materiales eficientes y materiales de Última …

MATERIALES EFICIENTES Y MATERIALES DE ÚLTIMA

GENERACIÓN Master Universitario en Arquitectura (202193)Master Universitario en Proyecto Avanzado de

Arquitectura y Ciudad (200959)UAH, Curso 2018-2019

Profesor: Dr. Gonzalo Barluenga

" Los cambios de estilos arquitectónicos fueron siempre culturales. Hoy son materiales; únicamente los nuevos materiales nos permiten hacer nuevas arquitecturas. "

Alejandro de la Sota

" Los cambios de estilos arquitectónicos fueron siempre culturales. Hoy son materiales; únicamente los nuevos materiales nos permiten hacer nuevas arquitecturas. “

Alejandro de la Sota

PROFESORADO: Gonzalo Barluenga Badiola, Coordinador [email protected] Hernández Olivares, Catedrático ETSAM, UPM Javier Puentes Mojica, Investigador I cc Eduardo Torroja (CSIC)

WEB: portal.uah.es/portal/page/portal/epd2_profesores/prof142013/docencia

ASIGNATURA OPTATIVA POSGRADO(202193 y 200959)MASTER EN ARQUITECTURA Y MUPAAC

M A T E R I A L E S E F I C I E N T E S Y D E Ú L T I M A

G E N E R A C I Ó N

Clases Viernes, de 10 a14 horas. Aula 1.5 SESIONES 2018-19: 16, 23 y 30 de noviembre, 14 de diciembre, 11, 18 y 25 de enero

SESIÓN 1: Nuevos Materiales de Construcción y Materiales Eficientes

1. Introducción a los Nuevos Materiales.

2. Diseño de Materiales.

3. Líneas de investigación.

4. Materiales Eficientes.

5. Sistemas de Evaluación de Materiales. ACV.







¿Qué pedimos a los nuevos materiales?

• Quemejoren/aumentenlas propiedades de los

materiales actuales.

– Para nuevas aplicaciones de materiales

convencionales.

– Para nuevos materiales en las mismas aplicaciones.

• Que garanticen laseguridadde las personas.

• Que mantengan suspropiedades en el tiempo.

• Que reduzcan elimpacto ambientaly el

consumo de recursos.

¿Qué nos ofrecen los nuevos materiales?

• Nuevas formas, texturas, apariencia.

• Mayores prestaciones.

• Mayor seguridad:

– Mejores características mecánicas

– Mayor fiabilidad

– Uso habitual

– Situaciones de emergencia

• Mejor comportamiento frente a agentesexternos y a lo largo del tiempo (durabilidad).

Los materiales en la Arquitectura

• La incorporación de los materiales en una obra de

Arquitectura requiere de una selección adecuada.

• Hay que tener en cuenta aspectos relacionados con el

material y con su aplicación (adecuación y

compatibilidad).

• La durabilidaddependerá de la naturaleza del material

y del ambiente al que se exponga (agentes exteriores).

• De acuerdo con los requisitos a cumplir, se pueden

definir criterios de selección: de diseño, tecnológicos,

de fabricación y puesta en obra.

Adecuación, compatibilidad y durabilidad de Materiales

• Adecuación: Trata todos los aspectos derivados de lasfunciones que cumplen los materiales en la Arquitectura

(estéticas, constructivas y estructurales)

• Compatibilidad: Los materiales forman parte deelementos constructivos dentro de un sistema.

Sus propiedades deben ser compatibles con otrosmateriales del elemento constructivo.

• Durabilidad: La vida útil de los materiales depende delos agentes que actúen sobre ellos.

Viene determinado por el ambiente al que se expongan.







Criterios de selección de materiales

• A la hora de seleccionar materiales para su aplicaciónconstructiva, hay que tener en cuenta distintos aspectos:

Diseño arquitectónico: expresividad de los materiales(propiedades organolépticas), modulación, composicióny adecuación al entorno.

Propiedades tecnológicas: físicas, químicas ymecánicas.

Fabricación / puesta en obra: Viabilidad de la ejecución.

Económico: coste de material, mano de obra y equipos.

Medioambientales: Consumo de recursos.

• Es necesario obtener información sobre el material.

Criterios tecnológicos de selección

• Propiedades mecánicas (rigidez, resistencia, ductilidad)

• Condiciones de habitabilidadTérmicas, Hídricas, acústicas, ópticas

Seguridad de uso

• Compatibilidad:física, química y mecánica

• DurabilidadComportamiento frente al agua y los agentes atmosféricos

Resistencia a ataques químicos y biológicos

Mantenimiento de sus propiedades mecánicas

Resistencia a las acciones de uso (desgaste)

Comportamiento frente al fuego

Criterios de fabricación y puesta en obra

• Incluyen todos los procesos, técnicas, sistemas yequipos necesarios para la fabricación, conformación,transporte, colocación y puesta en obra de materiales.

• Condicionan la viabilidad de la incorporación de losmateriales y productos en una obra concreta.

• Hay que considerar aspectos como:Disponibilidad y precio

Fiabilidad de la ejecución

Especialización de los trabajadores y equipos necesarios

Seguridad

Velocidad de ejecución

Consumo de recursos (naturales, agua y energía)

Normativa y Calidad

• Los materiales y productos de construcción debencumplir la normativa en función de su aplicación.

• La nueva normativa define las prestaciones que debeproporcionar el material (Código Técnico), en base alas cuales se pueden establecer losrequisitosque debencumplir.

• Las prestaciones se derivan de los requisitos esenciales(Marcado CE, obligatorio).

• Los distintivos de calidadcertifican el cumplimiento deespecificaciones de materiales para una aplicación.

• Facilitan la selección de materiales.

Normativa y Calidad







Investigación, Desarrollo e Innovación en Materiales (I+D+i)

• Existen diferentes líneas de investigación que buscanproducir nuevas soluciones para la construcción:

Estudio de propiedades y comportamiento de materiales(Ciencia de Materiales)

Desarrollo de nuevos materiales (Ingeniería)

– Nuevos procesos de fabricación

– Variaciones de composición, estructura y propiedades de losmateriales (Nuevos Materiales)

– Desarrollo de productos y nuevas aplicaciones

Desarrollo de nuevos sistemas constructivos(Tecnología de la Construcción)

Ciencia e ingeniería de Materiales

Material

Elemento constructivo

Fabricación del material

Diseño del material

Diseño constructivo

Proceso constructivo

Diseño y aplicación de nuevos materiales

Propiedades del material

Nuevos Materiales de Construcción

• El desarrollo de Nuevos Materiales para construcciónse realiza actualmente en dos campos principales:

• Materiales sostenibles: buscan reducir el consumo derecursos, reduciendo el impacto ambiental.

Uso de Materiales regionales

Aumento de la vida útil de los materiales (durabilidad)

Uso de componentes renovables y reciclaje de residuos

• Materiales de altas prestaciones: provienen de laIngeniería (Civil, Industrial, Aeroespacial).

Hormigones y morteros avanzados

Metales y aleaciones avanzadas

Materiales compuestos poliméricos (Composites)

Ejemplo de nuevo material

Material de altas prestaciones

Engineered cementitious composite (ECC)







¿Cuánto consumen exactamente los edificios?

Eficiencia energética de los Materiales

• La energía es uno de los recursos principales quese consumen en el proceso constructivo.

• La Eficiencia Energéticase puede definir comola reducción del consumo de energíamanteniendo los mismos servicios energéticos,sin disminuir nuestro confort y calidad de vida,protegiendo el medio ambiente, asegurando elabastecimiento y fomentando uncomportamiento sostenible en su uso.

Eficiencia energética de los Materiales

“No se trata tan sólo de seleccionar un material

de bajo impacto, sino de tener en cuenta para

qué lo queremos: cuál va ser su uso, qué

durabilidad y prestaciones debe

garantizar…estas cuestiones determinarán su

impacto en todo el ciclo de vida del edificio.”

Materiales Eficientes

El consumo de energíaen la fabricación de materiales estáligado a las actividades industriales:

• La obtención y extracción de materialespara laconstrucción que aproximadamente representanel 50 %del total, se encuentran ligadas arevisiones necesariasdesde la minería y la industria.

• La que debe darse en la fabricación de elementosconstructivos, sistemas y equipos, avanzará en paralelo alas mejoras en los procedimientos industriales, y susresultados son imprescindibles para una valoración globaldel gasto energético en la edificación.

Vivienda de promoción pública de 75 m2 útiles, en bloque de 3 plantas (Madrid, 1980).

Materiales Eficientes

Energía gastadaen la fabricaciónde los elementosbásicos *

* Sin equipos de instalaciones

Energía usadaen calefaccióndurante 45 años.

Aspectos a considerar

• Transporte a obra depende del aprovechamiento de materiales yelaboraciones del entorno, del tipo de transporte y de las distanciasde recorrido a las que se vean obligados.

• Puesta en obra, implica la apreciación de las mejoras enrendimientos de maquinarias y su diseño, y un mayor cuidado en eltratamiento provisional y temporal de las condiciones naturales delentorno afectado.

• El mantenimiento representa el 33 % de la energía gastada enlos edificios.







Sistemas de evaluación medioambiental

* Distintos sistemas de evaluación medioambiental

Indicadores de eficiencia

* Desde la extracción de materias primas, fabricación del producto hasta la puesta en obra.

• Consumo de recursos energéticos en el proceso.

• Cargas ambientales (GWP, Ozono,...).

• Consumo de recursos materiales (Materias primas).

Fabricación*

• Consumo de recursos, de agua, de energía.

• Residuos de construcción generados. Construcción

• Calidad arquitectónica y paisajística (Integración en el contexto local).

• Mantenimiento y frecuencia de reposición.

• Emisiones de residuos tóxicos al aire o al agua.

• Recursos energéticos, cargas ambientales y residuos (Vida del producto).

Explotación

• Residuos de demolición (Identificar el tipo de residuos,

analizar las posibilidades de valorización energética,

reutilización o reciclaje).

Fin de vida

Estrategias de mejora de la eficiencia en edificios

• Aumentar el aislamiento de los edificios, permitiendo a su vez la

transpiración de los mismos.

• Establecer ventilación cruzadaen todos los edificios, y la posibilidad deque los usuarios puedan abrir cualquier ventana de forma manual.

• Orientación sur de los edificios: disponer la mayoría de estancias connecesidades energéticas al sur, y las estancias de servicioal norte.

• Disponer aproximadamente el 60% de las cristaleras al sur de los edificios, el20% al este, el 10% al norte y el 10% al oeste.

• Protecciones solaresal este y al oeste de tal modo que solo entre luzindirecta. Disponer protecciones solares al sur de modo queen verano no entrenrayos solares al interior de los edificios, y que si puedan hacerlo en invierno.

• Aumentar la inercia térmica de los edificios, aumentandoconsiderablemente su masa (cubiertas, jardineras, muros).

• Favorecer larecuperación, reutilización y reciclaje de materiales.• Favorecer laprefabricación y la industrialización.

• Disminuir al máximo losresiduos generadosen la construcción.

Evaluación de la eficiencia de Materiales

• ¿Contiene materiales reciclados? (Materiales procedentes de la

valorización de residuos, p.ej., azulejos con contenido demateriales reciclados)

• ¿Es un producto con materiales procedentes de fuentes renovables?(Por ejemplo, la madera)

• ¿Es un material/producto reciclable?(Con la tecnología actual disponible)

• ¿Utiliza uniones en seco?(Facilita la substitución de componentes y hace

posible la separación de los distintos componentes para su reciclaje)

• Si utilizamos madera,¿dispone de certificado de procedencia de

explotaciones forestales sostenibles?

• ¿Es un material de origen local?

• ¿La empresa fabricante dispone de Sistema de Gestión Ambiental?

• ¿Dispone de garantías para la reducción del consumo de recursos?(Por ejemplo equipos de acondicionamiento con etiqueta energética de clase A)

Herramientas de evaluación medioambiental• Sistemas de evaluaciónde carácter cuantitativo que asigna una

calificación de acuerdo con una escala, normalmente numérica.

• No existe relación entre dichas escalas, por lo que los diferentesmétodos no son fácilmente comparables entre sí.

• Otorgan puntos a favor o en contrade la solución adoptada, deacuerdo conparámetros preestablecidosque no son coincidentesentre los diferentes métodos, lo que dificulta las comparaciones.

• La valoración final es relativa y está relacionada con laprocedencia geográfica del método, hay que interpretar losresultados en función delcontexto específico.

• A pesar de modificar las herramientas para adaptarse a cada lugar,por países o regiones, ladificultad de equiparar y comparar losresultadospersiste.

Herramientas de evaluación medioambiental

• Problema fundamental:

los criterios y evaluaciones utilizadas buscanalcanzar una solución predeterminada, en basea la ponderación en la evolución de variablesconcretas.

Herramientas de evaluación medioambiental

• Sonprocedimientosnormalizados para evaluar materiales

y productos de construcción:

- Intensidad Energética (para fabricar un kg de material)

- Eco-etiquetas (organismo oficial)(UNE EN ISO 14024:2001)

- ACV normalizado(UNE EN ISO 14040:2006)

- Declaraciones ambientales(fabricante)(UNE/EN/ISO 14021:2012)

- Declaración sobre el perfil ambiental de un producto o

EPDs (Propia de cada país y tipo de material, basada en

ACV). (ISO 14025:2000 y UNE/EN 15804: 2014/productos construcción)

Intensidad Energética

• Cantidad de energíanecesariapara la fabricación de un kgde un material de construcción determinado. Hay queconsiderar la durabilidad y el uso que le vamosa dar a estematerial, ya que hay materiales con elevada intensidadenergética a los que su durabilidad les hace ambientalmentemás interesantes para un uso concreto.

• Información parcial del perfil ambiental del producto, yaque nos da suimpacto energético pero no sobre otrosvectores ambientales como el agua, emisiones a la atmósfera,etc.

• Base de datossobre intensidad energética de materiales de laconstrucción elaborada por elITeC (2005), donde constan losMJ/kg de 167 materiales básicos de construcción.

Eco-etiquetas (UNE EN ISO 14024:2001)

• Certificados oficiales para un grupo de productoso materiales que garantizan el cumplimiento deunos requisitos definidos por el organismo que losotorga. El cumplimiento de estos requisitos daunas aptitudes ambientales a estos materiales oproductos respecto al resto dentro de una mismacategoría.

• Permite priorizar unos productos frente a otros enel momento de proyectar y construir nuestrosedificios.

Análisis del Ciclo de Vida (ACV) OB J E T I VO

Detectar las posibles mejoras estudiando el material “desde la cuna hasta la tumba”.

Comparar materiales para una misma aplicación.

Fases del Análisis del Ciclo de Vida (ACV)

• La norma UNE EN ISO14040 define la metodología

a utilizar.

• Esta metodología incluye cuatro fases:

Definición de objetivos y alcance del estudio

Análisis de inventario

Evaluación del impacto

Interpretación de resultados

Definición de objetivos y alcance del estudio

• Definir , de manera clara y concisa, las razones por lasque se lleva a cabo el estudio y que se persigue con el usode esta aplicación; se determinan los límites del estudio arealizar (que es lo que se va a estudiar y que es lo quequeda fuera del estudio), se expone que información seespera obtener del mismo y el uso que se hará de lamisma.

• En esta etapa tambiénse describe la unidad funcionalaconsiderar, que será labase de referenciapara todas lasentradas y salidas del sistema y que servirá,posteriormente, para poder comparar diferentesproductos.


• Proceso derecogida de datos, cuyo resultado es

la obtención de un conjunto de datos y

procedimientos de cálculo para cuantificar las

entradas y salidas más relevantes del sistema en

estudio. Estos datos recogidos son labasesobre la

que, posteriormente,se cuantifica y evalúan los

diferentes impactosasociados al ciclo de vida del

producto.


• Cuantifica lospotenciales impactos ambientales,utilizando los resultados del análisis de inventario

de ciclo de vida. En general, este proceso implica

la asociación dedatos del inventario como

impactos ambientales específicos, tratando de

valorar dichos impactos.

• El nivel de detalle, la elección de impactos

evaluados y las metodologías usadas dependen del

objetivo y alcance del estudio.


• Se combinan los resultados de las etapasanteriores y, en función de los resultadosobtenidos,se identifican las fases y procesosmás críticos, definiendo las diferentes mejorasa llevar a cabo.

• Se busca quecualquier modificación que serealice en cualquiera de las etapas del ciclo devida, encaminada areducir el impacto, nosupondráun aumentode éste en cualquiera de lasotras etapas.


Definición de objetivosy alcance




Ejemplo de ACV

Materiales cerámicos

Etapas del Análisis del Ciclo de Vida (ACV)


Definición de objetivosy alcance




Definición de objetivos y alcance


Evaluación e interpretación

Impactos ambientales

Etapas ACV

Conclusiones: Definición de mejorasMedidas para lareducción de consumo energético(y deemisiones asociadas) yoptimización de los procesosen laindustriapara reducir la carga ambiental de los productoscerámicos:– Recuperación del aire caliente de la zona de enfriamiento del

horno para utilizarlo en el secadero.– Optimización del aislamiento de los equipos de secado y

cocción.– Optimización de la circulación de aire en horno y secadero.– Mejora de aislamiento de conductos.– Utilización de aditivos que actúen como fundentes,

provocando una reducción de la temperatura máxima decocción.

– Uso eficiente de sistemas de cogeneración.







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