MATERIALES DE ÚLTIMA GENERACIÓN Y MATERIALES EFICIENTES

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1 SESIÓN 2: Materiales Sostenibles MATERIALES DE ÚLTIMA GENERACIÓN Y MATERIALES EFICIENTES Master Oficial en Arquitectura y Ciudad UAH, Curso Profesor: Dr. Gonzalo Barluenga 1. Criterios generales de sostenibilidad. Arquitectura y Construcción sostenible. 2. Materiales Sostenibles A. Materiales regenerables B. Reciclaje de materiales de construcción C. Residuos susceptibles de ser reciclados en construcción. 3. Investigación en Nuevos materiales sostenibles A. Con componentes naturales B. Con componentes reciclados Criterios generales de sostenibilidad La sostenibilidad no consiste en mantener los recursos naturales intactos, sino que implica hacer un uso eficiente de los mismos, siendo necesario introducir todos los costes y beneficios en que la sociedad tiene que incurrir. El desarrollo sostenible no es un concepto exclusivamente ecológico, sino un triángulo de equilibrios entre lo ecológico, lo económico y lo social. (J. Celma) Sustainable design aims to meet present needs without compromising the stock of natural resources remaining for future generations. In terms of buildings it implies resource efficiency minimum energy, flexibility and long life. ( ) I believe sustainable development implies an approach to the use and management of natural resources doing more with less - in which conventional energy saving measures are important but only part of a much broader perspective. Richard Rogers (2005) Arquitectura sostenible Abarca no sólo la adecuada elección de materiales y procesos constructivos, si no que se refiere también al entorno urbano y al desarrollo del mismo. Se basa en la adecuada gestión y reutilización de los recursos naturales, la conservación de la energía. Habla de planificación y comportamiento social, hábitos de conducta y cambios en el uso de los edificios con el objeto de incrementar su vida útil. 1

2 Arquitectura sostenible El concepto de Arquitectura sostenible es muy amplio, por lo que su aplicación a la realidad del proceso edificatorio, al edificio y al uso del mismo requiere de múltiples vías de aproximación al problema. Se han definido tres vías principales: - Entorno cultural y geográfico - Visión ecológica - Orientación Tecno- científica F. J Soria, Arquitectura y Naturaleza a finales del siglo XX, Tesis doctoral UPC, 2004 Arquitectura bioclimática tradicional / vernácula Forma condicionada por factores climáticos y tipologías locales Materiales naturales y tradicionales / tecnología pasiva Entornos naturales / rurales Arquitectura bioclimática actual Arquitectura Verde (geomórfica) Forma condicionada por factores climáticos Materiales industrializados y tradicionales / tecnología pasiva Entornos naturales / rurales/urbanos Forma condicionada por el entorno natural (mimesis) Materiales naturales o degradables / tecnología pasiva Entornos naturales / rurales Arquitectura eco-tech Arquitectura low-tech Forma independiente. Crea un entorno neo-natural Materiales naturales e industrializados/ tecnología pasiva Entornos urbanos Forma condicionada en parte por el clima Materiales industrializados / tecnología pasiva y activa Entornos urbanos / rurales 2

3 Arquitectura high-tech Tendencias en arquitectura sostenible Forma independiente del entorno Materiales fuertemente industrializados / tecnología activa Entornos urbanos F. J Soria, Arquitectura y Naturaleza a finales del siglo XX, Tesis doctoral UPC, 2004 Visión integral Arquitectura sostenible Diseño arquitectónico, orientación y situación derivada de factores tecnológicos, con intenciones culturales y respetando las condicionantes naturales. Utiliza tecnologías activas y pasivas, materiales con valor ecológico y locales. Reinterpretación de las tipologías tradicionales, incorporando sistemas de aprovechamiento energético (activo y pasivo). Visión integral Arquitectura sostenible Arquitectura sostenible es aquella que puede mantener moderadamente o mejorar la calidad de vida y armonizar con el clima, la tradición, la cultura, y el ambiente en la región, al tiempo que conserva la energía y recursos, recicla materiales y reduce las sustancias peligrosas dentro de la capacidad de los ecosistemas locales y globales, a lo largo del ciclo de vida del edificio. (ISO/TC 59/SC3 N 459) Baños termales en Vals (Suiza) Baños termales en Vals (Suiza) Arquitecto Peter Zumthor, 1997 (en F. J Soria, Arquitectura y Naturaleza a finales del siglo XX, Tesis doctoral UPC, 2004) 3

4 Baños termales en Vals (Suiza) Baños termales en Vals (Suiza) Arquitecto Peter Zumthor, 1997 (en F. J Soria, Arquitectura y Naturaleza a finales del siglo XX, Tesis doctoral UPC, 2004) Arquitecto Peter Zumthor, 1997 (en F. J Soria, Arquitectura y Naturaleza a finales del siglo XX, Tesis doctoral UPC, 2004) Construcción sostenible es aquélla que, desde planteamientos respetuosos y comprometidos con el medio ambiente, utiliza adecuadamente el agua y los distintos tipos de energía; selecciona desde el proyecto y aplica eficientemente durante la obra recursos, tecnologías y materiales; evita los impactos ambientales; gestiona los residuos que genera en su ciclo de vida; busca un mantenimiento y conservación adecuados del patrimonio construido; reutiliza y rehabilita siempre que es posible, es rentable y resulta más accesible y saludable. (J. García Navarro, 2004) Construcción Sostenible El concepto Construcción Sostenible está relacionado con el estudio, la evaluación y la reducción de: - el consumo de recursos - el impacto ambiental - los riesgos para la seguridad de las personas debidos a los materiales, productos, procesos y sistemas constructivos que se utilizan actualmente en los entornos industrializados. Materiales para una Construcción Sostenible Los Materiales Sostenibles son aquellos que consumen menos recursos no renovables o que producen un menor impacto ambiental que otros materiales cumpliendo las mismas funciones. El objetivo es reducir el consumo de los recursos no renovables y el impacto ambiental, garantizando la seguridad. Hay que evaluar los materiales, para poder compararlos o definir los puntos críticos que se producen desde que se fabrica el material hasta que se desecha (ACV y otras herramientas de evaluación). Una estrategia óptima para minimizar el impacto ambiental es utilizar soluciones que disminuyan los efectos que los materiales producen sobre el medio ambiente, es decir, sobre el consumo de energía para producirlos e instalarlos, los residuos que ellos generan cuando se fabrican y luego se instalan en obra y la contaminación directa e indirecta que producen. 4

5 Estrategias de Sostenibilidad en Materiales Uso de recursos de la zona donde se va a construir (Materiales Regionales). Aumento de la vida útil de los Materiales. Uso de materiales fácilmente regenerables, que producen poco impacto ambiental. Reciclaje/Reutilización de Materiales de Construcción (Deconstrucción). Uso de Componentes y energías renovables o reciclados. Utilización de residuos urbanos o industriales. Reducción del uso de componentes tóxicos. Materiales regenerables Constituidos por materiales de origen vegetal: Residuos de madera: restos de poda, serrería. Restos de corcho. Polvo de lijado. Fibras vegetales. Utilización como componente en materiales compuestos (partículas y fibras) de matriz polimérica o cementicia. Uso como materia prima (fibras de celulosa para refuerzo, mallas y tejidos). Reciclaje de Materiales de Construcción Reciclaje de Materiales de Construcción (Residuos de Construcción y Demolición) RESIDUOS POR DEMOLICIÓN Tierras sobrantes 0,0% Pétreos y hormigones 44,2% Cerámicos 41,8% Metales y maderas 2,3% Otros 11,7% RESIDUOS POR CONSTRUCCIÓN Tierras sobrantes 85,5% Pétreos y hormigones 7,3% Cerámicos 5,2% Metales y maderas 0,1% Otros 1,9% (R. Huete 2001, Valores medios) Reciclaje de Materiales de Construcción Viabilidad técnica y económica Disponibilidad, homogeneidad Ejemplos de reciclaje de materiales: Hormigón (áridos reciclados) Metales y productos metálicos Prefabricados de yeso Madera y productos de madera Productos de Vidrio Cerámica RCD no susceptibles de ser reciclados (tóxicos o peligrosos) 5

6 Reciclaje de productos de yeso Reciclaje de productos de yeso Aplicaciones: Agricultura (tratamiento de suelos) Fabricación de cemento (controlador de fraguado) Fabricación de yeso y prefabricados Reciclaje de productos de yeso Residuos susceptibles de ser reciclados Valorización de residuos susceptibles de ser incorporados en la fabricación de materiales de construcción: o Residuos de cantería (restos de extracción, procesado y transporte): mármol, pizarra, etc o Residuos de procesos industriales (cenizas, lodos, escorias) o Residuos sólidos urbanos (RSU) Conclusiones Materiales Sostenibles en Arquitectura Los materiales sostenibles son aquellos que están diseñados, producidos y utilizados de acuerdo con criterios de sostenibilidad. Las estrategias para obtener nuevos materiales más sostenibles surgen desde el diseño y la arquitectura sostenible. Abarcan todo el espectro de los materiales de construcción: desde componentes naturales hasta productos altamente industrializados. INVESTIGACIÓN EN MATERIALES SOSTENIBLES Materiales de construcción de matriz cementicia con componentes reciclados 6

7 Objetivos de la investigación Planteamiento General de la investigación Valorización de residuos. Reducción del consumo de materias primas y energía. Reducción de los costes de producción (viabilidad económica). Modificar las propiedades de los compuestos de cemento. Diseño de aplicaciones en construcción arquitectónica. Gestión de residuos Propiedades RECICLAJE Viabilidad Planteamiento General de la investigación Etapas de la investigación Administración Pública Investigadores RECICLAJE Fabricantes 1. Caracterización de las propiedades del residuo. 2. Propuesta de posibles usos del residuo. 3. Definición de los parámetros tecnológicos. 4. Diseño del plan experimental y realización de los ensayos. 5. Proceso de optimización del material compuesto. 6. Aplicación del nuevo material a escala real y en condiciones de fabricación/obra. Criterios básicos de incorporación de residuos en la fabricación de compuestos de cemento No todos los residuos son útiles Deben cumplir criterios de viabilidad técnica y económica (bajo coste y disponibilidad). El reciclaje debe producir un alto valor añadido. La homogeneidad del residuo es fundamental. Compatible con los productos de la hidratación del cemento. No deben ser tóxicos ni peligrosos. Caso 1: Hormigón con caucho reciclado de neumáticos usados Investigación en Materiales Sostenibles 7

8 Hormigón con caucho reciclado Hormigón con caucho reciclado Caracterización del residuo: Baja densidad Partículas en forma de fibras debido al proceso de desmenuzado de los neumáticos. Elevado coeficiente de absorción de agua. Baja rigidez y elevada deformabilidad. Baja temperatura de combustión. Hormigón con caucho reciclado Objetivo de la investigación: Mejora de la capacidad de amortiguamiento del hormigón frente a cargas dinámicas, reduciendo la rigidez del material sin pérdida de resistencia. Propuesta de uso: Pavimentos de carreteras. Pavimentos de aparcamiento y zonas de paso. Cimentaciones, bancadas de maquinas. Hormigón con caucho reciclado Programa experimental: Incluir diferentes cantidades de fibra de caucho (3, 5 y 8 % en FV) Estado fresco: Ensayo de cono de Abrams y Consistómetro Ve-be. Estado endurecido: Comportamiento frente a cargas estáticas y dinámicas. Comportamiento en fatiga Hormigón con caucho reciclado Hormigón con caucho reciclado Propiedades tecnológicas del compuesto: Mejora de la capacidad de amortiguamiento. Reducción de la rigidez. Mejora del comportamiento en fatiga Control de la propagación de fisuras tras la fractura. Tramo experimental de carretera en Gudino, cerca de Salamanca. 8

9 Mortero de cemento-pizarra Caso 2: Pastas niveladoras de restos de cantería de pizarra Investigación en Materiales Sostenibles Caracterización del residuo: Partículas disgregadas Piedra de propiedades limitadas. Baja densidad Baja resistencia y factura frágil. Elevado coeficiente de absorción. Las partículas más pequeñas pueden reaccionar con los productos de hidratación del cemento. Mortero de cemento-pizarra Mortero de cemento-pizarra Objetivo de la investigación: Incorporación de polvo de pizarra molida como parte de un mortero autocompactante, sustituyendo hasta el 75 % de conglomerante. Propuesta de uso: Pasta niveladora. Capa de regularización. Sustrato para la colocación de pavimentos. Mortero de cemento-pizarra Propiedades requeridas: Baja densidad (1,7 2,0 g/cm 3 ). Elevada fluidez sin segregación de las partículas Aditivos en polvo para su fabricación en mezcla seca (ensacado) Resistencia a compresión moderada (10 MPa) Baja retracción (< 0,2 mm/m) Mortero de cemento-pizarra Programa experimental: Composición: Ligante: cemento y polvo de pizarra (1:3) Arenas: silícea y pizarra granulada (Tmáx 4-5 mm) Aditivos: Metil-celulosa (retenedor de agua) y resina (PVA) Fibra de vidrio AR (Anticrack HD, Vetrotex) Primera etapa: obtener la fluidez y resistencia requeridas. Segunda etapa: controlar retracción y segregación 9

10 Mortero de cemento-pizarra Shrinkage (mm/m) HM 1,5/1/0 HM 1,75/1/1 HM 2,25/1/2 LM 2/1/1/1 (PVA) Caso 3: Mortero de proyección con lodos de destintado de papel prensa Investigación en Materiales Sostenibles Time (days) Medida de la retracción de varias mezclas Mortero de proyección con residuos de papel Caracterización del residuo: Baja densidad Compuesto por celulosa, calcita y tintas. Presentación en forma de pasta húmeda (40 % del peso es agua) Tamaño de partícula heterogéneo Baja temperatura de combustión Mortero de proyección con residuos de papel Objetivo de la investigación: Inclusión de lodos de destintado de papel prensa como árido ligero en un mortero de proyección ensacado. Propuesta de uso: Capa de aislamiento térmico en cámara. Mantenimiento de taludes (puede incorporar semillas para fijación permanente del terreno). Mortero de proyección con residuos de papel Mortero de proyección con residuos de papel Residuo Residuo con cemento Programa experimental: Tratamiento térmico del residuo para secado, posterior desmenuzado y tamizado (homogenización). Mezcla seca del residuo y cemento: Inclusión de ligante no acuoso (aceite mineral). Medida del las propiedades físicas y mecánicas del mortero proyectado: Conductividad térmica, combustión y adherencia. 10

11 Mortero de proyección con residuos de papel Propiedades tecnológicas del compuesto: Fácilmente proyectable con maquinaria convencional. Baja producción de polvo. Bajo índice de rebote Baja densidad Baja conductividad térmica Incombustible por debajo de 500 º C Permite la inclusión de semillas de césped. Mortero de proyección con residuos de papel 2 cm Mortero proyectado sobre placa metálica para ensayo de conductividad térmica. Conclusiones de las investigaciones En los tres casos se han seguido las directrices generales de investigación. Los residuos utilizados cumplen los criterios básicos descritos. Las propiedades de los compuestos son consecuencia de las características de los residuos. En todos los casos, la inclusión del residuo modifica las propiedades tecnológicas del compuesto. SESIÓN 2: Materiales Sostenibles 1. Criterios generales de sostenibilidad. Arquitectura y Construcción sostenible. 2. Materiales Sostenibles A. Materiales regenerables B. Reciclaje de materiales de construcción C. Residuos susceptibles de ser reciclados en construcción. 3. Investigación en Nuevos materiales sostenibles A. Con componentes naturales B. Con componentes reciclados 11