MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN en Construcción sostenible
Wikilibro: Construcción sostenible > Capítulo 6: Materiales sostenibles para la construcción |
Sección 2
Los productos que empleamos en la construcción de edificios e infraestructuras, se fabrican a partir de materia prima extraida directamente de la Naturaleza, de fuentes no renovables, y tras procesos de transformación más o menos intensos se colocan en obra.
La intensidad de la transformación de la materia prima, en la que se emplean grandes cantidades de agua y energía, tiene como objetivo fabricar productos de calidad, que se adecuen a las exigencias establecidas en la normativa, y que sean durables, es decir, que no se deterioren por la acción de los fenómenos meteorológicos, por la agresividad ambiental, o por el uso continuado. El volumen de productos que se emplea en edificación es alto. Estudios realizados por el CIES (Centre d'Iniciatives per a l'Edificació Sostenible), estiman el empleo de unas 2,5 toneladas de materiales por metro cuadrado construido en obras de viviendas Plurifamiliares, que se distribuyen en los consumos por material establecidos en la siguiente tabla:
Algunos materiales relacionados en la tabla provocan un alto impacto de caracter negativo en el medioambiente pero su cuantificación en el edificio es baja, otros son de bajo impacto pero se usan de forma masiva en construcción, otros pueden provocar graves peligros para la salud humana. En cualquier caso, para analizar un producto, es preciso definir y cuantificar su actuación y rendimiento en cada unidad constructiva, y su repercusión en la totalidad de la obra. Además es importante notar que la cuantificación de materiales por superficie de edificio, está condicionada en gran medida tanto por la tipología edificatoria, por el tipo de estructura elegido para su configuración como por el diseño arquitectónico, que incide determinantemente en los sistemas de envolventes (fachadas y cubiertas) y revestimientos. |
ClasificaciónLa materia prima utilizada en la fabricación de materiales de construcción, puede tener diversa procedencia:
La reutilización de elementos constructivos o de piezas ha sido frecuente en la historia de la construcción, el material de derribo cobraba un valor muy alto en el mercado, sobre todo las tejas o elementos de madera o acero decorados, que se restauraban y se colocaban en obra.
La energía empleada en el proceso de transformación de los productos de construcción tradicionalmente ha provenido de fuentes no renovables, normalmente de combustibles de tipo fósil como el carbón o el petróleo, con una repercusión negativa en el medioambiente, cobrando en los últimos años cada vez más protagonismo la valorización energética, ó la sustitución de combustibles fósiles por combustibles derivados de residuos con alto poder calorífico, y energías limpias renovables (figura 2). La industria de la construcción pone a nuestra disposición una gran variedad de productos de diversa NATURALEZA y FORMATO para la construcción de los sistemas estructurales y las envolventes, que seleccionamos tras un minucioso análisis, con el objeto de que den respuesta a los requisitos básicos exigidos a la edificación establecidos en la normativa, a la creciente demanda de calidad en la obra construida, y a los principios de la construcción sostenible, considerando cuestiones puramente formales o estéticas, económicas, técnicas, por tradición, o según el contexto en el que la obra se ubique. |
Imágenes y recursos Imágenes Figura 1. Fuente: Observatorio de la Sostenibilidad en España. Figura 2. Fuente: Observatorio de la Sostenibilidad en España. |
Descripción y análisis de productos empleados en construcciónA continuación y de forma sintética se ofrece una visión global de qué materiales son los que habitualmente se utilizan en el sector de la construcción y que impactos negativos provocan en el medioambiente, para tener una aproximación al Problema y poder plantear las medidas correctoras que nos conduzcan a una tendencia de consumo sostenible en el sector de la construcción.
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ENVOLVENTESLas envolventes son los sistemas constructivos que configuran las fachadas y cubiertas de los edificios, y que tienen la importante misión de protegerlos y generar en el interior espacios habitables. A finales del siglo XIX y principios del siglo XX, los nuevos lenguajes arquitectónicos importados de Europa, promovieron la reducción de las dimensiones de la envolvente y la construcción de cubiertas planas, lo cual condujo al necesario uso de impermeabilizantes y aislantes, y a la necesidad del empleo de medidas activas de acondicionamiento para garantizar el confort de las edificaciones olvidando los tradicionales recursos bioclimáticos. En la construcción de las Cubiertas se emplean productos derivados de los materiales cerámicos y del hormigón, precisando de láminas de impermeabilización las cubiertas planas (1-5% de pendiente) y las cubiertas inclinadas de pendientes leves según material de cubrición (CTE HS1), además de material de aislamiento según zonas climáticas. Las fachadas tradicionales pesadas se construyen con ladrillo cerámico o bloque de hormigón aligerado, tomados con mortero de cemento. A partir de la segunda mitad del siglo XX, con el objeto de evitar pérdidas de energía y humedades de condensación, se comenzaron a introducir materiales de aislamiento, alojados en cámaras de aire o fijados al paramento por el exterior del edificio. Las fachadas más modernas, promocionadas por el CTE DB HS1, incluyen perfiles metálicos para anclar piezas de revestimiento, elementos de aislamiento y capas interiores.
AISLAMIENTO Para garantizar la eficiencia energética de nuestros edificios es fundamental evitar pérdidas de energía a través de la envolvente, debiendo dimensionarlas y aislarlas adecuadamente en función del tipo de edificio, de su ubicación geográfica, y de la tipología del elemento constructivo. El aislamiento se consigue mediante disposiciones constructivas, cámaras de aire, materiales de baja densidad, o con productos específicos de refuerzo.
- Lanas minerales: La lana mineral es una sustancia inorgánica fabricada a partir de fibras minerales (arena silícea y roca basáltica), con unas propiedades de aislamiento térmico y acústico excelentes, combinadas con una excepcional protección contra el fuego.
Noticia reciente: Knauf Insulation presentó, por primera vez, en la Feria Novabuild su nuevo producto de aislamiento: SUPAFIL Lana Mineral para inyectar. http://www.promateriales.com/noticia/1512/COMUNICADOS-/knauf-insulation-presenta-nuevo-aislante-novabuild.html
IMPERMEABILIZACION La impermeabilización de la envolvente se ha solucionado tradicionalmente mediante dispositivos constructivos sin la necesidad de utilizar productos específicos de impermeabilización: dotando de espesor a las fachadas, dando inclinación a los tejados y ampliándolos en las fachadas para protegerlas, y evitando la acción directa de la lluvia en las carpinterías, tratando de construir en terrenos clasificados como no inundables.
Los productos de impermeabilización se comercializan en forma de láminas y productos líquidos, y son generalmente materiales sintéticos ó poliméricos. Los más habituales son: Etileno propileno dieno monomero (EPDM) o polietileno (PE), poliolefinas (FPO), polocloruro de vinilo (PVC), caucho de cloropeno (CR), láminas asfálticas o bituminosas (LO, LBM, etc.), pinturas bituminosas, de clorocaucho, poliéster, epoxi, etc. Son productos poliméricos, reciclables, de fácil colocación y durables, pero que producen en el medioambiente impactos negativos y generan residuos tóxicos.
REVESTIMIENTOS Los revestimientos en las envolventes se emplean con doble objetivo: estético y de protección frente al medio y al uso del edificio. La gama es muy variada, pudiendo clasificarse en dos grandes grupos: continuos y discontinuos.
En el interior de los edificios se emplean usualmente enlucidos de yeso, y en algunos casos morteros y estucos de cal, y en el exterior es usual emplear enfoscados de mortero de cemento, en ocasiones aditivados con sustancias de naturaleza polimérica.
Es un material con buenas propiedades aislantes y de protección frente al fuego, reciclable, y de bajo coste medioambiental, destacando como fases más impactantes la extracción en cantera y la fase de cocción y transporte. Aplicado sobre superficies cerámicas, ladrillos y bloques, por adherencia, es difícil disociarlo en el proceso de reciclado de residuos de construcción y demolición, lo cual inhabilita el uso de los escombros como árido para hormigones.
Es considerada como uno de los materiales de construcción más respetuoso con el medioambiente, ya que la cantidad de CO2 emitido en el proceso de fabricación se absorbe en la fase de carbonatación durante la puesta en obra:
Es totalmente reciclable, y no supone un riesgo en el reciclado de residuos de construcción y demolición.
Son revestimientos de alta resistencia mecánica, impermeables, de fraguado rápido, pero tienen el inconveniente de que no es traspirable, y es rígido y frágil, no adaptándose adecuadamente a los movimientos del soporte, fisurándose con facilidad. Para superar los inconvenientes los fabricantes añaden a los morteros aditivos de todo tipo, desde polímeros ó cal, configurando los llamados morteros bastardos o mixtos. Los impactos de los morteros van asociados a los del cemento, los áridos y los aditivos, en función de las dosificaciones. La alternativa ecológica del mortero de cemento es el de Cal puro, que si bien tiene impactos muy parecidos a los del cemento, la energía necesaria para su fabricación es menor.
Los revestidos discontinuos son piezas de formatos y dimensiones diversas, que se fijan al soporte mediante productos adhesivos en pasta o mediante fijaciones mecánicas, y se clasifican en función de su aplicación como pavimento o revestido mural. Son los aplacados y pavimentos de piedra o cerámicos, vidrios, piezas metálicas, de madera o similar, y sintéticas.
PINTURAS Y BARNICES La pintura es un material de construcción con tres funciones básicas: embellecer aportando color o brillo, proteger al soporte frente al medio evitando su deterioro, y permitir el mantenimiento y la limpieza de los paramentos. Los componentes básicos de las pinturas son:
La clasificación propuesta por la norma UNE 1062-1:2004 es en función del tipo de ligante o aglutinante: cal, cemento, silicato, aceite, resina: acrílica, vinílicas, epoxídicas, etc., betún, silicona, poliéster, etc. Además esta norma diferencia dos grandes grupos en función del estado de disolución o dispersión del ligante en la pintura:
Existen en el mercado pinturas con funciones específicas que se clasifican aparte:
Las propiedades de las pinturas que se deben controlar para asegurar el cumplimiento de sus prestaciones en su vida útil son en general:
Las pinturas más respetuosas con el medioambiente son las pinturas al agua o aquellas con ligantes compuestos por resinas, pigmentos y cargas naturales. Las que contribuyen a la mejora de las condiciones higrotérmicas interiores, saludables y durables son las mejores alternativas.
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Imágenes y recursos Imágenes Villa Savoie. Poissy, Paris. 1930 Le Corbusier Sistema de Fachada Ventilada. Instituto del mundo Árabe. Paris. 1987 Jean Nouvel Casa Curruchet. La Plata, Argentina Le Corbusier |
SISTEMAS ESTRUCTURALESLos sistemas estructurales son los sistemas constructivos encargados de recibir y soportar las acciones que se producen en el exterior del edificio o en la propia estructura, sin producirse deformaciones excesivas que pudieran interferir en el uso del edificio o generar lesiones o degradaciones que pusieran en riesgo la integridad del sistema constructivo, del edificio y de los usuarios. Los elementos estructurales horizontales: cubiertas, bóvedas, forjados, ó losas, se apoyan sobre sistemas masivos de fábrica o sobre pórticos lineales constituidos por vigas y pilares, trasladando las acciones a los elementos de cimentación, y éstos al terreno. Los materiales empleados en la ejecución de las estructuras de los edificios son mayoritariamente el Hormigón y el Acero, encontrando en el caso de obras de rehabilitación y algunas obras singulares ejemplos en los que se prescribe el uso de las fábricas de tierra, piedra o ladrillo en la configuración de muros de carga, madera en los forjados, y en algunas obras de reparación materiales poliméricos como resinas y fibras de carbono u otras. Las fases de mayor impacto en el ciclo de vida de estos materiales son las de extracción de la materia prima, las transformaciones iniciales en fábrica, y la fase de transporte, ya que son en general materiales muy pesados, ó de mucho volumen. Cada cual posee una serie de particularidades que es preciso definir:
La tierra es una mezcla de de 4 tipos de suelo:
La proporción de estos tipos de suelo es variada en la corteza terrestre, en función de la geología del lugar, encontrando suelos arenosos, limos arcillosos, gravas arenoarcillosas, etc. La arcilla es el conglomerante que aglutina y adhiere las partículas entre sí, como el cemento en el hormigón, y la encontramos de composiciones muy diversas dependiendo del mineral de donde provenga, con proporciones variadas de alumina y sílice, y con la presencia de óxidos de hierro, manganeso, etc., llamándose montmorillonita, caolinita, illita, etc. Las variaciones de humedad en la arcilla producen erosiones y cambios de volumen importantes que provocan la aparición de grietas, por lo que es frecuente mezclar la tierra con estabilizantes como cal hidráulica o cemento en proporciones variables. Las técnicas de construcción en tierra son variadas, destacando las siguientes:
Analizando el ciclo de vida de las construcciones realizadas con tierra, es un material de leve impacto medioambiental, detectando como fases más problemáticas las de extracción de la tierra, si no se aprovechan las propias de la excavación de los cimientos, y la construcción, en la que se emplea agua y conglomerantes como el cemento y la cal hidráulica coste medioambiental mayor. Es preciso conocer la técnica de construcción para garantizar la durabilidad de estos muros y minimizar las labores de mantenimiento. Es un material totalmente valorizable como residuo procedente de la demolición.
En cualquier caso, las fases más impactantes en su vida útil son la extracción en canteras y el transporte hasta la obra, ya que en ellas se consume mucha energía, se emiten sustancias nocivas al medio, y se provocan importantes transformaciones en el paisaje y los ecosistemas. Durante el resto de las fases es un material con muchas virtudes, ya que precisa de poco mantenimiento, es bastante durable, y es fácilmente valorizable como árido para hormigones. En el caso de mampuestos o sillares de piedra en fábricas portantes, la reutilización de las piezas es directa, siendo necesario un leve limpiado de la superficie para eliminar restos de mortero o tierra.
Las fases de extracción de la materia prima, cocción y transporte son muy críticas en cuanto a los impactos en el medioambiente, pero tanto la fase de puesta en obra como la fase de uso y mantenimiento son etapas en las que no son precisas acciones impactantes y la durabilidad es muy alta, encontrando edificios construidos con ladrillo de hace cientos de años y que precisan leves labores de rehabilitación a lo largo de su historia (como la torre de la Giralda de Sevilla). La calidad y durabilidad de la pieza cerámica mejoran con la cocción o con el uso de sustancias y tratamientos como los aditivos hidrofugantes tipo xilanos, que mejora la impermeabilidad de la fábrica y nos permitirá reducir el espesor del cerramiento, eliminar capas de impermeabilización, y por tanto reducir pesos, con lo que estaría justificado su uso. Los impactos negativos en el medioambiente se producen en mayor grado en las fases de extracción de la materia prima, fabricación y transporte, ya que se precisa de operaciones en las que se consume mucha energía procedente de procesos de combustión. Es un material fácilmente valorizable si no está enlucido con yeso, y en obras de rehabilitación es frecuente reutilizar un alto porcentaje de piezas en la construcción de refuerzos y muros nuevos.
Existen en el mercado los llamados cementos con adiciones, CEM II, III, y IV, en los que se sustituye parte del Clinker (6 a 65%, o incluso hasta el 95% en el caso del CEM III C) por otras sustancias que tienen compuestos similares y propiedades hidráulicas, como la escoria de alto horno (residuo de la fabricación de aceros) o las cenizas volantes (procedente de la combustión de carbón en centrales térmicas), evitando el consumo de materia prima no renovable, combustible, emisión de gases de efecto invernadero y el tratamiento de residuos. Del análisis de su ciclo de vida se extrae que la fase extractiva de la materia prima es muy impactante, pues provoca la alteración de ecosistemas, y precisa del empleo de mucha energía en el proceso y el transporte, pero la cocción sin duda es la parte del proceso de mayor coste medioambiental, ya que para alcanzar los 1500ºC en el horno, se requieren altas proporciones de combustible. Los fabricantes de cemento están utilizando todo tipo de energías renovables y combustibles que provienen de desechos de otras industrias aunque si bien en los países europeos más concienciados en protección medioambiental, como Alemania, Noruega, Suecia, Austria, Bélgica o Suiza, los porcentajes de sustitución de combustibles fósiles por residuos oscilan entre el 50 y el 80%, en España este porcentaje fue del 15,8% en 2010, con lo que todavía nos queda mucho camino por recorrer.
Combustibles sólidos:
Las armaduras en el hormigón armado, son barras de acero (aleación hierro-carbono), que se introducen en los elementos estructurales como refuerzos ante tensiones de tracción que el hormigón no es capaz de soportar. El empleo del hormigón armado para estructuras de los edificios es mayoritario frente a otros materiales como el Acero o la Madera, con lo que el consumo de áridos representa más del 50% del peso total de los materiales empleados, siendo una de las primeras medidas básicas, para garantizar una edificación más sostenible, promocionar el uso de áridos reciclados de los residuos de construcción y demolición. En España hasta el año 2008, la normativa del Hormigón EHE no ha considerado en su texto normativo prescripciones sobre los áridos reciclados, y aún en este nuevo texto las consideraciones de la norma se realizan en base a la utilización de sólo un 20% de áridos reciclados en estructuras de edificación.
No existen alternativas al hormigón en la construcción de cimientos, pero si en la construcción de estructuras, y es en esta unidad constructiva en la que deben ajustarse los cálculos y barajar otras propuestas.
Es un material reciclable al 100% y se puede reciclar indefinidamente sin perder calidad. De hecho, en España, la tasa de reciclaje en construcción alcanza niveles muy altos: el 98% de las vigas y el 65-70% de las barras de refuerzo, y los productos elaborados con acero reciclado de chatarra representan el 40% de los recursos férricos de la industria del acero en todo el mundo.
La problemática ambiental de la madera va asociada al riesgo de deforestación ya que la tasa de tala supera a la tasa de regeneración. Además la mayoría de la extracción de madera se realiza en países tropicales en vías de desarrollo, originándose problemas sociales, de destrucción de ecosistemas y zonas rurales, y problemas ambientales graves como la erosión, la contaminación de las aguas y la destrucción del bosque como sistema productivo. Los productos de tratamiento de la madera contra insectos y hongos, y los barnices, tradicionalmente han incluido en su composición productos tóxicos y contaminantes. Es importante, que las maderas que se usen estén libre de Formaldehido (catalogadas como E1< 8 mg/100 gr) y tengan tratamientos para evitar hongos e insectos con resinas naturales y aceites, evitando la creosota.
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Imágenes y recursos Imágenes Catedral de Sevilla. Muralla de Niebla. Huelva. Oporto. Edificio de oficinas. Centro Pompidu. Paris. |
INSTALACIONESEn la historia de la arquitectura, las conducciones de agua han sido generalmente construidas con materiales cerámicos, a veces esmaltados, a veces simplemente tratados y limpiados con pintura a la cal, con metales dúctiles como el plomo o el cobre, o incluso con acero de fundición. En la actualidad las conducciones metálicas y las de fibrocemento se están sustituyendo por tuberías plásticas, que mejoran el trazado de las redes y la eliminación de bacterias como la legionela sin deteriorarse, empleando polietileno (PE), ó polipropileno (PP) en redes de abastecimiento y de saneamiento (sustituyendo a las de PVC).
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CARPINTERÍASA través de las carpinterías se estima que se pierde la tercera parte del calor del edificio, por lo que en la elección del tipo es fundamental tener en cuenta su calidad y estanqueidad. Las carpinterías interiores, normalmente de madera, poseen una alta durabilidad y si provienen de maderas certificadas FSC o PEFC, y están tratadas con productos de protección y pinturas sin COV´s, la repercusión medioambiental es muy leve, porque además son completamente reutilizables y reciclables. Existen nuevos materiales procedentes de reciclados que es preciso tener en cuenta como conglomerados de residuos de la madera, fibras plásticas, fibras de papel y resinas naturales.
En la actualidad existe un debate con respecto a la comparación entre los marcos de aluminio y los de PVC, ya que ambos materiales tienen un alto impacto negativo en el medioambiente. Aluminio: en la fabricación del aluminio primario se emplea bauxita, un mineral muy abundante en la corteza terrestre pero con depósitos más rentables ubicados en países tropicales como Brasil, Jamaica, Indonesia, Nigeria y Guinea. En Europa se recicla el 85-95% del aluminio, ahorrando 95% de la energía que necesitaríamos para producir el mismo aluminio a partir de la bauxita y reduciendo el consumo de esta materia prima. PVC: El policloruro de vinilo (PVC) es un material polímero sintético (o resina), que se elabora mediante la adición repetida del cloruro de vinilo monómero (CVM), de fórmula CH2=CHCl. Con el fin de modificar sus propiedades, el polímero de PVC se mezcla con aditivos, variando según los usos la composición de la mezcla de PVC (resina + aditivos), y el tipo: cargas, estabilizantes, lubricantes, plastificantes, pigmentos o pirorretardantes. Las categorías de aditivos más importantes, que pueden constituir un riesgo para la salud humana y el medio ambiente, son los estabilizantes, en particular los que contienen metales pesados como plomo y cadmio, y los plastificantes, principalmente los ftalatos. Los estabilizantes se añaden al polímero de PVC para evitar su degradación por el calor y la luz. Los estabilizantes de plomo son en la actualidad los más ampliamente utilizados, en particular el sulfato de plomo y el fosfito de plomo Algunos productores todavía utilizan estabilizantes de cadmio en marcos de ventanas de PVC, en los que la legislación comunitaria aún autoriza su uso.
José María Baldasano, de la Universidad Politécnica de Cataluña, realizó en 2005 un informe de estimación del consumo energético y de la emisión de dióxido de carbono (CO2) atribuibles a la fabricación, uso, reciclaje y disposición final de residuos, de ventanas cuyo marco estructural se fabrica con PVC, aluminio o madera. Mediante un estudio de Análisis de Ciclo de Vida (ACV), utilizando como unidad de análisis una ventana practicable de 1,34 m x 1,34 m, con iguales características para los diferentes materiales considerados, y un periodo de 50 años de uso continuado en varias zonas españolas tanto en verano como invierno, incluyendo los gastos por climatización en la fase de uso.
Los resultados obtenidos indican que en todos los casos analizados, los porcentajes más altos del consumo de energía corresponden a la etapa de uso de la ventana. Los consumos de energía en las etapas de extracción y producción de materiales son importantes (hasta un 52% del valor total) para las ventanas de aluminio. Este porcentaje es menor para las ventanas de PVC (14%) y madera (4%). El menor peso del PVC beneficia los costes del transporte de este material frente a otros materiales más pesados como el aluminio. Respecto al reciclaje de los materiales de las ventanas, en los casos del PVC y el aluminio hay una mayor disponibilidad de material reciclado para la construcción de una nueva ventana o para el uso de estos materiales en otros productos. En el caso de las ventanas de madera, al no poder reciclarse el material, se debe proceder a la extracción y tratamiento de madera nueva.
Las fases de extracción de la materia prima y fabricación son las más impactantes. El vidrio es totalmente reciclable, y fácilmente valorizable como residuo. |
Imágenes y recursos Imágenes Niebla. Huelva. Residencia de estudiantes en Sevilla. Aeropuerto de Madrid. Terminal T4. Informe Arpal 2010. |
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