 % Zn + 5 % Pb IlustraciónRevestimiento de bronce sobre la biblioteca de la Universidad de Sydney. Propiedades Generales Densidad 8.5e3 - 9e3 kg/m^3 Precio * 2.68 - 3.22 EUR/kg Forma de aplicación del material En grandes cantidades Lámina Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Good conductor Resistividad térmica 0.0111 - 0.02 m.K/W Coeficiente de expansion térmica 16.5 - 19 µstrain/°C Calor especifico 382 - 385 J/kg.K Temperatura de fusion 867 - 1.07e3 °C Temperatura de maximo servicio 150 - 180 °C Inflamabilidad Non-flammable Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 0 % Permeabilidad al vapor de agua 0 kg/m.s.Pa Permeabilidad al aire 0 kg/m.s.Pa Resistencia a las heladas Very Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Poor Aislamientoacústico Very Good Propiedades Ecológicas Energía embebida 62 - 76.7 MJ/kg Huella de CO2 4.1 - 4.5 kg/kg Reciclabilidad True Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Fundición 4 - 5 Conformabilidad 3 - 4 Maquinabilidad 4 - 5 Soldabilidad 4 - 5 Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 34 Soldable 4 - 5 Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Very Good Acido debil Good Acido fuerte Poor Alcalino debil Very Good Alcalino fuerte Good Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasion Very Good Durabilidad en una atmosfera industrial Very Good Durabilidad en una atmosfera rural Very Good Durabilidad en una atmosfera marina Very Good Informaciónes de apoyo Directrices de proyecto El broncesigue siendo el material de elección para las grandes estatuas, campanas y piezas ornamentales arquitectónicas. Es duro y fuerte (de ahí su uso para armas), y es resistente a la corrosión, incluso en un ambiente marino. Losbronces con baja cantidad de estaño y los bronces de aluminio se pueden enrollar en forma de hoja y trabar con facilidad, los que tienen mayor contenido de aleación deben ser fundidos. • Cobre Descripción El material En la época victoriana se lavaban las ropas en un "cobre", que era una tina o tanque de chapa de cobre batido calientado sobre el fuego. El cobre tiene un lugar destacado en la historia de la civilización: él permitió la tecnología de la Edad de Bronce (3000 aC 1000 aC). Se usa en muchas formas: cobre puro, aleaciones de cobre-cinc (latón), aleaciones de cobre-estaño (los bronces), cobre-níquel y cobre-berilio. La designación de "Cobre" se utiliza cuando la porcentaje de cobre es más de 99.3%. El material tiene alta ductilidad y muy alta conductividad térmica. Composición Cobre puro IlustraciónEl cobre es muy dúctil y por lo tanto es el ideal como material de revestimiento en las paredes del edificio y como materiale usado para techar. Propiedades Generales Densidad 8.93e3 - 8.94e3 kg/m^3 Precio * 2.55 - 3.12 EUR/kg Forma de aplicación del material En grandes cantidades Lámina Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Good conductor Resistividad térmica 0.00256 - 0.00625 m.K/W Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 35 Coeficiente de expansion térmica 16.9 - 18 µstrain/°C Calor especifico 372 - 388 J/kg.K Temperatura de fusion 982 - 1.08e3 °C Temperatura de maximo servicio 250 - 350 °C Inflamabilidad Non-flammable Emisividad 0.02 - 0.63 Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 0 % Permeabilidad al vapor de agua 0 kg/m.s.Pa Permeabilidad al aire 0 kg/m.s.Pa Resistencia a las heladas Very Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Poor Aislamientoacústico Very Good Propiedades Ecológicas Energía embebida 42 - 57 MJ/kg Huella de CO2 2.71 - 3.81 kg/kg Reciclabilidad True Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Fundición 3 - 5 Conformabilidad 4 - 5 Maquinabilidad 4 - 5 Soldabilidad 3 Soldable 5 Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Very Good Acido debil Good Acido fuerte Poor Alcalino debil Very Good Alcalino fuerte Poor Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasion Very Good Durabilidad en una atmosfera industrial Very Good Durabilidad en una atmosfera rural Very Good Durabilidad en una atmosfera marina Very Good Informaciónes de apoyo Directrices de proyecto El cobre y sus aleaciones son fáciles de fundir, de enrollar en forma de hoja, de elaborar en cables, y de obtener la forma que se desee. Resiste a la corrosión ambiental, adquiriendo una capa superficial(dicha capa recibe el nombre de pátina) verdosa en un ambiente limpio (carbonato de cobre), y una negra (sulfuro de cobre) en un ambientecontaminado (en las cuidades suele tener una capa superficial negra. El cobre puro tiene una excelente conductividad eléctrica y térmica, fácil de fabricar y unir, tiene buena resistencia a la corrosión y resistencia mecánica aceptable. Cuando es necesaria una alta conductivida, se utiliza bronce libre de oxígeno y de alta conductividad (OFHC). Su forma de recocido es suave y dúctil, y con el trabajo de endurecimiento el material se vuelve más duro, pero menos dúctil. Los más comunes son los latones cartucho (utilizado en los instrumentos musicales, equipos y, por supuesto, municiones). Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 36 • Aleaciones de Titanio Descripción El material El titanio es el séptimo metal más abundante en la corteza de la Tierra, pero su extracción es difícil. Esto hace que el titanio, el tercer miembro de la aleación ligera, sea el más caro de los tres (más de diez veces el precio del aluminio). A pesar de esto, el uso del titanio está creciendo, impulsado por sus notables propiedades. Tiene un alto punto de fusión (1660 °C), es ligero, y, a pesar de reactivo, es resistente a la corrosión con la mayoría de los productos químicos, protegido por una delgada capa superficial de óxido. Las aleaciones de titanio son excepcionalmente fuerte para su peso, y puede ser utilizadas a temperaturas de hasta 500 °C, un ejemplo de utilización es en las palas de compresión de las turbinas de las aeronaves. Tienen inusualmente poca expansión térmica y baja conductividad eléctrica. Composición Ti + elementos de aleacione, e.g. Al, Zr, Mo, Si, Sn, Ni, Fe, V IlustraciónMuseoGuggenheim, Bilbao; Frank O. Gehry Architect. Propiedades Generales Densidad 4.4e3 - 4.8e3 kg/m^3 Precio * 28 - 30.7 EUR/kg Forma de aplicación del material En grandes cantidades Lámina Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Poor conductor Resistividad térmica 0.0833 - 0.2 m.K/W Coeficiente de expansion térmica 7.9 - 11 µstrain/°C Calor especifico 520 - 600 J/kg.K Temperatura de fusion 1.48e3 - 1.68e3 °C Tempreatura de maximo servicio 297 - 697 °C Inflamabilidad Non-flammable Emisividad 0.12 Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 0 % Permeabilidad al vapor de agua 0 kg/m.s.Pa Permeabilidad al aire 0 kg/m.s.Pa Resistencia a las heladas Very Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Poor Aislamientoacústico Good Propiedades Ecológicas Energía embebida 361 - 745 MJ/kg Huella de CO2 20.6 - 42.5 kg/kg Reciclabilidad True Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 37 Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Fundición 3 Conformabilidad 2 - 4 Maquinabilidad 1 - 3 Soldabilidad 4 - 5 Soldable 1 - 2 Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Very Good Acido debil Very Good Acido fuerte Good Alcalino debil Very Good Alcalino fuerte Good Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasion Average Durabilidad en una atmosfera industrial Very Good Durabilidad en una atmosfera rural Very Good Durabilidad en una atmosfera marina Very Good Informaciónes de apoyo Directrices de proyecto Las aleaciones de titanio son caras y requieren para su elaboración el vacío para evitar la asimilación de oxígeno, ya que lo hace frágil. Es fuerte, ligero y resistente a la corrosión, tanto es así que el titanio puro puede ser implantado en el cuerpo para reparar huesos rotos. Lo más común es que sea aleado con aluminio y vanadio (Ti con un 8% al 6% V, o simplemente Ti - 6 - 4) con el objetivo de conseguir un material que puede ser forjado y trabajado, con la característica de tener buena resistencia a la fluencia. Las aleaciones de titanio tienen ductilidad limitada. La impulsión de miniaturizar la electrónica de consumo, conlleva a una creciente utilización del titanio. Los chasis de los teléfonos móviles y ordenadores portátiles son tan delgados que los polímeros no pueden soportar el esfuerzo. La baja densidad y la la fuerza del titanio lo hacen un sustituto atractivo a pesar de su costo. • Aleaciones de Zinc Descripción El material Zinc significa en la jerga francesa bar o pub, ya que las barras de bar en Francia solían tener revestimientos de zinc, para protegerlos de los estragos del vino y cerveza. Las superficies de barras suelen tener formas complejas: una superficie plana, perfiles curvos, bordes redondeados o perfilados. Lo anteriormente mencionado dice mucho acerca delzinc, llegando a la conclusión de que es higiénico y, además, sobrevive a la exposición de ácidos (vino), de los álcalis (líquidos para limpiar) y del uso intensivo (clientes). Estas siguen siendo las razones por las que todavía se utiliza hoy en día. Otra característica del zinc, es la facilidad de producir las aleaciones de zinc, su bajo punto de fusión y fluidez le da un lugar destacado en fundición a presión. Los moldes son relativamente baratos y los detalles se reproducen con precisión. Aleaciones de zinc moldeado a presión son lo suficientemente fuertes para la mayoría de los productos de consumo, y el metal es barato. Son la respuesta metalica a los polímeros moldeados por inyección. Composición Zn/3-30% Al, normalmente, a menudo con un máximo de 3% Cu Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 38 IlustraciónEl zinc utilizado como revestimiento de techo, aquí en París. Propiedades Generales Densidad 4.95e3 - 7e3 kg/m^3 Precio * 1.12 - 1.23 EUR/kg Forma de aplicación del material En grandes cantidades Lámina Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Good conductor Resistividad térmica 0.00741 - 0.01 m.K/W Coeficiente de expansion térmica 23 - 28 µstrain/°C Calor especifico 405 - 535 J/kg.K Temperatura de fusion 375 - 492 °C Temperatura de maximo servicio * 79.9 - 110 °C Inflamabilidad Non-flammable Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 0 % Permeabilidad al vapor de agua 0 kg/m.s.Pa Permeabilidad al aire 0 kg/m.s.Pa Resistencia a las heladas Very Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Poor Aislamientoacústico Very Good Propiedades Ecológicas Energía embebida 53.1 - 72 MJ/kg Huella de CO2 3.09 - 4.18 kg/kg Reciclabilidad True Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Fundición 5 Conformabilidad 2 - 3 Maquinabilidad 5 Soldabilidad 1 Soldable 4 - 5 Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Average Acido debil Average Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 45 Coeficiente de expansion térmica 5 - 8 µstrain/°C Calor especifico 750 - 850 J/kg.K Temperatura de fusion 927 - 1.23e3 °C Temperatura de maximo servicio 400 - 600 °C Inflamabilidad Non-flammable Emisividad 0.75 - 0.93 Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 2 - 7 % Permeabilidad al vapor de agua 2.5e-12 - 2e-11 kg/m.s.Pa Resistencia a las heladas Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Poor Aislamientoacústico Good Propiedades Ecológicas Energía embebida 2 - 2.5 MJ/kgHuella de CO2 0.23 - 0.25 kg/kg Reciclabilidad False Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Conformabilidad 2 - 4 Maquinabilidad 1 - 2 Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Very Good Acido debil Good Acido fuerte Poor Alcalino debil Good Alcalino fuerte Poor Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasion Average Durabilidad en una atmosfera industrial Good Durabilidad en una atmosfera rural Very Good Durabilidad en una atmosfera marina Very Good • Terracotta Descripción El material El nombre "terracotta"viene del italiano "tierra cocida". Se trata de una arcilla ceramica impermeable semicocida, que se utiliza para fabricar ladrillos y tejas. Composición Mezcla de silicatos. Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 46 IlustraciónTejas de terracotta. Propiedades Generales Densidad 1.9e3 - 2.75e3 kg/m^3 Precio Forma de aplicación del material En grandes cantidades Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Poor insulator Resistividad térmica 0.66 - 2 m.K/W Coeficiente de expansion térmica 5 - 10 µstrain/°C Calor especifico 760 - 820 J/kg.K Temperatura de fusion Temperatura de maximo servicio 400 - 500 °C Inflamabilidad Non-flammable Emisividad 0.6 - 0.85 Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 3 - 15 % Permeabilidad al vapor de agua Resistencia a las heladas Poor Propiedades Acústicas Absorption de sonido Average Aislamientoacústico Good Propiedades Ecológicas Energía embebida 1.1 - 1.3 MJ/kg Huella de CO2 0.77 - 0.79 kg/kg Reciclabilidad False Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Conformabilidad 2 - 4 Maquinabilidad 1 - 2 Durabilidad Agua fresca Good Agua salada Very Good Acido debil Very Good Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 47 Acido fuerte Very Good Alcalino debil Good Alcalino fuerte Poor Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasion Very Good Durabilidad en una atmosfera industrial Good Durabilidad en una atmosfera rural Very Good Durabilidad en una atmosfera marina Very Good Hormigón • Hormigón celular (Autoclaved aerated concrete - AAC) Descripción El material El hormigón celular es un hormigón producido por la adición de un agente espumante a la mezcla de hormigón con el fin de atrapar las burbujas de aire durante el proceso de curado, la cual consiste en calentar vapor (autoclave). El producto resultante de baja densidad se usa para hacer edificios ligeros, estructuras y decoraciones. La resistencia del hormigón puede ser mejorada mediante la adición de fibras, pero los valores que se citan aquí son de de hormigón no armado. Composición Agua, arena, cemento y aire. Componentes de la mezcla y las proporciones son muy variadas para producirpropiedades diversas. Ilustración Propiedades Generales Densidad 400 - 900 kg/m^3 Precio * 0.0456 - 0.0607 EUR/kg Forma de aplicación del material En grandes cantidades Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Poor insulator Resistividad térmica 1.25 - 1.43 m.K/W Coeficiente de expansion térmica 7 - 12 µstrain/°C Calor especifico * 860 - 1.1e3 J/kg.K Temperatura de fusion 930 - 1.2e3 °C Temperatura de maximo servicio 200 - 300 °C Inflamabilidad Non-flammable Emisividad 0.63 - 0.97 Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 48 Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua Permeabilidad al vapor de agua 6.01e-12 - 2.8e-11 kg/m.s.Pa Resistencia a las heladas Average Propiedades Acústicas Absorption de sonido Good Aislamientoacústico Average Propiedades Ecológicas Energía embebida 3.4 - 3.6 MJ/kg Huella de CO2 0.24 - 0.375 kg/kg Reciclabilidad False Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Conformabilidad 3 - 4 Maquinabilidad 4 - 5 Durabilidad Agua fresca Good Agua salada Good Acido debil Average Acido fuerte Very Poor Alcalino debil Good Alcalino fuerte Poor Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasion Very Poor Durabilidad en una atmosfera industrial Average Durabilidad en una atmosfera rural Good Durabilidad en una atmosfera marina Average Informaciónes de apoyo Directrices de proyecto El hormigón celular es de color claro y contiene muchas burbujas de aire de pequeño tamaño que contribuyen como propiedad aislante del material. AAC esportante, aislante y puede ser esculpido con herramientas de carpintería, pero, siendo suave, rara vez se utiliza en condiciones expuestas, sino que requiere la protección de la superficie. • Cemento (Portland) Descripción El material El cemento es sin duda uno de los cuatro materiales estructurales que más han cambiado el mundo, junto al bronce, hierro (acero) y vidrio. El cemento romano, todavía intacto después de 2000 años, permitió algunas de sus más grandes construcciones. Actualmente, la producción de cemento supera los 1,5 millones de toneladas por año. El cemento es una cerámica calcinada y pulverizada que, con la adición de agua, se puede moldear o verter y, a continuación, establece en una masa sólida, juntandose bien a muchas superficies. Hay muchos cementos diferentes, el más utilizado es el cemento Portland, llamado así porque los desarrolladores intentaron promoverlo como un material similiar a la piedra de Portland, una piedra caliza de capas muy apreciada para suelos y pavimentos. Es producido por calcinación de una mezcla de cal o piedra caliza y arcilla, y posteriormente triturado para conseguir un polvo fino. Mezclado con agua, se hidrata y se convierte en un sólido gris duro. Este proceso se conoce como curado, liberando calor y produciéndose una pequeña contracción del hormigón. El cemento Portland se puede usar puro, raramente en la práctica, ya que se utiliza Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 49 generalmente como un aglomerante para mortero y hormigón. Como un componente del hormigón, el cemento es el principal agente vinculante que reúne a gravas, arenas, agua y aditivos (junto al acero si es hormigón armado) para hacer actualmente el material más utilizado estructuralmente. Las propiedades del cemento son altamente dependientes de su composición, en particular la relación aguacemento. Las propiedades que se indican son de cemento con una relación agua-cemento en peso de 0.65. Composición 63% CaO, 21% SiO2, 6% Al2O3 + aditivos agua: cemento en peso de 0.65 Ilustración Propiedades Generales Densidad 3e3 - 3.2e3 kg/m^3 Precio 0.0759 - 0.0911 EUR/kg Forma de aplicación del material En grandes cantidades Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Poor insulator Resistividad térmica 1.11 - 1.25 m.K/W Coeficiente de expansion térmica 12 - 13 µstrain/°C Calor especifico * 813 - 867 J/kg.K Temperatura de fusion 930 - 1.2e3 °C Temperatura de maximo servicio * 627 - 857 °C Inflamabilidad Non-flammable Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua Permeabilidad al vapor de agua 9.76e-12 - 2.6e-11 kg/m.s.Pa Resistencia a las heladas Poor Propiedades Acústicas Absorption de sonido Poor Aislamientoacústico Good Propiedades Ecológicas Energía embebida 5.4 - 5.6 MJ/kg Huella de CO2 0.9 - 1 kg/kg Reciclabilidad False Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Fundición 4 - 5 Durabilidad Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 50 Agua fresca Very Good Agua salada Good Acido debil Poor Acido fuerte Very Poor Alcalino debil Good Alcalino fuerte Average Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasion Poor Durabilidad en una atmosfera industrial Good Durabilidad en una atmosfera rural Very Good Durabilidad en una atmosfera marina Very Good Informaciónes de apoyo Directrices de proyecto El cemento como componente del hormigón se puede utilizar para una amplia variedad de aplicaciones. ASTM C 150 establece ocho tipos diferentes de cemento Portland que se pueden aplicar a casi cualquier necesidad de la construcción. El tipo I es el cemento normal, el tipo IA normal,el tipo II tiene resistencia moderada al ataque del sulfato, el Tipo IIA tiene resistenciamoderada.El tipo III tiene alta resistencia, el Tipo IIIAtiene alta resistencia, el tipo IV tiene bajo calor de hidratación, el tipo V tienealta resistencia al ataque de sulfatos. Para la mayoría de aplicaciones de construcciónse utilizael tipo I. El cemento tipoo II y V se utilizan en situaciones en las que el material entra en contacto conaguaque contienente alta cantidad de sulfato. El tipo IV está reservado para grandes estructurasen las que el calor de hidratación debe ser cuidadosamente controlado. Piedra • Granito Descripción El material El granito es una de los materiales más duraderos. La pirámide de Giza (2980 aC) fue construida de piedra caliza revestida de granito. Se trata de una roca ígnea de grano grueso muy dura y compacta. Requiere un pulimento fino mostrando la belleza de sus cristales. Es la piedra más importante en la construcción, ya que ciudades enteras se construyen con ella (Edimburgo, en Escocia, es un ejemplo). Se utiliza para las superficies de trabajo debido a su durabilidad y resistencia a los ácidos y álcalis, y por su aspecto decorativo. El granito debido a la falta de porosidad no se erosiona o no se rompe como otras piedras porosas lo hacen. Composición El granito se compone de cuarzo (SiO2) y feldespatos y micas (ambos complejos alumino-silicatos). IlustraciónGraniteButts Mehre Heritage Hall, University of Georgia. Propiedades Generales Densidad 2.63e3 - 2.8e3 kg/m^3 Precio 0.759 - 4.56 EUR/kg Forma de aplicación del material En grandes cantidades Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 51 Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Poor insulator Resistividad térmica 0.358 - 0.398 m.K/W Coeficiente de expansion térmica 10 - 12 µstrain/°C Calor especifico 775 - 840 J/kg.K Temperatura de fusion * 1.2e3 - 1.6e3 °C Temperatura de maximo servicio * 600 - 700 °C Inflamabilidad Non-flammable Emisividad 0.44 Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 0.1 - 0.5 % Resistencia a las heladas Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Poor Aislamientoacústico Good Propiedades Ecológicas Energía embebida 10.5 - 11.5 MJ/kg Huella de CO2 0.65 - 0.75 kg/kg Reciclabilidad False Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Maquinabilidad 1 - 2 Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Very Good Acido debil Very Good Acido fuerte Good Alcalino debil Very Good Alcalino fuerte Good Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasion Very Good Durabilidad en una atmosfera industrial Very Good Durabilidad en una atmosfera rural Very Good Durabilidad en una atmosfera marina Very Good Informaciónes de apoyo Directrices de proyecto El granito es un material duro por lo que es caro extraerlo de la cantera y difícil detrabajar, pero a cambioes excepcionalmente duradero y resistente al desgaste y se puede pulir consiguiendo un acabado espejo. Su gran estabilidad química da resistencia a los líquidos acuosos y orgánicos, ácidos y álcalis. El granito se utiliza en los cuadros ópticos y las calles pavimentadas con adoquines de granito permanecen hoy en día como cuando fueron construidas. Su asociación con las grandes estructuras del pasado lo hacen atractivo para los edificios de hoy. • Piedra caliza Descripción El material La piedra caliza se forma de las criaturas del mar petrificado. En su forma pura es cal (cuando es porosa) o el mármol (cuando está completamente denso). La mayor parte de la piedra caliza no es pura, ya que contiene arena (sílice) y otros minerales. Las calizas más interesantes contienen conchas visibles y otros fósiles de las Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 52 criaturas de las que derivan. Es fácil de cortar, y en las zonas donde está disponible es muy utilizada como material de construcción. Composición Carbonato de calcio (CaCO3), además de las impurezas de silicato. IlustraciónEl edificio es Georgia State Capitol. Propiedades Generales Densidad 2.15e3 - 2.5e3 kg/m^3 Precio * 0.304 - 0.759 EUR/kg Forma de aplicación del material En grandes cantidades Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Poor insulator Resistividad térmica 0.465 - 1.09 m.K/W Coeficiente de expansion térmica 3.7 - 6.3 µstrain/°C Calor especifico 810 - 920 J/kg.K Temperatura de fusion 1.23e3 - 1.35e3 °C Temperatura de maximo servicio * 330 - 380 °C Inflamabilidad Non-flammable Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 2.5 - 11 % Resistencia a las heladas Average Propiedades Acústicas Absorption de sonido Average Aislamientoacústico Good Propiedades Ecológicas Energía embebida 1 - 2 MJ/kg Huella de CO2 0.08 - 0.1 kg/kg Reciclabilidad False Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Maquinabilidad 2 - 3 Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Very Good Acido debil Very Poor Acido fuerte Very Poor Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 53 Alcalino debil Very Good Alcalino fuerte Good Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasion Average Durabilidad en una atmosfera industrial Poor Durabilidad en una atmosfera rural Very Good Durabilidad en una atmosfera marina Good Informaciónes de apoyo Directrices de proyecto Las calizas varían ampliamente en la composición y en la porosidad, así como suscaracterísticas mecánicas y su resistencia a la erosion. Las más suaves pueden ser aserradas y talladas a mano, por lo que son ampliamente utilizadas para las esculturas y las molduras decorativas. Se erosionan de una manera atractiva y benigna, ya que el ácido carbónico de la lluvia disuelve una película superficial muy fina que a través del tiempo haceque la superficie se auto-limpie. • Mármol Descripción El material El mármol es la forma más pura de la piedra caliza. Es prácticamente todo de carbonato de calcio puro que se ha compactado y se ha cristalizado debido al calentamiento. Se utiliza para la construcción ornamental, es decir, estatuas y muebles, y para los paneles de energía eléctrica. El mármol más puro (mármol italiano de Carrara es un ejemplo) es muy blanco y tiene una textura delicada y dura. Otros mármoles son de color verde oscuro, rojo, negro o gris, lo que permite su uso para las decoraciónes como el de la Basílica se muestra la imagen. Composición Carbonato de calcio (CaCO3). IlustraciónLa Basílica de Pisa. Propiedades Generales Densidad 2.72e3 - 2.85e3 kg/m^3 Precio * 0.304 - 0.759 EUR/kg Forma de aplicación del material En grandes cantidades Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Poor insulator Resistividad térmica 0.167 - 0.2 m.K/W Coeficiente de expansion térmica 3 - 5 µstrain/°C Calor especifico 850 - 890 J/kg.K Temperatura de fusion 1.23e3 - 1.34e3 °C Temperatura de maximo servicio 630 - 680 °C Inflamabilidad Non-flammable Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 0.1 - 0.5 % Permeabilidad al vapor de agua 4.73e-13 - 6.51e-12 kg/m.s.Pa Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 54 Resistencia a las heladas Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Poor Aislamientoacústico Good Propiedades Ecológicas Energía embebida 1.5 - 2.5 MJ/kg Huella de CO2 0.12 - 0.14 kg/kg Reciclabilidad False Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Maquinabilidad 1 - 2 Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Very Good Acido debil Very Poor Acido fuerte Very Poor Alcalino debil Very Good Alcalino fuerte Good Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasion Average Durabilidad en una atmosfera industrial Average Durabilidad en una atmosfera rural Very Good Durabilidad en una atmosfera marina Very Good Informaciónes de apoyo Directrices de proyecto El mármol es fácil de cortar y tallar, es duro y denso, y tiene una pulido casi perfecto. Tiene una maravillosa translucencia por lo que es la elección de muchos escultores. Al igual que la piedra caliza no se erosiona en un ambiente limpio, pero es atacado por el ácido y, por tanto,por las emisiones industriales. • Arenisca Descripción El material La arenisca está compuesta por partículas de arena consolidadas (cuarzo) unidos por un agente de cimentación: feldespatos limas sílice o arcillas. El tamaño de las partículas de arena, la porosidad y la resistencia varían mucho entre areniscas diferentes. Los colores derivan de impurezas de hierro o manganeso y dan a las areniscas sus propiedades. Composición Partículas de Sílice (SiO2), aglomeradas con carbonato de calcio cal (CaO) (CaCO3) o arcillas (aluminosilicatos). Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 61 IlustraciónPaneles defibra de vidrio reforzada se unieron para formar las paredes principales de una casa indipendiente. _ Propiedades Generales Densidad 1.75e3 - 1.97e3 kg/m^3 Precio * 2.62 - 2.91 EUR/kg Forma de aplicación del material En grandes cantidades Lámina Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Poor insulator Resistividad térmica * 1.82 - 2.5 m.K/W Coeficiente de expansion térmica * 8.64 - 33 µstrain/°C Calor especifico * 1e3 - 1.2e3 J/kg.K Temperatura de maximo servicio * 140 - 220 °C Inflamabilidad Self-extinguishing Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 1.27 - 1.54 % Resistencia a las heladas Very Good. Propiedades Acústicas Absorption de sonido Poor Aislamientoacústico Good Propiedades Ecológicas Energía embebida * 107 - 118 MJ/kg Huella de CO2 * 7.47 - 8.26 kg/kg Reciclabilidad False Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía True Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Conformabilidad 4 - 5 Maquinabilidad 2 - 3 Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Very Good Acido debil Very Good Acido fuerte Average Alcalino debil Very Good Alcalino fuerte Very Good Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 62 Disolventes organicos Good Resistencia a la radiación ultravioleta Good Resistencia a la abrasion Average Durabilidad en una atmosfera industrial Very Good Durabilidad en una atmosfera rural Very Good Durabilidad en una atmosfera marina Very Good Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 63 METERIALES AISLANTES Fibras Fibras naturales • Algodon Descripción El material El algodón es la fibra de la flor de la planta de Gossypium, que se cultiva en climas cálidos. Hay muchas especies, y todas tienen más o menos el 95% de celulosa y un poco de cera. La longitud de la fibra y finura determinan la calidad. El algodón se utiliza para hacer una amplia gama de diferentes tejidos: lona, tela, gasa, calicó, percal, muselina, crepe, cámbico, olrgandy, crinolina, sarga y damasco. Se diferencian en la calidad de la fibra y en la naturaleza del tejido. Este registro proporciona datos de las fibras de algodón sencillos. Las propiedades de los tejidos fabricados con él dependen en gran medida de la trama. Composición (C6-H10-O5)n Ilustración Propiedades Generales Densidad 1.52e3 - 1.56e3 kg/m^3 Precio 1.52 - 3.04 EUR/kg Forma de aplicación del material Fibra Lámina Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Good insulator Resistividad térmica * 3.33 - 5 m.K/W Coeficiente de expansion térmica * 15 - 30 µstrain/°C Calor especifico 1.2e3 - 1.22e3 J/kg.K Temperatura de transición vítrea 110 - 130 °C Temperatura de maximo servicio 110 - 130 °C Inflamabilidad Flammable Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 64 Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua Resistencia a las heladas Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Very Good Aislamientoacústico Average Propiedades Ecológicas Energía embebida * 16.1 - 17.7 MJ/kg Huella de CO2 0.641 - 0.709 kg/kg Reciclabilidad False Reutilización True Biodegradable True Combustión para la recuperación de energía True Vertedero True Recurso Renovable True Durabilidad Agua fresca Good Agua salada Good Acido debil Average Acido fuerte Very Poor Alcalino debil Good Alcalino fuerte Average Disolventes organicos Good Resistencia a la radiación ultravioleta Average Resistencia a la abrasion Very Poor Durabilidad en una atmosfera industrial Poor Durabilidad en una atmosfera rural Poor Durabilidad en una atmosfera marina Poor Informaciónes de apoyo Directrices de proyecto El uso de algodón en los edificios debe ser cauteloso, ya que es altamente inflamable y es fuente de alimento para el moho y hongos. Como un tejido interior (que cubre las particiones interiores, por ejemplo) se puede utilizar algodón tratado con retardante de llama. En muchos casos la fibra de algodón constituye una parte de un tejido compuesto, dando volumen, color y textura a la tela. • Cáñamo Descripción El material El cañamo es una fibra derivada del tallo de la planta de cannabis. Tiene una composición similar al algodón, con la diferencia de que sus fibras son más gruesas y más fuertes. Las fibras se liberan del tallo, ya que crea olores desagradables. Las propiedades de los tejidos fabricados con ella dependen en gran medidad de la trama. Composición (C6-H10-O5)n IlustraciónHemp insulation. Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 65 Propiedades Generales Densidad 1.48e3 - 1.49e3 kg/m^3 Precio 0.759 - 1.52 EUR/kg Forma de aplicación del material Fibra Lámina Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Good insulator Resistividad térmica * 3.33 - 5 m.K/W Coeficiente de expansion térmica * 15 - 30 µstrain/°C Calor especifico 1.2e3 - 1.22e3 J/kg.K Temperatura de transición vítrea 100 °C Temperatura de maximo servicio 110 - 130 °C Inflamabilidad Flammable Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua Resistencia a las heladas Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Very Good Aislamientoacústico Average Propiedades Ecológicas Energía embebida * 8.05 - 8.9 MJ/kg Huella de CO2 0.322 - 0.356 kg/kg Reciclabilidad False Reutilización True Biodegradable True Combustión para la recuperación de energía True Vertedero True Recurso Renovable True Durabilidad Agua fresca Good Agua salada Good Acido debil Average Acido fuerte Very Poor Alcalino debil Average Alcalino fuerte Very Poor Disolventes organicos Good Resistencia a la radiación ultravioleta Good Resistencia a la abrasion Very Poor Durabilidad en una atmosfera industrial Average Durabilidad en una atmosfera rural Good Durabilidad en una atmosfera marina Good • Lana Descripción El material La lana es el pelo de: oveja, conejo (angora), camello,determinadas cabras (mohair, Cachemira) y llamas (vicuña). Sigue siendo actualmente una importante fibra comercial debido a sus cualidades resistentes (como en las alfombras de lana), ya que ofrece un aislamiento térmico notable y una alta. Es ampliamente utilizada para las alfombras, fundas para asientos, ropa y mantas. El tejido de lana trae a la mente un calor acogedor. Sus fibras tienen rizos o bucles que crean bolsas que aíslan y dan a la lana una sensación esponjosa. La superficie exterior de la fibra consiste en una serie de escamas serradas que se superponen unos a otros como las escamas de un pez, haciendo posible que las fibras se adhieren juntas y formen un fieltro. Sus características únicas permiten la formación y la adaptación, Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 66 por lo que la lana es la tela más popular para adaptar la ropa fina. Se teje de muchas maneras diferentes para dar tela, lana, a cuadros, o franel. Los tejidos de lana son resistente a la suciedad, resistente a las llamas, y, en muchos tejidos, resiste el desgaste y desgarre. Composición Keratina (protein) IlustraciónAislantes de lana. Propiedades Generales Densidad 1.2e3 - 1.32e3 kg/m^3 Precio 1.52 - 3.04 EUR/kg Forma de aplicación del material Fibra Lámina Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Good insulator Resistividad térmica * 3.33 - 5 m.K/W Coeficiente de expansion térmica * 15 - 30 µstrain/°C Calor especifico 1.35e3 - 1.37e3 J/kg.K Temperatura de transición vítrea * 87 - 97 °C Temperatura de maximo servicio 110 - 120 °C Inflamabilidad Flammable Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua Resistencia a las heladas Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Very Good Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 67 Aislamientoacústico Average Propiedades Ecológicas Energía embebida * 16.1 - 17.7 MJ/kg Huella de CO2 0.641 - 0.709 kg/kg Reciclabilidad False Reutilización True Biodegradable True Combustión para la recuperación de energía True Vertedero True Recurso Renovable True Durabilidad Agua fresca Good Agua salada Good Acido debil Good Acido fuerte Average Alcalino debil Poor Alcalino fuerte Very Poor Disolventes organicos Good Resistencia a la radiación ultravioleta Average Resistencia a la abrasion Very Poor Durabilidad en una atmosfera industrial Good Durabilidad en una atmosfera rural Good Durabilidad en una atmosfera marina Good Fibras artificiales • Fibra de vidrio Descripción El material Las fibras de vidrio se fabrican a partir de la elaboración de vidrio fundido a través de una ruleta, dando fibras continuas de diámetro entre 10 y 100 micrones. Su perfección le da una resistencia excepcional en tensión, y sin embargo son flexibles y tienen una conducción del calor muy baja. Por lo tanto, se utiliza en una amplia gama de productos de aislamiento térmico de edificios. Pueden ser tejidas en una tela, y se imprimen o se coloran para dar un sustituto resistente al fuego para los muros o cubiertas (cuando el tejido es tratado con silicona se puede utilizar hasta 250 °C). Los hilos pueden estar cortados o continuos y se pueden utilizar parafabricar fibra de vidrio reforzada con polímeros, GFRPs. Hay varios grados de fibra de vidrio, que difieren en la composición y la fuerza. E-vidrio es el refuerzo estándar. C-vidrio tiene mejor resistencia a la corrosión que el E, R y S. Éstos tienen mejores propiedades mecánicas que E, pero son más caros. AR-vidrio resiste a los álcalis, lo que le permite ser utilizado para reforzar el cemento. Composición Na2O-SiO2 IlustraciónAislamiento de fibra de vidrio. Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 68 Propiedades Generales Densidad 2.55e3 - 2.6e3 kg/m^3 Precio 1.28 - 2.56 EUR/kg Forma de aplicación del material Fibra Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Good insulator Resistividad térmica 0.741 - 0.833 m.K/W Coeficiente de expansion térmica 4.9 - 5.1 µstrain/°C Calor especifico 800 - 805 J/kg.K Temperatura de transición vítrea * 550 - 580 °C Temperatura de maximo servicio 350 - 360 °C Inflamabilidad Non-flammable Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 0 % Permeabilidad al vapor de agua 5.84e-11 - 1.61e-10 kg/m.s.Pa Resistencia a las heladas Very Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Good Aislamientoacústico Good Propiedades Ecológicas Energía embebida * 16.8 - 18.6 MJ/kg Huella de CO2 * 0.907 - 1 kg/kg Reciclabilidad True Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía False Vertedero True Recurso Renovable False Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Very Good Acido debil Very Good Acido fuerte Very Good Alcalino debil Very Good Alcalino fuerte Good Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Very Good Resistencia a la abrasion Very Good Durabilidad en una atmosfera industrial Very Good Durabilidad en una atmosfera rural Very Good Durabilidad en una atmosfera marina Very Good Espumas • Espuma fenólica a prueba de fuego Descripción El material Las espumas fenólicas son más caras que las de poliestireno, pero a diferencia de la mayoría de las espumas de polímero, son a prueba de fuego. Son ampliamente utilizadas para el aislamiento y como núcleos de paneles sandwich. Las espumas fenólicas están disponibles en diferentes densidades. Los datos siguientes son de una espuma de baja densidad. Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 69 Composición Fenólica ((CH2)-C6H6OH-CH2)n IlustraciónLa espuma fenólica es un buen aislante térmico y es resistente al fuego. Propiedades Generales Densidad 35 - 70 kg/m^3 Precio * 6.07 - 7.59 EUR/kg Forma de aplicación del material En grandes cantidades Lámina Propiedades Térmicas y de Combustión Conductor térmico o aislante Good insulator Resistividad térmica 33.3 - 50 m.K/W Coeficiente de expansion térmica 40 - 70 µstrain/°C Calor especifico 1.85e3 - 1.91e3 J/kg.K Temperatura de transición vítrea 140 - 160 °C Temperatura de maximo servicio 130 - 150 °C Inflamabilidad Self-extinguishing Propiedades Hygro-Térmicas Absorcion de agua 6 - 7 % Permeabilidad al vapor de agua 3.79e-11 - 3.8e-11 kg/m.s.Pa Resistencia a las heladas Very Good Propiedades Acústicas Absorption de sonido Very Good Aislamientoacústico Very Poor Propiedades Ecológicas Energía embebida * 119 - 132 MJ/kg Huella de CO2 * 5.22 - 5.77 kg/kg Reciclabilidad False Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 70 Reutilización True Biodegradable False Combustión para la recuperación de energía True Vertedero True Recurso Renovable False Procesabilidad (Escala 1 = poco práctica a 5 = excelente) Conformabilidad 4 - 5 Maquinabilidad 4 - 5 Durabilidad Agua fresca Very Good Agua salada Very Good Acido debil Very Good Acido fuerte Average Alcalino debil Poor Alcalino fuerte Very Poor Disolventes organicos Very Good Resistencia a la radiación ultravioleta Good Resistencia a la abrasion Average Durabilidad en una atmosfera industrial Good Durabilidad en una atmosfera rural Good Durabilidad en una atmosfera marina Good • Espuma de poliestireno rígido Descripción El material Las espumas de poliestirenoestánelaboradasmediante la expansión controlada y la solidificación de un líquido o fundición a través de un agente espumante. Estos agentes pueden ser físicos, químicos o mecánicos. El material celular resultante tiene una menor densidad, rigidez y resistencia que el material original.Las espumas rígidas están hechas de poliestireno, fenólicos, polietileno, polipropileno o derivados de polimetilmetacrilato. Son ligeras y rígidas, y tienen propiedades mecánicas que la hacen atractiva para la gestión de la energía y envolventes, y para estructuras ligeras. Las espumas de célula abierta se pueden utilizar como filtros y las espumas de célula cerradas como flotación. Las espumas auto-desollandas, llamada "estructural" o "sintáctica", tienen una superficie densa realizada por espumación en un molde frío. Las espumas rígidas de polímeros son ampliamente utilizadas como núcleos de paneles sándwich. Las propiedades dadas aquí corresponden a las de una espuma de célula cerrada. Composición Poliestireno (CH2-CH-C6H5)n IlustraciónLa espuma de poliestireno es barata, un buen aislante térmico y excelente para el embalaje. Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 77 Figura 2.5 – Resistividad Termica vs Calor Especifico: Insertando el Precio Otras propiedades intrínsecas estudiadas son los coeficiente de expansión térmica y la difusividad térmica.Esta vez los mejores materiales son los que tienen valores más bajos de estas propiedades, mostrándose en la parte inferior izquierda de la gráfica (Fig.2.6). Figura 2.4 – Resistividad Termica vs Calor Especifico: Insertando el Precio Figura 2.6 – Difusividad Termica vs Coeficiente de Expansion Termica Linear Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 78 Tabla 2.4 – Biodegradable vs Recurso Renovable A continuación se procede con el análisis de las Propiedades Ecológicas, empezando con las dos de mayor peso: la huella de CO2 y la Energía Embebida. Estos valores tienen en cuenta los procesos de producción, transformación y transporte de los materiales considerados, por lo que, los materiales utilizados en su estado natural (lana, cáñamo, algodón, corcho…) tienen un valor menor, ya que requieren menos energía y menos coste para ser un material listo para su uso (Fig. 2.7) Posteriormente se procede a comparar las propiedades de tipo lógico (proporcionan un valor sí / no, verdadero / falso), como el reciclaje o la reutilización (Tabla 2.3), o biodegradables, o si el material es o no un recurso renovable (Tabla 2.4). Falso Verdadero Falso / / Verdadero Espuma fenólica a prueba de fuego Vermiculita Algodón Cáñamo Lana Corcho Fibra de Vidrio Espuma de poliestireno rígido Falso Verdadero Falso Fibra de Vidrio Espuma fenólica a prueba de fuego Espuma de poliestireno rígido Vermiculita / Verdadero / Algodón Cáñamo Lana Corcho Biodegradable RecursoRenovable Figura 2.7 – Energia Embebida vs Huella de CO 2 Reciclaje Reutilizacion Tabla 2.3 – Reciclabilidad vs Reutilizacion Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 79 Tabla 2.5 – Absorpcion d sonido vs Aislamento acustico Tabla 2.6 – Inflamabilidad vs Durabilidad en una atmosfera marina También debe tenerse en cuenta el comportamiento acústico de los materiales (Tabla 2.5), o la absorción acústica y el aislamiento acústico, otras características clave en la separación del ambiente externo que un revestimiento debe asegurar. En el siguiente capítulo se analizarán de acuerdo con la normativa los aspectos relativos la transmisión del sonido y de cambio higro-térmico del cerramiento de proyecto. Por fin se compara la inflamabilidad, la cual implica un eventual tipo de tratamiento con retardantes de llama en la superficie del aislante antes de su aplicación, y la durabilidad en atmosfera marina, como la de Valencia, donde está situado el edificio proyecto (Tabla 2.6). Selección del material aislante de proyecto: el Cáñamo Como material aislante se ha elegido el cáñamo, una materia prima renovable y cuya utilización contribuye a la preservación del medio ambiente. Su crecimiento purifica el aire mediante la absorción de CO2, consecuentemente reduciendo el valor de la huella de CO2 reportado en los gráficos anteriores. El cáñamo tiene un crecimiento rápido y abundante (crece 4 metros en 120 días) y no necesita pesticidas y herbicidas, enriquece el suelo dejándolo libre de malezas debido a su rápido crecimiento y no da sombra al suelo durante un tiempo determinado para asegurar que las semillas puedan crecer. Es una planta cultivada desde la antigüedad y, hoy en día, la industria del cáñamo está avanzando produciendo todo tipo posible de productos: ropa, papel, combustible, alimentos, materiales de construcción, etc. Es un material con propiedades excelentes de aislamiento térmico y acústico, y es transpirable e higroscópico, lo que permite controlar la humedad y garantizar un clima interior saludable. La fibra se obtiene, una vez que la planta se ha dejado secar al sol en los campos, a través del secado en hornos Muy Pobre Pobre Media Buena Muy Buena Muy Pobre / / / Vermiculita Corcho Espuma fenólica a prueba de fuego Espuma de poliestireno rígido Pobre / / / / / Media / / / / Algodón Cáñamo Lana Buena / / / Fibra de Vidrio / Muy Buena / / / / / Flamable Auto-extinción No Flamable Muy Pobre / / / Pobre Algodón / / Media / / / Buena Espuma de poliestireno rígido Cáñamo Lana Corcho Espuma fenólica a prueba de fuego / Muy Buena / / Fibra de Vidrio Vermiculita Aislamiento Acústico Absorción de Sonido Durabilidad en una atmósfera marina Inflamabilidad Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 80 previa separación de la fibra interior de la corteza. Las fibras de cáñamo (85-90%) se combinan con fibras de poliéster 10-15%. Éste conjunto se coloca en hornos especiales, en donde el poliéster funde y se sueldan con la fibra de cáñamo, actuando como refuerzo y apoyo. Respecto al fuego, si no se someten a un tratamiento adicional, pertenece a una clase de reacción al fuego 2. Dado que el cáñamo no contiene proteínas no está infectado por parásitos. El material es reutilizable en los caso de restructuración, y biodegradable (descomposición en el suelo o en los sitios de compostaje). El reciclaje para otros usos es problemático porque hay que tener en cuenta la presencia de fibra sintética. Es un producto verde que no supone ningún riesgo para la salud, durante la producción o durante la instalación, ya que no contiene sustancias tóxicas. Para finalizar con la descripción cabe decir que la instalación no requiere mano de obra cualificada y el proceso es limpio porque contiene muy poco polvo, por lo que no causa irritación de la piel o de vías respiratorias. • Revestimiento exterior Comparación de las características Siguiendo el mismo proceso que se ha realizado con el aislamiento térmico, ahora se comparan los materiales de construcción más utilizados o menos en la realización de acabados exteriores, para no impedir, a priori, ninguna solución posible. Se han considerado los siguientes materiales: más utilizados tales como piedra, ladrillo o metales laminados más comunes, y los menos usuales como aleaciones de titanio ETFE, policarbonato. Los aspectos más relevantes en este caso son los relacionados con la durabilidad del material, y por tanto con su comportamiento ante la acción de los agentes contaminantes atmosféricos y de las variaciones de temperatura cíclicas. Los valores de dichas propiedades son valores discretos (muy buena, buena, regular, pobre y muy pobres). Dichas características no se van a tener en cuenta ahora, sino en un segundo proceso de selección, dado el gran número de materiales y diferentes tipos de durabilidad. Teniendo en cuenta que el uso del material será en fachada, los primeros puntos a considerar son la disponibilidad y facilidad de fabricación, criterios expresados a través la comparación de la huella de CO 2 y de la energía embebida (Fig. 2.8). En este sentido, observamos los altos valores de los metales no ferrosos (en rojo), en particular de las aleaciones, y, como es lógico, normalmente sólo se utilizan para proyectos singulares y de especial importancia (por ejemplo en el Museo Guggenheim de Bilbao, del arquitecto canadiense Frank O. Gehry). Por el contrario, están mejor situados en la gráfica, la parte inferior izquierda, materiales fácilmente disponibles y listos para su uso después de un proceso rápido de producción, tales como piedra, ladrillo o cemento (en verde claro). También es de subrayar el valor negativo de huella de CO 2 de la madera (en verde oscuro), debido a la absorción de dióxido de carbono durante el crecimiento del árbol. Obviamente, esto no indica la inadecuada utilización de materiales ubicados en zona desfavorable de la tabla, ya que los valores de CO 2 y energía están relacionados con cada kg de la materia en cuestión, y es evidente que 1 kg de diferentes materiales no tienen la misma resistencia a flexión, a tracción, a compresión, el mismo volumen (grosor), etc., es decir, aunque la piedra tenga mejor posición en la gráfica (menos huella de CO 2 y menos energía embebida) que un panel de titanio, se necesitarán muchos más kg para cubrir la envolvente. Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 81 Figura 2.8 – Energia Embebida vs Huella de CO 2 Además, se tiene que tener en cuenta que estos valores se refieren a kg de material virgen, y que sería mucho menor cuando se refiere a kilogramos de material reciclado (hasta una décima parte en el caso del aluminio). Esto es esencial para la comparación entre otras propiedades ecológicas, tales como la posibilidad de reutilización o el reciclaje (cuadro 2.7). Cabe señalar que sólo un puñado de materiales puede ser sometido a procesos de reciclaje, incluyendo los metales no ferrosos y los materiales derivados de polímeros. En cuanto al hecho de ser o no un recurso renovable (cuadro 2.8), es fácil la intuición de que todos los materiales utilizados por el hombre en el edificio son limitados y se agotarán dentro de un período determinado de tiempo, a excepción de la madera y sus derivados, llegando a poder hacer una reflexión similar respecto a la biodegradabilidad. Falso Verdadero Falso / / Verdadero Acero Galvanizado - Ladrillo común - Ladrillo cara-vista – Terracota – Hormigón celular (Autoclaved aerated concrete - AAC) - Cemento (Portland) – Granito - Piedra caliza - Mármol - Arenisca – Pizarra - Madera prensada_ Tableros duros - Madera dura_Roble - GFRP,matrizeposidica (isotrópica) – Bronce - Cobre – ETFE – PC - Acero Inoxidable - Aleaciones de Titanio Aleaciones de Zinc Aleaciones de Aluminio Falso Verdadero Falso Acero Galvanizado - Ladrillo común - Ladrillo cara-vista – Terracota – Hormigón celular (Autoclaved aerated concrete - AAC) - Cemento (Portland) – Granito - Piedra caliza - Mármol - Arenisca – Pizarra - GFRP,matrizeposidica (isotrópica) - Bronce - Cobre – ETFE – PC - Acero Inoxidable - Aleaciones de Titanio - Aleaciones de Zinc - Aleaciones de Aluminio, trabajado / Verdadero / Madera prensada_ Tableros duros - Madera dura_Roble Reciclaje Reutilización Biodegradable RecursoRenovable Tabla 2.7 – Reciclaje vs Reutilizacion Tabla 2.8 – Biodegradabilidad vs Recurso Rinovable Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 82 Tabla 2.9 – Absortion de Sonido vs Aislamento Acustico Al igual que se ha hecho con el aislamiento térmico, ahora se enfrentan las características acústicas de los materiales (Tabla 2.9), tema que se examinará más a fondo en capítulos posteriores, y su comportamiento en función de la temperatura, representada por el coeficiente de expansión térmica correlacionada lineal, en este caso la densidad de material (Fig. 2.9). Se concluye con una breve reflexión sobre los precios, poniendo en relieve la relación directamente proporcional entre el coste de los materiales y la energía necesaria en su proceso de producción (Fig. 2.10): los materiales más baratos son, evidentemente, el más utilizado (los materiales de concreto y cerámica en general) y viceversa (las aleaciones y ETFE). Muy Pobre Pobre Media Buena Muy Buena Muy Pobre / / / / Acero Inoxidable Pobre / / / Aleaciones de Titanio Aleaciones de Aluminio Arenisca Cemento (Portland) GFRP Granito Ladrillo cara-vista Mármol Pizarra Acero Galvanizado Aleaciones de Zinc Bronce Cobre Media / / Madera prensada Madera dura PC ETFE Ladrillo común Piedra caliza Terracota / Buena / / Hormigón celular / / Muy Buena / / / / / Figura 2. 9 - Densidad vs Coeficiente de Expansion Termica Lineare Absorción de Sonido AislamientoAcústico Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 83 Selección del material exterior de proyecto: la Pizarra El material que conformará la hoja exterior del revestimiento será la pizarra por varias razones. En primer lugar, la facilidad de encontrar este material en un contexto geográfico como España, cuyas canteras de pizarra ubicadas en la Región septentrional de Galicia la convierten en el mayor productor al mundo. Esto tiene implicaciones de importancia en la cantidad de CO 2 emitida en la atmósfera y de la demanda de energía en el proceso de fabricación de las losas, como es evidente en la Figura 2.8 demostrada anteriormente. Además, esto también tiene un impacto en la precio del producto terminado, mucho menor que en otros entornos económicos o en comparación con los materiales no cerámicos, por lo que es una solución muy atractiva desde el punto de vista económico. Por último, sus cualidades extraordinarias en cuanto a durabilidad lo convierten en el material ideal para un revestimiento exterior, requiriendo muy poco mantenimiento y asegurando una vida de hasta 200 años, mucho más alto que lo de los edificios que se van a recubrir. En un aspecto menos científico, pero no de importancia secundaria, se encuentra en el valor cultural que se da con la pizarra en la historia de la construcción española, con sus raíces a mediados del siglo XVI, sólo comparable con otro material cerámico muy extendido en la Península Ibérica como la piedra caliza. Geología La pizarra del Norte de España tiene sus propias características geológicas que son evidentes en la estética natural y la durabilidad. Su evolución geológica compleja ha contribuido a los recursos de pizarra de alta calidad que se encuentran en la región hoy en día. Estos depósitos de pizarra se formaron hace más de 500 millones de años. La pizarra se crea cuando el esquisto, que se compone de minerales de arcilla, se somete a alta presión con altas temperaturas. La arcilla comienza a volver a los minerales de mica, del cual es formado, provocando el endurecimiento de las rocas, con una dirección marcada de división, lo que permite que se rompa a lo largo de planos. El tipo de pizarra creada depende de una serie de factores, el más importante es el ambiente tectónico, y de la procedencia de los materiales sedimentarios, así como las condiciones físicas y químicas frecuentes durante el proceso de sedimentación. Una vez que los sedimentos se depositan, empiezan a compactarse y su porosidad decrece al igual que el agua es expulsada, convirtiendo los minerales de arcilla en la mica y formando fangolita sólida. Durante los siguientes millones de años, la fangolita se compacta más y se transforma. Esto crea una reordenación más fuerte y una orientación plana de los minerales, dando lugar a una división bien desarrollada vista en la pizarra gallega. Figura 2. 10 - Precio vs Energia Embebida Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 84 La Industria Aproximadamente, España es responsable del 90% de la producción mundial de pizarra natural. La explotación de canteras y la producción de pizarra de buena calidad es una tradición larga y orgullosa de Galicia. Después de los estudios geológicos y análisis de muestras, la extracción se inicia solamente una vez que la pureza y la calidad de la pizarra han sido verificadas. En general, la pizarra es la superficie de cantera. En primer lugar la "sobrecarga" (material inservible) se retira. La pizarra es entonces aserrada a partir de la cara de la cantera en grandes bloques utilizando cables de acero reforzado con diamantes. Estos grandes bloques son luego transferidos al centro de producción en el que se ordenan y son aserrados lo largo de sus planos de exfoliación natural en bloques más pequeños. Estos bloques son de tamaño regular y son divididos en placas de pizarra individuales por los artesanos expertos en un tamaño determinado y calificado por la calidad y espesor. La pizarra acabada luego se somete a la inspección final y es meticulosamente empaquetada en cajas listas para su transporte. En este punto se puede incluir información adicional sobre el tipo y el origen del lote de la pizarra, junto con información sobre sus resultados de pruebas y otras características. Esto es muy útil cuando se ponga en venta y es requerido por los proyectos en curso. Ecología y Durabilidad La calidez y la belleza natural de la pizarra no provienen de un alto impacto en la ecología del planeta. La producción típica de la explotación de canteras de pizarra no implica ningún proceso químico. En general, sólo agua de origen local se utiliza para mantener fría la maquinaria de corte. Durante la excavación, la roca inutilizable es excavada y las autoridades regionales tienen normas estrictas acerca de cómo se trata este material. A menudo, los residuos de pizarra se devuelven a la cantera y el paisaje original es recreado con el paisajismo y el restablecimiento de los suelos, las hierbas y otra vegetación nativa. En términos de sostenibilidad, la pizarra gana sobre otros materiales para envolventes. Investigaciones independientes han concluido recientemente que, en comparación con tejas de hormigón o arcilla, de cobre o de plomo, el procesamiento mínimo de pizarra le da la más baja energía embebida de todos los materiales para techos y cerramientos. Además, la misma investigación afirma que su larga esperanza de vida (más de 200 años), el bajo mantenimiento y su reciclabilidad dan mucha credibilidad a la pizarra en términos de impacto ambiental. Durabilidad Valor Agua fresca Muy Buena Agua salada Muy Buena Acido débil Muy Buena Acido fuerte Muy Buena Alcalino débil Muy Buena Alcalino fuerte Buena Disolventes orgánicos Muy Buena Resistencia a la radiación ultravioleta Muy Buena Resistencia a la abrasión Muy Buena Durabilidad en una atmosfera industrial Muy Buena Durabilidad en una atmosfera rural Muy Buena Durabilidad en una atmosfera marina Muy Buena Raíces históricas: una motivación cultural Las canteras de pizarra más antiguas de España están en la localidad segoviana de Bernardos, comenzadas a explotarse hace 450 años por orden de Felipe II, que quería tapizar con lajas grises las cubiertas de edificios emblemáticos como el Monasterio de San Lorenzo de El Escorial y el Alcázar de Segovia. El mismo criterio se aplicó en los palacios de La Granja y Riofrio y en numerosas iglesias. Tabla 2 .10 – Durabilidad Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 85 Felipe II apreciaba mucho este material, y afirmaba que los tejados cubiertos por pizarra eran buenos porque no pesan como el plomo, soportan la nieve, no son calurosos en verano y son lucidos, bellos y proporcionan severidad a los edificios. Era tan grande el aprecio por la pizarra que la convirtió en emblema de la arquitectura de la dinastía austriaca en España. En el año 1559, quiso que la casa de la Aceca y el palacio de Valsain, obra en la que puso gran entusiasmo, se cubriesen de pizarra. Pero el empizarrado no era de sencilla construcción, pues había que colocar un complicado armazón de madera, sobre la cual se fijaban unas laminas de plomo, y a estas se grapaban las pequeñas piezas cuadradas de pizarra. Además, en Castilla no había pizarreros hábiles, ni tampoco se explotaban minas de pizarra. Por estas razones, estando el rey en Bruselas en febrero de 1559, escribió a su arquitecto Gaspar de Vega, ocupando entonces en la obra de Valsain, lo siguiente: “Heme parecido que serà mejor hazer los tejados agros a la manera de los Estados, y cubrirlos de piazarra, que como habeis visto son muy lucidos...y asì, he mandado que se busquen ocho oficiales diestros, dos para sacar la pizarra y cuatro para cortarla y aderezarla y sentarla, y los otros dos para hacer los maderamientos y armarlos, y todos partiran a tiempo que sean ahi a la primavera. Entretanto, hareis corar y desvastar las maderas convenientes para los dichos teljados, y tenerlas a punto. Y que con diligencia se busque la pizarra mas cerca de la casa que se pudiere, porque en llegando los oficiales no pierdan tiempo. No se hallando mas cerca, en Santa Maria de Nieva la ha de haber, que pasando yo para allì, vì hacer cierta obra de ella en la iglesia.” Alfonso de Ceballos-Escalera y Gila Marques de la Floresta - Cronista de Armas de Castilla y León Torreón de la Marquesa, Segovia 1995 2.7 Determinación del sistema constructivo: Fachada Ventilada La fachada ventilada es una solución perfecta si se desea aislar el edificio desde el exterior sin tener que recurrir a técnicas de construcción muy complejas y costosas. La superficie exterior de revestimiento, generalmente unida y sustentada por una subestructura de soporte, es la que realiza la función de protección del cerramiento y estética. Entre ésta capa y el resto, se encuentra la cámara de ventilación, con tamaño adecuado y alimentada por aberturas en contacto con el aire exterior. La capa de aislamiento se colocará en el interior de la cámara, es decir, entre ésta y el interior del edificio. El vacío, creado en la cámara de aire, se basa en el efecto denominado chimenea, que permite la circulación del aire de abajo hacia arriba, debido a las diferencia de presión que existen entre el aire caliente y aire frío producidos en edificios de varias plantas. En estos casos, el aire caliente tiende a subir, al ser más ligero que el frío, y la diferencia de presión de aire aumenta según la altura del edificio y de la temperatura interior y exterior. Las puertas y ventanas afectan a que el efecto chimenea sea efectivo y a la pérdida de calor: es suficiente que una ventana no esté bien sellada (aunque sólo sea unos pocos puntos) para que el ambiente se llene de corrientes de aire procedentes del exterior. Las paredes y los techos ventilados son una solución térmica muy eficiente, incrementando la eficacia con la colocación de una capa de aislamiento continua en toda la superficie. Otro punto importante, es evitar los puentes térmicos. El objetivo es mantener la estancia fresca en verano y cálida en invierno. Una vivienda bien aislada, tiende a ceder menos calor acumulado que una que no lo esté, con lo cual, se tiende a perder el mínimo calor en invierno, evitando la expansión a los puntos más fríos por el interior de la vivienda. Esto reduce el gasto de energía, ya que el consumo para calentar las habitaciones es menor, asegurando estancias más acogedoras. Capítulo 2 - Selección de los Materiales Pag. 86 En conclusión, utilizando éste sistema constructivo, se obtiene un edificio más eficiente energéticamente y más confortable, garantizando un éxito significativo en términos de reducción del consumo de combustible y del impacto ambiental que dicho consumo tiene sobre el medio ambiente. Sin embargo, es sólo uno de los distintos métodos que se utilizan para hacer un aislamiento térmico más efectivo, aunque es uno de los que tienen más ventajas. Ventajas de la fachada ventilada Montaje en seco: Reducción del riesgo de grietas ya que los elementos se ensamblan sin el uso de adhesivos o morteros, se ven menos afectados por los efectos de expansión térmica ya que las hojas pueden expandirse. Este sistema de montaje también reduce al mínimo el consumo de agua, prescindiendo de este recurso en el montaje de sus componentes. Facilidad de Instalación: Debido a que se monta en seco, no se deben respetar los tiempos de secado que imponen los adhesivos. Otra característica importante de las fachadas ventiladas es la capacidad de aplicar una capa de aislamiento desde el exterior. De esta manera se obtiene una gran facilidad y rapidez de ejecución de la obra, sin tocar las interior del edificio. Facilidad de mantenimiento: Se tiene la opción de sustituir solo el elemento dañado sin ser influenciados por lo que lo rodea. Protección del edificio: El revestimiento exterior, formando una capa superficial, protege el edificio de los agentes climatológicos. Control de condensación: La presencia de una circulación de aire elimina el vapor de agua que se forma sobre la pared, evitando así la condensación que puede crear moho y afectar al funcionamiento térmico del edificio, así como reducir la calidad del aire interior. Disminución de la pérdida de calor: Durante el invierno, ya que tiene la capa externa y elimina los puentes térmicos, se evita la pérdida de calor desde el interior hacia el exterior. Durante el verano, gracias al efecto chimenea, hay una reducción de la carga de calor obtenido impidiendo el sobrecalentamiento de la pared. Reducción de ruido: El sistema de múltiples capas de la pared ventilada favorece la absorción y reflexión de las ondas acústicas. Ligereza: La alta resistencia mecánica permite el uso de placas con espesores inferiores a los requeridos popara otros materiales de igual tamaño. Esto permite reducir significativamente el peso que la envolvente transmite a la estructura del edificio. Diversidad del tipo de material: La gran cantidad de materiales utilizados en la construcción de una fachada ventilada, da la oportunidad de integrarse de manera efectiva en entornos de vida diferentes, aprovechando varios tipos de material. Mejora de ajuste estructural: Debido a que cada placa es independiente de los demás, el margen de asentamiento de la estructura puede ser más grande, proporcionando una mejor adherencia gracias a una mayor elasticidad conjunta. Características de diseño e instalación de elementos de construcción La camera de aire debe estar comprendida entre 3 y 5 cm, y no tener obstrucciones o embotellamientos en el interior para que el efecto chimenea sea efectivo. Los elementos de anclaje pueden provocar Capítulo 3 - Evaluar los Esfuerzos y Determinar la Geometría Pag. 93 Psat = P5 Q,R = ∅  ·;;< Q,R = Q,J;·;;< Q,R = 1840,3875 U 34(56 = 6,77 F VW5 (56 =6,77 − 10,4 20 − 10,4 = −0,378 Por tanto, no hay condensaciones superficiales, ya que el factor de temperatura de la superficie interior del cerramiento es mayor que el factor de temperatura de la superficie interior mínimo. Comprobación de las condensaciones intersticiales Con el objetivo de comprobar las condensaciones intersticiales, es necesario calcular la distribución de temperatura del cerramiento descrito en el apartado G.2.2.1 de DB-HE y que se muestra a continuación. La distribución de temperaturas en un cerramiento formado por distintas capas depende de las temperaturas a ambos lados de la misma, así como las resistencias térmicas de cada capa y las resistencias térmicas superficiales (R SI y R SE ). Cálculo distribución de temperatura: Datos necesarios para el cálculo de la temperatura en cada capa: Resistencia térmica total (R T ) del elemento constructivo = 2,463 m 2 K/W es la suma de las resistencias térmicas (R n ) de cada capa calculadas en el cálculo de la transmitancia térmica. Cálculo temperatura superficial exterior (U SE ) mediante la siguiente expresión: θ W@ = θ @ + R 3X R Y (θ 5 − θ @ ) θ @ = 10,4 ºC Temperatura exterior de la localidad θ 5 = 20 ºC Temperatura interior definida anteriormente R Y = 2,463 m 2 K/W Resistencia térmica total del elemento constructivo R 3X = 0,13 m 2 K/W Resistencia térmica superficial correspondiente al aire exterior calculada anteriormente en el cálculo de la transmitancia térmica θ W@ = 10,91 ºC Capítulo 3 - Evaluar los Esfuerzos y Determinar la Geometría Pag. 94 El cálculo de la temperatura de cada una de las capas que componen el elemento constructivo se realiza mediante la siguiente expresión: θ  = θ W@ + R  R Y (θ 5 − θ @ ) θ  = θ  +    Z (θ 5 − θ @ ) ... θ 6 = θ 6L +  [  Z (θ 5 − θ @ ) Por tanto: Capa madera laminada: θ  = 10,91 + 0,083 2,463 (20 − 10,4)= 11,23 ºC Capa aislante de cáñamo: θ  = 11,23 + 2 2,463 (20 − 10,4)= 19,03 ºC Capa cámara de aire: θ ; = 11,03 + 0,18 2,463 (20 − 10,4)= 19,73 ºC Capa yeso laminado: θ _ = 19,73 + 0,03 2,463 (20 − 10,4)= 19,84 ºC Capítulo 3 - Evaluar los Esfuerzos y Determinar la Geometría Pag. 95 Cálculo de la temperatura superficial interior(θ W5 )mediante la siguiente ecuación: θ W5 = θ ; + R W5 R Y (θ 5 − θ @ ) R 34 = 0,04 m 2 K/W Resistencia térmica superficial correspondiente al aire interior calculada anteriormente en el cálculo de la transmitancia térmica. θ W5 = 19,84 + 0,04 2,463 (20 − 10,4)= 20 ºC Se considera que la distribución de temperatura de cada capa es linear. Cálculo de la distribución de presión de vapor de saturación: Se determina la distribución de presión de vapor de saturación a lo largo de un cerramiento mediante la siguiente expresión y se calcula según lo descrito en el apartado G.3.1 de DB-HE: ` abc = 610,5 · d e,Ff· g he,hi g Presión de vapor de saturación con temperatura interior: P sat (U i ) = 2336,9 Presión de vapor de saturación con temperatura exterior: P sat (U e ) = 1303,9 Cálculo distribución presión de vapor Se calcula mediante las siguientes expresiones: P  = P @ + Sd  ∑Sd 6 (P 5 − P @ ) P  = P  + Sd  ∑Sd 6 (P 5 − P @ ) ... P 6 = P 6L + Sd (6L) ∑Sd 6 (P 5 − P @ ) Capítulo 3 - Evaluar los Esfuerzos y Determinar la Geometría Pag. 96 Donde Sd n es el espesor de aire equivalente de cada capa frente a la difusión del vapor de aire Sd n = e n · µ n e n = espesor de la capa n [m] µ n = factor de resistencia a la difusión del vapor de agua de cada capa según (UNE EN ISO 10:456:1001) µ 1 madera laminada = 110 µ 2 aislante de cáñamo = 1,5 µ 3 cámara de aire vertical sin ventilar (e=5 cm) = 1 µ 4 yeso laminado = 4 Por tanto Sd 1 = 2,2 Sd 2 = 0,12 Sd 3 = 0,05 Sd 4 = 0,1 Calculo de P i y P e. P i = m i · P sat (U i ) m i = humedad relativa del ambiente interior 0,55 P e = m e · P sat (U e ) me= humedad relativa del ambiente exterior 0,63 P i = 2336,9 · 0,55 = 1285,3 Pa P e = 1260,6 · 0,63 = 821,4 Pa Capítulo 3 - Evaluar los Esfuerzos y Determinar la Geometría Pag. 97 Cálculo de la presión de vapor de cada una de las capas que componen el elemento constructivo Capa madera laminada: P  = 821,4 + 2,2 2,49 (1285,3 − 821,4)= 1234,62 Pa Capa aislante de cáñamo: P  = 1234,62 + 0,12 2,49 (1285,3 − 821,4)= 1257,15 Pa Capa cámara de aire sin ventilar: P ; = 1257,15 + 0,05 2,49 (1285,3 − 821,4)= 1266,54 Pa Capa yeso laminado: P _ = 1266,54 + 0,12 2,49 (1285,3 − 821,4)= 1285,32 Pa La distribución de presiones de vapor de saturación a través del cerramiento se ha representado gráficamente mediante una línea recta que une la presión de vapor de saturación exterior y la interior. La distribución de presiones de vapor real a través del cerramiento se ha representado gráficamente mediante el valor obtenido por capa anteriormente, dibujándolo sobre la sección del cerramiento utilizando los espesores de capa equivalentes a la difusión de vapor de agua, S dn . En conclusión, no se producirá condensación porque la presión de vapor a lo largo del cerramiento no alcanza los valores de presión de vapor de saturación, como se observa en la gráfica. Capítulo 3 - Evaluar los Esfuerzos y Determinar la Geometría Pag. 98 Presión de vapor (Pa) 8 00 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 821 , 4 1285,3 1234,6 1257,1 1266, 5 1303,9 2336 ,9 S d1 S d2 S d3 S d4 Espesor relativo al factor de resistencia a la difusión del vapor Capítulo 3 A continuación se muestran los cálculos para las pruebas termo Calculo Trasmitancia Térmica de Proyecto material Tabla de Madera laminada Cáñamo Camera de Aire Yeso Laminado Aire Interior Aire Exterior espesor TOT [m] Cálculo Trasmitancia Té rmica Existente material Mortero de cemento Poliuretano Proyectado Ladrillo hueco cerámico Aire Yeso Laminado Aire Interior Aire Exterior espesor TOT [m] Comprobación Condensación Superficiales Temperatura Exterior (enero) Humedad Relativa Exterior Temperatur a ambiente interior (enero) Humedad Relativa Interior F RSI Psat Pi Capítulo 3 - Evaluar los Esfuerzos y Determinar la Geometría A continuación se muestran los cálculos para las pruebas termo -higrométrica antes mencionados. de Proyecto espesor [m] λ λ λ λ [W/mK] R [m 2 K/W] 0,02 0,24 0,083333333 0,08 0,04 2 0,05 0,18 0,025 0,03 0,04 0,13 2,463333333 espesor TOT [m] 0,175 U = 0,40595399 2 rmica Existente espesor [m] λ λ λ λ [W/mK] R [m 2 K/W] 0,02 1,3 0,015384615 0,04 0,05 0,8 0,115 0,375 0,31 0,05 0,18 0,025 0,03 0,04 0,13 espesor TOT [m] 0,205 U = 0,675792757 Superficiales 10,4 °C 0,63 a ambiente interior (enero) 20 °C 0,55 0,898511502 -0,37779633 6,773155233 1840,3875 1472,31 0,63 Evaluar los Esfuerzos y Determinar la Geometría Pag. 99 antes mencionados. 0,083333333 2,463333333 2 W/m 2 K 0,015384615 0,675792757 W/m 2 K Capítulo 3 - Evaluar los Esfuerzos y Determinar la Geometría Pag. 100 Comprobación Condensación Intersticiales U SE 10,90663058 Material U UU U i Tabla de Madera laminada 11,23139378 Cáñamo 19,02571042 Camera de aire 19,72719892 Yeso Laminado 19,84411367 U SI 20 Calculo de la Distribución de Presión de Vapor de Saturación P sat ext 1303,891009 P sat int 2336,951144 P ext 821,4513355 P int 1285,323129 Material espesor [m] µ n Sd n P n Tabla de Madera laminada 0,02 110 2,2 1234,6165 Cáñamo 0,08 1,5 0,12 1257,1528 Camera de aire 0,05 1 0,05 1266,5429 Yeso Laminado 0,025 4 0,1 1285,3231 Sdn TOT 2,47 Capítulo 3 - Evaluar los Esfuerzos y Determinar la Geometría Pag. 101 3.3 Dimensionado de la subestructura de madera El cálculo de la subestructura que soportará el revestimiento de pizarra y el cerramiento constituido por placas de madera contrachapadas y aislamiento, se desarrolla de acuerdo a la normativa comenzando con la elección del tipo de madera. A partir de éste dato, se calcula la resistencia característica de la sección que soportara los esfuerzos de las piezas de proyecto, siendo más importante en términos de esfuerzo en éste caso, el momento de flexión causado por la acción del viento que la acción de peso de la estructura. Asignación de clase resistente a partir de la Calidad de la especie arbórea En la Tabla 3.1 -tabla C.1 del Anejo C “Asignación de clase resistente. Madera aserrada” - se establece para la madera aserrada, con carácter informativo y no exhaustivo, la asignación de clase resistente, en función de la calidad según la norma de clasificación, la especie arbórea y la procedencia considerada. Tabla 3.1 Asignación de clase resistente para diferentes especies arbóreas y procedencias según normas de clasificación. Para los montantes se elige una especie de origen español, el pino pinaster en particular, árbol conífero muy extendido en la Península Ibérica y que pertenece a una clase de resistencia C24, cuyas características principales son: - Resistencia característica a flexión f m,k = 24 N/mm 2 - Resistencia característica a tracción paralela f t,0,k = 24 N/mm 2 - Resistencia característica a compresión paralela f c,0,k = 24 N/mm 2 - Densidad media ρ M= 420 kg/m 3 Capítulo 3 - Evaluar los Esfuerzos y Determinar la Geometría Pag. 102 Otras propiedades se muestran en la tabla siguiente (Tab. 3.2). Tabla 3.2 Madera aserrada. Especies de coníferas y chopo. Valores de las propiedades asociadas a cada Clase Resistente Valor característico de la resistencia a flexión del material X k El valor característico de la resistencia a flexión del material X k debe tener en cuenta los siguientes factores correctores: Factor de altura k h Una vez definido en la normativa (capítulo 1.3) el factor de altura K h = (150 / h) 0,2 ≤ 1,3, y suponiendo una sección de la pieza rectangular de base 40 mm y altura 80 mm, se obtiene: k h = 1,134 ≤ 1,3 siendo h canto en flexión [mm] Factor de carga compartida k sys k sys =1,1 Valor obtenido de la normativa Por tanto, el valor de la resistencia característica a la flexión del material X k es: X k = f m,k* k h* k sys = 24 * 1,3 * 1,1 = 34,32N/mm 2 Capítulo 4 - Ponderar Soluciones: Comparaci 4.3 Comparació n del Precio Solución Actual Solución de Proyecto La solución de diseño también es un cuarenta por ciento más puede realizar un envolvente con un mejor rendimiento (como se explica más adelante mayor desembolso. Mientras que el mayor gasto en la primera solución consiste en las capas externas de material compuesto (y su sistema de apoyo en alumini los materiales má s caros son el acero inoxidable de la sub Ponderar Soluciones: Comparaci ó n con la Soluci n del Precio La solución de diseño también es un cuarenta por ciento más económica que la actual, demostrando que se puede realizar un envolvente con un mejor rendimiento (como se explica más adelante que el mayor gasto en la primera solución consiste en las capas externas de material compuesto (y su sistema de apoyo en alumini o ), ahora, además de la pizarra (piedra aún s caros son el acero inoxidable de la sub -estructura y l a madera laminada. n con la Soluci ón Actual Pag. 109 que la actual, demostrando que se puede realizar un envolvente con un mejor rendimiento (como se explica más adelante ) sin suponer un que el mayor gasto en la primera solución consiste en las capas externas de ), ahora, además de la pizarra (piedra aún valiosa), a madera laminada. Capítulo 4 - Ponderar Soluciones: Comparaci 4.4 Comparació n de la Huella de CO Solución Actual Solución de Proyecto La huella de CO2 es de dos veces y media inoxidable en la subestructura. Este material ha sido fuertemente recomendado por los fabricantes de la pizarra utilizada y ofrece una mayor durabilidad reutilización que el aluminio . También es notable la diferencia en las emisiones de CO diferentes materiales externos utilizados, es decir, compuesto y pizarra disponibilidad en Españ a y buena trabajabilidad de madera mac iza y de las placas de madera laminadas, crecimiento de las plantas. Ponderar Soluciones: Comparaci ó n con la Soluci n de la Huella de CO 2 La huella de CO2 es de dos veces y media menor que la de la solución real, a pesar del uso del acero inoxidable en la subestructura. Este material ha sido fuertemente recomendado por los fabricantes de la pizarra utilizada y ofrece una mayor durabilidad e igualdad de oportunidades para el reciclaje y la . También es notable la diferencia en las emisiones de CO diferentes materiales externos utilizados, es decir, compuesto y pizarra , que además ofrece g a y buena trabajabilidad . Por último, cabe señalar el valor negativo de la estructura iza y de las placas de madera laminadas, lo cual es debido a la absorción de la CO n con la Soluci ón Actual Pag. 110 real, a pesar del uso del acero inoxidable en la subestructura. Este material ha sido fuertemente recomendado por los fabricantes de la igualdad de oportunidades para el reciclaje y la . También es notable la diferencia en las emisiones de CO 2 entre los dos que además ofrece g ran valor negativo de la estructura debido a la absorción de la CO 2 durante el Capítulo 4 - Ponderar Soluciones: Comparaci 4.5 Comparació n de la Energ Solución Actual Solución de Proyecto Consideraciones similares se hacen respecto la energía embebida, aproximadamente la mitad de la valor más alto está todavía en el acero, seguido por capas de la solución real tiene más o menos los mismos y la hoja de ladrillo, aumentando significativamente el resultado final. Ponderar Soluciones: Comparaci ó n con la Soluci n de la Energ ía Embebida Consideraciones similares se hacen respecto la energía embebida, aproximadamente la mitad de la acero, seguido por capas de la madera laminada y paneles de yeso. La los mismos valores en las placas de composite, la subestructura de aluminio significativamente el resultado final. n con la Soluci ón Actual Pag. 111 Consideraciones similares se hacen respecto la energía embebida, aproximadamente la mitad de la actual. El madera laminada y paneles de yeso. La las placas de composite, la subestructura de aluminio Capítulo 4 - Ponderar Soluciones: Comparaci 4.6 Comparación Resistividad Solución Actual Solución de Proyecto Por último, la resistividad térmica de normativa), reduciendo al mínimo los puentes térmicos, como se la solución real se utiliza como barrera ladrillos (el 21%), a cambio, en la solución (utilizado así como aislante).L as placas de madera laminada tienen un espesor mínimo se demuestra sus altí sima resistividad t A continuación se muestra el gráfico final Ponderar Soluciones: Comparaci ó n con la Soluci Resistividad Térmica de proyecto es del 65% superior a la real (y el doble de la requerida por la normativa), reduciendo al mínimo los puentes térmicos, como se ha mostrado en los capítulos posteriores. En real se utiliza como barrera térmica la capa de poliuretano p royectado (50% del total) a cambio, en la solución propuesta, sólo el 82% del total se alcanza as placas de madera laminada tienen un espesor mínimo sima resistividad t érmica. gráfico final que resume las cinco propiedades analizadas. n con la Soluci ón Actual Pag. 112 65% superior a la real (y el doble de la requerida por la capítulos posteriores. En royectado (50% del total) y la hoja de total se alcanza con 8cm de cáñamo as placas de madera laminada tienen un espesor mínimo , causa por la que no que resume las cinco propiedades analizadas. Peso [kg/m2] TOT: 265,1 TOT: 83 ,54 Solución Actual Solución de Proyecto Precio [€/m2] TOT: 154,69 TOT: 91,79 Revestimiento Composite Aluminio Extruido Revestimient o Pizarra Acero Inox Madera Laminada Huella de CO2 [kg/m2] TOT: 192,8 9 TOT: 74,8 Mortero Ladrillo y Mortero Poluretano Proyectado Madera Maciza Cáñamo Capítulo 4 - Ponderar Soluciones: Comparaci Energía Embebida [MJ/m2] TOT: 2244,798 74,8 4 TOT: 1133,2384 Poluretano Proyectado Acero Galvanizado Cartón Yeso Acero Galvanizado Cartón Yeso Ponderar Soluciones: Comparaci ón con la Solució n Actual 2244,798 1133,2384 Camera de Aire Aire Interior Aire Exterior Camera de Aire Aire Interior Aire Exterior Resistividad Térmica [m2K/W] TOT: 1,51 TOT: 2 ,46 n Actual Pag. 113 Aire Exterior Aire Exterior ,46 Capítulo 5 – Solución constructiva Pag. 114 Capítulo 5 Solución constructiva 5.1 Revestimiento interior Las placas de yeso, los tornillos que las sustentan y la subestructura son de la marca Knauf. Se utilizarán dos placas de yeso laminado estándar tipo A 12,5 mm de dimensiones 2,6 m de altura y 1,2 m de anchura. El distribuidor las suministra paletizadas en bloques de 36 placas y el precio por metro cuadrado es de 4,42 euros. Características de las placas Transmitancia térmica de las dos placas 0,03 W/m2K. Utilizando dos placas de 12,5 mm se consigue una resistencia al fuego EI30. Capítulo 5 – Solución constructiva Pag. 115 Condiciones constructivas: Los montantes verticales a los que se atornillará las placas de yeso no tienen que distar más de 60cm. Cada 15 metros se dejará una junta de dilatación. Las placas se instalarán a tresbolillo. Para la sujeción de las placas a los montantes se utilizarán tornillos autoperforantes con las siguientes características: Modelo: Tornillo TN 3,5 mm punta normal Longitud: 35 mm Precio: 15,00 € (1000 unidades) Los montantes sustentantes de las placas de yeso se instalarán dentro de los canales horizontales, los cuales se habrán fijado previamente al suelo y techo, sobre una banda elástica de 1 cm de espesor y a tope con el aislante de cáñamo. Los huecos libres quedan estancos y trabajan como una cámara de aire no ventilada. El modelo de los perfiles metálicos es: Montante Estándar Knauf 48/36, con una longitud de 2,6 m, espesor de 0,6 mm y precio por unidad de 1,32 euros. Se suministran en pales de 420 unidades. El modelo de los canales horizontes es: Canal Estándar Knauf 48/30, cuya longitud es 3 m, espesor 0,6 mm y el precio por unidad es de 1,08 euros. Se suministran en pales de 420 unidades. El peso del trasdosado por metro cuadrado es de 24 kg. La cámara existente entre montantes se aprovechará para albergar los conductos de las instalaciones eléctricas y de telecomunicaciones. En los encuentro con los montantes, las canalizaciones rodearán a los mismos por la parte del aislamiento, comprimiéndolo un poco. Capítulo 5 – Solución constructiva Pag. 116 Detalles constructivos proporcionados por el fabricante: Detalle rincón Detalle encuentro con forjado Detalle encuentro con techo Detalle esquina Capítulo 5 – Solución constructiva Pag. 117 5.2 Aislante Se utilizará como aislante paneles semirrígidos de fibra de cáñamo de 8 cm de espesor, suministrados por la casa comercial Isolana. El modelo STEICO es comprimible y se adapta fácilmente a contornos irregulares, características ideales para conducir instalaciones entre los montantes de aluminio y el aislamiento. Se suministra en pales, que contienen 56 paneles de 1,2 x 0,575 m y cuyo rendimiento es 38,64 m2. Precio por m2 de aislante: 11,72 euros. Conductividad térmica: 0,040 W/m·k Peso por m2: 3,2 kg. La sujeción de los paneles de aislante será mediante grapas a un panel de madera laminada de 2 cm de espesor. Dichos paneles cubrirán toda la superficie de fachada libre entre montantes a excepción de los huecos, y se sujetarán a ellos mediante angulares atornillados a ambas piezas. Se replanteará de tal forma que las caras interiores de ambas piezas formen una superficie sin resaltos, es decir, que esté en el mismo plano. Además tiene la función de material resistente frente a pequeños impactos. 5.3 Estructura de madera La estructura portante de la fachada es de madera y está compuesta por montantes verticales equidistantes 70 cm. La madera utilizada es conífera de pino. Los montantes tienen una altura de 8 cm, una anchura de 4 cm y una longitud de 2,95 m, medida suficiente para anclarlos a forjados contiguos verticalmente. Entre montantes consecutivos se dejará un espacio de 2 cm para la libre dilatación de los mismos. El método de unión entre el forjado y los montantes, se realiza por medio de una pieza de acero inoxidable, la cual se ancla al forjado con tornillos con tacos químicos y sujeta a los montantes con tornillos autorroscantes. Cumple con un requisito principal por el cual tiene un diseño en particular, que es evitar o reducir al mínimo los puentes térmicos, y a su vez presume de una rápida puesta en obra. Capítulo 5 – Solución constructiva Pag. 118 Capítulo 6 – Conclusiones Pag. 125 Capítulo 6 Conclusiones El diseño constructivo ha estado caracterizado por los siguientes criterios esenciales: • Utilización de materiales con valores bajos de energía embebida y huella de CO 2 como pizarra, madera (estructural y contrachapada) y cáñamo (estos dos últimos caracterizados por ser recursos renovables y biodegradables). • Posibilidad de reutilización de los perfiles de acero inoxidable y acero galvanizado una vez que ha transcurso la vida útil del edificio. • Estructura de fachada realizada con madera, con posibilidad de prefabricación en taller y así conseguir mayor rapidez de montaje, rigor geométrico y simplificación. • Acabado exterior de fachada de piedra (pizarra gallega de 1cm de grueso, con junta abierta), el cual es un material considerado muy adecuado por su resistencia a la intemperie (durabilidad) y que puede sustituirse de forma fácil si se rompe alguna pieza gracias al sistema de anclaje que se ha diseñado. Por otra parte, la pizarra es un material que pertenece a la tradición de la construcción española, poseyendo también un valor cultural y grande disponibilidad. • Supresión de los puentes térmicos, por ser la madera un material poco conductivo y por la utilización de perfiles de acero que reduce al mínimo la distancia entre las diferentes placas de aislantes. • Ocho centímetros de espesor de aislamiento continuo por el exterior de la estructura garantizando la envoltura absoluta de todo el edificio • Cámara libremente ventilada entre el aislamiento y la hoja de piedra que se ve exteriormente, lo que conlleva todas las ventajas de una fachada ventilada. • Ligereza de todo el sistema constructivo con consecuencias positivas en la velocidad de montaje y sobretodo en la reducción de transmisión de esfuerzos a la estructura del edificio, en la que se puede ahorrar al necesitar menos resistencia. • Valores de transmitancia térmica U = 0,406 W/m 2* K, mitad de lo que es requerido por normativa. • Precio por metro cuadrado del cuarenta por ciento más barata de la solución actual. • Preservación de las características funcionales de los materiales mediante el uso de barrera impermeable y barrera anti humedad. Estas consideraciones sobre el uso de materiales en la arquitectura, la construcción y la deconstrucción, combinadas con la aplicación de la bioclimática pasiva, de las fuentes renovables para el suministro de energía y de las evaluaciones sobre la viabilidad económica del proyecto y del diseño de las instalaciones, hacen posible el diseño arquitectónico de una manera sostenible. Viabilidad Económica Bibliografia • Fernandez, John (2005) Material Architecture • Trechsel, Heinz R. (2001) Moisture Analysis and Condensation Control in Building Envelopes • Walsh, Joan (2000) Natural slate: a green roofing medium • Kwok, Alison y Grondzik,Walter (2007) The Green Studio Handbook - Envirormental strategies for schematic design • Woolley, Tom y otros(1997) Green Building Handbook - VOL I • Hammond, Geoff y Jones, Craig (2011) Inventory of Carbon & Energy (ICE)Version 2.0 • http://www.spanishslateuk.com • UNE EN ISO 10 456:2001 • CTE (Código Técnico del Edificación) - DB SE: Seguridad Estructural - DB SI: Seguridad Caso de Incendio - DB SUA: Seguridad de Utilización y Accesibilidad - DB HS: Salubridad - DB HR: Protección frente al ruido - DB HE: Ahorro de Energía