sesion 1 nuevos materiales de construccion (13-14)

7/25/2019 SESION 1 Nuevos Materiales de Construccion (13-14)

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MATERIALES EFICIENTES YMATERIALES DE LTIMA

GENERACINMaster Universitario en Proyecto

Avanzado de Arquitectura y Ciudad

UAH, Curso 2013-2014Profesor: Dr. Gonzalo Barluenga

" Los cambios de estilos arquitectnicos fuerossiempre culturales. Hoy son materiales; nicamentelos nuevos materiales nos permiten hacer nuevasarquitecturas. "

Alejandro de la Sota


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Qu pedimos a los nuevos materiales?

Que mejoren/aumenten las propiedades de losmateriales actuales. Para nuevas aplicaciones de materiales

convencionales.

Para nuevos materiales en las mismas aplicaciones.

Que garanticen la seguridad de las personas

Que mantengan sus propiedades en el tiempo. Que reduzcan el impacto ambiental y el

consumo de recursos.

Qu nos ofrecen los nuevosmateriales?

Nuevas formas, texturas, apariencia.

Mayores prestaciones.

Mayor seguridad: Mejores caractersticas mecnicas

Mayor fiabilidad

Uso habitual

Situaciones de emergencia

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


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PROGRAMA DEL CURSO

Nuevos materiales en Construccin Arquitectnica. Parmetrosgenerales y lneas de investigacin y desarrollo.

Materiales Eficientes: Eficiencia y Sostenibilidad aplicados a losMateriales de Construccin. Evaluacin y ACV.

Materiales Sostenibles. Reciclaje de materiales de construccin,Incorporacin de residuos. Materiales de Construccin Avanzados. Conceptos generales.

Progreso en materiales y nuevos materiales en la ingeniera. Nuevasnecesidades en Arquitectura y tendencias actuales.

Otros avances en materiales de construccin: Metales. Materialesderivados de la madera. Materiales Cermicos. Nuevas aplicaciones

de los vidrios: Transparencia e invisibilidad. El medio comomaterial de construccin. Materiales Compuestos de Matriz Polimrica. Laminados y

elementos sndwich. Hormigones Avanzados. HEP, HAC, HAR y HL. Compuestos de Matriz Cementicia. FRM. FRC y ECC.

SESIN 1: Nuevos Materiales deConstruccin y Materiales Eficientes

1. Introduccin a los Nuevos Materiales.

2. Diseo de Materiales.3. Lneas de investigacin.

4. Materiales Eficientes.

5. Sistemas de Evaluacin de Materiales. ACV.


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Los materiales en la Arquitectura La incorporacin de los materiales en una obra de

Arquitectura requiere de una seleccin adecuada.

Hay que tener en cuenta aspectos relacionados con elmaterial y con su aplicacin (adecuacin ycompatibilidad).

La durabilidad depender de la naturaleza del materialy del ambiente al que se exponga (agentes exteriores).

De acuerdo con los requisitos a cumplir, se pueden

definir criterios de seleccin:de diseo

tecnolgicos

de fabricacin y puesta en obra.

Adecuacin, compatibilidad y durabilidadde Materiales

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

(estticas, 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 til de los materiales depende delos agentes que acten sobre ellos.Viene determinado por el ambiente al que se expongan.


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Criterios de seleccin de materiales

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

Diseo arquitectnico: expresividad de los materiales(propiedades organolpticas), modulacin, composiciny adecuacin al entorno.

Propiedades tecnolgicas: fsicas, qumicas ymecnicas.

Fabricacin / puesta en obra: Viabilidad de la ejecucin

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

Medioambientales: Consumo de recursos.

Es necesario obtener informacin sobre el material.

Criterios tecnolgicos de seleccin

Propiedades mecnicas (rigidez, resistencia, ductilidad)

Condiciones de habitabilidadTrmicas, Hdricas, acsticas, pticas

Seguridad de uso Compatibilidad: fsica, qumica y mecnica

DurabilidadComportamiento frente al agua y los agentes atmosfricos

Resistencia a ataques qumicos y biolgicos

Mantenimiento de sus propiedades mecnicasResistencia a las acciones de uso (desgaste)

Comportamiento frente al fuego


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Criterios de fabricacin y puesta en obra

Incluyen todos los procesos, tcnicas, sistemas yequipos necesarios para la fabricacin, conformacin,

transporte, colocacin y puesta en obra de materiales. Condicionan la viabilidad de la incorporacin de losmateriales y productos en una obra concreta.

Hay que considerar aspectos como:Disponibilidad y precio

Fiabilidad de la ejecucin

Especializacin de los trabajadores y equipos necesarios

Seguridad

Velocidad de ejecucin

Consumo de recursos (naturales, agua y energa)

Normativa y Calidad

Los materiales y productos de construccin debencumplir la normativa en funcin de su aplicacin.

Actualmente, la normativa define una especificaciones

de producto (requisitos) que debe cumplir. La nueva normativa define las prestaciones que debe

proporcionar el material (Cdigo Tcnico).

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

Los distintivos de calidad certifican el cumplimiento deespecificaciones de materiales para una aplicacin.

Facilitan la seleccin de materiales.


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Investigacin, Desarrollo e Innovacin enMateriales (I+D+I)

Existen diferentes lneas de investigacin que buscanproducir nuevas soluciones para la construccin:

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

Desarrollo de nuevos materiales (Ingeniera) Nuevos procesos de fabricacin

Variaciones de composicin, estructura y propiedades de losmateriales (Nuevos Materiales)

Desarrollo de productos y nuevas aplicaciones

Desarrollo de nuevos sistemas constructivos(Tecnologa de la Construccin)

Ciencia e ingeniera de Materiales


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Diseo yaplicacin de

nuevos

materiales

Nuevos Materiales de Construccin

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

Materiales sostenibles: buscan reducir el consumo de

recursos, reduciendo el impacto ambiental.Uso de Materiales regionalesAumento de la vida til de los materiales (durabilidad)

Uso de componentes renovables y reciclaje de residuos

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

Hormigones y morteros avanzadosMetales y aleaciones avanzadas

Materiales compuestos polimricos (Composites)


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MATERIALES EFICIENTES

Evaluacin de la Eficiencia

energtica de los materiales deconstruccin

Eficiencia energtica de los Materiales

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

La Eficiencia Energtica se puede definir como lareduccin del consumo de energa manteniendolos mismos servicios energticos, sin disminuirnuestro confort y calidad de vida, protegiendo elmedio ambiente, asegurando el abastecimiento y

fomentando un comportamiento sostenible en suuso.


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Cunto consumen exactamente losedificios?

Por una parte, el consumo energtico debido al uso de lasviviendas por las familias espaolas representa el 15%

del consumo de energa total. Por otra parte, se estima que el 24% del gasto energtico

industrial (para la fabricacin de cemento, vidrio,cermica, etc.) y el 40% de la energa del transporte enEspaa estn relacionados con la construccin.

Al final, teniendo en cuenta tanto los costes energticos

directos (uso de las viviendas) como indirectos(fabricacin de los materiales, construccin, demolicin,etc.), se estima que la industria de la construccinrequiere el 40% de la energa total.

Eficiencia energtica de los Materiales

No se trata tan slo de seleccionar un material debajo impacto, sino de tener en cuenta para qu lo

queremos: cul va ser su uso, qu durabilidad yprestaciones debe garantizar

estas cuestiones determinarn su impacto en todoel ciclo de vida del edificio.


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Materiales Eficientes

El consumo de energa en la fabricacin de materiales estligado a las actividades industriales:

La obtencin y extraccin de materiales para laconstruccin que aproximadamente representan el 50 %del total, se encuentran ligadas a revisiones necesariasdesde la minera y la industria.

La que debe darse en la fabricacin de elementos

constructivos, sistemas y equipos, avanzar en paralelo alas mejoras en los procedimientos industriales, y susresultados son imprescindibles para una valoracin globaldel gasto energtico en la edificacin.

La energa gastada en la fabricacin de loselementos bsicos, sin equipos deinstalaciones, de una vivienda de 75 m2 tiles,

convencional, en bloque de 3 plantas, del nivelcorrespondiente a las exigidas para la viviendade promocin pblica en Espaa en los aos80, representa el equivalente al consumo encalefaccin de la misma vivienda durante

aproximadamente 45 aos en el rea deMadrid y 51 en el rea de Barcelona.


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Aspectos a considerar La que deviene del transporte a obra depende del

aprovechamiento de materiales y elaboraciones delentorno, del tipo de transporte y de las distancias derecorrido a las que se vean obligados.

La adecuacin y reorganizacin que cabe irse planteandoen la puesta en obra, implica la apreciacin de las mejorasen rendimientos de maquinarias y su diseo, y un mayorcuidado en el tratamiento provisional y temporal de lascondiciones naturales del entorno afectado.

Las fases siguientes: las que habitualmente se ligan a laedificacin, son tambin determinantes; no podemosolvidar que el mantenimiento representa el 33 % de laenerga gastada en los edificios .

Indicadores de eficiencia (I)1. Fase de fabricacin (Desde la extraccin de

materias primas, fabricacin del productohasta la puesta en obra)

Consumo de recursos energticos en elproceso Cargas ambientales (GWP, Ozono,......) Consumo de recursos materiales (Materias

primas)

2. Fase de construccin del edificio Consumo de recursos, de agua, de energa Residuos de construccin generados


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Indicadores de eficiencia (II)3. Fase de explotacin del edificio

Calidad arquitectnica y paisajstica (Eleccin delproducto en funcin de su calidad esttica y su

integracin armnica en el contexto local) Mantenimiento (Facilidad por la eleccin de losmateriales)

Emisiones de residuos txicos al aire o al agua Recursos energticos, cargas ambientales y residuos

generados durante la vida del producto y frecuenciade reposicin.

4. Fase de fin de la vida

Residuos de demolicin (Identificar el tipo deresiduos, analizar las posibilidades de valorizacinenergtica, reutilizacin o reciclaje).

Evaluacin de la eficiencia de Materiales Contiene materiales reciclados? (Materiales procedentes de la

valorizacin de residuos, por ejemplo azulejos con contenido demateriales reciclados)

Es un producto con materiales procedentes de fuentes renovables,como es la madera?

Es un material/producto reciclable? (Con la tecnologa actualdisponible) Utiliza uniones en seco? (Facilita la substitucin de componentes

y hace posible la separacin de los distintos componentes para sureciclaje)

Si utilizamos madera, dispone de certificado de procedencia deexplotaciones forestales sostenibles?

Es un material de origen local? La empresa fabricante dispone de Sistema de Gestin Ambiental? Dispone de garantas para la reduccin del consumo de recursos?

(Por ejemplo electrodomsticos con etiqueta energtica de tipo A)


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Estrategias para mejorar la eficiencia Aumentar el aislamiento de los edificios, permitiendo a su vez la

transpiracin de los mismos. Establecer ventilacin cruzada en todos los edificios, y la posibilidad

de que los usuarios puedan abrir cualquier ventana de forma manual.

Orientacin sur de los edificios: disponer la mayora de estancias connecesidades energticas al sur, y las estancias de servicio al norte. Disponer aproximadamente el 60% de las cristaleras al sur de los

edificios, el 20% al este, el 10% al norte y el 10% al oeste. Protecciones solares al este y al oeste de tal modo que solo entre luz

indirecta. Disponer protecciones solares al sur de modo que en veranono entren rayos solares al interior de los edificios, y que si puedanhacerlo en invierno.

Aumentar la inercia trmica de los edificios, aumentandoconsiderablemente su masa (cubiertas, jardineras, muros). Favorecer la recuperacin, reutilizacin y reciclaje de materiales Favorecer la prefabricacin y la industrializacin. Disminuir al mximo los residuos generados en la construccin.

Herramientas de evaluacin medioambiental Sistemas de evaluacin de carcter cuantitativo que asigna

una calificacin de acuerdo con una escala, normalmentenumrica.

No existe relacin entre dichas escalas, por lo que los

diferentes mtodos no son fcilmente comparables entre s. Otorgan puntos a favor o en contra de la solucin adoptada,de acuerdo con parmetros preestablecidos que no soncoincidentes entre los diferentes mtodos, lo que dificulta lascomparaciones.

La valoracin final es relativa y est relacionada con laprocedencia geogrfica del mtodo, hay que interpretar los

resultados en funcin del contexto especfico. A pesar de modificar las herramientas para adaptarse a cada

lugar, por pases o regiones, la dificultad de equiparar ycomparar los resultados persiste.


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Herramientas de evaluacin medioambiental

Problema fundamental :

los criterios y evaluaciones utilizadas buscanalcanzar una solucin predeterminada, en basea la ponderacin en la evolucin de variablesconcretas.

Herramientas de evaluacin medioambiental

Son procedimientos normalizados para evaluar materialesy productos de construccin:

- Intensidad Energtica (para fabricar un kg de material)- Eco-etiquetas (organismo oficial) (ISO 14024:1999)

- ACV normalizado (ISO 14040:1997)

- Declaraciones ambientales (fabricante) (ISO 14021:1999)

- Declaracin sobre el perfil ambiental de un producto o

EPDs (Propia de cada pas y tipo de material, basada enACV). (ISO 14025:2000)


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Intensidad Energtica Cantidad de energa necesaria para la fabricacin de un kg de

un material de construccin determinado. Hay que considerar

la durabilidad y el uso que le vamos a dar a este material, yaque hay materiales con elevada intensidad energtica a los quesu durabilidad les hace ambientalmente ms interesantes paraun uso concreto.

Informacin parcial del perfil ambiental del producto, ya quenos da su impacto energtico pero no sobre otros vectores

ambientales como el agua, emisiones a la atmsfera, etc. Base de datos sobre intensidad energtica de materiales de laconstruccin elaborada por el ITEC (2005), donde constan losMj/kg de 167 materiales bsicos de construccin.


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Eco-etiquetas (ISO 14024:1999) Certificados oficiales para un grupo de productos

o materiales que garantizan el cumplimiento deunos requisitos definidos por el organismo que los

otorga. El cumplimiento de estos requisitos daunas aptitudes ambientales a estos materiales oproductos respecto al resto dentro de una mismacategora.

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


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Anlisis del Ciclo de Vida (ACV) Objetivo: detectar las mejoras que se pueden conseguir

estudiando el material desde la cuna hasta la tumba

Comparar materiales para una misma aplicacin. Etapas del Ciclo de Vida de un Material :

Extraccin de Materias Primas.

Procesamiento de Materias Primas.

Fabricacin.

Transporte.Puesta en Obra.

Mantenimiento.

Reciclado o Deposicin del residuo.


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Fases del Anlisis del Ciclo de Vida (ACV) La norma UNE EN ISO14040 define la metodologa

a utilizar.

Esta metodologa incluye cuatro fases:Definicin de objetivos y alcance del estudio

Anlisis de inventario

Evaluacin del impacto

Interpretacin de resultados

Definicin de objetivos y alcance del estudio Definir, de manera clara y concisa, las razones por las que

se lleva a cabo el estudio y que se persigue con el uso deesta aplicacin; se determinan los lmites del estudio a

realizar (que es lo que se va a estudiar y que es lo quequeda fuera del estudio), se expone que informacin seespera obtener del mismo y el uso que se har de lamisma.

En esta etapa tambin se describe la unidad funcional aconsiderar, que ser la base de referencia para todas las

entradas y salidas del sistema y que servir,posteriormente, para poder comparar diferentesproductos.


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Anlisis de inventario Proceso de recogida de datos, cuyo resultado es la

obtencin de un conjunto de datos y

procedimientos de clculo para cuantificar lasentradas y salidas ms relevantes del sistema enestudio. Estos datos recogidos son la base sobre laque, posteriormente, se cuantifica y evalan losdiferentes impactos asociados al ciclo de vida del

producto.

Evaluacin del impacto Cuantifica los potenciales impactos ambientales,

utilizando los resultados del anlisis de inventariode ciclo de vida. En general, este proceso implica

la asociacin de datos del inventario comoimpactos ambientales especficos, tratando devalorar dichos impactos.

El nivel de detalle, la eleccin de impactosevaluados y las metodologas usadas dependen delobjetivo y alcance del estudio.


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Interpretacin de resultados Se combinan los resultados de las etapas

anteriores y, en funcin de los resultados

obtenidos, se identifican las fases y procesos mscrticos, definiendo las diferentes mejoras a llevara cabo.

Se busca que cualquier modificacin que serealice en cualquiera de las etapas del ciclo de

vida, encaminada a reducir el impacto, nosupondr un aumento de ste en cualquiera de lasotras etapas.

Fases del Anlisis del Ciclo de Vida (ACV)


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Ejemplo de ACV

Materiales cermicos


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Conclusiones: Definicin de mejorasLas medidas encaminadas a la reduccin de consumo energtico(y por consiguiente de emisiones asociadas al consumoenergtico) y optimizacin de los procesos que ya se realizan coneste objetivo en la industria cermica contribuirn a reducir lacarga ambiental de los productos cermicos. Las medidas a aplicar

u optimizar para la reduccin del consumo energtico, susceptiblesde aplicacin son: Recuperacin del aire caliente de la zona de enfriamiento del

horno para utilizarlo en el secadero. Optimizacin del aislamiento de los equipos de secado y coccin. Optimizacin de la circulacin de aire en horno y secadero. Mejora de aislamiento de conductos. Utilizacin de aditivos que acten como fundentes, provocando

una reduccin de la temperatura mxima de coccin. Uso eficiente de sistemas de cogeneracin.


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SESIN 1: Nuevos Materiales deConstruccin y Materiales Eficientes

1. Introduccin a los Nuevos Materiales.

2. Diseo de Materiales.

3. Lneas de investigacin.

4. Materiales Eficientes.

5. Sistemas de Evaluacin de Materiales. ACV.

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