Estudio de materiales aislantes termoacústicos e higrotérmicos del

Resumen: T-078
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDEST E
Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2006
Estudio de materiales aislantes termoacústicos e higrotérmicos del mercado
de la construcción del NEA y su utilización en el diseño tecnológico.
Balangero, Carolina N. - Jacobo, Guillermo J. - Alías, Herminia M.
Cátedra “Estructuras II” - Facultad de Arquitectura y Urbanismo - Universidad Nacional del Nordeste
Avenida Las Heras Nº 727 - (3500) Resistencia - Provincia del Chaco - República Argentina
e-Mail: [email protected] - [email protected] – [email protected]
Antecedentes
Entre los problemas que inciden en relación a la sensación de bienestar higrotérmico de los usuarios de los espacios
arquitectónicos concretados en la región Nordeste de Argentina (NEA) se encuentra, como uno de los principales, el
factor climático regional, el cual establece exigencias rigurosas, particularmente en la estación estival, la cual ya tiene
una duración de más de tres meses, alcanzando en algunos años hasta cerca de 4,5 meses, según lo analizados en las
estadísticas metereológicas de los últimos 30 años. En el “verano regional” del NEA es cuando se verifican situaciones
climáticas combinadas de altas temperaturas con altos valores de humedad relativa, los cuales provocan disconfort
higrotérmico en los usuarios, pero no solo el usuario se encuentra afectado por este problema, también el “agua en la
construcción” acciona sobre los componentes constructivos, tanto desde el exterior (en forma de precipitaciones y de
presión de agua), como desde el interior (en forma de vapor), así como desde napas subterráneas, provocando el
consecuente deterioro de los materiales de los edificios y patologías entre los usuarios que los habitan. La solución más
frecuente que la mayoría de la población utiliza para paliar esta problemática es la incorporación masiva de equipos
electromecánicos para generar aire acondicionado (con cierta temperatura y porcentaje de humedad controlado), lo que
implica un consumo de energía eléctrica importante. Como dato vale comentar que en el último verano (2005-2006) se
superó el record de consumo energético nacional. Situación que habla a las clara que el factor “aislación” en la
edificación arquitectónica es poco tenido en cuenta en Argentina. La problemática de habitabilidad en los edificios se
agrava más aún si no están tomadas las debidas precauciones para evitar las fuentes acústicas perturbadoras, externas
como internas del mismo edificio. Es por tal motivo, se hace cada vez más necesario optimizar el consumo energético
en la edificación arquitectónica por medio de un mejoramiento sustancial de las condiciones aislantes de las envolventes
constructivas perimetrales. Debido a ello, es importante que, tanto los profesionales de la construcción, como así
también los usurarios de los espacios arquitectónicos, deban conocer e implementar dispositivos técnicos constructivos
que impidan las ganancias y/o perdidas de energía desde el hecho arquitectónico. En otras palabras, concretar
aislaciones higrotérmicas eficaces y eficientes en las edificaciones.
Las aislaciones ineficientes en los elementos constructivos de los edificios en altura de la región constituyen una gran
dificultad para su correcta concreción en el proceso de ejecución de la obra, y más aun, si este tema no ha sido tenido en
cuenta durante el proceso de diseño inicial, lo cual implicará la implementación posterior de soluciones costosas, que
podrían ser evitadas si se las considerara en la etapa inicial de diseño. Es una práctica continua la ejecución de la
edificación regional, según “costumbres” constructivas, las cuales en muchas ocasiones no son las soluciones
adecuadas, pues las mismas han devenido como soluciones tradicionales debido a cuestiones económicas iniciales
(edificación de bajos costos), sin considerar de manera comparativa si los mayores costos iniciales, brindan bajos costos
de servicio durante la vida útil del edificio. Además, se debe considerar que las soluciones tecnológicas implementadas
frecuentemente (incorrectas en la mayoría de los casos), generan todo tipo de patologías constructivas, y deficiencias en
el comportamiento energético de la edificación, lo cual se traduce en un mayor consumo energético global y por ende,
una agresión al medio ambiente.
El Mercado Regional de la Construcción ofrece diferentes productos para ser utilizados en esta problemática los cuales,
de ser tenidos en cuenta, favorecerían también a la eficiencia energética del edificio, a demás de brindar condiciones
adecuadas de confort y adaptación al clima de la zona.
Materiales y Métodos
La primera etapa del trabajo ya concluida, comprendió las tareas de relevamiento y sistematización de todos los datos
relacionados a la temática estudiada (etapa cognoscitiva). En esta etapa de trabajo se analizaron los aspectos físicos del
aislamiento higrotérmico y termoacústico, junto con los principios fundamentales referentes a los principales elementos
que afectan a la construcción sobre los cuales actuarán los materiales aislantes: el calor-el agua-el ruido-el aire. En
función de lo cual se seleccionarán los materiales aislantes según los siguientes conceptos:
• PERMEABILIDAD AL CALOR, es la propiedad que tienen los materiales de transmitir la temperatura de una
superficie a la otra, es decir que la recibe de un lado y la irradia por el opuesto. La cantidad de calor que pasa, por
metro cuadrado, por hora y por grado de diferencia entre ambas temperaturas de ambas superficies externas
opuestas del objeto, se denomina “coeficiente de conductividad térmica” (λ). La variabilidad del coeficiente “λ” se
debe a que los materiales no irradian la totalidad del calor recibido, absorben algo dentro de su masa, absorción
que depende de la naturaleza del material. Cuanto más compacto son, menos calor retienen, motivo por el cual se los
distingue prácticamente al tacto, pues se calientan en muy corto tiempo. En general, la permeabilidad del calor o
conductividad térmica, esta en función directa con la densidad del material. Los utilizados corrientemente en la
construcción, debido a su acentuada densidad, son atravesados con relativa facilidad y, en consecuencia, originan la
Resumen: T-078
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDEST E
Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2006
disminución de la temperatura interior en invierno y su elevación en verano, con las consiguientes molestias y gastos
para contrarrestar estos efectos. Además del coeficiente de conductividad térmica, es necesario tener en cuenta otro
concepto de física de la construcción que regula el comportamiento térmico en la edificación y es el “coeficiente de
transmitancia térmica”, que es el valor físico del flujo calórico transmitido por una elemento constructivo,
considerando su espesor total y de sus componentes, los componentes constituyentes (por ende los valores “λ” de
cada uno de ellos), su situación constructiva y su ubicación en la edificación. Su unidad es: “W/m2ºK”. Su
denominación internacional es el “U”, pero se lo conoce tradicionalmente como “K” según la antigua normativa.
Debido a ello, se hace necesario el empleo de otros materiales que, adicionados en la obra, permiten minimizar el
flujo energético calórico desde una cara a la otra del elemento constructivo de cerramiento perimetral,
especialmente en cerramientos verticales y horizontales, estos materiales son conocidos como “antitérmicos” o
“aislantes térmicos”, que el mercado de la construcción los provee bajo diversas denominaciones.
• PERMEABILIDAD AL AIRE: esta en relación directa con el tamaño de los poros y no de su volumen total. La
permeabilidad de un muro puede aumentarse con la presión que el aire ejerza sobre su superficie, debido a la
diferencia de temperaturas entre ambos paramentos y también al “efecto del viento sobre la edificación” (presión
dinámica).
• PERMEABILIDAD AL AGUA, es como el anterior, pero en menor grado debido a que algunos materiales
permeables al aire no lo son al agua o lo son en muy pequeña proporción. Esta proporción esta basada en el tamaño
de los poros y en la capilaridad. Es una propiedad íntimamente relacionada con la higroscopicidad.
• PERMEABILIDAD AL SONIDO, o conductibilidad del sonido. La conductibilidad en los materiales se basa
primordialmente en su compacidad. Cuanto más compacto es un material, mayor será la conductibilidad; luego, los
materiales porosos son buenos aislantes del sonido y de todo
ruido en general.
Los materiales aislantes no son todos iguales, pues según su
forma de comercialización, capacidad de carga, comportamiento
ante el fuego, la humedad, el agua, coeficiente de conductividad,
etc., son aplicables en diferentes situaciones constructivas. Es
por ello que, por razones de mejor comprensión, se han dividido
a los mismos en tres grandes grupos:
• PARA AISLAMIENTO TÉRMICO: en general materiales
livianos de muy baja capacidad de respuesta para conducir el
calor y que están caracterizados por un bajo coeficiente de
conductividad térmica, es decir térmicamente, malos
conductores (Cuadro 1).
• PARA AISLAMIENTO HIDRÓFUGO: evitan el paso del agua
Cuadro 1: clasificación de materiales aislantes térmicos
en la manera en que esta se presente en la construcción
(Cuadro 2).
• PARA AISLAMIENTO ACÚSTICO: impiden que los sonidos
generados dentro de los recintos trasciendan hacia el exterior
y, recíprocamente, que los ruidos externos se perciban desde
su interior (Cuadro 3).
Discusión de Resultados
Cuadro 2: clasificación de aislaciones hidráulicas
La industria de la construcción posee una dinámica propia,
renovándose y actualizándose permanentemente por lo que,
dada la cantidad y variedad de materiales, y a manera de una
lectura más simple, se sistematizó la información mediante la
confección una base de datos de los diferentes productos
aislantes mas relevantes obtenidos en el mercado nacional y
regional, en función de las siguientes variables:
_ Denominación: marca de comercialización
_ Composición del producto
_ Forma de presentación en el mercado
_ Características técnicas
_ Aplicación en la construcción.
Dado que el objetivo de esta investigación no es un mero
estudio de los materiales aislantes y sus características, sino
también su aplicación, en la segunda etapa del trabajo
(denominada operativa) se focalizó la investigación en ejemplos
de la región NEA, mediante el seguimiento de obras de
tipologías de edificios que actualmente se encuentren en
construcción, y entrevistas a arquitectos que en ellas intervienen,
y también en la definición de unidades de análisis más
Cuadro 3: clasificación de materiales aislantes acústicos, en
difundidas en Corrientes y Resistencia y la verificación del
función de su uso en la construcción.
Resumen: T-078
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDEST E
Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2006
comportamiento higrotérmico de la envolvente vertical de los
mismos.
Se ha observado que, en la construcción actual de edificios de
estas ciudades, los tipos de cerramientos verticales y materiales
empleados como aislantes más difundidos son los siguientes:
• En la mayoría de los casos las paredes exteriores están
Figura 1: Cerramiento exterior de
construidos de ladrillos cerámicos huecos revocados interior
ladrillos huecos.
Capas: (del exterior al interior)
y exteriormente, siendo la exterior una capa hidrófuga (figura
1); o bien se reemplazan los ladrillos cerámicos huecos por -Revoque hidrófugo-Ladrillos huecos
macizos (figura 2), en algunos casos de 0,20 m de espesor y en (e=0.18m) -Revoque a la cal interior.
otros de 0.15 seguido en el lado interior de una capa lana de
vidrio y placas de yeso-cartón sobre estructura metálica y en
el exterior de revoque hidrófugo.
• Otra variante, utilizada con menor frecuencia, es la de
Figura 2: Cerramiento exterior de
mampostería de 0,20 m de espesor de ladrillos macizos sin el
ladrillos macizos
uso de ladrillos de 0,20 m sino 0,12 m-0,15 m empleando
Capas: (del exterior al interior)
-Revoque hidrófugo-Ladrillos
traba tradicional (figura 3) y revocado en ambas caras o
dejando el ladrillo a la vista en la cara externa y revocando el comunes (e=0.20m o 0.15m) -revoque
grueso fratazado.
interior.
La envolvente perimetral de la edificación arquitectónica cumple
funciones de impermeabilización integral ante factores externos:
temperatura, humedad, viento, ruidos, etc., para así reducir el
Figura 3: Cerramiento exterior de
consumo energético de la edificación y además generar las
ladrillos macizos
condiciones ambientales internas adecuadas que garanticen la
Capas: (del exterior al interior)
calidad de vida continua de los usuarios. Estas variantes
-Revoque hidrófugo-Ladrillos
constructivas de envolvente de edificios en altura regionales, comunes (e=0.20m) -Revoque a la cal
interior.
surge como consecuencia de la utilización de sistemas
estructurales (como lo son las estructuras de Hº Aº) que
posibilitan la reducción los espesores de los elementos de cerramientos perimetrales, pues ya dejan de ser portantes de
cargas (antiguamente fueron grandes muros portantes de volumen considerado y, por lo tanto, de una capacidad de
resistencia higrotérmica y acústica muy diferente a las de las actuales soluciones. La envolvente vertical adquiere una
función de simple cerramiento para lo cual se emplean materiales como ladrillo macizo, bloques de ladrillos cerámicos
huecos o, en menor grado, bloques de hormigón.
Por lo tanto, el aislamiento de la envolvente vertical se ve reducido solo al material utilizado como cerramiento, lo cual
no constituye un sistema integral en el que se conjugan factores tecnológicos-constructivos y económicos, con las
necesidades de habitabilidad de los espacios, es decir, condiciones que hagan agradable un espacio. Como
consecuencia de esto, será necesario un posterior incremento de la capacidad aislante de los cerramientos, recurriendo a
soluciones “agregadas” (adición de cerramientos paralelos a los construidos generando cámaras de aire, aplicación
de placas acompañadas de lana de vidrio o poliestireno expandido, entre otras soluciones relevadas en el medio) que
no son fruto de un diseño integral concebido desde un principio, y por lo tanto, no resuelven el problema en su totalidad
porque lo que funcionan de manera independiente con el resto de los elementos constructivos del edificio, a demás de
significar costos económicos no previsto. El panorama anteriormente expuesto, no implica la necesidad de nuevas
tecnologías de materiales aislantes, sino la correcta aplicación y utilización de aquellos materiales existentes en el
mercado de la construcción regional, los cuales presentan alternativas eficientes dadas sus propiedades aislantes si se los
emplea desde una óptica de funcionamiento general con el resto de los componentes de la envolvente exterior del
edificio. Estos resultados son el punto de partida sobre el cual se esta trabajando mediante la aplicación de normativas
vigentes (IRAM 11601/88: Acondicionamiento térmico de edificios. Propiedades térmicas de los materiales para la
construcción. Método de cálculo de la resistencia térmica total, establece los valores de las propiedades térmicas de los
materiales para la construcción y los métodos de cálculo de la resistencia térmica total de los componentes constructivos
que usualmente intervienen en los cerramientos de los locales de edificios) a fin de obtener un análisis más preciso del
comportamiento higrotérmico de la envolvente vertical de unidades prototípicas de las ciudades de Resistencia y
Corrientes. En función de dicho comportamiento, se podrán determinar pautas o recomendaciones de soluciones
diferentes a nivel tecnológico para optimizar el diseño de los componentes verticales de la envolvente, aplicando
materiales del mercado regional y verificando su funcionamiento en los ejemplos seleccionados. Estas tareas se
encuentran en etapa de ejecución.
Conclusiones
El mantenimiento de condiciones óptimas higrotémicas y termoacústicas en cualquier época del año es, sin duda,
esencial para alcanzar el nivel de confort deseado en un ambiente habitable. Sin embargo lo que en un primer momento
puede parecer un deseo fácil de alcanzar, se convierte en un problema cuando, para conseguirlo, es necesario emplear
gran cantidad de energía. El paradigma del uso irrestricto de la energía en la edificación (según los postulados del
movimiento moderno del siglo XX), ya no es sustentable ni aplicable en el siglo XXI, tanto desde el punto de vista
ambiental, como desde el punto de vista económico. Las tendencias internacionales de diseño arquitectónico y
Resumen: T-078
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDEST E
Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2006
tecnológico desde la última década del siglo XX son la de crear las condiciones adecuadas de confort higrotrérmicoacústico a partir de una solución correcta de la envolvente constructiva perimetral. Las decisiones que tome el
proyectista, por lo tanto, tienen gran impacto sobre el contexto energético-ambiental, así como también en el incremento
de la vida útil de los edificios. Para tomar fundadamente esas decisiones, se debe tener a disposición no sólo alternativas
tecnológicas válidas, sino información adecuada y objetiva sobre las mismas e instrumentos que permitan evaluarlas de
forma integral. Esto se complica más aun en nuestra región, dado que la oferta de mercado no es amplia en el sector, lo
que limita la elección y la posibilidad de acceso a información técnica de aplicación y usos de productos a emplear.
En el NEA prevalece todavía la técnica constructiva tradicional del mampuesto para las edificaciones de baja altura,
además, se hizo tradicional el uso de estructura independiente (generalmente de Hº Aº) para la edificación en altura, con
cerramiento perimetral no portante y liviano de masa. Es por esto que radica la importancia que tiene el hecho de
responder con alternativas factibles dentro de este ramo de la construcción, mediante la implementación de materiales
existentes en el mercado de la construcción regional. La elección del material aislante a ser utilizado con un fin
determinado en la construcción, debe contemplar un examen exhaustivo de una serie de factores:
• PROPIEDADES DE AISLAMIENTO necesarias: su comportamiento ante los ataques de agentes externos (humedad,
temperatura, viento fuego, etc.). Se seleccionarán en función de las características y requerimientos del propio
edificio y de sus partes;
• DURABILIDAD DE LOS PRODUCTOS EN EL TIEMPO: relacionada con la mayor o menor adaptación a efectos
de la acción del agua y el viento, a la variación de la temperatura, al uso y mantenimiento por parte de los usuarios,
etc;
• COSTOS ECONÓMICAMENTE ACEPTABLES: los gastos de envío de materiales se tornan elevados en algunos
casos, lo que implica la necesidad de soluciones mediante la implementación de materiales obtenibles y
suministrados por el mercado de la construcción del NEA que ofrece otras alternativas para la ejecución de
cerramientos sin que ello suponga necesariamente un incremento económico final.;
• EFECTOS SOBRE EL MEDIOAMBIENTE: en la construcción, es posible la reducción del consumo energético
general con el uso adecuado de algunos materiales, especialmente de origen natural, cuyos costos de producción,
uso y mantenimiento son adecuados, no son tóxicos al medio ambiente, brindan beneficios ecológicos su fomento de
uso y explotación (implantación de bosques) y son reutilizables;
• CUMPLIMIENTO DE LA NORMATIVA TÉCNICA VIGENTE: verificaciones de eficacia y eficiencia del
funcionamiento y aplicación de materiales;
• IDONEIDAD DE LA INFORMACIÓN sobre los efectos conocidos y potenciales para la salud: no es menos
importante este aspecto ya que existen materiales aislantes conocidos y utilizados actualmente (como es el caso de la
lana o fibra de vidrio) que, con exposiciones prolongadas, producen daños en la salud si no se toman los recaudos
necesarios para su aplicación.
Bibliografía
ALÍAS, H. M. & JACOBO, G. J. (1998). Adecuación de Muros de Cerramiento a Nueva Normativa de Transmitancia.
Tipologías de Mejor Performance según Categorías de Construcción en el NEA. Facultad de Arquitectura y
Urbanismo-UNNE. Informe Final Beca Secretaría General de Ciencia y Técnica. Universidad Nacional del Nordeste.
Resistencia, Chaco, Argentina.
ALÍAS, H. M. & JACOBO, G. J. (2004). Situación higrotérmica, energética y ambiental de la construcción
arquitectónica en la Región Nordeste de Argentina. MOGLIA Ediciones SRL, Corrientes, Argentina. ISBN Nº 987-437744-5.
ALÍAS, H. M. & JACOBO, G. J. & PILAR DE ZALAZAR, C. A. (2000). Calidad Térmica Edilicia: Algunos factores
constitutivos, condicionantes y determinantes del problema higrotérmico en las construcciones. Publicación didáctica a
cátedra “Construcciones II” de la Facultad de Arquitectura y Urbanismo-UNNE. Resistencia, Chaco, Argentina.
BOUTET, M. L. & JACOBO, G. J. (2004) El Vidrio en la Construcción y su Aplicación en Equipamientos Urbanos de
Interés Social en la Región N.E.A., según Principios de Arquitectura Bioclimática. Publicación didáctica cátedra
“Estructuras II” de la Facultad de Arquitectura y Urbanismo-UNNE. Resistencia, Chaco. Argentina.
CELANO, J. A. (2002), El Hábitat Humano en el NEA - Una perspectiva de solución desde la óptica tecnológica: Uso
de la madera en sistemas constructivos. Ediciones Moglia SRL, Corrientes, Argentina. ISBN N° 987-43-4556-X.
INSTITUTO ARGENTINO DE RACIONALIZACIÓN DE MATERIALES (IRAM). Norma 11601/88:
Acondicionamiento Térmico de Edificios. Propiedades Térmicas de los materiales para la construcción. Método de
cálculo de la resistencia térmica total. Buenos Aires, Argentina.
JACOBO, G. J. (2001), El confort en los espacios arquitectónicos de la Región NEA. Ediciones Moglia SRL,
Corrientes, Argentina. ISBN N° 987-43-4155-6.
JACOBO, G. J. (2003), Hábitat humano, medio ambiente y energía. Análisis de consumo energético con valoración
ecológico-toxicológica de rubros constructivos para obras de arquitectura en el Nordeste de Argentina - Ediciones
Moglia SRL, Corrientes, Argentina, ISBN Nº 987-43-6784-9.
JACOBO, G. J. (2004), Arquitectura del Siglo XX para el Siglo XXI. MOGLIA Ediciones SRL, Corrientes, Argentina.
ISBN Nº 987-43-8689-4.
PASMAN, M. F. (1973), Materiales de Construcción. 4º edición. Cesarini hermanos editores. Buenos Aires, Argentina.