Untitled - Pontificia Universidad Católica de Chile

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PROPIEDADES DE HORMIGONES ELABORADOS
CON DISTINTO CONTENIDO DE POLVO GRANÍTICO
AUTORES: V.L. Bonavetti
Departamento de Ingeniería Civil - Facultad de Ingeniería
Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires – Argentina
O.A. Cabrera
Departamento de Ingeniería Civil - Facultad de Ingeniería
Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires – Argentina
E.F. Irassar
Departamento de Ingeniería Civil - Facultad de Ingeniería
Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires – Argentina
[email protected]
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RESUMEN
La arena granítica triturada presenta un el elevado contenido de polvo
(material < a 75 µm) y una forma angular y textura rugosa. Estas
características requieren de un incremento en el consumo de agua o de
pasta para alcanzar una determinada trabajabilidad en el hormigón, las
cuales producen una disminución en sus propiedades mecánicas y
durables. Aún así, la falta de disponibilidad de agregados que cumplan
con la normativa vigente, y las regulaciones que tienden al cuidado del
medio ambiente, ha extendido el uso de estos agregados considerados
marginales.
En este trabajo se estudia la influencia del contenido de polvo de piedra
(0 a 20 %) en hormigones elaborados con arena granítica triturada. Las
propiedades que se evalúan son: consistencia, exudación, resistencia a
compresión, módulo de elasticidad, absorción de agua y grado de
hidratación. Los resultados obtenidos permiten concluir que el empleo de
hasta 20 % de polvo de piedra en la arena granítica triturada en la
elaboración del hormigón, con un óptimo factor de empaque de los
agregados no modifica la consistencia y disminuye la capacidad y
velocidad de exudación. Como consecuencia de esto la absorción de
agua, la resistencia y el grado de hidratación se incrementa con el
aumento en el contenido de polvo en la arena.
Palabras claves: Hormigón, polvo de piedra granítico, arena de
trituración.
ABSTRACT
Crushed granitic sand presents high stone dust content (material <
75µm), an angular shape and a rough surface texture. These
characteristics of sand produces an increase of water or paste demand to
obtain a determined workability of concrete mixture, leading to reduce
their mechanical properties and durability. However, the lack of good
aggregate sources that meets with currently standard and the country
regulations for save the environment have extended the use of this
marginal aggregates.
In this paper, the influence of stone dust (0 to 20% ) content in granitic
crushed sand on the properties of freshly and hardened concrete are
studied. Obtained results can conclude that the use of granitic crushed
sand with 20% of stone dust for made concrete does not change its
consistency, and decreases the capacity and velocity of bleeding when
the mixtures are formulated with an optimum packing factor of
aggregates. For hardened concrete, the absorption decreases and the
compressive strength and the hydration degree increase when increasing
the stone dust in crushed sand.
Keyword: Concrete, stone dust granite, sand crushed.
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INTRODUCCIÓN
Los agregados frecuentemente contienen
sustancias que son consideradas como
contaminantes. Dentro de este espectro se
encuentran las impurezas inorgánicas tales
como, mica, materia orgánica, y polvo de
piedra, y las partículas inestables que no
mantiene su integridad (arcillas, carbón,
madera) o bien causan expansiones
destructivas (ópalo, calcedonia, tridimita,
pirita de hierro, marcasita) en el hormigón
cuando están expuestas a congelación o en
contacto con el agua (1). En mayor o menor
medida todas estas sustancias afectan
desfavorablemente las propiedades en
estado fresco y endurecido del hormigón.
En las arenas provenientes de la trituración
de rocas, el material fino o polvo (< 75 µm)
tiene la misma mineralogía de la roca de
origen y su contenido, generalmente excede
los
límites
permitidos
por
las
especificaciones.
Bajo
determinadas
condiciones, existen evidencias que este
material mejora algunas de características
del hormigón (2-3). El polvo, en estado fresco
puede aumentar el consumo de agua de la
mezcla y disminuir la capacidad y velocidad
de exudación y el contenido de aire atrapado;
dependiendo del módulo de finura de la
arena y el contenido unitario de cemento
empleado (4-6). En estado endurecido,
puede aumentar la resistencia de las mezclas
con bajo contenido de cemento (1-5), la
contracción por secado (6-8) y disminuir la
durabilidad frente al congelamiento y
deshielo (2) y la resistencia a la abrasión (9).
El contenido de polvo, está limitado por las
normas, en función de su influencia sobre el
consumo de agua. Para elementos
estructurales no expuestos a desgaste las
normas IRAM 1512 y ASTM C 33 permiten
hasta 7 % de polvo, en tanto que la norma
BS 882 propone un límite del 15 %. El
estricto cumplimiento de las normas, requiere
que estos materiales sean removidos de las
arenas por lavado, con un considerable
aumento del gasto energético y un
incremento de desechos que ocasionan
serios problemas de polución (2-5).
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El uso de arena de trituración como único
agregado fino en el hormigón está
expresamente prohibido por el Reglamento
CIRSOC 201 (10) del año 2000 (actualmente
en discusión). Además, los reglamentos
anteriores limitaban el consumo de agua del
3
hormigón a no más de 200 kg/m , de este
modo antes de la aparición en el mercado de
los aditivos reductores de agua, el empleo de
la arena de trituración como único agregado
fino no era posible. Por otra parte, los
métodos de dosificación habitualmente
utilizados, no contemplan el uso de este
material (11); aún cuando se trate de en
obras de pequeña envergadura; y/o bajo
condiciones de exposición moderadas a
leves; es decir, sin efectos de congelación y
deshielo, en contacto con aguas y suelos con
tenores despreciables de sulfatos y cloruros,
etc. Por el contrario, el método de
dosificación británico BS 1986, (Building
Code
Requeriments
for
Reinforced
Concrete), discrimina los contenidos de agua
para el empleo de arenas naturales y de
trituración (12).
La marginalidad de las arenas de trituración
no sólo está dada por el alto contenido de
polvo, sino también por su forma y textura
superficial. La forma de las partículas de
arena triturada, depende de la mineralogía de
la roca madre, del tipo de trituradora y de la
relación entre los tamaños de entrada y
salida del material en la trituradora (13),
mientras que su textura superficial depende
de la dureza, el tamaño de grano y la
porosidad de la roca original (12).
La influencia del polvo en las propiedades del
hormigón en estado fresco y endurecido, no
puede ser considerada independiente de la
forma de las partículas de la arena. Al
cambiar la forma y la textura superficial de
redondeada y lisa a angular y rugosa o
cristalina se produce un incremento en el
contenido de vacíos en estado suelto del
orden de 35 (arena de río) a 43 % (arena
triutrada) (14), por lo cual es necesario
incrementar en un 30 % aproximadamente el
volumen de pasta para asegurar una
determinada
trabajabilidad
(15).
Consecuentemente, el polvo incorporado en
la pasta de cemento puede actuar como
lubricante, separando las partículas de
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físicas de los agregados utilizados se
muestran en la Tabla 1.
El polvo granítico empleado corresponde al
material fino (< 75µm) que se produce
durante la elaboración de los agregados de
trituración. Fue obtenido por tamizado de la
arena y está básicamente compuesto por
ortoclasa, cuarzo, biotita y muscovita (figura
1). Además, de acuerdo al difractograma de
la figura 1 y al índice de plasticidad de 2.2
(Tabla 2), el polvo no poseía materiales
arcillosos. El diámetro característico de sus
partículas y su factor de empaque fueron
0.04 mm y 0.34, respectivamente.
agregados y disminuyendo la fricción
mecánica.
Por lo expuesto, el contenido de vacíos
aumenta con la aspereza y angularidad de
las partículas debido al roce y a la trabazón
de las mismas, es decir que el
empaquetamiento del conjunto granular
disminuye.
Una
forma
de
expresar
indirectamente estas propiedades físicas del
agregado sumada a su distribución
granulométrica es el factor de empaque, el
cual queda definido por la relación entre el
peso por unidad de volumen y la densidad
del agregado. El empleo de combinaciones
de agregados que produzcan un factor de
empaque cercano al máximo permitirá
obtener una mezcla con un contenido de
pasta mínimo, permitiendo reducir el
contenido de cemento, hormigones más
económicos,
con
mayor
estabilidad
volumétrica y un menor calor de hidratación.
Por lo tanto, con agregados con forma y
textura tan desfavorables, como son las
arenas de trituración, el concepto de
empaque es una herramienta útil para
optimizar la combinación de los agregados
(16).
El objetivo del presente trabajo es
racionalizar el empleo de arena de trituración
con hasta 20 % de polvo, a partir del correcto
diseño de la mezcla, contemplando la
optimización del esqueleto granular y
analizando
su
influencia
sobre
las
propiedades en estado fresco y endurecido
del hormigón.
MATERIALES
ENSAYO
Y
METODOLOGÍAS
Diseño de la mezcla: El diseño de la mezcla
se realizó teniendo en cuenta el factor de
empaque de la mezcla de arena, polvo y
piedra 6-20. Para ello, se empleó el modelo
de Toufar Modificado el cual proporciona una
buena estimación del factor de empaque
para la mezcla de dos y tres agregados (17).
La figura 2 muestra la variación del factor de
empaque de los agregados empleados en
este trabajo. Los contenidos óptimos de
materiales granulares para producir el
máximo factor de empaque (0.74) varían
entre
5 a 10 % de polvo, 30 a 35 % de
arena y 55 a 60 % de piedra. Para la
elaboración del hormigón se adoptaron los
siguientes contenidos: 8 % de polvo, 32 % de
arena y 60 % de piedra, lo que representó
una relación agregado fino + polvo/agregado
total de 0.40 y un contenido de polvo en la
arena de 20 % (relación polvo/agregado fino
de 0.2). A pesar de esto, el contenido de
pasta del hormigón debe ser superior al
contenido de vacíos correspondiente al
máximo
empaque
para
alcanzar
la
trabajabilidad especificada (18), este exceso
de pasta (overfill) fue de 7 %.
DE
Materiales: El aglomerante empleado en
este trabajo fue un cemento portland normal
(IRAM 50000) con una superficie específica
2
Blaine de 312 m /kg y una clase resistente
CP40 (f´c > 40 MPa a 28 días ensayados
sobre prismas de morteros ISO-RILEM).
Como agregado fino se utilizó una arena
triturada granítica (migmatita), la cual fue
lavada a fin de eliminar totalmente el polvo,
con módulo de finura de 2.86. Como
agregado grueso se empleó una piedra
partida granítica, con tamaño máximo de 19
mm. Las granulometrías de los agregados se
encuentran comprendida dentro de los límites
de la norma IRAM 1627. Las propiedades
Con las proporciones de agregados
adoptadas se realizó la dosificación del
hormigón (H20) de manera de obtener una
consistencia dentro del rango plástico
(asentamiento: 50 a 100 mm). El resto de los
hormigones estudiados se seleccionaron
modificando sólo el contenido de polvo a las
máximas cantidades permitidas por el
Reglamento CIRSOC 201 (H5) y la norma BS
882 (H15). Además se dosificaron dos
mezclas adicionales, una con un contenido
intermedio de polvo (H10) y la otra con arena
lavada (H0).
(
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Tabla 1
Granulometrías y propiedades físicas de los agregados.
ARENA TRITURADA LAVADA
PIEDRA PARTIDA 6-20 MM
Tamiz, mm
Pasa acumulado, %
Tamiz, mm
Pasa acumulado, %
4.75
2.36
1.18
0.60
0.30
0.15
Módulo de finura
Densidad
P.U.V. suelto, kg/m3
% Vacíos (suelto)
Diámetro característico, mm
Factor de empaque
100
92
58
37
20
7
2.86
2.64
1465
42.8
1.35
0.56
25.0
19.0
12.7
9.5
4.75
2.36
Módulo de finura
Densidad
P.U.V. suelto, kg/m3
% Vacíos (suelto)
Diámetro característico, mm
Factor de empaque
100
100
35
20
0
0
6.80
2.63
1541
45.1
18.0
0.59
Figura 1:
Difractograma del polvo de roca.
Figura 2:
Variación del factor de empaque.
+
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Tabla 2
Propiedades físicas del polvo.
CARACTERÍSTICA
Densidad
P.U.V. suelto, kg/m3
% Vacíos (suelto)
Límite líquido, %
Límite plástico, %
Indice de plasticidad
Superficie específica Blaine, m2/kg
sulfoaluminato de calcio hidratado y del
aluminato hexagonal hidratado, si bien estos
compuestos no están considerados dentro
del
modelo
de
Powers
producen
modificaciones en los contenidos de agua
que se evalúan. En consecuencia, y a los
efectos de aplicar este modelo de
hidratación, el agua presente en la pasta de
cemento se puede clasificar en agua
evaporable
y
agua
no
evaporable,
considerando que dentro de ésta última se
encuentra casi toda el agua químicamente
combinada (12). La del agua no evaporable
se utilizó como estimador del progreso de la
reacción de hidratación del cemento portland.
El grado de hidratación ( ) se calculó como
= wn/0.24, donde 0.24 es la cantidad de
agua no evaporable que requiere el cemento
empleado para lograr una hidratación total
(20).
POLVO
2.64
910
65.6
22.2
20.0
2.2
457
El contenido de cemento empleado en la
elaboración de los hormigones fue de 350
3
kg/m y la relación agua-cemento fue de 0.59
permitió en todos los casos obtener la
consistencia establecida. También se realizó
otra serie de hormigón (H0p, H10p H20p) con
aditivo reductor de agua (aditivo plastificante)
3
con contenido de cemento de 360 kg/m y
relación agua-cemento de 0.53. El detalle de
las proporciones de los hormigones se
muestra en la Tabla 3.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Ensayos realizados: La evaluación del
asentamiento y de la exudación se realizó de
acuerdo a las normas IRAM 1536 y 1604,
respectivamente.
La
resistencia
a
compresión, el módulo de elasticidad y la
absorción de agua se determinó en probetas
de probetas cilíndricas (15 x 30 cm) según
las normas IRAM 1546, ASTM C 469 y C
642.
Hormigones en estado fresco: Los
hormigones H0 y H5 resultaron ásperos,
pedregosos, poco cohesivos y con baja
capacidad de retención de agua. Sin
embargo, todas estas propiedades mejoraron
sensiblemente a medida que se incrementó
el contenido de polvo (H10, H15 y H20). El
empleo
de
una
relación
agregado
fino/agregado total y polvo/agregado fino
determinadas a través del factor de empaque
no produce un incremento en la demanda de
agua para alcanzar una determinada
consistencia, pues con la incorporación de
hasta 20 % de polvo el asentamiento se
mantuvo en 85 ± 15 mm (Tabla 4).
Adicionalmente, el empleo de un aditivo
reductor de agua permite una reducción de la
relación agua-cemento de 0.59 a 0.53 y
mantener el asentamiento dentro del mismo
rango.
El curado se realizó en agua saturada con cal
a 21 ± 2 ºC y las edades de ensayos fueron
7, 28, 90 y 180 días. Los resultados
informados corresponden al promedio de tres
determinaciones.
La cantidad de agua no evaporable (wn) se
determinó de acuerdo al procedimiento
propuesto por Powers (19). En la práctica, se
realiza una división arbitraria del agua
contenida en la pasta de cemento hidratada
considerando que el agua evaporable es el
agua libre que se pierde cuando la pasta es
secada a una temperatura de 105 ºC, y el
agua no evaporable es el agua combinada en
los productos de hidratación y se pierde
cuando se calcina a 1000 ºC. Pero, el agua
evaporable también contiene parte del agua
estructural
(agua
combinada)
del
Por otra parte, la exudación del hormigón
está influenciada por las proporciones de las
mezclas y las características de los
materiales, el contenido de aire, las adiciones
y los aditivos químicos y particularmente por
la angularidad y granulometría de la arena
(11).
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Tabla 3
Proporciones de los materiales estudiados
Materiales, kg/m3
Mezcla
Agua
Cemento
Arena
Polvo
Piedra
H0
205
350
715
0
1080
H5
205
350
679
36
1080
H10
205
350
644
71
1080
H15
205
350
608
107
1080
H20
205
350
572
142
1080
H0p
190
360
712
71
1080
H10p
190
360
641
107
1080
H20p
190
360
570
142
1080
(*) Aditivo reductor de agua en porcentaje del peso de cemento.
Aditivo (*)
Material menor a
300 µm, kg/m3
Factor de
empaque
---------0.2
0.2
0.2
493
522
550
579
606
502
559
616
0.70
0.72
0.73
0.74
0.74
0.70
0.73
0.74
Tabla 4
Propiedades en estado fresco de los hormigones
Mezcla
H0
H5
H10
H15
H20
H0p
H10p
H20p
Asentamiento, mm
80
100
100
95
75
100
80
70
Exudación
Capacidad, %
19.2
13.2
9.1
6.2
4.3
14.6
8.4
4.0
En consecuencia, una cantidad mínima de
finos debe incorporarse al hormigón para
disminuir los efectos nocivos que produce la
exudación. El reglamento CIRSOC 201
establece que para hormigones con tamaño
máximo de 19 mm, la cantidad de materiales
menores a 300 µm debe ser como mínimo
3
440 kg/m . Todos los hormigones estudiados
cumplen con esta condición (Tabla 3), pero
aún así los hormigones H0 y H5 presentaron
elevada capacidad y velocidad de exudación
-6
(Tabla 4), superando el límite de 100 10
3
2
cm /cm s establecido para alcanzar una
exudación canalizada (21).
Velocidad, cm3/cm2 s
170 10-6
178 10-6
57 10-6
25 10-6
21 10-6
150 10-6
18 10-6
5 10-6
Tipo
Canalizada
Canalizada
Uniforme
Uniforme
Uniforme
Canalizada
Uniforme
Uniforme
presentando una elevada capacidad (14.6 %)
-6
3
2
y velocidad de exudación (150 10 cm /cm
s), que ocasiono que la misma sea
canalizada. En resumen, para disminuir este
parámetro y evitar sus efectos perjudiciales
sobre las propiedades en estado endurecido
no es necesario lavar la arena (22), si el
contenido de polvo se mantiene entre 10 y 20
%.
En trabajos efectuados sobre elementos
estructurales de 2 m de altura, una capacidad
de exudación del orden del 8 % ha resultado
peligrosa, pues produce una disminución de
resistencia entre las zonas superior e inferior,
cercana al 30 % (23). En el presente trabajo,
sólo las mezclas con un contenido de polvo
entre el 15 y 20 % registraron valores de
capacidades menores al 8 %.
Por el contrario la capacidad y la velocidad
de exudación registradas en los hormigones
H10, H15 y H20 fueron considerablemente
menores, provocando que la exudación sea
uniforme. Estos hormigones presentaron una
capacidad de exudación entre 2 y 5 veces
menores que la correspondiente al hormigón
H 0.
De acuerdo al análisis anterior, el empleo en
hormigones de arenas graníticas trituradas
lavadas, o con porcentajes de polvo dentro
de los límites establecidos por la norma
IRAM 1512, presentan una alta exudación
canalizada, acompañada de una menor
cohesión de la mezcla. Estas características,
van afectar tanto la resistencia como la
durabilidad de los elementos estructurales.
Adicionalmente, la reducción en el consumo
3
de agua (205 a 190 kg/m ) con el empleo de
un aditivo reductor de agua permitió diminuir
la exudación de los hormigones con polvo,
pero aún así la muestra H0p continuó
-
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Resistencia a compresión: La figura 3a
muestra la evolución de la resistencia a
compresión de los hormigones con contenido
variable de polvo y relación agua-cemento de
0.59. En la misma puede observarse que a
medida que se incrementa el contenido de
polvo en el hormigón la resistencia aumenta.
El mayor incremento con respecto al
hormigón H0 se produce a los 7 días,
alcanzando valores de 17 a 41 %. A partir de
esta edad la ganancia de resistencia
comienza a disminuir siendo a los 180 días
entre 4 y 17 % mayor que la registrada por
el hormigón H0. Una situación similar
presentaron hormigones realizados con la
incorporación de un aditivo reductor de agua,
presentando incrementos de 15 a 25 %, y de
6 a 10 %, a 7 y 180 días, respectivamente
(Figura 3b).
algo conservadores para estimar el módulo
de elasticidad de estos hormigones. En tanto
que la mejor aproximación la establece los
reglamentos CEB y CIRSOC 201.
Absorción de agua: La evolución de la
absorción de agua de la serie con relación
agua-cemento de 0.59 se informa en la figura
5. A medida que se incrementa el contenido
de polvo presente en el hormigón la
absorción de agua disminuye. A partir de los
28 días los hormigones con más de 10 % de
polvo presentan una absorción de 30 a 35 %
menor que la correspondiente al hormigón
H0, en tanto que en el hormigón H5 esta
reducción alcanzó solamente al 10 a 16 %.
Grado de hidratación: La evolución del
grado de hidratación relativo al hormigón sin
polvo (H0) y relación agua-cemento de 0.59
se muestra en la figura 6. En la misma puede
observarse
que
este
parámetro
se
incrementa cuando aumenta el contenido de
polvo en la arena y que el máximo
incremento se produce en las primeras
edades (hasta los 7 días) registrando valores
de 10 a 38 % mayores que el
correspondiente al hormigón H0.
Módulo de elasticidad: La relación existente
entre la resistencia característica y el módulo
de elasticidad de las dos series de hormigón
se muestra en la figura 4. Sobre ella se han
superpuesto las curvas de predicción
establecidas por los reglamentos CIRSOC y
CEB, la recomendación ACI 318 (Building
Code Requirements for reinforced Concrete)
y por el Código BS 8110 (Code of Practice for
Design and Construction).
Resultados similares fueron obtenidos en
estudios realizados sobre morteros de
cemento
portland
(ISO-RILEM)
con
reemplazo parcial de arena silícea por polvo
de piedra granítico. El aumento en el grado
de hidratación del cemento fue de hasta 20
% respecto al mortero de control (7). Por su
parte, Soroka and Setter (24), arribaron a
conclusiones similares empleando en la
elaboración de los morteros polvos de origen
basáltico, dolomítico y calcáreo.
La
resistencia
característica
de
los
hormigones se estimó suponiendo un buen
grado de control en la elaboración del
hormigón. En la misma puede observarse
que la rigidez obtenida por los hormigones
con polvo de piedra es similar a la registrada
por el hormigón H0 y H0p. Además, tanto la
recomendación ACI 318 como la norma BS
8110,
ésta
última
para
resistencias
características superiores a 30 MPa, resultan
*
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a) Relación agua-cemento: 0.59
Figura 3:
Resistencia a compresión de los hormigones.
Figura 4
Relación entre la resistencia característica y el módulo
de elasticidad de ambas series de hormigones.
b) Relación agua-cemento: 0.53
Figura 5
Absorción de agua de los hormigones con contenido
variable de polvo y relación agua-cemento de 0.59.
RELACIÓN ENTRE LA RESISTENCIA, LA
ABSORCIÓN
Y
EL
GRADO
DE
HIDRATACIÓN
Este comportamiento puede justificarse por
medio del efecto físico que el polvo de piedra
produce, pues el mismo mejora el
empaquetamiento del cemento y dispersa
sus granos acelerando su velocidad de
hidratación. El efecto de dispersión se
atribuye a la ubicación del polvo entre los
granos de cemento aumentando el área de
contacto grano de clinker-agua que posibilita
un aumento en la velocidad de hidratación
inicial.
De acuerdo a Powers [19], la resistencia a
compresión de una pasta de cemento, está
relacionada con la relación gel-espacio, la
cual depende del grado de hidratación y de la
relación agua-cemento, pues este parámetro
relaciona el volumen de productos de
.
%
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hidratación con el espacio disponible para
alojar los mismos.
En la figura 7 se muestra la variación de la
resistencia con respecto a la relación gelespacio. En la misma se puede observar que
con la misma relación gel-espacio, los
hormigones con polvo poseeuna resistencia
mayor
que
el
hormigón
H 0.
Este
comportamiento se puede explicar a partir de
varios factores. En principio, los hormigones
con
polvo
presentaron
un
mejor
empaquetamiento del cemento y un mayor
factor de empaque de su esqueleto granular,
con una disminución de la capacidad y
velocidad de exudación y de la absorción de
agua, todos estas variables provocaron un
incremento de la resistencia que la relación
gel-espacio no puede valorar.
Figura 6
Evolución del grado de hidratación relativo de los
hormigones con relación agua-cemento de 0.59.
Eficiencia del cemento: Otra forma de
evaluar el efecto del polvo de piedra presente
en la arena de trituración sobre la resistencia,
es a través del factor de eficiencia del
cemento, definido como la relación entre la
resistencia a compresión y el contenido de
cemento empleado en la elaboración del
hormigón (Tabla 5). En los hormigones con
relación agua-cemento de 0.59, a los 7 días,
la presencia de polvo incrementa este
rendimiento hasta en un 41 %, en tanto que a
28 días (edad de diseño de la mayor parte de
los hormigones estructurales) este aumento
alcanza a ser de hasta 30 %, a edades más
avanzadas las diferencias se reducen aún
más y a 180 días el hormigón H20 tiene una
eficiencia 13 % mayor que el hormigón H0.
En consecuencia, este parámetro no puede
justificar por completo el comportamiento
fundamentalmente de las muestras H0 y H5,
pues el mismo establece la porosidad de la
pasta en función del grado de hidratación y la
relación agua/cemento, pero no considera el
aumento de la porosidad del hormigón
debido a la exudación canalizada que
presentaron estos hormigones.
Por este motivo, si se analiza la relación
existente entre la resistencia a compresión y
la absorción de agua (figura 8), pueden
identificarse claramente diferenciados la
tendencia de esta relación correspondiente al
hormigón H0 y la tendencia de las muestras
con más de 10 % de polvo.
Figura 7
Relación gel-espacio en función de la resistencia a
compresión de los hormigones con relación aguacemento de 0.59.
Figura 8
Relación entre la resistencia a compresión y la
absorción de agua de los hormigones con relación
agua-cemento de 0.59.
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%
.
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, , " ' -$-)-.&+
&' ' ()' *)&+
Tabla 5
Eficiencia del cemento en los hormigones, en
MPa/kg de cemento.
Edad, días
Muestra
7
28
90
180
H0
0.053
0.077
0.094
0.099
H5
0.062
0.084
0.099
0.104
H10
0.067
0.093
0.105
0.108
H15
0.074
0.096
0.106
0.109
H20
0.075
0.100
0.110
0.113
H0p
0.057
0.091
0.101
0.108
H10p
0.072
0.101
0.111
0.116
H20p
0.077
0.103
0.114
0.118
polvo presente en la arena dado por la norma
BS (15 %) resulta mucho más adecuado
desde el punto de vista de estos parámetros.
La incorporación de materiales menores a 75
µm (no plásticos) produce un considerable
incremento del grado de hidratación en las
primeras edades debido al efecto filler, en
tanto que a edades más avanzadas su
influencia es menor.
Por último, el comportamiento de los
hormigones estudiados, tanto en estado
fresco como en estado endurecido,
demuestra la posibilidad de usar de arenas
graníticas sin lavar. Esta conclusión implica
un importante ahorro en los costos de
producción de la arena y aumenta la
posibilidad de su utilización.
Similar comportamiento registra la eficiencia
del cemento en la serie con relación
agua-cemento de 0.53, sin embargo en este
caso los incrementos registrados resultan
algo menores. Este efecto es más acentuado
a los 28 días, pues con el empleo de 20 % de
polvo en la arena la eficiencia resulta sólo 14
% mayor a la obtenida por el hormigón H0P,
esto puede ser debido a la mejor calidad que
presentó este hormigón.
AGRADECIMIENTOS
Los
autores
desean
agradecer
el
financiamiento otorgado por la Secretaría de
Ciencia y Tecnología de la Universidad
Nacional del Centro de la Provincia de
Buenos Aires.
REFERENCIAS
Por último, la evolución de la eficiencia del
cemento también puede ser explicada en
parte por el efecto filler que produce el polvo
de piedra, aumentando el grado de
hidratación inicial del cemento portland. Con
el transcurso del tiempo y con el desarrollo
de la hidratación del cemento en el H0 estas
diferencias tienden a reducirse.
1.- U. S. Dep. of the Interior - Bureau of
Reclamation.
Concrete
manual.
Governmente
Printing
Office.
Washington. 54, 1979.
2.- V.M.
Malhotra,
G.G.
Garette.
Performance of concrete incorporating
limestone dust as partial replacement for
sand. ACI Journal. 82, (3), 363-371,
1985.
CONCLUSIONES
Frente a agregados con formas y texturas
desfavorables, el empleo del factor de
empaque óptimo para diseñar el hormigón
constituye una herramienta adecuada que
permite el empleo de dosificaciones
racionales con adecuadas propiedades en
estado fresco y endurecido.
3.- C.J. Mendoza, M. Mena Ferrer.
Influencia de los agregados en los
concretos estructurales del D.F. IMCYC.
XXV, (192), 9-20, 1987.
4.- S. Popovics. Concrete - Making
Materials. Hemisphere Pub. Corp.,
Washington. 208-210, 1979.
El empleo de arenas de trituración con un
contenido de polvo de 5 % (normas IRAM y
ASTM), produce hormigones con una
elevada capacidad y velocidad de exudación
y absorción de agua, lo que provoca una
disminución de la resistencia. El límite de
5.- I.V. Kalcheff. Portland cement concrete
with stone sand. Special Engineering
Report.
National
Crushed
Stone
Association. Washington. 20, 1977.
$$
%
! " #$
, , " ' -$-)-.&+
&' ' ()' *)&+
6.- A.E. Ahmed, A.A. El-Kourd. Properties of
concrete incorporating natural and
crushed stone very fine sand. ACI
Materials Journal. 86, (4), 417-424.
1989.
forma y textura del agregado fino. Proc.
Congreso
de
Ingeniería
2000,
Estructuras, Materiales y Técnicas
Constructivas hacia el Siglo XXI, Buenos
Aires, 236-247, 2000.
7.- V.L. Bonavetti, E.F. Irassar. The effect of
stone dust content in sand. Cement and
Concrete Research. 24, (3), 580-590,
1994.
17.- P. Golterman, V. Johansen, L. Palbol.
Packing of aggregates: An alternative
tool to determine the optimal aggregates
mix. ACI Matrials Journal, 94, (5), 435443, 1997.
18.- P. Domone, M. Soutsos. An approach to
the proportioning of high-strength
concrete mixes. Concrete International,
october, 26-31, 1994.
8.- L.P. Traversa, O.A. Cabrera. Evaluación
de la contracción por secado en
morteros
elaborados
con
arenas
naturales y arenas de trituración.
Hormigón (37), 45-54, 2001.
19.- T.C. Powers. The non evaporable water
content of hardened portland cement
paste. ASTM Bulletin. 158, 68-75, 1949.
9.- B.P. Hughes, J.E. Ash. The effect of mix
proportions agregate dust upon the
compressive strength of concrete.
Magazine of Concrete Research. 20,
(63), 77-84. 1968.
20.- Soroka, Portland Cement Paste and
Concrete (Londres, The Mc Millian Press
Ltd., 1979.
10.- Proyecto de Reglamento CIRSOC 201.
Reglamento Argentino de Estructuras de
Hormigón, 2002.
21.- S. Popovics. Segregate and bleeding.
Proc RILEM Seminar on fresh concrete,
3, 1973.
11.- ACI Committee 211. Standard practice
for selecting proportions for normal,
heavyweight, and mass concrete. ACI
Manual of Concrete Practice, Parte I,
2000.
22.- F. Nichols. Manufactured sand and
crushed stone in portland cement
concrete. Concrete International, August,
56-63, 1982.
23.- G. Giaccio, A. Giovambattista. Bleeding:
Evaluation of its effects on concrete
behaviour. Matériaux et Constructions.
19, (112), 265-271, 1986.
12.- A.M. Neville, J.J. Brooks. Tecnología del
concreto. Editorial Trillas SA. México.
1998.
13.- J.E. Gray, J.E Bell. Stone sand.
Engineering Bulletin. National Crushed
Stone Association, Washington (13), 71,
1964.
24.- Soroka, N. Sttern. The effect of fillers on
strength of cement mortars". Cement
and Concrete Research. 7, (4), 449-456,
1977.
14.- Registros del Laboratorio de Ensayo de
Materiales (1993-2003), Facultad de
Ingeniería, U.N.C.P.B.A.
15.- O. Cabrera, H. Donza, J. Garay. Ambito
de aplicación de hormigones con arena
triturada. Proc. Congreso Internacional
de Ingeniería Estructural y Tecnología
del Hormigón. AIE-AATH. 2, 379-392,
1993.
16.- C. Montenegro, O. Cabrera, E.F. Irassar.
Factor de empaque: Influencia de la
$&
!
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)
" # $%
# ' *%*+*, &-
MEDIDAS DE POTENCIAL DE CORROSIÓN EN SISTEMA DE
PENETRACIÓN ACELERADA DE IONES Cl-,
EN HORMIGÓN ARMADO
AUTORES: Ana María Carvajal
Pontificia Universidad Católica de Chile
Escuela de Construcción Civil
[email protected]
Carmen Silva
Pontificia Universidad Católica de Chile
Tesistas Escuela de Construcción Civil
[email protected]
Jorge Valiente
Pontificia Universidad Católica de Chile
Tesistas Escuela de Construcción Civil
[email protected]
Andrés Venegas
Pontificia Universidad Católica de Chile
Tesistas Escuela de Construcción Civil
[email protected]
%
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)
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RESUMEN
Esta investigación presenta un estudio y análisis experimental de las variables: tipo
de cemento y razón agua/cemento, que inciden en la durabilidad de las estructuras
portuarias de hormigón armado, frente a la acción del agente agresivo Cl
Se utilizaron cuatro tipos de cemento: Portland corriente, Portland Puzolánico,
Portland Siderúrgico y Siderúrgico y tres razones agua/cemento: 0,45; 0,50 y 0,55.
Se fabricaron 88 probetas de hormigón de dimensiones 15 x 15 x 15 cm con acero en
el interior para realizar los distintos análisis.
Se desarrolló un nuevo sistema de penetración acelerada de iones cloruro, que
permite comparar los materiales frente a la acción de este agente agresivo.
Se realizaron mediciones de potencial de corrosión como también análisis químicos
cualitativos de profundidad de penetración de Cl , en probetas que se diseñaron para
estos fines.
El método analítico cualitativo de penetración de cloruros desarrollado en esta
investigación, indica la presencia de cloruros en estructuras de hormigón en forma tan
expedita como es la conocida fenolftaleína para la profundidad de carbonatación.
El sistema acelerado de penetración de cloruros permitió comparar los distintos tipos
de cemento y razones agua/cemento y diferenciarlos según la resistencia que
presentaron a la penetración de cloruros. Entre los resultados obtenidos, el cemento
Portland Puzolánico presentó un mejor comportamiento para la razón a/c 0,45
penetrando sólo 1,1 cm, en este sistema.
Los resultados obtenidos en esta investigación permiten pensar que se contará con
una herramienta importante para predecir el comportamiento de los materiales y
sistemas frente a la acción de los agentes químicos agresivos estudiados.
Palabras claves: hormigón armado, corrosión, durabilidad
ABSTRACT
This investigation meet the study and experimental análisis of the variables, type of
cement and water/cement ratio, that impacting of the durability of the port structures of
reinforced concrete, in the face of the action of aggressive agent cholride.
It is utilized four types of cement: current Portland, Pozzolanic Portland, Siderurgical
Portland and Siderurgical and three water/cement ratio: 0,45, 0,50 and 0,55.
It is manufactured 88 test tubes of concrete of dimensions 15 x 15 x 15 cm with steel
in the interior for to realize the different analysis.
It is realized measurement of corrosion potential as also qualitative chemical analysis
on the penetration depht of Cl , in test tubes that design for this purposes.
It is developed a new system of accelerated penetration of chloride ions that enable to
compare the materials in the face to the action of the mentioned aggressive agents.
The qualitative analytic method developed in this investigation, indicate the presence
of chloride in the structures of concrete in form as quick as the well know
phenolphthalein for the carbonation depth.
The acceleration system of chloride penetration that enable comparing the different
types of cement and water/cement ratio and differentiate it according the resistance
that show it of the chloride penetration. Between the results obtained, the cement
Pozzolanic Portland show a best conduct for the a/c ratio 0,45 penetrating only 1,1
cm, in the system.
The results obtained in this investigation we enable us to think that it is counted whit a
tool for to predicting the conduct of the materials and systems in the face to the action
of the chemical aggressive agents studied.
Key words: reinforced concret, corrosion, durability
&
!
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)
INTRODUCCIÓN
" # $%
# ' *%*+*, &-
En la práctica, aparece gran cantidad de
factores agresivos de distinta intensidad que
afectan a las estructuras durante su vida útil
y que hacen muy complicada la tarea de
decidir correctamente la elección de
6
materiales, dosificaciones y procedimientos.
Es por esto que el objetivo de nuestra
investigación es analizar las principales
variables que inciden en la durabilidad de las
estructuras portuarias de hormigón armado:
tipo de cemento y relación agua/cemento,
con
la
finalidad
de
entregar
las
recomendaciones técnicas para obtener un
hormigón más estable frente a la acción del
ambiente marino, a través de análisis de
resultados obtenidos en cámaras de cloruros
donde se han acelerado los procesos
estudiados.
Las investigaciones realizadas en el tema
corrosión, coinciden al afirmar que la
agresividad del medio marino e industrial,
principalmente la presencia de cloruros y el
fenómeno de la carbonatación, puede causar
consecuencias desfavorables sobre la
durabilidad de las estructuras de hormigón
1
armado.
De estudios realizados sobre las estructuras
portuarias en el Ministerio de Obras Públicas
2
de nuestro país, fue posible constatar la
gran cantidad de recursos que el país debe
destinar a la reparación de estructuras
dañadas por corrosión. Debido a que en la
mayoría de los casos no se siguen las
indicaciones
sobre
el
adecuado
mantenimiento de estas obras.
Con objeto de estudiar la acción dañina del
ambiente marino sobre las estructuras
portuarias de hormigón armado en nuestro
país, se trabajó con distintos tipos de
cementos, a distintas relaciones agua
cemento y con un sistema artificial controlado
que nos permitió, en corto tiempo, estudiar el
fenómeno de la penetración de cloruros.
En la durabilidad del hormigón armado
influye extraordinariamente la corrosión de
las armaduras, ya que puede producir una
sensible reducción de su sección y la
aparición de fisuras como consecuencia de la
presión que ejercen dichas armaduras
corroídas
sobre
el
hormigón.
Consecuentemente, la adherencia entre el
acero y el hormigón se pierde casi por
completo y la contribución del primero a la
3
resistencia se reduce sensiblemente.
Exponiendo las probetas a este agente
agresivo, se pretende conseguir una amplia
información sobre la evolución del ataque en
el tiempo y un conocimiento de la influencia
de cada factor sobre la corrosión de las
armaduras.
Por otra parte, los problemas causados por la
corrosión de las armaduras, antes del final de
la vida útil de la estructura, son tan severos
que hay que proceder a su demolición o a
realizar reparaciones de elevado costo
4 5
económico.
Consideramos que es de gran importancia
acotar que este tipo de investigación
científico - tecnológica es necesaria e
importante, por el hecho de tener el agente
activo de la corrosión en todo el litoral
chileno.
Por estas razones, nuestro interés es aportar
con nuestra investigación, al mejoramiento
en la construcción de estructuras portuarias,
aumentando
su
durabilidad
y
consecuentemente, su vida útil y condiciones
de servicio, lo que permitirá reducir los costos
por mantención y reparación a lo largo de la
vida de servicio de dichas estructuras.
Por ello, la durabilidad es una cualidad que
se debe tener en cuenta durante la
realización de un proyecto, ya que las
medidas preventivas suelen ser las más
eficaces y menos costosas para la protección
frente a los agentes físicos y químicos
agresivos.
1
MATERIALES de construcción, Madrid, 41 (221). Enero/
febrero/ marzo 1991.
2
Catastro de proyectos ejecutados entre 1945 y 2002. M.O.P.
MATERIALS and structures, France, 29. October 1996. 476-484
pp.
4
MATERIALES de construcción, 45 (237). Enero/ febrero/ marzo
1995.
MATERIALS and structures, France, 32 (217). April 1999.
6
"
Ibid.
!
&' ' (
)
DURABILIDAD DEL HORMIGÓN ARMADO
La medida consiste en la determinación de la
diferencia de potencial eléctrico entre el
acero de las armaduras y un electrodo de
referencia que se coloca en contacto con la
superficie del hormigón, como indica la
figura1.
Existe una impresión general que el
hormigón armado es un material altamente
durable y además extensamente reconocido
como
el
material
preferido
para
construcciones en estructuras portuarias.
Esto se debe a la rápida difusión y creciente
utilización del hormigón armado en la
industria de la construcción, por motivos del
costo relativamente bajo del acero y del
hormigón,
unido
a
las
excelentes
propiedades mecánicas y de durabilidad
frente a agentes agresivos, del producto
resultante de la combinación de ambos. Sin
embargo, la historia del hormigón armado en
ambiente marino revela que ningún material
de construcción es ciertamente durable en
agua de mar, ya que es uno de los ambientes
7 8 9
naturales más corrosivos en el mundo.
Figura 1
Montaje para la medida del potencial de
corrosión in situ.12
Se considera que un hormigón es más
durable mientras mayor sea su resistencia,
pero por otro lado, la resistencia por sí sola
no puede considerarse como una medida de
durabilidad, ya que ésta depende de otros
muchos factores: tipo, clase y cantidad de
cemento, características, granulometría y
tamaño máximo del árido, colocación,
compactación y curado del hormigón y, sobre
todo, de la relación agua/cemento. Es por
esto, que el hormigón para cumplir su misión
como material de construcción, debe ser no
10
sólo resistente, sino también durable.
Medición de potenciales
El equipo de medida es un voltímetro de alta
impedancia interna (1 mega ohm), figura 2-8,
en donde se hace contacto con la armadura y
con el hormigón. Para asegurar un buen
contacto se utiliza papel húmedo y las
armaduras se conectan al polo positivo (+) y
el electrodo de referencia (Cu-CuSO4) al polo
negativo (-).
Tabla 1
Interpretación de las medidas de potencial en relación
al riesgo de corrosión producida por cloruros.
11
La medida del potencial de corrosión de la
armadura es una magnitud que indica
aproximadamente la situación de corrosión o
pasividad de la misma, medida directamente
sobre la estructura. Se trata de un parámetro
termodinámico,
por
lo
que
entrega
indicaciones meramente cualitativas que
conviene utilizarlas como complemento de
otro tipo de ensayos.
7
8
" # $%
# ' *%*+*, &-
Ecorr (mV)
Riesgo de corrosión
> -200
5%
-200 a -350
50%
-350 a -600
95%
< -600
100%
MEHTA, P. Op. Cit. 59 p.
MATERIALS and structures, France, 34 (236). March 2001.
MATERIALES de construcción, España, 41 (221). Marzo 1991.
10
JIMÉNEZ Montoya, Pedro. Hormigón Armado. 14ª Edición.
2000. 48 p.
11
MATERIALES de construcción, España. 51 (263-264). Julioseptiembre/octubre-diciembre 2001.
CRUZ, M. Op. cit. 12 p.
(
!
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)
-
RESULTADOS
" # $%
# ' *%*+*, &-
ataque de Cl , para verificar que cumplen con
lo exigido para los hormigones preparados
con distintas razones a/c
En la figura 2 se comparan los valores de
resistencia a compresión para todos los tipos
de hormigones preparados.
Resistencia a la compresión
Se realizaron ensayos de resistencia a la
compresión a la edad de 28 días, a probetas
de igual amasada a las expuestas a los
Figura 2
Resistencia promedio a la compresión a los 28 días,
para las distintas muestras.
-
!
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)
Penetración de cloruros
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# ' *%*+*, &-
cual se puede identificar a simple vista
cambios de coloración: color terracota indica
ausencia de cloruros; coloración blancaamarilla indica presencia de cloruros. Las
figuras siguientes son un ejemplo de este tipo
de análisis
La profundidad de penetración se mide
después de cortar verticalmente la probeta
en la mitad, se aplica solución de nitrato de
plata, se espera un minuto y se aplica en
forma de rocío dicromato de potasio, con lo
Figura 3
Cemento Portland Puzolánico
de razón a/c = 0,45.
Figura 4
Cemento Portland
Siderúrgico de razón a/c = 0,45
cm
MÁXIMA PENETRACIÓN CLORUROS
8,0
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
1
4
7
10
2
5
0,45
8
0,50
11
3
6
9
12
0,55
Figura 5
Máxima penetración de Cl-, para los distintos tipos de cemento, a igual razón agua/cemento.
Los números 1 al 12, indican los tipos de
cementos, según se indica en la figura 1.
penetración de cloruros, se midieron los
potenciales de cada barra de acero durante
cinco días de la semana y cuyo promedio por
muestra, se indica en la tabla 2.
Medidas de potencial de corrosión
Las penetraciones fueron medidas con pie de
metro
Medición de potencial de corrosión
probetas contaminadas con cloruros
a
Se realizaron en forma periódica con un
milivoltímetro de alta impedancia con
respecto
al
electrodo
de
referencia
Cu/CuSO4, a cada uno de los aceros de las
probetas, para analizar el riesgo de corrosión
de las armaduras.
Para determinar la posibilidad de corrosión
de las armaduras embebidas en los distintos
tipos de hormigón, causada por la
.
!
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)
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# ' *%*+*, &-
Figura 3
Fotografía probeta.
Tabla 2
Promedio de las medidas de potencial tomadas a las barras de acero embebidas en las distintas muestras de
hormigón expuestas a Cl-.
POTENCIALES DE CORROSIÓN (mv) (días 1 al 15)
MUESTRA Nº
1
4
5
6
7
8
11
12
13
14
15
1
-130
-429
-477
-486
-491
-532
-541
-574
-565
-579
-582
2
-151
-570
-574
-608
-620
-643
-644
-648
-645
-647
-645
3
-109
-434
-492
-555
-577
-589
-629
-618
-589
-634
-609
4
-173
-569
-568
-579
-589
-599
-620
-623
-621
-635
-630
5
-264
-354
-348
-381
-460
-473
-559
-563
-581
-589
-584
6
-174
-436
-452
-453
-491
-550
-590
-595
-593
-609
-615
7
-175
-323
-381
-419
-463
-443
-472
-491
-529
-543
-572
8
-189
-413
-414
-509
-536
-535
-567
-569
-580
-579
-580
9
-144
-448
-454
-529
-535
-526
-588
-576
-593
-585
-576
10
-159
-334
-334
-497
-536
-544
-565
-567
-592
-596
-594
11
-169
-426
-481
-543
-545
-546
-584
-584
-598
-606
-613
12
-166
-268
-288
-334
-396
-411
-503
-513
-538
-570
-559
*
!
&' ' (
)
DISCUSIÓN
" # $%
# ' *%*+*, &-
6.- INSTITUTO Nacional de Normalización
(Chile). Hormigón-Requisitos Generales.
NCh 170: Of 85. Santiago, Chile, 1985,
44p.
En lo que respecta a la acción de los
cloruros, los resultados obtenidos mediante
el corte de las probetas, nos indicaron que
los mejores resultados se obtienen con el
cemento Portland Puzolánico para la razón
0,45, en el que se pudo observar una
penetración 27% menor que con el cemento
Siderúrgico de razón agua/cemento 0,45, que
fue segundo en el orden. Sin embargo para
las restantes razones agua/cemento, el
comportamiento del cemento Portland
Puzolánico fue notoriamente más deficiente,
observándose penetraciones más de tres
veces mayores. En segundo lugar se ubicó el
cemento Siderúrgico, que presentó un
comportamiento más parejo en cuanto a las
razones agua/cemento. Se comprobó que a
mayor
razón
agua/cemento
mayor
penetración.
En el análisis de las razones agua/cemento,
la tendencia general fue que a menor razón
agua/cemento se obtuvo menor penetración
de cloruro. Se puede notar que la
penetración en la razón agua/cemento 0,45
fue aproximadamente un 50% menor que en
las restantes razones.
7.- JIMÉNEZ Montoya, Pedro. Hormigón
Armado. 14ª Edición. 2000. 48p.
8.- MATERIALES de construcción. Madrid,
41 (221) Enero/Febrero/Marzo 1991.
9.- MATERIALES de construcción, 45 (237).
Enero/Febrero/Marzo 1995.
10.- MATERIALS and structures, France, 29.
October 1996. 476-484 pp.
11.- MATERIALS ans structures, France 32
(217). April 1999
12.- MATERIALS and structures, France, 34
(236). March 2001
13.- MATERIALES de construcción, España.
51 (263-264). Julio-Septiembre/OctubreDiciembre 2001.
14.- MEHTA, Provindar K. Concrete in the
marine environment. London, Elsevier
Applied Science, 1991, 59p.
BIBLIOGRAFÍA
1.- CATASTRO de proyectos ejecutados
entre 1945 y 2002. M.O.P Chile
2.- CRUZ, María. Medidas preventivas
contra la corrosión. Curso sobre
patología del hormigón. (3) 14, Junio
1996
3.- DE GUTIÉRREZ, Ruby, DELVASTO,
Silvio and TALERO, Rafael. Chloride
binding capacity of blended mortars.
LATINCORR 2000, Cartajenda de
Indias, Colombia. September 2000.
4.- DURAR,
Manual
de
Inspección,
Evaluación y Diagnóstico de Corrosión
en Estructuras de Hormigón Armado,
CYTED, 2ª Edición, Julio, 1998. Durar.
5.- IMCYC, Infraestructura de concreto
armado: deterioro y opciones de
preservación, México, Instituto Mexicano
del Cemento y del Concreto, 1ª Edición,
2001.
/
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(
$ ) %&)* #+
MEDICION DE LA DIFUSIVIDAD TÉRMICA
DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
AUTORES: S. Flores Larsen
INENCO
Instituto de Investigaciones en Energías No Convencionales - Argentina
G. Lesino
INENCO
Instituto de Investigaciones en Energías No Convencionales - Argentina
[email protected]
RESUMEN
En este trabajo se describe la técnica empleada para la medición local
de la difusividad térmica de materiales de construcción, utilizando
tecnología laser y mediciones mediante cámara infrarroja. Esta técnica
es luego aplicada al estudio de la variación de la difusividad térmica con
el contenido de humedad de muestras de yeso. Al utilizar tecnología
infrarroja, la técnica de medición es no destructiva y posibilita su uso en
muestras que se encuentren en lugares inaccesibles. Además, a
diferencia de los métodos tradicionales de medición de difusividad y
conductividad térmica, en este trabajo las mediciones se realizan sobre
la cara frontal de la muestra, con lo que no existen restricciones en
cuanto al espesor del material a analizar. La difusividad térmica varía,
como es de esperar, con el contenido de humedad. En el área de
restauración de monumentos históricos y obras de arte, la determinación
no destructiva del contenido de humedad es fundamental para decidir la
técnica a emplearse para recuperar la obra, por lo que puede utilizarse
la técnica desarrollada para determinar la difusividad térmica y a partir
de ella el contenido de humedad.
Palabras Clave: difusividad térmica, termografía, contenido de humedad
ABSTRACT
This paper describes a technique for local thermal difusivity
measurements on building materials, by using laser technology and
infrarred thermography. Then, the method is applied to study the
variation of thermal diffusivity with water content on gypsum samples.
The measurement is non destructive because of the use of infrarred
technology, and it can be applied for samples located in unreachable
places. Besides, unlike the traditional methods to determine thermal
diffusivity and conductivity, the measurements are performed on the
frontal side of the sample, so there is no limitation about the sample
thickness. As expected, the thermal diffusivity varies with the water
content. For historic monuments and art pieces, a non destructive
determination of the water content is essential to decide the restoration
technique to be applied, so this method can be used to measure the
thermal diffusivity and to obtain, from this data, the water content of the
sample.
Keywords: thermal diffusivity, thermography, water content
!"
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(
INTRODUCCIÓN
$ ) %&)* #+
sensibilidad de los diferentes parámetros
involucrados en la determinación simultánea
de las propiedades térmicas de materiales
ortotrópicos.
Para medidas de difusividad térmica en
muestras pequeñas, Parker et al. (1961)
desarrollaron un método en estado transitorio
(denominado método de "flash", o de "pulso
de calor"), en el cual un pulso de energía de
alta intensidad y corta duración es absorbido
por la parte frontal de la muestra. La
difusividad
térmica,
que
se
supone
independiente de la temperatura, se
determina mediante la pendiente de la curva
Temperatura vs. tiempo medida en la parte
posterior de la muestra.
A diferencia de todas las técnicas
mencionadas, en este trabajo las mediciones
de temperatura se realizan sobre la cara
frontal de la muestra, con lo que se obtienen
grandes ventajas. En primer lugar, el espesor
de la muestra ya no es decisivo. En las
técnicas mencionadas, si el espesor de las
muestras es relativamente grande, el
aumento de temperatura en la cara posterior
es reducido, con lo que entran en juego
factores tales como la sensibilidad del equipo
de medida. Una medición sobre la parte
frontal elimina este problema, con lo que no
existen restricciones en cuanto al espesor del
material a analizar. Si además este material
es el muro de una edificación, las ventajas
son evidentes: no es necesario tomar una
muestra del muro, con lo que la técnica es no
destructiva.
Esta
característica
es
fundamental si la muestra pertenece a un
monumento histórico o una obra de arte. Por
otro lado, la utilización de técnicas de
termografía infrarroja para la medición de
temperatura
posibilita
mediciones
de
muestras que se encuentren en lugares
inaccesibles.
La técnica de flash es la más extendida y se
ha constituido en el método standard de
medición de difusividad térmica. El gran
incremento de temperatura en la superficie
expuesta limita el uso de este método en
materiales poco conductores y/o translúcidos
y en muestras de gran tamaño. En ciertas
sustancias, el gran aumento de temperatura
puede producir cambios de fase no deseados
y descomponer la muestra. También existen
dificultades al realizar mediciones sobre
materiales heterogéneos con poros de cierto
tamaño, especialmente compuestos fibrosos,
en los que la escala de la microestructura es
comparable con el espesor de la muestra.
Beck (1966) analizó el método y extendió sus
aplicaciones para propiedades dependientes
de la temperatura. Kasper y Zehms (1964)
utilizaron un flujo periódico, minimizando la
pérdida de calor de la muestra, que se
incrementa al incrementarse la temperatura.
Si se sustituye el pulso de energía por un
escalón se pueden utilizar muestras
homogéneas de dimensiones relativamente
más grandes que las que se utilizan con el
método de flash, además de precisar de
menor intensidad en el flujo de calor que con
las técnicas de flash. Si bien esta técnica se
aplica a materiales isotrópicos, se la puede
utilizar para medir materiales anisotrópicos
reduciendo el área de exposición al flujo de
calor a un círculo de radio a y midiendo la
temperatura en varios puntos de la cara
posterior de la muestra (Vozár y Srámková,
1997). Existen trabajos realizados con
materiales superconductores a temperaturas
criogénicas (Penco et al., 2001) y materiales
termoeléctricos que utilizan la técnica de
flash para medir la difusividad térmica. Mzali
et al. (2002) realizaron análisis de
La difusividad térmica varía, como es de
esperar, con el contenido de humedad. Como
la difusividad térmica es la relación de la
conductividad térmica a la capacidad
calorífica y a la densidad, el comportamiento
de la difusividad en un sólido dado es el
resultado de la variación de esas
propiedades con el contenido de humedad y
el grado de compactación. En el área de
restauración de monumentos históricos y
obras de arte, la determinación no destructiva
del contenido de humedad es fundamental
para decidir la técnica a emplearse para
recuperar la obra, por lo que puede utilizarse
la técnica desarrollada para determinar la
difusividad térmica y a partir de ella el
contenido de humedad.
En este trabajo se describe la técnica
empleada para la medición de la difusividad
térmica de materiales de construcción,
utilizando tecnología laser y mediciones
mediante cámara infrarroja. Esta técnica es
#
!"
#$ $ %&$ '&#%
(
luego aplicada al estudio de la variación de la
difusividad térmica con el contenido de
humedad de muestras de yeso.
dispersa por los siguientes mecanismos:
conducción radial y axial, evaporación del
agua contenida en el seno del material y
pérdidas convectiva y radiativa hacia el
ambiente a través de un coeficiente global h
que se supone constante durante el
calentamiento. Para muestras porosas
húmedas, la transferencia de masa puede
considerarse
pequeña
frente
a
la
transferencia por conducción, es decir, el
contenido de humedad se supone constante
y no se considera la transferencia de masa
en el seno del material.
MODELO MATEMÁTICO
Se irradia la superficie del material en estudio
con un haz láser perpendicular a ésta, con un
radio a y potencia Q conocidos. De la energía
incidente Q que proviene del haz sólo es
absorbida una cierta cantidad también
constante q=γQ, en donde γ es la
absortividad del material en la longitud de
onda correspondiente a la de la radiación
láser. Esta energía q absorbida, que se
considera independiente de la temperatura a
la cual se encuentra la superficie, provoca un
aumento de temperatura de la muestra y se
∂
∂
=
∂
∂
$ ) %&)* #+
El planteo de este problema y sus
respectivas condiciones iniciales y de
contorno son las siguientes:
∂
∂
+
∂
∂
+
=
−
−
−
−
∂
∂
=
∂
∂
=
∂
∂
=
∂
∂
=
=
−
=
−
≤
=
=−
(1)
>
=
=
=−
=
La temperatura depende de dos variables espaciales (en coordenadas cilíndricas, r y z) y del
tiempo t. Asumiendo que el material es un cilindro homogéneo de conductividad k, espesor e y
radio R, con pérdidas convectivas hacia la temperatura ambiente y con un flujo de calor sobre un
círculo de radio a ≤ R, la solución θ (r,z,t)= T(r,z,t)-T0 en el punto r=z=0 tiene como resultado la
siguiente expresión
θ
=
∞
∞
=
=
−
+
+
[
+
]
−
+
α
+
(2)
en donde J0 (w) y J1 (w) son las funciones de Bessel de orden 0 y 1 respectivamente y un y wm son
las raíces positivas de las ecuaciones:
!"
[
#$ $ %&$ '&#%
−
=
]
=
(
$ ) %&)* #+
10
100
(3)
En la Figura 1 se puede observar la
evolución de la temperatura normalizada (T2
T0) k / qa versus αt / a para el punto
superficial central (r=0, z=0). Las tres curvas
2
coinciden para valores pequeños de αt / a ,
con lo que vemos la reducida influencia de
los efectos convectivos en la variación de
temperatura del material en los primeros
instantes del calentamiento. A efectos del
análisis, si se desprecian las pérdidas
convectivas (h=0) se puede comparar el
comportamiento de la muestra cuando el flujo
de calor incide en un área de radio a (caso
bidimensional) y cuando el flujo es uniforme
(caso unidimensional) en toda la superficie
2
del material: hasta αt / a = 0.1 ambas curvas
son similares, indicando que el efecto del
tamaño del haz comienza a aparecer recién
después de este valor. Es decir, podemos
utilizar un modelo unidimensional en los
primeros instantes del calentamiento, lo cual
implica que la transferencia según la
dirección radial es muy pequeña comparada
con la transferencia según la normal a la
superficie.
2
flujo uniforme (h=0)
flujo en un círculo (h=0)
1.8
1.6
1.4
flujo uniforme (h=20 W/°Cm2)
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.001
0.01
0.1
1
2
α
Figura 1
Evolución de la temperatura superficial de un material
homogéneo con un flujo de calor q.
El análisis realizado puede simplificarse aún
más si suponemos que la muestra puede
considerarse semiinfinita en los primeros
instantes de calentamiento. Es decir, el
ancho de la muestra es lo suficientemente
grande como para que no se registren
variaciones de temperatura en la superficie
opuesta a la que incide el haz. Se necesita
un tiempo de exposición mínimo para que la
placa deje de responder como semiinfinita.
Este tiempo tmín está relacionado con el
número de Biot mediante (Rohsenow et al.,
1985):
El láser tiene una abertura de radio a variable
(de 0.995 mm a 1.985 mm, según datos del
fabricante), que se elige de acuerdo a las
necesidades de la experiencia a realizar y
puede ser expandido aún más utilizando una
técnicas ópticas usuales. Con el radio a del
haz y con una primera estimación de la
difusividad del material, se puede obtener un
valor para el tiempo de exposición máximo
en que la temperatura responde al modelo
unidimensional, considerando que debe
2
verificarse la desigualdad αt / a < 0.1. Esta
cota superior para el tiempo de exposición
varía de 1 a 5 segundos según el material
con que se esté trabajando. En las
experiencias, se tomaron tiempos de
exposición
de
1.5
segundos
aproximadamente.
−
=
=
α
δ
+
=
δ
(4)
2
con α la difusividad térmica en m /s, δ una
longitud característica en m, h el coeficiente
2
convectivo de transferencia en W/m ºC y k la
conductividad térmica del material en W/mºC.
Los tiempos y materiales involucrados en las
mediciones realizadas
en este trabajo
satisfacen ampliamente esta condición.
Solución
Simplificada.
Con
las
simplificaciones realizadas, el modelo
utilizado se reduce al de un sólido
semiinfinito sobre el cual incide un flujo de
calor q uniforme que es absorbido por toda
su superficie. La solución a este problema ha
sido ampliamente tratada en la literatura
(Carlslaw and Jaeger, 1959; Kreith, 1970) y
su expresión analítica es la siguiente:
%
!"
#$ $ %&$ '&#%
(
=θ
−
=
π
α
El error con que se determina la difusividad
térmica α depende del error con que se
determinó la pendiente A, del error cuadrático
medio del promedio de las mediciones de
temperaturas de equilibrio máximas y del
error con que se determina el radio del haz
(±0.005mm):
(5)
1/2
Como ya se vió, esta ecuación, lineal en t ,
será válida sólo en los primeros segundos del
2
calentamiento (αt / a < 0.1), en que aún no
son perceptibles los efectos de la distribución
no uniforme de calor sobre la superficie.
Los coeficientes que mejor ajustan los datos
experimentales se obtienen mediante el
tradicional método de ajuste de rectas
(Gleiser, 1980).
∆α = α
Determinación de la difusividad α. Después
de un cierto tiempo de exposición, un círculo
de radio a sobre el cual incide un flujo de
energía constante Q de la cual se absorbe
una parte q=γQ alcanza una distribución
estacionaria de temperatura, cuyo valor
medio está dado por (Carlslaw and Jaeger,
1959):
θ
=
−
=
π
$ ) %&)* #+
∆
+
∆θ
+
θ
∆
en donde
∆θ
(10)
θ −θ
=
(9)
=
y
∆ =
−
−
RESULTADOS EXPERIMENTALES
(6)
Si llamamos
∂θ
=
∂
=
π
α
(7)
entonces se puede escribir mediante (6) y (7)
para la difusividad térmica:
α=
π
π θ
Figura 2
Montaje de la experiencia.
(8)
En la Figura 2 podemos ver un esquema de
la disposición de los elementos de la
experiencia: la muestra, colocada en un
soporte (si es pequeña) o irradiada
directamente (si es extensa), debe colocarse
en forma perpendicular al haz. Se utilizó un
láser de He-Ne de 2W de potencia. La
longitud de onda del láser, el diámetro del
haz y la potencia del mismo puede variarse
según la necesidad. En las experiencias
realizadas se utilizó la longitud de onda de
514 nm (verde), que es la línea más potente
que puede obtenerse del equipo. Se
utilizaron potencias entre 0.5W y 1.5W a fin
de asegurar la elevación de la temperatura
de la muestra en al menos 2°C. La cantidad
En resumen, se puede calcular α a partir del
conocimiento de la pendiente A de la recta
que mejor ajusta los valores medidos y de la
temperatura máxima que alcanza la muestra
después de un tiempo de exposición al haz lo
suficientemente largo como para llegar al
estado estacionario. No es necesario hacer
medidas adicionales del coeficiente de
absorción de la superficie para la longitud de
onda utilizada, ni del flujo de energía
incidente sobre la muestra. Tampoco es
necesario
conocer
de
antemano
el
coeficiente de pérdida h ni la conductividad
térmica del material.
+
!"
#$ $ %&$ '&#%
(
$ ) %&)* #+
De todos ellos se dispone de información
sobre sus propiedades térmicas, de forma
que es posible comparar los resultados
obtenidos con los proporcionados por la
bibliografía. Los resultados de las mediciones
pueden verse en la Figura 3, en la que se
han graficado las diferencias de temperatura
θ medidas y calculadas en función de t1/2
para muestras de diferentes materiales. En la
Tabla 1 se presentan las difusividades
térmicas de cada muestra, calculadas a partir
de la Eq. (8).
de radiación que absorbe la muestra es
característica de cada superficie y está
relacionada
con
la
absortancia
monocromática de ésta para la longitud de
onda utilizada.
El diámetro del haz puede variarse entre
1.99mm y 3.97mm, pero si se desean
mayores diámetros pueden utilizarse técnicas
ópticas tradicionales para expandir el haz
mediante lentes.
La temperatura superficial de la muestra se
mide mediante una cámara infrarroja
(termógrafo Inframetrics Model 600), la cual
envía la información convertida al sistema
PAL a un procesador de imágenes ITEXMFG, colocado en el bus de expansión de
una PC. El termógrafo mide temperaturas
entre 0 y 127 °C, con una precisión de entre
0.05 °C y 0.15°C de acuerdo al rango de
temperatura a medir: al ser de 7 bits el
conversor A/D del termógrafo, la resolución
del mismo es de 0.039 °C en la banda de 5
°C, 0.078°C en la banda de 10 °C y 0.15 °C
en la banda de 20 °C. Se desarrolló un
programa especial para el tratamiento de las
imágenes enviadas por el termógrafo,
mediante el cual es posible registrar la
variación de temperatura en un punto de la
imagen o en un área de la misma, entre otras
cosas. Dicho punto se elige en la pantalla de
la PC antes de comenzar la medición. El
calentamiento provocado por el haz genera
una mancha térmica de aproximadamente
5mm. Esta mancha es lo suficientemente
grande como para ubicar en el centro de la
misma al menos una celda de medición (área
sobre la cual el equipo promedia para
obtener un único punto de lectura). Para el
equipo usado, con las ópticas standard, una
celda de medida es 1/100 veces la distancia
entre la muestra y la lente interna del equipo,
con lo que la distancia máxima a la que
puede ubicarse el termógrafo es de 0.5 m.
Tabla 1
Valores teóricos y experimentales de α.
Material
Valor medido
Hormigón
8,6.10-7 m2/s
Madera
de pino
9,93.10-8 m2/s
Yeso (w=0.15)
4,48.10-7 m2/s
Valor de tabla
8,58.10-7 m2/s
7,4.10-8
a
1,04.10-7
4,51.10-7 m2/s
Θ3
2.5
Hormigón
2
Yeso (w=0.15)
1.5
1
Madera de pino
0.5
0
0
0.25
0.5
0.75
1
1.25
t1/2
1.5
Figura 3
Aumento de la diferencia de temperatura (T-T0) en
función de t1/2 para muestras de diferentes materiales.
Al ser el yeso muy higroscópico, es
especialmente útil para obtener muestras con
distintos contenidos de humedad, lo cual
permite hacer un estudio de la variación de la
difusividad térmica con el contenido de
humedad. Para tal fin se sumergieron 7
muestras de 10cm x 10 cm en un recipiente
con agua, colocándolas a continuación en un
horno a 100°C. Para obtener muestras con
distintos contenidos de humedad, las
muestras se fueron retirando a distintos
intervalos de tiempo. Luego de haber
realizado las mediciones de difusividad
térmica de la forma descripta anteriormente,
las muestras se colocaron en el horno
durante 8 horas para extraer la humedad
restante. Todas las muestras se pesaron con
balanza
electrónica,
obteniéndose
el
contenido de humedad (kg/kg) como:
La experiencia consiste en irradiar la muestra
y medir la temperatura en el punto central de
la superficie irradiada durante los primeros
segundos de calentamiento. A continuación,
se espera que la distribución de temperatura
alcance el estado estacionario y se mide la
temperatura máxima media alcanzada en el
área irradiada. Para las experiencias se
utilizaron muestras de hormigón, madera de
pino y yeso proveniente de placas Durlock.
,
!"
#$ $ %&$ '&#%
(
−
=
CONCLUSIONES
(10)
El método descrito en este trabajo permite
determinar la difusividad térmica de un
material mediante un ensayo no destructivo
que puede ser utilizado in situ y/o para
muestras en lugares inaccesibles.
Los resultados pueden analizarse en las
Figs. 4 y 5. Se observa que a valores
contenidos de humedad por debajo del 0.15
la difusividad térmica presenta un aumento
pronunciado con w, llegando a un pico
máximo en alrededor del 0.15. Para valores
mayores de 0.15 la difusividad decrece más
lentamente. Este comportamiento puede
explicarse si consideramos que la difusividad
térmica es el cociente entre la conductividad
térmica del material y el producto de la
densidad por el calor específico del mismo.
Debido a que la conductividad térmica, la
densidad y el calor específico aumentan con
el contenido de humedad, se puede concluir
que la adición de agua incrementa la
conductividad térmica relativamente más que
a la capacidad calorífica si la humedad es
menor del 15%.
Los problemas causados por humedad en las
construcciones,
monumentos
y
obras
pictóricas se presentan con tanta frecuencia
y con características tan especiales, que la
humedad puede considerarse como uno de
sus principales enemigos. En el caso de
tener patrimonios culturales y/o históricos, la
humedad puede provocar serios daños, por
lo cual se hace necesaria una medición de
ésta y de las propiedades térmicas de la
obra, para comenzar una tarea de
restauración conciente. El método aquí
desarrollado
presenta
características
especialmente aptas para este tipo de
estudios. El gradiente de temperatura al que
se somete la obra no sobrepasa los 4°C que
es, en la mayoría de los casos, menor que
las variaciones de temperatura que sufre la
obra a lo largo del año debido a los cambios
de la temperatura ambiente.
1.5
Θ
w = 0.15
1.25
1
0.75
BIBLIOGRAFIA
w = 0.42
0.5
1.- Beck
J.V.,
1966,
"Analytical
Determination of Optimum Transient
Experiments for Measurements of
Thermal Properties", Int. Conf. Heat
rd
Transfer Trans., 3 , Chicago.
w = 0.04
0.25
0
0
0.25
0.5
0.75
1
1.25
1/2
t 1.5
Figura 4
Aumento de la diferencia de temperatura (T-T0) en
1/2
función de t para muestras de yeso con diferentes
contenidos de humedad.
2.- Carlslaw-Jaeger, 1959, "Conduction of
Heat in Solids", Oxford University Press,
Gran Bretaña.
3.- Gleiser R. y Maiztegui A., 1980,
"Introducción a las mediciones de
laboratorio", Ed. Kapelusz, Buenos Aires.
5
(1 0 m /s )
$ ) %&)* #+
4
4.- Kasper J. y Zhems E.H., 1964, "Thermal
Diffusivity Measurements for Very High
Temperatures",
Conf.
Thermal
th
Conductivity, 4 , U.S. Naval Rad. Def.
Laboratory, San Francisco, V-E.
3
2
1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
5.- Kreith
F.,
1970,
"Principios
de
Transferencia
de
Calor",
Serie
International Textbooks in Mechanical
Engineering, México.
w 0.5
(kg/kg) 0.6
Figura 5
Difusividad térmica en función del contenido de humedad
(muestra de yeso).
)
!"
#$ $ %&$ '&#%
(
6.- Mzali F., Sassi L., Jemni A. y Ben
Nasraliah S., 2002, “Optimal Experiment
Design and Simultaneous Identification of
Thermo-physical
Properties
of
Orthotropic Solids”, 4th International
Conferences on Inverse Problems in
Engineering, Río de Janeiro, Brazil, 2002.
7.- Parker W.J., Jenkins R.J., Butler C.P. y
Abbot C.L, 1961, "Flash Method of
Determining Thermal Diffusivity, Heat
Capacity and Thermal Conductivity", ,
Journal of Applied Physics, Vol. 32, pp.
1679-1684.
8.- Penco G., Barni D., Michelato P. y
Pagani C., 2001, “Thermal properties
measurements
using
laser
flash
technique at cryogenic temperature”, pp.
1231-1233, 2001 Particle Accelerator
Conference, Chicago, USA.
9.- Rohsenow W.M., Hartnett J.P. y Ganic
E.N., 1985, "Handbook of Heat Transfer
Fundamentals",
McGraw-Hill
Book
Company, Second Edition.
10.- Vozár L. y Srámková T., 1997, “Step
heating
for
termal
diffusivity
measurement”, XIV Congreso Mundial
IMEKO, pp. 179-184, Finlandia.
'
$ ) %&)* #+
"# # $
%& &
!
# '!'(')"*
APLICACIÓN DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICOS
A LA GESTIÓN E INVESTIGACIÓN INMOBILIARIA.
AUTORES: Carlos Aguirre N.
Pontificia Universidad Católica de Chile
Escuela de Construcción Civil
[email protected]
Coautores: Claudio Araos D.
Constructor Civil PUC
Jaime González U.
Constructor Civil PUC
RESUMEN
Este estudio se es parte de una exploración sobre el apoyo a la toma de
decisiones en el área de gestión y desarrollo inmobiliario. Bajo ese
esquema se identificó los análisis posibles dentro del sistema, asociados
a los problemas e inquietudes del gestor inmobiliario. Se utilizó un
sistema monousuario con la versión educacional del Arcview SIG 3.0 y
sus complementos Spatial Analyst y 3D Analyst, de forma tal de mejorar
el apoyo gráfico a la toma de decisiones gerenciales y el apoyo a nivel
de datos , metodologías y criterios en la preparación de proyectos
inmobiliarios. Como próximas investigaciones, se identifican múltiples
líneas de acción a tomar.
Palabras Claves: Sistemas de
inmobiliaria, cartografía temática.
información
geográficos,
Gestión
ABSTRACT
This study is part of an exploration on the support to the decision making
in the management area and real estate development. Under that
scheme the possible analyses within the system were identified,
associated to the problems and restlessness of the real estate manager.
A monousuary system with the educational version of Arcview SIG 3,0
and its complements Spatial Analyst was used and 3D Analyst, of form
so to improve the graphical support to the managemental decision
making and the support at level of data, methodologies and criteria in the
preparation of real estate projects. Like next investigations, they identify
manifold attachment lines to take.
Keywords: Geographics information Systems, Real estates management,
tematic maps
!
"# # $
%& &
ANTECEDENTES GENERALES
!
# '!'(')"*
respecto de la situación actual del mercado
inmobiliario en Chile.
La investigación muestra la aplicación de un
sistema de información geográfico al ámbito
inmobiliario, explorando las potencialidades
de la preparación y evaluación de proyectos
inmobiliarios, en un marco de un mercado
globalizado,
competitivo,
donde
las
decisiones
deben adaptarse a “los
cambios” cada vez más acelerados y por
tanto más impredecibles.
SITUACIÓN ACTUAL DEL
INMOBILIARIO EN CHILE.
MERCADO
El sector inmobiliario no ha escapado a la
modernización que este nuevo escenario
impone, dejando de lado las decisiones por
olfato y experiencia, a una decisión
informada en un marco sistémico. Un
mercado más
exigente,
dinámico
y
competitivo, ha obligado a las empresas
tradicionales a formular sus decisiones con
un enfoque estratégico, abandonando
paulatinamente las decisiones de corto plazo
y dirigiendo su gestión a la obtención de una
ventaja competitiva sostenible en el largo
plazo.
La globalización es el fenómeno de
integración de los mercados internacionales,
1
sin límites geográficos ni políticos , explicado
en gran medida por la revolución de las
comunicaciones, producidas por
el uso
masivo de la información. La creación y
utilización de estas redes ha desarrollado
una poderosa relación entre la oferta y
demanda de bienes y servicios, permitiendo
la competencia en el mismo campo y región
de
empresas
independientes
de
la
nacionalidad y su ubicación geográfica.
Se debe poner hincapié en las metodologías
de preparación de proyectos, los datos, los
sistemas
de
información
y
análisis
inmobiliario.
Metodologías
de proyectos.
Los últimos años se ha desarrollado una gran
competitividad de los mercados, cambiando
las características de sus actores, antes
nacionales ahora internacionales, antes
conocidos ahora desconocidos.
de preparación y evaluación
El monto de las inversiones y la complejidad
del mercado donde el proyecto se inserte,
orientará la profundidad y el tiempo requerido
para realizar los estudios y las limitaciones
para definir la metodología, naturaleza y
3
forma de administración de los datos. En
nuestro país, la técnica de preparación de
proyectos en el campo inmobiliario no se ha
aplicado en forma sistemática, solo se han
realizado estudios parciales considerando
4
algunos aspectos del estudio de perfil ,
generalmente asociados al estudio de
5
mercado .
La estimación del retorno de las inversiones
de negocios en un campo de mayor
2
complejidad obliga a disponer de: datos,
metodologías, análisis y un grupo de
evaluación experto que permita la obtención
de información válida y confiable.
Chile no
está ha estado ajeno a éste
fenómeno, la inserción de empresas
extranjeras como así también la presencia de
empresas chilenas en el extranjero, han
desarrollado una creciente competitividad en
el mercado nacional. Todo lo anterior define
la empresa chilena del siglo 21, inserta en un
mercado novedoso e impredecible, con
fuerzas
desconocidas,
generando
un
escenario en el cual resulta una necesidad
inmediata la mejora sustancial en métodos y
medios de información para la toma de
decisiones.
Este cambio resulta radical
Características de los datos.
6
Para desarrollar un estudio de preinversión ,
es posible utilizar datos de diferente nivel de
representatividad. Se pueden obtener
directamente de las fuentes que los generan,
o recolectar desde una investigación
desarrollada con un propósito diferente. Con
3
E n inglés conocido como management.
Ciclo de vida de proyectos, Mideplan 1992
5
Demanda, Oferta y Comercialización.
6
Ciclo de Vida de Proyectos, Mideplan 1992.
1
Feng li, “The IT revolution and the information economy” 1995,
1ª edición Wiley, Londres
2
En el intervalo de tiempo pertinente al tipo de decisión.
4
"
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esta óptica,
se vuelve imprescindible
desarrollar herramientas que permitan
acceder
a la mayor cantidad de datos
secundarios, sin costear en lo posible la
recolección de éstos, transformándolo en
información relevante.
!
# '!'(')"*
información, recolección, tabulación, manejo
y análisis, considerando la interacción del
“tomador de decisiones” como parte del
sistema, en todas o cada una de las partes
de él. Como se observa en el esquema, el
investigador, gerente
o “tomador de
decisiones”, tiene un campo propio de
acción, y requiere de un sistema de
información anexo al de su estructura
empresarial, que le permita apoyarse en la
solución a sus problemas. Ante ello, éste
sistema debe contar necesariamente con la
interacción de él.
La dinámica del mercado exige disponer
información objetiva y actualizada, a la que
pueda acceder un gran número de usuarios
que interactúen con grandes volúmenes de
datos, de modo de establecer procesos
decisionales confiables para el consumidor
final.
Cada día, es más relevante la medición
instantánea de una variable (dato), estando
asociada a la aplicación de metodologías
específicas de administración y análisis. Los
sistemas de información inmobiliarios no han
desarrollado estos aspectos, resultando de
gran interés la incorporación de tecnologías
conducentes a esto.
La creación de sistemas de administración
dinámicos de información está ligada a la
creación e implementación de herramientas
informáticas.
La empresa inmobiliaria requiere de flujos de
información constantes y actualizados. Para
ello se han desarrollados distintos informes
de actividad de mercado, los cuales no son
verificables y poco flexibles tanto sus
formatos como en sus metodologías. Las
distintas fuentes presentan información poco
segmentadas, en general asociadas a
valores promedios con fuentes primarias de
baja confiabilidad e incluso contradictoria al
analizar el mismo fenómeno.
Los
datos
disponibles
responden
a
indicadores de la oferta y demanda de bienes
inmuebles para la zona de Santiago,
existiendo muy pocos en otras ciudades del
país. Las principales fuentes son la oferta
pública de bienes, en la prensa y medios,
como también los archivos del Conservador
de Bienes Raíces y la Asociación de
Corredores de Propiedades de Chile, ACOP.
Por otro lado, los gestores de proyectos
inmobiliarios son las fuentes de información
respecto a las ventas, proyectos futuros, etc.
El avance experimentado por la tecnología
de la información en las últimas décadas, ha
incorporado a la labor profesional poderosos
paquetes informáticos y la utilización de
redes de comunicación, llámese Internet o
3
Intranet , que hacen posible el diseño de
nuevos productos basados en bases de
datos estandarizadas y de una interfaz
amistosa con el usuario final.
En los países desarrollados las empresas
están asimilando el cambio, incluso como
una característica para definir su estrategia
competitiva ya sea en el campo de la
empresa, del producto o de la localización.
Sin embargo, en los países en vías de
desarrollo la tecnología de la información se
ha limitado a apoyar la administración
financiera y las operaciones básicas
(contabilidad, cuentas por pagar, cuentas por
cobrar, inventarios, facturación, presupuesto,
etc.), en lo que se denomina sistemas
transaccionales, donde el principal valor
agregado de la información son los cálculos e
4
iteraciones. Según Nollan , el próximo paso
es integrar la información y el management
de las bases de datos.
Los sistemas de información para el análisis
inmobiliario.
El término “Sistema de información para la
toma
de
decisiones,
estratégico
o
1 2
gerencial ”, es un sistema de apoyo a las
decisiones
(DSS),
el cual se centra
prioritariamente en el proceso mismo de la
3
Internet: Red Mundial de comunicación, permite la interacción
Empresa- Consumidor
Intranet: Red Local que permite la conexión entre entes de
una misma empresa.
4
Curva de desarrollo de la tecnología de la información.
1
Barros, Oscar, “Sistemas de Información administrativos” ,
Editorial Universitaria , 2ª edición, 1978, Santiago, Chile.
2
Siguiendo lo establecido por Barros
"
"# # $
Un S.I.G., es un sistema de información que
se caracteriza por poseer un gran poder de
integración de datos, los cuales serían
demasiado complicados de visualizar de
manera tradicional1. Esta integración da la
posibilidad de someterlas a segmentaciones
arbitrarias
por
parte
del
experto,
permitiéndole trabajar con una herramienta
de gran flexibilidad, explotando las consultas
posibles a la base de datos, para un análisis
con la metodología que estime conveniente.
Se plantea con una interfaz gráfica amistosa
que puede ser utilizada con una preparación
básica de datos y con la facilidad de
establecerse como sistema multiusuario.
Diversos autores se han preocupado de
establecer un marco conceptual de
2
referencia, aportando diversas definiciones :
• “Un sistema para capturar, chequear,
manipular, analizar, y mostrar datos que
están espacialmente referenciados a la
tierra” (Departamento de medio ambiente,
U.K.).
• “Cualquier conjunto de procedimientos
manuales o informáticos, usado para
almacenar y manipular datos geográficos
referenciados” (Aronof, 1989).
• “Un poderoso conjunto de herramientas
para recoger, almacenar, recuperar,
transformar, y mostrar datos espaciales
del mundo real”(Burrough, 1988).
• “Base de datos computarizada que
contiene información espacial” (Cebrián,
1986).
• “Una tecnología aplicada a resolución de
problemas territoriales” (Bosque Sendra,
1992).
• “Un conjunto de equipos informáticos, de
programas, de datos geográficos y
técnicos organizados para recoger,
almacenar, actualizar, manipular, analizar
y presentar eficientemente todas las
formas de información georreferenciada.
Un sistema informático para almacenar y
utilizar datos referentes a lugares de la
superficie terrestre” (ESRI, 1992).
• “Un sistema de apoyo a la toma de
decisiones que conlleva la integración de
datos espacialmente referenciados en un
1
En forma de planilla.
“Introducción a Sig” Texto no publicado, Escuela de Geografía
UC. 1 sem 2000.
2
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entorno de solución
(Cowen, 1988).
de
!
# '!'(')"*
problemas”
En general, un S.I.G.
debe tener la
capacidad de dar respuesta a las siguientes
preguntas de tipo genérico, sin desmedro del
ámbito al cual se acote.
• ¿Dónde está el objeto A?
• ¿Dónde está A con relación a B?
• ¿Cuántas ocurrencias del tipo A hay en
una distancia D de B?
• ¿Cuál es el valor que toma la función Z en
la posición X?
• ¿Cuál es la dimensión de B (Frecuencia,
perímetro, área, volumen)?
• ¿Cuál es el resultado de la intersección de
diferentes tipos de información?
• ¿Cuál es el camino mas corto (menor
resistencia o menor costo) sobre el
terreno desde un punto (X1, Y1) a lo largo
de un corredor P hasta un punto (X2, Y2)?
• ¿Qué hay en el punto (X, Y)?
• ¿Qué objetos están próximos a aquellos
objetos que tienen una combinación de
características?
• ¿Cuál es el resultado de clasificar los
siguientes conjuntos de información
espacial?
• Utilizando el modelo definido del mundo
real, simule el efecto del proceso P en un
tiempo T dado un escenario S.
Como síntesis de lo anterior se denomina
S.I.G.(Figura Nº1) , “al conjunto de hardware,
software, metodologías, datos y análisis, que
generan una plataforma de información para
la toma de decisiones en el área que define
el investigador, como parte del sistema”.
Figura Nº1
Sistema de información geográfico.
"# # $
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!
# '!'(')"*
10
sobre ARC-INFO. ENTEL Chile desarrolló
un
S.I.G.
buscando
satisfacer
las
necesidades del área comercial de la
empresa, y extrapoló la tecnología hacia las
tareas
de
planificación,
ingeniería,
construcción, ventas y mantenimiento. La
administración pública en su plan de
modernización, ha desarrollado aplicaciones
S.I.G., para planes de catastro, planificación
de urbana y administración de bases de
datos espaciales en el ámbito comunal,
provincial y regional, lo que se puede
apreciar en los trabajos de ORBE ltda. en
Punta Arenas, Puerto Natales y Puerto
11
12
Williams
y San Antonio , ambos con
financiamiento del Ministerio de Vivienda y
Urbanismo
y
la
municipalidad
correspondiente.
En el caso de Punta
Arenas, se desarrolló un “Catastro de
equipamiento y áreas verdes de la XII
región”, de modo de obtener un instrumento
que permita focalizar lar inversiones del
sector público y privado y disminuir los déficit
prioritarios en materia de equipamiento y
áreas verdes para ser incorporados a los
programas de inversión, tanto sectoriales
13
14
como regionales” . Este catastro digital ,
plantea la creación de metodologías S.I.G.
para el cálculo de déficit y la creación de
cartografía temática, mediante la generación
15
de sub-rutinas en Avenue
,logrando
automatizar cálculos estadísticos complejos,
como el cálculo de déficits de equipamiento y
áreas verdes.
16
La Biblioteca de Congreso Nacional , ha
desarrollado el sistema integrado de
17
información
territorial ,
(S.I.I.T),
incorporando datos del servicio electoral, el
Instituto Nacional de Estadísticas, el
Ministerio de Educación y el Ministerio de
Planificación
Nacional;
los
datos
En Chile, se ha desarrollado esta tecnología
en forma extensiva a campos más allá de la
geografía, potenciando el análisis en áreas
1
como la silvioagropecuaria , la ordenación
2
3
territorial , el catastro urbano y rural , la
4
gestión ambiental , uso de suelo, control de
5
6
catástrofes , estudios y manejo forestal ,
estudios viales, estudios militares y
7
estrategia , etc.
Los proveedores de software han ampliado
su
oferta,
incorporando,
paquetes
8
informáticos cada vez más amistosos y
poderosos en términos de manejo de
información.
Por otra parte, empresas de servicios básicos
(agua potable, telecomunicaciones, etc.) han
buscado
caminos más efectivos para
manejar sus redes de distribución, surgiendo
los S.I.G. específicos para cada empresa.
La tecnología S.I.G. se ha integrado a la
empresa transformándose en “el componente
central de la estrategia general de tecnología
9
informática” . La competencia ha generado
una búsqueda incesante de nuevos
horizontes sobre las tecnologías S.I.G. lo que
conlleva a realizar alianzas estratégicas para
la generación de cartografía. Por ejemplo el
SAF, Chilectra, y Telefónica Chile. Estas
empresas, ya tienen sus redes catastradas,
y administradas mediante tecnología S.I.G.
1
Condal, Alfonso. ( 1999, Octubre); “ Tendencias
actuales de la geomática”. Geoinfo 2000, Santiago-Chile.
2
Quezada, Marcela; (1999, Julio); “Planificación urbana
y ordenamiento territorial en San Antonio”;
“Información Geoespacial: oportunidades y riesgos”,
Santiago-Chile.
3
Van Deber Steen, Sjef (1999, Octubre); “ Sistema
catastral en los países bajos”. Geoinfo 2000. SantiagoChile.
4
Maza, Jesús(1999, Octubre); “Estudios de impacto
ambiental utilizando S.I.G.” ;Geoinfo 2000. Santiago Chile.
5
Gran López, Pablo (1999, Octubre); “ Programa Otas”;
Geoinfo 2000. Santiago- Chile.
6
Condal, Alfonso. ( 1999, Octubre); “Tendencias
actuales de la geomática. Geoinfo 2000. Santiago -Chile
7
Oyarzún, Leonardo. ( 1999, Octubre); “El sistema
ORCA". Geoinfo 2000. Santiago- Chile.
8
Arcview, Arcexplorer, Geomedia Intergraph, Autocad
Map, Autocad MapGuide, Map Info, etc.
9
Wayllet, John (1999); “Nuevas soluciones para las
empresas de servicios públicos”. Geoinformación Nº7,
página 28-33
10
Araya, F. (1999); “S.I.G. de Entel Chile”.
Geoinformación Nº5, página 31-33
11
Quezada, Marcela.(1999) “ Establecimiento de los
déficit de áreas verdes y equipamiento urbano”. S.I.G.
temas nº14 pag 8-9.
12
Araya, F. (1999); “Desarrollo de S.I.G. en la V región
de Chile”. Geoinformación Nº3, página 42-44.
13
Quezada, Marcela.(1999) “ Establecimiento de los
déficit de áreas verdes y equipamiento urbano”
en S.I.G. temas nº14 pag 8-9.
14
Desarrollado en Arc-info PC 3.5 y Arcview 3.0a.
15
Anexo 2 “Herramientas de ArcView3.0a”
16
Desarrollado en Arcview sobre una base cartográfica 1:
250.000 del I.G.M.
Araya, F. “Implementación de un S.I.G. de acceso a
información regional en Chile”. Geoinformación Nº 8, pag. 26 a
29.
17
$
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%& &
corresponden al Censo de población y
vivienda, los resultados de las últimas
elecciones,
1998-1996,
él
resumen
demográfico
de
escolaridad
y
la
caracterización socioeconómica emanada de
la encuesta CASEN. La principal diferencia,
respecto a los mencionados anteriormente se
constata por el uso de una plataforma
multiusuario con Arc explorer e IMS para
Arcview. Toda esta información no tiene una
distribución masiva, lo que impide en
términos concretos el uso de herramientas
S.I.G. por privados. Sin embargo, en el
mercado han bajado los precios de las bases
cartográficas y demográficas, lo que hace
más viable la implementación de S.I.G.
específicos para otras áreas, en el mediano
plazo, como la implementación realizada por
Adimark
de
la
segmentación
socioeconómica, con información del CENSO
2002.
!
# '!'(')"*
En ese contexto resulta conveniente la
exploración y posterior aplicación de las
herramientas de un Sistema de Información
geográfico al este tipo de análisis. En ese
sentido, La Escuela de Construcción Civil de
la PUC, ha desarrollado una línea de acción,
radicada en el área de negocios del
Departamento de Edificación que desde hace
unos años, ha buscado las adaptaciones
formatos y análisis propios de la gestión e
investigación inmobiliaria.
DEFINICIÓN DE UN S.I.G. INMOBILIARIO Y
SUS APLICACIONES.
Se define S.I.G. inmobiliario a “El sistema
de información geográfico que permite
establecer relaciones espaciales según
los requerimientos del usuario entre la
localización y los datos de los bienes
inmuebles”.
Por otra parte, el complemento con las
tecnologías G.P.S. podría permitir generar
1
2
una cartografía propia , independiente de los
proveedores de las
bases cartográficas
tradicionales, lo que mejoraría la capacidad
temática y de amplitud de los sistemas, lo
que permitiría el desarrollo de nuevos y
análisis más contingentes.
Las principales fuentes de información de
S.I.G. inmobiliario, la empresa consultora
3
Castleconsulting , de los Estados Unidos, la
4
proveedora de software E.S.R.I , la revista
5
Geoinformación
y
otras
direcciones
menores, no tan relacionados a los S.I.G.
inmobiliarios, pero de una interesante
6
proyección desde otros ámbitos . De
Castleconsulting se obtuvo una interesante
visión de las oportunidades que ofrece el
complemento del análisis inmobiliario con la
incorporación de un sistema de información
geográfica.
Además,
se
analizó
la
trascendencia de la incorporación de esta
herramienta a la preparación y evaluación de
proyectos inmobiliarios.
Análisis inmobiliario
La profundidad del análisis depende del nivel
requerido por el estudio, donde se conjuga la
metodología requerida con el nivel del
analista necesario. Se pueden distinguir
desde análisis realizados por el usuario a
través de
consultas directas hasta los
ejecutados por equipos multidisciplinarios de
expertos. Sin embargo, los análisis de la
información inmobiliaria no han sido
eficientes, lo que ha dado como efecto una
reticencia casi de fondo a la utilización de
estas herramientas en la toma de decisiones.
Sin embargo, en la actualidad se incorpora
con nuevos aires, dado la globalización y la
integración de los mercados, que ha
producido la homologación progresiva de las
herramientas de análisis entre los países del
primer mundo y nuestro país.
Oportunidades de desarrollo de un S.I.G.
inmobiliario.
Es interesante la visión planteada por la
7
consultora
“Castleconsulting ”
de
los
Estados Unidos, en cuanto a los nichos de
aplicación de los S.I.G. Inmobiliario, de los
principios sobre los cuales se debe fundar
éste sistema y de la trascendencia para la
3
www.castleconsulting.com/bib.htlm.
www.esri.com
www.geoinformacion.com
6
Militar, estratégico, corretaje de propiedades, planificación
urbana, etc.
7
www.castleconsulting.com.
1
4
“GIS con GPS”, Trabajo presentado en el curso Preparación y
Evaluación de proyectos” Escuela de Construcción Civil UC, 1
sem 2000.
2
En términos de adquisición y actualización, a un nivel suficiente
y a un costo razonable para el análisis inmobiliario.
5
*
"# # $
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!
# '!'(')"*
preparación y evaluación de proyectos
inmobiliarios basado en esta tecnología.
Principios básicos para la implementación de
un S.I.G. inmobiliario.
En el artículo “A status report: front line; Uses
of GIS in public and private sector real
1
estates today” , propone las oportunidades
de aplicación de un S.I.G. en la industria
inmobiliaria, donde se identifican los
principales nichos de mercado para la
industria americana. Si bien, la industria
chilena no presenta la estructura del
mercando americano, en términos de
competitividad y desarrollo de productos,
existen nichos que si se pueden explorar
como lo es el de los corredores de
propiedades;
tasaciones;
estudio
de
hipotecas; estudios de oferta; desarrollo de
nuevos proyectos, datos digitales etc.(ver
figura 2)
Este tipo de diferenciación tiende a generar
cursos de acción enfocados en siete
2
principios básicos para la implementación de
S.I.G. inmobiliarios:
• El
S.I.G.
es
potencialmente una
tecnología de gran trascendencia. En los
años futuros el uso de S.I.G. será del uso
habitual de la gente. Hoy hace noticia en
el sector privado tal como lo hicieron una
vez los computadores y las hojas de
cálculo.
• La
problemática
de
la
industria
inmobiliaria no es única, el sector es muy
fragmentado con innumerables nichos de
mercado, lo que implicará la necesidad de
3
distintas soluciones de S.I.G. .
• El S.I.G. se puede utilizar con eficacia
dentro y hacia fuera de la organización ya
sea para promover mejores decisiones o
para perfeccionar la comercialización.
• A los distintos nichos de mercado hay
asociadas
distintas
decisiones
de
marketing, por lo tanto las aplicaciones
G.I.S. cambiarán según el tipo de análisis
inmobiliario. El análisis genérico funcional
de las capacidades del S.I.G. necesita ser
adaptado a cada situación (desarrollo,
hipotecas,
corretaje,
tasación,
administración de fondos).
• La gran fortaleza del S.I.G. es su “data
base management system” DBMS4 ,o sea
la capacidad de relacionar cualquier
localización o grupo de localizaciones con
sus respectivas bases de datos.
• El S.I.G. es el centro del sistema de
información de las empresas inmobiliarias,
actualmente no hay un mejor común
denominador que satisfaga los distintos
nichos, objetivos y funciones de análisis
de la industria.
• El S.I.G. puede ser considerada una
tecnología independiente, sin embargo
aumenta su potencialidad vinculada a
otras tecnologías (bases de datos,
multimedia, G.P.S.).
Figura Nº 2
Matriz de posibilidades S.I.G.
Por ejemplo, el mercado de corretaje
requiere de un tipo de plataforma de datos,
como los estudios de mercado requieren de
otra y el análisis de tasaciones e impuestos
requieren otro. Cada uno de estos
segmentos debe ser investigado en términos
de sus variables y metodologías. En esta
investigación no se abordará ésta tarea, dado
que escapa a su objetivo inicial. Se
rescataron los principios básicos para la
implementación y principales experiencias de
aplicación internacional de un
S.I.G.
inmobiliario, las oportunidades y amenazas
del S.I.G. inmobiliario, finalmente se mostrara
las síntesis y conclusiones de los puntos
anteriores.
2
Castleconsulting, (1993), Property Tax Journal. (On line)
www.castleconsulting.com/93astatu.html
3
S.I.G. para identificar el precio de los terrenos en una zona
determinada.
4
Sistema administrador de base de datos
1
Castleconsulting, (1993), Property Tax Journal. (On line)
www.castleconsulting.com/93astatu.html
+
"# # $
%& &
En síntesis, la forma de aplicar un S.I.G. al
análisis inmobiliario dependerá del nicho de
mercado pertinente, de modo de identificar,
valorar y proyectar las variables relevantes
de éste, seleccionando datos, metodologías y
expertos que el nivel de profundidad del
estudio establezca. Por ejemplo, en el S.I.G.
propuesto para la valorización de una casa
mediante la “metodología de precio
1
hedónicos”, se requiere el precio , los
2
atributos propios y del entorno, la ubicación
con relación a ciertas singularidades tales
como: supermercados, avenidas, metro,
plazas, áreas de interés, etc.
!
# '!'(')"*
Permite la planificación de intervenciones en
el campo urbano, como la implantación de
servicios y comercio en zonas deficitarias.
Basados en lo anterior se puede determinar
cuales son las zonas de bajo perfil y
necesidad latente de cierto servicio,
producto, comercio, etc. No se aplica en este
estudio dado los grandes requerimientos de
datos.
Para localizar un supermercado es necesario
determinar el mercado objetivo de éste, en
términos geográficos. Como se observa en la
figura 3, para segmentar el mercado, se
5
define el radio de mercado en 500 metros
para un supermercado dado que ésta es una
simplificación de los tiempos de viaje al
supermercado de 5 minutos.
Experiencias de aplicación internacional de
un S.I.G. inmobiliario
Principalmente
las metodologías a
implementadas, a la fecha en un S.I.G.
inmobiliario desarrollado en la escuela de
construcción civil PUC son:
1.
2.
3.
4.
Análisis de sectores y Estudios de ubicación
Estudio de oferta
Estudios de demanda
Estudios de precios hedónicos y tasación de bienes
inmuebles
5. Generación de cartografía temática con variables
asociadas a los bienes inmuebles
6. Análisis de estadígrafos propios de la gestión
inmobiliaria como la velocidad de venta
A continuación se muestran algunos
ejemplos de estos análisis y sus salidas de
pantalla, que tiene como finalidad mostrar
como el sistema apoya a las decisiones
inmobiliarias.
Análisis de
4
ubicación .
sectores
3
y
Estudios
Figura 3
Radio de acción de un supermercado
En la figura Nº 3, se obtiene la suma de
habitantes para el distrito censal,
de
Generados como análisis descriptivos de la
realidad, asociada a un espacio temporal. En
una determinada microzona, se ubican las
características generales de la edificación en
el periodo de tiempo, estableciendo la
dinámica general y como ha ido afectando a
los principales atributos de entorno, como
son el comercio, las áreas verdes, las vías de
acceso, y la conservación de los edificios.
Figura 4
Número de habitantes por distrito censal.
1
Normalmente se utilizan los precios de oferta, lo ideal es usar el
valor de transacción.
2
Por ejemplo, superficie del terreno, superficie construida.
3
Riley, Jennifer (1998); City of Barstow disponible en
www.esri.com/ESRI News - ArcUser -- GIS Real Estate
Application Spurs Land Sales.htm
4
www.esri.com/softwre/businessanalyst/userdtories.html.
5
ESRI, “Spatial Analyst” tutorial, 1999, disponible en
www.esri.com.
'
"# # $
%& &
1
Al trazar una curva de iso-valor , como se
observa en la figura Nº 5,
zonas de
localización que aseguran un área de
mercado con densidades mayores a 110.000
2
Hab/Km ., con lo cual se puede ubicar la
masa poblacional critica para la ubicación de
un supermercado en la comuna.
!
# '!'(')"*
Al pinchar sobre la zona del plan regulador
2
comunal, con la opción hiperlink , se obtiene
una plantilla de texto; en formato Word, que
permite visualizar, imprimir y editar, las
normativas del plan regulador.
Figura 7
Zonas de plan regulador comunal
Areas verdes.
En la figura 3.70, se observa las áreas
verdes
inmersas
en
la
microzona,
presentando un total de 114975 metros
cuadrados, lo que equivale a un índice de
800 metros cuadrados de área verde por
cada hectárea. Además el sistema muestra
fotos de las áreas verdes, mediante el uso de
la opción hiperlink o un video. (figuras 8 y 9).
Figura 5
Mapa iso-densidad habitacional
Situación de plan regulador comunal.
Como se observa, se genera una lamina que
permite él la ubicación de los distintos
secciónales del plan regulador comunal en la
Comuna, permitiendo evaluar la zona en
términos de uso de suelo, como de
condiciones de edificación.
En la figura 3.73, se observa los cuarteles de
bomberos cercanos a la microzona.
Figura 6
Zonas del Plan regulador comunal
Figura 8
Plaza Brasil
1
Aplicando “Spatial Analyst 1.0” de ESRI, Extensión para
Arcview Gis 3.0a.
2
,
Ver Anexo 2 “Herramientas de Arc view Gis 3.0a”
"# # $
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!
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Figura 9
Video Plaza Brasil
Estudio de oferta
1
Figura 10
Población por manzanas
2
Como
explicitan
sus
objetivos ;
la
caracterización y clasificación del mercado,
generando grupos homogéneos; establecer
la caracterización económica y estratégica
del mercado y establecer la oferta actual y
futura. Estos procesos resultan fácilmente
3
aplicables al S.I.G. inmobiliario , dada las
características antes mencionadas y serán
fuente de un artículo particular sobre ese
tema.
Estudios de demanda
general)
4
Si observamos la figura 10 y 11, se aprecia la
distribución de la población por manzanas, la
cual tiene un promedio de 217,91 habitantes,
con límites de 5 habitantes por manzana
como mínimo y 729 como máximo, siendo
representadas en la figura con una escala de
colores que indica que a mayor población se
tiene un color más oscuro.
(para bienes en
La ubicación inicial del demandante de
bienes inmuebles, puede servir de guía y
control de migración, permite establecer
modelos estadísticos para estimar la
5
demanda futura . La figura muestra la
población medida en 1992, en el censo
nacional de población y vivienda, la cual
asciende a 29636 habitantes.
1
Miner, Christopher A. (1999); “Commercial Property Appraisal”
disponible en http://www.msac.com/appraise/msac6.htm
2
Santander, Sergio; Obregón, David “ Manual de preparación y
evaluación de proyectos inmobiliarios (estudio de mercado)”
memoria para optar al título de Constructor Civil, Pontificia
Universidad Católica de Chile, 1998.
3
Castleconsulting, (1994), (on line)
www.castleconsulting.com/94location.html
Figura 11
Población en el microsector
Ahora, si consideramos que la población a la
fecha será la base (Censo de 1992), más los
habitantes que han llegado con las
edificaciones nuevas (Figura 12 y 13), en el
plan de repoblamiento de Santiago, se
deduce que la población a la fecha sería
igual a 29636 más un estimado que
5
Thall, Grant, et al (junio 1993), “The cascade GIS difussion
model for measuring housing absorption by small area whit a
case study of St. Lucie Country, Florida” en Journal of real estate
research. Vol 8, número 3 pag 401-420.
)
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de atributos como: superficie, uso del suelo,
ubicación, características del vecindario,
servicios anexos, etc.
denominamos ∆, que se calcularía en base a
los edificios identificados.
Para la aplicación de estos modelos es
necesario el desarrollo de bases de datos
efectivas y que representen la realidad, dada
la naturaleza de las variables, en su mayoría
espacial, la aplicación del S.I.G. se hace
imprescindible. En el estudio “Valuing open
space and land use chaos in urban
watersheds: an hedonic property value
analysis” de Lynne L. Bennett, y otros, se
plantea que “El S.I.G. es una herramienta de
gran utilidad para el cálculo de distancias a
puntos de interés”.
Por ejemplo, la ubicación en zonas de
delincuencia, o en zonas afectadas por el
ruido urbano, pasan a ser de vital importancia
el manejo de variables mediante este tipo de
sistemas.
Figura 12
Edificios construidos desde 1992
El S.I.G. inmobiliario, es utilizado para la
recolección de datos en forma rápida y
precisa. Sin embargo, presenta serias
dificultades en las herramientas estadísticas,
por lo tanto la estimación, sus pruebas y
exámenes del modelo de regresión múltiple,
deberán ser desarrollados en software
especializados, como SPSS 11.0 , MINITAB
12 , Essensial Regression. Además, permite
al usuario buscar puntos de interés para su
posterior análisis y generación de modelos
hedónicos. Las variables que se pueden
medir con el S.I.G. Inmobiliario son :
ubicación, precio, superficie, características
del entorno, distancias a puntos , plano
regulador , loteo , entorno comercial , áreas
verdes , seguridad , zonas de influencia, etc.
2
Se desarrolla un S.I.G. Inmobiliario en la
zona del Parque de los Reyes, con datos de
un corte transversal entre los años 19961997, sobre las transacciones inmobiliarias
del conservador de bienes raíces.
Se
recopilan los datos proporcionados por
ACOP en la zona del parque de los reyes
en el periodo antes descrito .Luego se
genera una base de datos que se integran
con ArcView , la cual se combina con el
plano comunal de Santiago , plano regulador,
capa de lotes , capa de áreas verdes y
Figura 13
Tabla de edificios
Estudios de precios hedónicos y tasación de
1
bienes inmuebles
Esta metodología permite relacionar el valor
de un bien raíz con las características y
atributos asociados a este, a través de
ecuaciones de precios. Estas ecuaciones
establecen
una
relación
funcional,
expresadas en términos algebraicos, entre un
valor del inmueble y sus determinantes, lo
que permite identificar en forma cuantitativa
la incidencia de cada uno de los atributos
sobre el precio.
En términos generales, la teoría de precios
hedónicos pretende explicar el valor de un
bien inmueble, entendido como un conjunto
1
2
Bennett, Lynne L., (1997); “Valuing Open Space and Land Use
Chaos in Urban Watersheds: An Hedonic Property Value
Analysis”.
Gallo, José,et al, “Precio Hedónico para los edificios cercanos
al Parque de los Reyes”, Trabajo para el curso de preparación y
evaluación de proyectos, 1999, Sin publicar.
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comercio. Además se aplica Spatial Analyst
con el fin de generar curvas de isoprecio y
con Arcexplorer se realizan los análisis en
línea al servidor multiusuario.
Con
los
antecedentes
descritos
se
determinar cual es el impacto en la
valoración de los sitios ante la presencia del
Parque de los Reyes.
Como se observa en la figura Nº 14 se miden
las variables descrita para el siguiente
1
modelo :
Figura 15
Curvas iso precio en Parque de los Reyes.
Precio UF/m2 = Distancia Panamericana +
Vista al parque + Distancia al parque +
Construcción altura continua + Superficie
del Terreno + Altura máxima
Una vez medida las variables con SIG
inmobiliario se analizan con un software
estadístico, con lo que se obtiene el siguiente
modelo:
Extrayéndolo, se obtiene:
Ln Uf/mt2= 2.71 + 0.0757 Ln(sup) + 0.059 Ln (dist
parque) + 0.217 (vista) – - 0.220 ( dns) – 0.0625 ccon
Uf/mt2
=
Sup
=
Dist. Parque =
Figura 14
Distancia al parque
Se procedió a medir las variables del modelo
con SIG Inmobiliario y se genero una base de
datos con el fin de validar el modelo con
MINITAB 12 .Principalmente se extrajeron las
variables espaciales del S.I.G., aplicando
herramientas del software Arcview 3.1 .
Además se planteo la posibilidad de realizar
esto con el software arc explorer en
plataforma multiusuario como se muestra en
la figura Nº15
Vista
=
Ccon
Ldns
=
=
Valor por metro cuadrado en la zona.
Area del sitio en metros cuadrados.
Distancia en metros al Parque de los
Reyes.
Presencia(1) o ausencia(0) de la vista
hacia el Parque. Variable dummy.
Coeficiente de constructibilidad.
Distancia a avenidas principales
La regresión dio valores aceptables con su
carácter predictivo, estando, los valores
dentro de las bandas recomendadas por la
2
teoría En resumen SIG inmobiliario tiene su
aporte para esta metodología en la medición
de las variables y la validez dependerá de los
datos.
Generación de cartografía temática con
3
variables asociadas a los bienes inmuebles .
La cartografía temática tiende a mostrar
información acerca de un tema específico en
una lámina, que sirve para la interpretación
del investigador. En el mundo esto
principalmente fue aplicado en términos de
uso de suelo, catastro y generación de capas
1
Segun Lever,George en “Precio hedónico parque de los
Reyes”, no publicado Gallo, José, et al; Trabajo 2 sem 1999,
Preparación y Evaluación de proyectos de inversion inmobiliaria,
ECCUC.
2
Ver GUJARATI, D. (1996) Econometría . Editorial
McGraw-Hill , Bogotá_ Santiago de Chile.
3
REALTOR (1999), disponible en www.realtor.com
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como delincuencia, servicios por habitante,
datos electorales y censales.
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poblacional y densidad de viviendas, en los
distritos censales de la comuna de Santiago.
En esta investigación se realizó la cartografía
temática de delincuencia en el sector oriente
de la capital. Por ejemplo, si queremos
responder, ¿Cuál es el nivel de seguridad en
la comuna de Santiago?.
Carabineros de Chile tienen tres niveles para
clasificar la seguridad: Hurtos, robo con
fuerza y robo con violencia, además de
poseer sus propios distritos designados a las
comisarias de la comuna, clasificadas según
las zonas proporcionados por Carabineros de
Chile (hurtos, robo con fuerza, robo con
violencia), la cual permite identificar las
zonas con mayores índice delictuales en
distritos propios de carabineros.
En la figura Nº 16 se determina la distribución
de los delitos para cada uno de los sectores
definidos por Carabineros, según su
clasificación 1 además de estar normalizado
por la curva iso-densidad poblacional,
obtenida con análisis espacial en base a los
datos del Censo nacional de población y
vivienda, para su localización se puso la capa
de distritos censales (script texto).
Figura 17
Curvas de iso-densidad habitacional y iso-viviendas.
A partir de la división de los mapas de la
figura Nº 18 se determinó el mapa de déficit
habitacional . Las zonas más oscuras indican
un mayor déficit.
Figura 16
Distribución de delitos según tipo delincuencia, curva isodensidad habitacional y distritos censales.
En otro ejemplo, se obtiene en la figura Nº 17
con análisis espacial los mapas de densidad
1
Figura 18
Mapa de déficit habitacional.
Hurtos ,robos con fuerza y robo con violencia
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los proyectos que tienen una ubicación
periférica dentro de la comuna, tienden a
tener una velocidad de venta baja, lo que
implica más de 52 meses para agotar stock.
Todos
los
análisis
anteriormente
mencionados están inmersos en un medio
ambiente cambiante que permite el desarrollo
de ellas. Sin embargo, éste medio ambiente
es también fuente de oportunidades y
amenazas para el sistema, como producto.
Por otro lado, se observa una velocidad de
venta reducida en los proyectos que están en
el
sector
norponiente
de
Santiago,
considerando además la cantidad de
proyectos en el sector. Como se observa en
el gráfico a continuación, el sector con mayor
cantidad de proyectos es el sector
norponiente, por tanto podemos desagregar
la velocidad de venta por proyecto.
Análisis de estadígrafos propios de la gestión
inmobiliaria como la velocidad de venta
La velocidad de venta es un indicador del
comportamiento del mercado en un
determinado periodo de tiempo. Es una
alternativa referencial para determinar la
calendarización de los ingresos del proyecto,
Así mismo es un índice estacional (depende
del momento en que se mida) y se refiere al
tiempo requerido (generalmente meses),
dado u cierto volumen de ventas, un stock de
un proyecto. En sí cada proyecto tiene
asociada una velocidad de venta que
depende de las características intrínsecas del
bien transado, como los atributos del
proyecto, los atributos del departamento,
localización, etc. Como también al entorno
macroeconómico, lo que implica que es poco
confiable asociar la velocidad de un proyecto
determinado a otro, aunque se encuentren en
una zona determinada.
Ahora, si agregamos otras variables al
análisis, como el valor promedio por metro
cuadrado y la cantidad de meses en oferta,
estableciendo una escala de valoración por
1
tamaño de icono , podemos observar el
fenómeno de manera más completa.
Para la aplicación de esta metodología en el
S.I.G. inmobiliario, se ha adopto la
metodología del conservador de bienes
raíces para la recolección de datos acerca de
la venta de bienes. Además se refirió los
datos de velocidad de ventas a distritos
censales, en un intento más de unificar el
criterio de selección de zona a la unidad.
Ahora, el principal objetivo de aplicar esta
metodología a un S.I.G., consiste en la
ventaja del sistema para determinar zonas y
establecer conexiones espaciales acerca de
datos particulares. Esto último plantea
establecer un nuevo paradigma en términos
de la información, dada la rapidez con que
ella se entrega al usuario final, como la
posibilidad de entrar como parte del sistema
a interactuar con el sistema, lo que permite
acceder a la misma información, pero con
distintas metodología y carismas teóricos.
Para la comuna de Santiago se ha elegido
los datos que proporciona Transsa, con el fin
de obtener la velocidad de venta de la
comuna en total. En los proyectos se observa
una estructura bastante variada, en donde
Figura 19
Velocidad de Venta y precio promedio por metro
cuadrado
Figura 20
Velocidad de Venta y meses de oferta
1
!
Ver Anexo 2 “Herramientas de Arcview gis 3.0a”
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Todo lo anterior, establece a nuestro país
con una desventaja importante para el
desarrollo de S.I.G., pero si presenta una
oportunidad clara para el desarrollo de
políticas de apertura de información y un
mercado competitivo de información ante la
actual carencia de ésta. El complemento que
ofrece un sistema de información geográfica
como plataforma base para la preparación y
evaluación de proyectos inmobiliarios, será
de gran relevancia para el desarrollo de cada
uno de los estudios que la conforman, del
perfeccionamiento de las metodologías,
como
de
la
administración
y
representatividad de los datos.
Como se observa, no existe una correlación
directa con entre las variables y el valor de la
velocidad de venta. Sin embargo, si aprecia
una relación entre la variable meses de oferta
y velocidad de venta, en términos espaciales
y generando curva de iso velocidad de venta,
como se ve en la figura Como se observa,
existen zonas marcadas de influencia del
fenómeno de la velocidad de venta de
proyectos inmobiliarios, lo cual permite
detectar zonas en el sector en donde se
puede establecer un estimativo de la
velocidad de venta.
La principal trascendencia se visualiza para
los estudios de oferta, demanda y
comercialización sin desmedro, de la
significancia que podría tener para los
estudios técnico y legal.
En el estudio técnico y legal, es posible
establecer el entorno legal del proyecto al
establecer capas de información referida a la
normativa municipal e intercomunal, como
así secciónales especiales. También se
puede presentar la oferta de sitios o los sitios
posibles a ser transados.
Todo lo mencionado, establece una
potencialidad concreta del S.I.G. como apoyo
a estudio de fenómenos inmobiliarios,
apoyando el dicho americano, “Ubicación,
ubicación, ubicación”, para definir el estudio
de ellos.
Figura 21
Curvas Iso velocidad de venta en norponiente de
Santiago.
CONCLUSIONES, OPORTUNIDADES
AMENAZAS DEL S.I.G. INMOBILIARIO
Y
El S.I.G. inmobiliario, permite la obtención y
despliegue
de
distintos
niveles
de
información,
como
aplicar
diferentes
metodologías y análisis, siendo el atributo de
unión para todo el análisis la ubicación
geográfica del bien. Esta configuración,
permite potenciar la idea de que la
localización es el más importante de los
atributos del bien.
En términos generales, el S.I.G. inmobiliario
se inserta a la realidad nacional en una
economía abierta y en franco desarrollo hacia
una economía de libre mercado.
Sin embargo, la mayoría de los datos
públicos no se encuentran a disposición del
público en general, dado el estado y los
privados
guardan
celosamente
su
información, por ser parte de una ventaja
comparativa sobre el resto.
Ante esto, resulta necesario levantar
demasiada información de campo, aunque
ésta se encuentra a disposición de los
organismos estatales y de los actores del
mercado, solo lleva a tener un mercado de
información poco competitivo y de carácter
monopólico.
!$
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%& &
BIBLIOGRAFÍA
!
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8.- International Association of Assessing
Officers, “A Status Report: "Front Line"
Uses of GIS in Public and Private Sector
Real Estate Today”, Property Tax Journal,
Abril
1993,
disponible
en
www.castleconsulting.com/bib.html.
1.- Santander, Sergio, Aguirre, Carlos, et al
“Herramientas para un SIG Inmobiliario”,
Memoria para optar al titulo de
Constructor
Civil,
Escuela
de
Construcción Civil PUC, 2000.
2.- Aguirre, Carlos; et al; “Plataforma GIS”,
Trabajo Preparación y evaluación de
proyectos de inversión inmobiliaria.
Escuela de Construcción Civil, Pontificia
Universidad Católica de Chile Texto no
publicado, segundo semestre 1998.
9.- Maza, Jesús; “Estudios de impacto
ambiental utilizando S.I.G. ” ; Conferencia
“Geoinfo 2000”. Santiago
de Chile.
Octubre 1999.
10.Patillo,
Carlos;
“Avances
y
perspectivas de S.I.G. en los países de la
región”,
Conferencia
“Información
geoespacial: Oportunidades y riesgos”,
Santiago de Chile, Julio 1999.
3.- American Society of Real Estate
Counselors, “An Introduction to GIS in
Real Estate”, in Real Estate Issues,
August
1995,
disponible
en
www.castleconsulting.com/bib.html
11.Santander Rigollet, Mujica, Miguel
“Grado de aceptación de una base de
datos
inmobiliaria
digitalizada
de
Santiago”; Memoria para optar al título de
Constructor
Civil,
Escuela
de
Construcción Civil, Pontificia Universidad
Católica de Chile, Julio 1999
4.- Castleconsulting,
"A
BusinessGeographics-Based Real Estate EIS
[Executive Information System]"; Business
Geographics,
Marzo/Abril
1994,
Disponible
en
www.castleconsulting.com/bib.htm
12.Stevens, David; “GIS as Social
Practice: Considerations for a Developing
Country”, on line, disponible en www.
David Stevens.net.
5.- Dangermond, Jack, Entrevista, Revista
Geoinformación N°1, Vol 1 septiembre
1998.
6.- Feng, Li;
“The revolution and the
information economy”, 1995, 1ª Edición,
Editorial Wiley, Londres.
13.Van deer Steen, Sjef ; “ Sistema
catastral en los países bajos”. Conferencia
Geoinfo 2000. Santiago de Chile, Octubre
1999.
7.- Huhn, Mary; “Firms from Alley look for tally
in the Valley”, on line, disponible en
www.u-data.com.
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ESTUDIO DE COMPORTAMIENTO TERMICO VIVIENDAS EN
DIFERENTES CIUDADES DE CHILE. BASES PARA UNA
ZONIFICACION CLIMÁTICO-HABITACIONAL
AUTOR: Waldo Bustamante Gómez
Pontificia Universidad Católica de Chile
Escuela de Construcción Civil
[email protected]
RESUMEN
Un metodología para la definición de una zonificación climático
habitacional haciendo uso de criterios de confort para los usuarios y
eficiencia energética para el acondicionamiento térmico de viviendas se
ha aplicado al caso chileno, país con una gran diversidad climática. La
aplicación de esta metodología permitió concluir que en una vasta región
del país es posible lograr en viviendas el confort térmico sin demanda
energética durante todo el año. Esta zona se ubica al norte del eje La
Serena Ovalle. Para la zona central y sur del país, cuatro diferentes
zonas han sido definidas de acuerdo a la demanda de energía para
lograr el confort. En el caso de períodos calurosos, se ha determinado
que no es necesario enfriamiento artificial para conseguir condiciones de
confort en el ambiente interior de las viviendas, en todo en territorio
nacional.
Palabras claves: Estrategias de diseño, zonificación climática.
ABSTRACT
An already proposed methodology for defining a building climatic zoning
according to criterion of achieving inside comfort with minimum energy
requirements for different seasons of the year has been applied to the
case of Chile, a country with cold, temperate and hot-dry climates. The
application of the methodology led to the conclusion that in a vast
geographical zone no energy consumption would be needed to reach
inside comfort in dwellings throughout the year. This zone is located in
the north of the country. For central and southern Chile, four different
zones were defined according to heat demand to achieve comfort. In the
case of cooling period, no artificial cooling for achieving inside ambient
comfort would be needed for residential buildings throughout the country.
Keywords: Design strategies, residential building climatic zoning
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Givoni, es probable que sea posible alcanzar
la zona de confort aplicando alguna estrategia
de diseño de tipo “solar pasivo”, aun cuando
en cierta parte del año la combinación
temperatura/ humedad relativa esté bajo de la
zona respectiva delimitada en la propia carta.
[5; 6; 7; 8]. Ello podría ser estudiado en
ciudades como Porto Alegre y Curitiba en el
caso brasileño.
INTRODUCCIÓN
A partir de la crisis energética de 1973 se
inició un proceso de introducir exigencias de
comportamiento térmico de viviendas en
distintos países desarrollados y en cuyos
territorios se definieran zonas climáticohabitacionales. La metodología para definir
estas zonas se basó principalmente los
grados-día de calefacción de éstas (casos de
Francia y España por ejemplo). A partir de
fines de los 80, comenzó el uso -por parte de
diferentes autores- de la carta bioclimática de
Givoni para determinar zonas climáticohabitacionales dentro de un país, con las
respectivas recomendaciones de diseño
arquitectónico para el confort en el ambiente
interior de los edificios. Las zonas climáticohabitacionales
y
sus
respectivas
recomendaciones se definen de acuerdo a
cómo la temperatura y la humedad del
ambiente exterior de diferentes períodos del
año graficadas en la mencionada carta, se
distribuyen en las diferentes zonas asociadas
a recomendaciones de diseño que se
delimitan en ésta.
Por otra parte, es importante indicar que
ninguno de los métodos descritos para
determinar una zonificación con estrategias
de diseño para edificios, considera las
ganancias internas del edificio. Por otro lado,
estos métodos apuntaron a definir una única
zonificación climático-habitacional, haciendo
énfasis en períodos de calefacción, sin
embargo es necesario también estudiar el
comportamiento térmico de los edificios de
modo de observar su comportamiento en
períodos de enfriamiento, lo que podría
indicar la elaboración de una zona climáticohabitacional diferente para este período del
año en un determinado país. De hecho.
Recientemente en el caso de Francia, existe
una zona climático-habitacional para períodos
de invierno y otra para verano, en cada una
de las cuales la normativa de este país
establece exigencias de comportamiento
térmico de los edificios para un uso eficiente
de energía en climatización [9]. Últimamente,
en el caso de España se han delimitado
zonas
diferentes
para
períodos
de
calefacción y de enfriamiento del ambiente
interior de los edificios, aspecto que está
considerado en la evaluación que se hace de
éstos según destino en el software de
certificación energética español CCTE [10].
Esta metodología se aplicó en Grecia [1],
Estados Unidos [2] y Brasil [3]. En estudios
más recientes realizados en este país, se
aplicó una metodología similar a la descrita,
pero con uso de información meteorológica
horaria correspondiente a un “año de testeo
de referencia” (TRY) [4].
De acuerdo a este último estudio, en
ciudades como Porto Alegre (30º00’S) y
Curitiba (25º31’S) se necesitaría climatización
artificial durante cierta parte del año para
alcanzar el confort al interior de los edificios
[4].
De acuerdo a lo indicado, en la definición de
una
zonificación
asociada
a
ciertas
estrategias arquitectónicas a recomendar
para el confort térmico en edificios
habitacionales, es necesario el estudio de
éstos, considerando la mayor cantidad de
variables que influyen en su comportamiento
térmico. En otras palabras, la respuesta del
diseño de una vivienda a la información
climática de una cierta región debe ser
considerada en el momento de definir las
estrategias recomendables para ésta. A estos
dos aspectos (clima y edificio) debe
agregarse aquel relacionado con el
comportamiento de los usuarios. En otras
palabras, la trilogía “Clima-Edificios-Usuarios”
Lo anterior apunta a indicar que si bien la
carta de Givoni en sus diferentes versiones
define ciertas estrategias arquitectónicas para
alcanzar el confort de acuerdo a la
información climática del lugar o región en
estudio, ella no permite asegurar que ello sea
factible. La carta de Givoni considera
exclusivamente
las
condiciones
de
temperatura y humedad relativa y no toma en
cuenta la radiación solar, de la que depende
directamente la posibilidad de alcanzar el
confort en una vivienda con “diseño solar
pasivo”. A pesar de lo que indica la Carta de
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propuesta anteriormente [11] ha de ser usada
para la definición de una zonificación de
acuerdo a los criterios confort con eficiente
uso de energía. Del mismo modo debe
estudiarse el comportamiento de los edificios
en diferentes estaciones del año, con el fin de
verificar la necesidad de establecer zonas
climático-habitacionales diferentes para los
períodos de calefacción y de enfriamiento.
En conclusión, el clima, los edificios y sus
usuarios, junto al criterio de alcanzar al
confort con eficiente uso de energía,
constituyen aspectos necesarios de ser
considerados al momento de establecer una
zonificación
climático-habitacional
conjuntamente
con
la
definición
de
estrategias de diseño asociadas a cierta zona
geográfica. Estas estrategias deben ser
compatibles para situación de invierno y
verano, de modo que las condiciones de
confort deben ser estudiadas -al menos- en
ambos períodos del año.
Por otro lado, al estudio de la variación
horaria de la temperatura y humedad relativa
interior en las viviendas, debe agregarse el
análisis de riesgos de condensación
superficial e intersticial en elementos de la
envolvente.
Finalmente cabe indicar que un aspecto
central de la metodología a proponer es que
en primer lugar debe intentarse definir una
zona en que sea factible alcanzar el confort
térmico dentro de las viviendas sin la
necesidad de requerir calefacción y
enfriamiento
en
los
correspondientes
períodos del año. Lo anterior, aun en aquellas
ciudades en que se tengan grados-día de
calefacción o enfriamiento positivos. En el
caso chileno -por ejemplo- bajo el criterio de
eficiencia energética podrá ser posible definir
una zona en que no se requiera consumo de
energía tanto en invierno como en verano. De
necesitarse consumo de energía en invierno,
métodos de enfriamiento pasivos podrían
permitir el confort en verano, de modo de
evitar el enfriamiento con sistemas activos.
METODOLOGÍA
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Se describe a continuación en forma general
la metodología propuesta para el desarrollo
de una zonificación asociadas a estrategias
de diseño para el confort con uso eficiente de
energía. (Esta metodología ha sido
presentada en detalle en trabajos anteriores
[12, 5, 7, 8])
I. Obtención de la respectiva información
meteorológica
de
variables
como
temperatura, humedad relativa, radiación
solar, viento, precipitaciones. Idealmente
debe generarse un año de referencia (TRY)
con al menos datos horarios de temperatura
del aire, temperatura de cielo, radiación solar,
viento y humedad.
II. Definición de tipos de viviendas en
diferentes regiones, con sus respectivas
soluciones constructivas de mayor uso, con el
fin de evaluar el punto de partida del proceso.
Deben estudiarse viviendas de diferentes
superficies de edificación, considerando
viviendas pareadas, aisladas y de edificios de
departamentos.
III. Selección de diferentes ciudades
localizadas en diferentes regiones del país,
considerando distintos climas, la demanda
por viviendas y la disponibilidad de
información climática confiable.
IV. Estudio de las condiciones de confort para
usuarios de viviendas en las diferentes
ciudades seleccionadas.
V. Estudio de las ganancias internas en
viviendas
en
las
distintas
ciudades
consideradas.
VI. Determinación de la variación horaria de
la temperatura y humedad en diferentes
recintos del interior de las viviendas, al
menos para períodos fríos y calurosos del
año. Representar posteriormente estas
curvas en la Carta Bioclimática de Givoni
para compararlas con las condiciones de
confort, especialmente en aquellos casos en
que estas condiciones están cerca de ser
alcanzados sin demanda de energía. Para la
determinación de la variación de las
indicadas variables (temperatura y humedad),
se recomienda el uso de un software tipo
multizona de régimen dinámico.
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por el océano Pacífico en el oeste. De norte a
sur el país muestra una variación climática
desde una zona extremadamente árida y
calurosa que se inicia al norte del Trópico de
Capricornio hasta la zona fría de glaciares y
campos de hielo en el extremo sur. A esta
variación climática existente de norte a sur,
se agrega una pronunciada variación
climática transversal debido a la presencia
del océano y las cordilleras mencionadas[13].
La norma chilena oficial NCH 1079 Of 77
[14]divide al país en 9 zonas climáticas, en
cuya definición se han considerado tanto las
variaciones de Norte a Sur como las de Este
a Oeste.
VII. Si en una determinada vivienda en
estudio no se alcanza el confort en algún
período del año, deben realizarse cambios en
su diseño y/o en las soluciones constructivas
usadas. Distintas estrategias de enfriamiento
o calentamiento pasivas
pueden ser
utilizadas.
VIII. Si el confort no es posible de ser
alcanzado con alguna estrategia pasiva, la
energía para calefacción o enfriamiento debe
ser
determinada
para
las
viviendas
estudiadas. Ello considerando criterios de uso
eficiente de energía, es decir las viviendas
deben ser analizadas con aquellas soluciones
constructivas y con las estrategias de diseño
arquitectónico que impliquen la menor
demanda de energía a lo largo del año.
SIMULACIONES DE COMPORTAMIENTO
TERMICO
IX. Concluidos los pasos anteriores, la misma
vivienda debe ser estudiada en una región
vecina con el fin de establecer zonas en que
similares
recomendaciones
de diseño
arquitectónico puedan plantearse para el
logro de las condiciones de confort con
mínima demanda de energía.
La metodología propuesta ha sido aplicada al
caso de 16 ciudades chilenas cubriendo
variaciones climáticas de Norte a Sur y de
Este a Oeste correspondientes a 8 de la 9
zonas climático habitacionales establecidas
en la Norma NCh 1079 Of 77 [14]. Sólo se ha
excluido la Zona Andina.
X. Se establecerán parámetros o indicadores
de calidad térmica y/o recomendaciones para
diferentes zonas, teniendo en cuenta
principalmente el comportamiento térmico de
las viviendas estudiadas, el confort, las
variables climáticas y la demanda de energía
de calefacción o enfriamiento
Software de simulación
Simulaciones
pata
determinar
el
comportamiento térmico de viviendas se
hicieron usando MBDS [15], un software para
simulación en régimen dinámico de tipo
multizona, originalmente desarrollado por la
Universidad de Liège (Bélgica) y que ha sido
mejorado progresivamente por el equipo de
Arquitectura y Clima de la Universidad
Católica de Lovaina. En el marco de este
estudio, este software fue mejorado al
incorporarle como opciones de cálculo dos
modelos para estimar la radiación directa y la
difusa en planos inclinados. Con el fin de
hacer una selección de estos modelos se
revisaron diferentes estudios en que se
comparó la predicción de estos modelos con
datos experimentales[16, 17, 18, 19, 20, 21,
22, 23, 24]. Uno de estos modelos es el de
Skartveit y Olseth [17], cuya aplicación se
recomienda para condiciones de días claros
o de nubosidad media [19].
CHILE: UNA BREVE DESCRIPCIÓN.
Localización
morfológicas.
y
ciertas
características
El país es una larga franja de cerca de 4200
km en la costa oeste de América del Sur, con
un ancho promedio aproximado de 177 km.
La parte continental del país se ubica
aproximadamente entre 17º 30’ y 56º latitud
Sur. En el costado oeste del país y desde
norte a sur se ubica parte de la Cordillera de
los Andes. Hacia el oeste se ubica la
Cordillera de la Costa hasta la altura de la
ciudad de Puerto Montt. Entre ambas
cordilleras se ubica la depresión intermedia
[13].
Por otra parte, el así llamado Modelo Perez
ha demostrado predecir mucho mejor la
radiación difusa en planos inclinados que
otros modelos disponibles. Este modelo en
El clima del país está fuertemente
influenciado por su accidentada geografía y
#
!" " #
$% %
superficies entre 55 y 130 m2 de superficie
edificada.
combinación con el modelo de Maxwell,
permiten estimar la radiación sobre
superficies inclinadas con resultados muy
cercanos a los obtenidos experimentalmente
[24]. Los mencionados modelos (Maxwell
para radiación directa en superficies
inclinadas y Perez para la radiación difusa en
superficies inclinadas) fueron también
incorporados a MBDS, usando una versión
revisada del modelo Perez entregada por el
propio autor [25].
Las soluciones constructivas para estimar las
demandas de energía iniciales en las
viviendas consideraron muros de albañilería
de ladrillo perforado en las viviendas
individuales y muros de hormigón armado en
los edificios de departamentos. En ambos
casos se consideró la aislación térmica en
cielo de acuerdo a la reglamentación vigente
en Chile. Las ventanas consideradas son de
vidriado simple con marco de aluminio y en el
caso de viviendas individuales se consideró
piso sobre terreno.
Viviendas estudiadas
En las simulaciones se consideraron tres
tipos de viviendas (una de un piso aislada,
otra de dos pisos aislada y una última de dos
pisos pareada) junto a otras tres de edificios
de departamentos. Las viviendas cubren
Tabla 4.2.1
Superficie de ventanas de las viviendas estudiadas
Norte
m
Casa 60 m2 pareada 1 piso
2
La Tabla 4.2.1 muestra la superficie de
ventanas de las viviendas estudiadas en cada
una de sus fachadas.
Sur
m
Este
2
m
2
Oeste
m
2
Total
m2
4.48
3.08
2.44
0.0
10.00
8.80
3.00
1.80
0.0
13.60
Casa 130 m aislada 2
pisos
12.36
9.78
0.68
0.0
22.82
Departamento 60 m2
10.00
0.0
0.0
4.2
14.20
18.40
0.0
2.48
0.0
20.88
25.60
0.0
0.0
3.00
28.60
2
Casa 85 m aislada 1 piso
2
Departamento 85 m
2
Departamento 130 m
3
" & &'&(!)
Datos climáticos
generó una año de datos climáticos para
cada una de las ciudades consideradas.
Tal como se propone en la metodología, un
año meteorológico de referencia o año tipo
(TRY) es lo recomendable para establecer las
zonas climático habitacionales. No fue
posible obtener esta información dado que
ella en Chile no es pública y su costo es
extremadamente alto. Otra opción era usar el
software Meteonorm [26] para la generación
de un año tipo a partir de datos climáticos
horario pero durante es estudio se demostró
que éste no entrega la oscilación térmica
propia de cada clima. Haciendo uso del
software
CASAMO
CLIM
[27]
se
determinaron diferentes días tipo propios de
diferentes meses del año, a partir de datos de
temperatura media mínima y media máxima y
su correspondiente humedad relativa junto a
la radiación solar. Con esta información se
Ganancias internas y renovación de aire.
No existe en Chile un completo estudio de
ganancias internas en viviendas. Como un
valor de referencia se usó un valor entregado
por la bibliografía de acuerdo a la situación
francesa y que corresponde al valor de 100
Wh/m2 día [6] . Se consideró una renovación
de aire entre el exterior y el interior promedio
diario de 1.0 vol/hora.
Condiciones de confort
Con respecto a estas condiciones se han
supuesto
los
siguientes
rangos
de
temperatura para la determinación de la
demanda de energía en las viviendas:
Living – comedor, cocina, pasillos y zonas de escala:
)
!" " #
Día:
$% %
" & &'&(!)
térmica exigida por la legislación chilena. El
espesor del aislante térmico en el cielo de
yeso cartón de 15 mm de las viviendas se ha
determinado con una conductividad térmica
de = 0,043 W/m K. En la Tabla 4.6.1 y 4.6.2
se muestran resultados de demanda de
energía de calefacción para las 6 viviendas,
considerando muros de albañilería de ladrillo
perforado (140 mm de espesor sin estuco)
con ventanas de vidriado simple. En l caso de
la Tabla 4.6.2 los muros presentan
aislamiento térmico exterior de 20 mm de
espesor ( = 0,043 W/m K).
7-24 horas: 20 ºC; Noche: 0 – 24 horas: 17 ºC.
Dormitorios:
Día: 7-24 horas: 18 ºC; Noche: 0 – 24 horas: 15 ºC.
Baños:
Día y noche: 0 – 24 horas: 22 ºC
Resultados de las simulaciones en diferentes
viviendas.
Se presentan a continuación resultados de
las simulaciones en las 6 viviendas
estudiadas en 5 ciudades del país,
considerando en cada vivienda la aislación
Tabla 4.6.1
Demanda de energía de calefacción para diferentes ciudades. Muros de albañilería de ladrillos sin aislación térmica.
Vidriado simple en ventanas
CIUDAD
CALAMA
VALPARAISO
SANTIAGO
CONCEPCION
P.ARENAS
Aislación en cielo (mm)
60
60
80
100
160
Demanda de energía de calefacción (kWh/m2 año)
Tipo de vivienda
Casa 60 m2 pareada 1 piso
113.4
83.7
100,3
123.5
292.1
Casa 85 m aislada 1 piso
156.0
109.1
131.7
161.4
379.8
Casa 130 m2 aislada 2
pisos
140.8
100.7
125.0
154.1
376.5
Departamento 60 m2
127.5
92.0
103,4
124,3
300,6
2
118.5
82.5
97,0
115,6
291,5
118.9
86.6
98,3
116,5
292,7
2
Departamento 85 m
Departamento 130 m3
Tabla 4.6.2
Demanda de energía de calefacción para diferentes ciudades. Muros de albañilería de ladrillos con aislación
térmica exterior de 20 mm. Vidriado simple en ventanas
CIUDAD
CALAMA
VALPARAISO
SANTIAGO
CONCEPCION
P.ARENAS
Aislación en cielo (mm)
60
60
80
100
160
Demanda de energía de calefacción (kWh/m2 año)
Tipo de vivienda
Casa 60 m2 pareada 1 piso
50.6
45.1
55.0
61.1
152.3
Casa 85 m aislada 1 piso
70.4
53.9
69.2
79.9
214.8
Casa 130 m2 aislada 2
pisos
63.4
54.6
67.2
75.3
184.1
Departamento 60 m2
53.1
46.9
51.4
54.3
132.8
2
42.9
37.9
44.2
45.0
118.0
48.6
44.1
49.2
50.3
121.9
2
Departamento 85 m
Departamento 130 m3
De acuerdo a estos resultados, la casa de 85
m2 presenta la mayor demanda de energía
de calefacción que todas las viviendas. Ello
debido a la mayor superficie expuesta al
exterior de sus muros comparada con la de
las restantes viviendas.
Se observa que la demanda de energía de
calefacción es siempre mayor en viviendas
individuales respecto de las viviendas de
edificios de departamentos. Ello se debe a la
mayor superficie de muros expuesta al
exterior en el caso de viviendas que en el
caso de departamentos donde la compacidad
es menor. Cabe indicar que en el caso de los
departamentos se consideró techumbre
expuesta al ambiente exterior.
Obsérvese también que las diferencias en las
demandas de energía de calefacción
estimadas para las diferentes ciudades se
*
!" " #
$% %
hacen menores en la medida que se
considera aislante térmico en muros.
" & &'&(!)
una alta diferencia en la demanda de energía
al comparar los resultados con idéntico
departamento pero con muros de albañilería
de ladrillos. (Ello por la mayor conductividad
térmica del hormigón armado). Dada la
presencia de aislante térmico, esta diferencia
se hace menor con sólo 20 mm de
poliestireno expandido.
La Tabla 4.6.3 muestra resultados de
simulaciones para determinar la demanda de
energía de calefacción en departamentos con
muros de 200 mm de hormigón armado, sin y
con aislante térmico exterior de 20 mm de
espesor ( = 0,043 W/m K). Se observa aquí
Tabla 4.6.3
Demanda de energía de calefacción en depto. de 85 m2 con muros de hormigón armado
MUROS
AISLACION
CIUDAD
CIELO
HORMIGÓN ARMADO
HORMIGON ARMADO
mm
SIN AISLACION TERMICA
20 mm AISLACION TERMICA EXTERIOR
Calama
60
145,2
47,2
Valparaíso
60
105,6
41,7
Santiago
80
120,4
48,1
Concepción
100
146,1
49,8
P.Arenas
160
357,2
129,7
Resultados de simulaciones en vivienda de 85 m2.
Se presentan a continuación resultados de
las simulaciones en la vivienda aislada de 85
m2 en algunas ciudades del país. La figura
siguiente (Figura 1) muestra la planta de esta
vivienda, cuya altura se ha supuesto de 2.4
m.
mm. Se han realizado simulaciones con
diferentes espesores de aislación térmica,
tanto en muros exteriores como en el cielo.
Se considera aislamiento de = 0,043 W/m K.
En el caso de muros, se muestran resultados
en que la aislación ha sido supuesta por el
lado exterior. Las ventanas son inicialmente
de vidriado simple y en ciertas simulaciones
se consideró vidriado doble (termopanel). El
piso es de radier de 10 cm con cubierta de
alfombra. En el interior existen paneles
divisorios livianos sin aislación térmica.
La superficie vidriada de la vivienda
corresponde inicialmente a un 16% de la
superficie total edificada (85 m²). De la
superficie vidriada total, un 64.7% se orienta
al norte, un 22.1% al sur y un 13.2% al
oriente. Se desarrollaron simulaciones con
superficies de ventana superiores hasta un
24% de la superficie edificada. En este
aumento se consideraron sólo las ventanas
de orientación norte, manteniendo fijas las
superficies de ventanas al sur y oriente.
Figura 1
Planta de la vivienda estudiada.
Los resultados mostrados corresponden a
esta
vivienda
con
las
siguientes
características generales: Muros exteriores
de albañilería de ladrillo hecho a máquina de
140 mm de espesor. Cielo de yeso cartón 15
Se consideró una renovación de aire entre el
exterior y el interior promedio diario de 1.0
vol/hora. En ciertas simulaciones este
intercambio se disminuyó a 0.6 vol/hora, lo
&
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$% %
que implica un mejoramiento de calidad de
ventanas y puertas en lo referente a
hermeticidad al paso del aire.
" & &'&(!)
confort se ven mejoradas a causa del
aumento de la inercia del edificio.
La situación descrita para Calama se repite
con pequeñas diferencias en otras ciudades
del interior en el norte del país, tales como en
Copiapó, Vallenar y Ovalle. En el caso de
Copiapó, se muestra en la carta bioclimática
de Givoni modificada (figura 3), la variación
de la temperatura y humedad en el dormitorio
2 (D2) y en el dormitorio 3 (D3) de la vivienda
para el mes de Julio. En ambos recintos se
logró en confort en este mes. Las curvas
mostradas corresponden al último tipo de
vivienda
descrita
para
Calama
(m50c100vd24ind3) y (m50c100vd24ind1).
(d1 y d3 indican dormitorios 1 y 3
respectivamente). Obsérvese que a pesar de
las bajas temperaturas del mes de Julio en
esta ciudad y que la carta de Givoni
modificada, a este nivel de temperaturas
exteriores (bajo los 10°C) no considera la
posibilidad de obtener confort con la
estrategia de calentamiento solar pasivo, se
ha logrado alcanzar este confort en una
vivienda sin un diseño especial propio de la
arquitectura bioclimática. Ello se debe a la
alta radiación disponible en Copiapó durante
el invierno, situación que se repite en otras
ciudades del interior en el norte del país.
Se presenta a continuación el resultado de
una serie de simulaciones en el caso de
Calama en el mes de Julio (figura 2). En el
gráfico se observa la variación de
temperatura exterior horaria y la obtenida en
el dormitorio 3 de la vivienda (D3), el cual
corresponde a una situación menos favorable
que los restantes dos dormitorios. Cabe
indicar que los resultados de las simulaciones
en el living-comedor y cocina (LCK,
considerado como una sola gran zona en las
simulaciones), son similares a los obtenidos
en el dormitorio 3.
Figura 2
Variación de la temperatura interior. Casa 85m2.
D3. Ciudad de Calama. Mes de Julio
Se observa que en la situación en que la
vivienda no tiene aislación en muros pero
cuenta con 60mm de aislación en cielo y con
ventanas con vidriado simple (m0c60vs16d3),
el confort no se alcanza en prácticamente
todo el día. Sin embargo, a medida que se
instala aislación exterior de 50mm en muros
perimetrales y se cambia el vidriado simple
de las ventanas por vidriado doble,
manteniendo sin variación la superficie de
ventanas de 16% (m50c100vd16d3), el
confort se ve más cercano.
Figura 3
Temperatura y humedad representada en Carta
Bioclimática. D1 y D3. Casa 85m2, 24% de superficie
vidriada. Copiapó. Mes de Julio
Esta situación se ve mejorada si se aumenta
la superficie de éstas a un 24% de la
superficie total edificada (m50c100vd24d3),
manteniendo las mismas condiciones de
aislación térmica y ventanas con vidriado
doble. Si bien las condiciones de confort
alcanzadas en este caso podrían ser
consideradas como aceptables, si en las
soluciones constructivas se supone un
cambio de los paneles interiores livianos por
muros divisorios de ladrillo hecho a máquina
(m50c100vd24ind3), las condiciones de
Se realizaron también simulaciones en el
caso de Valparaíso (33º01’ S) en que no se
logró el confort en invierno sin demanda de
energía, con similares mejoramientos a los
realizados en las ciudades indicadas
anteriormente. Desde esta ciudad hasta
Punta Arenas (53º00’S), a través de
simulaciones se han hecho estimaciones de
demanda energética para calefacción para el
período anual considerando las condiciones
de confort ya descritas en punto 4.5 y
+
!" " #
$% %
" & &'&(!)
interior (Calama, Copiapó, Ovalle). En estas
últimas ciudades, dada la alta fluctuación de
temperatura entre día y noche a lo largo de
todo el año, la inercia térmica es
recomendable para reducir la indicada
fluctuación en el interior de las viviendas. Por
otra
parte,
en
estas
ciudades
es
recomendable el uso de doble vidriado
hermético en ventanas, con baja infiltración
de aire especialmente por las bajas
temperaturas nocturnas en invierno.
La
inercia térmica no es necesaria en las
ciudades costeras de esta Zona 0. En todas
las ciudades de esta Zona 0 deben cuidarse
las condiciones de confort en verano por el
riego de sobrecalentamiento del ambiente
interior. Al menos deben considerarse
estrategias de protección solar de ventanas
con elementos opacos exteriores. El uso de
aleros es recomendable para en ventanas de
orientación norte y elementos opacos
verticales son apropiados para evitar la
radiación solar directa en ventanas de
orientación oriente o poniente, las que
idealmente deben ser evitadas.
distintas soluciones constructivas en muros,
ventanas, piso y cielo de las viviendas [8].
Para esta vivienda aislada de 85 m2,
diferentes rangos de demanda energética de
calefacción fueron definidos asumiendo
aislación térmica en muros (exterior) de modo
de evitar o disminuir al máximo la presencia
de condensación en su superficie del
ambiente interior, suponiendo en este
ambiente un máximo de 75% de humedad
relativa. Desde Valparaíso hasta Puerto Montt
se asumió una aislación térmica en muros de
20 mm ( = 0,043 W/mK). Para la definición
de estos rangos se asumió doble vidriado
hermético en ventanas y una aislación
térmica en cielo de acuerdo a los
requerimientos actuales de la legislación
chilena. Para Coyhaique y Punta Arenas se
supuso 50 mm de aislación térmica exterior,
160 mm de aislante en el cielo de las
viviendas y doble vidriado hermético en
ventanas.
CONCLUSIONES Y COMENTARIOS
En relación a aquellas ciudades donde fue
necesario la aplicación de un sistema de
calefacción, se determinó la demanda de
energía para tal efecto. Con estas demandas
se definieron 4 zonas, cada una asociada a
un rango de demanda de energía para
calefacción. Estas zonas son:
La aplicación al caso chileno de la
metodología aquí descrita permite concluir
que en el país es posible definir una vasta
región donde no se requiere energía para
calefacción en viviendas para conseguir en
ellas condiciones de confort para los
usuarios. Esta zona se ubica al norte del eje
La Serena Ovalle (incluyendo a estas dos
ciudades) hasta la frontera con Perú. Se
excluye de esta zona de cero demanda de
energía de calefacción a las zonas
cordilleranas de mayor altura que la de las
ciudades analizadas. La figura 4 muestra las
ciudades incluidas en esta zona, la que aquí
se ha denominado “Zona 0”
Zona 1: Demanda de energía de calefacción
kWh/m2 year.
< 50
Zona 2: Demanda de energía de calefacción desde 50
hasta 75 kWh/m2 year.
Zona 3: Demanda de energía de calefacción desde 75
hasta 125 kWh/m2 year.
Zona 4: Demanda de energía de calefacción desde 125
hasta 175 kWh/m2 year.
De acuerdo a la zonificación climáticohabitacional de la norma chilena NCh 1079
Of 77, las ciudades de esta “Zona 0”
pertenecen a diferentes climas dado que
algunas de éstas pertenecen a la zona
costera y otras se ubican en la depresión
intermedia entre la Cordillera de la Costa y la
de los Andes.
Se
excluyen
de
estas
zonas
la
correspondiente a la zona Andina, la que no
fue estudiada en este trabajo por no contar
ella con una alta densidad poblacional.
En el caso de estas 4 zonas, los rangos de
demandas de energía están asociados a la
vivienda aislada de 85m2 (Figura 1), la que
desde el punto de vista de esta demanda
resultó ser la más desfavorable al
compararlas con las otras viviendas
estudiadas (ver Tablas 4.6.1 y 4.6.2). Ello
Estas diferencias en el clima hacen que la
demanda nula de energía se logre con
estrategias de diseño distintas para costa
(Arica, Antofagasta, La Serena) que para el
(
!" " #
$% %
probablemente
debido
a
la
menor
compacidad que presenta esta vivienda (1
piso, aislada) respecto de las restantes en
estudio. De este modo, la demanda de
energía de las otras viviendas podrán
ubicarse en rangos menores de demanda de
calefacción a iguales soluciones de muro,
cielo, piso y ventanas.
" & &'&(!)
inercia térmica alta juega un rol importante
Arica
Calama
Antofagasta
Cabe indicar, que para la definición de estas
zonas, junto al criterio de eficiencia
energética se aplicó también el de necesidad
de confort para los usuarios, el que también
se afecta en la medida que ocurran
fenómenos de condensación en la superficie
interior de los elementos perimetrales. Se
optó entonces por proponer el uso de
aislamiento térmica en muros (suponiendo
muros de albañilería y de hormigón
correspondientes a los mayor uso en el país
actualmente) de un mínimo de 20 mm en una
vasta zona del país y de un mínimo de 50
mm para localidades al sur de Puerto Montt.
( = 0.043 W/mK). Los valores indicados
siguen siendo los mínimos recomendados
por
cuanto
éstos
parecen
todavía
insuficientes si se les compara con países
desarrollados con una severidad climática
similar.
ZONA 0
Copiapó
La Serena
Ovalle
ZONA 1
Valparaíso
Santiago
Concepción
Curicó
Temuco
Valdivia
ZONA 2
ZONA 3
Osorno
Pto. Montt
Coyhaique
ZONA 4
En el caso de tabiques estructurados en
madera o acero se recomienda un
aislamiento térmico no menor a 50 mm hasta
P. Montt y no menor a 70 mm desde esta
ciudad al sur, instalado en la cavidad del
tabique, acompañado con barrera de vapor.
Punta Arenas
Figura 4
Zonificación en base a demanda de energía bajo
criterios de confort y uso eficiente de energía.
Adicionalmente, la renovación de aire en
viviendas debiera ser lo más controlada
posible de manera asegurar en el interior
calidad de aire adecuada, con un máximo de
humedad
relativa
(75%)
pero
no
excediéndose en este intercambio de aire
cuando se trata de climas con alta oscilación
térmica entre día y noche tales como los que
se ubican entre la Cordillera de la Costa y de
los Andes
En relación a ventanas, para orientaciones
norte se recomienda el uso de aleros y en
orientaciones
oriente
y poniente
se
recomienda el uso de protecciones opacas
ubicadas al exterior de éstas.
con el exterior, para no aumentar la demanda
de energía de calefacción innecesariamente.
Ello obliga a una buena ejecución de las
obras y a una asegurada permeabilidad al
aire en rendijas de puertas y ventanas.
En este estudio se consideraron materiales
secos. Cabe indicar que la demanda de
energía para calefacción en viviendas serán
mayores en la medida que se consideren
materiales húmedos en la envolvente debido
a las precipitaciones existentes en el país.
Ello debido al aumento de la conductividad
térmica de los materiales con el aumento de
su contenido de humedad. Del mismo modo,
En relación a períodos de verano,
simulaciones de comportamiento térmico en
todo el país muestran que el confort interior
en viviendas se puede alcanzar con criterios
de orientación adecuada de ventanas y/o
estrategias de ventilación. Del mismo modo la
"
!" " #
este mayor contenido de humedad implicará
mayores riesgos de condensación en
elementos de la envolvente. Al respecto
cabe indicar el estudio que actualmente se
realiza en la Escuela de Construcción Civil de
la Pontificia Universidad Católica de Chile
[28].
Es preciso indicar que la información
climática disponible en el país debiera ser
mejorada, teniendo como meta la posibilidad
de generar años meteorológicos
de
referencia (test reference years o TRY) para
incrementar el grado de validez de estudios
como éste.
Por otra parte, cabe indicar que
los
resultados aquí mostrados consideran sólo
las sombras propias del edificio y no las que
producen elementos lejanos a él, lo que
constituye una limitación de los presentes
resultados. Este es uno de los aspectos que
debieran ser analizados. Otro aspecto a
considerar en el futuro es la posibilidad de
integrar a las viviendas otras mejoras en su
diseño y que se relacionan con la distribución
de sus espacios interiores. En otras palabras,
hasta ahora se ha analizado principalmente la
envolvente del edificio, manteniendo fija la
distribución interior de la vivienda y
suponiendo las mejores condiciones de
exposición al sol de éstas. En el futuro se
debieran considerarse los efectos de cambios
del espacio interior de la vivienda junto a los
generados por los elementos del espacio
exterior, especialmente en zonas urbanas.
Finalmente cabe indicar que la forma en
como se distribuye un cierto volumen de
aislante térmico en una vivienda juega un rol
importante en el comportamiento térmico que
ésta pueda presentar. Después de suponer
cierto espesor de aislante térmico instalado
en el cielo de una vivienda, es necesario
preguntarse donde suponer la siguiente
unidad de aislante que pueda instalarse en
ésta. Es recurrente que se logre un mejor
desempeño de la vivienda si se agrega una
unidad más de aislamiento térmico en muros
perimetrales en vez de hacerlo en el cielo
cuando éste ya posee un cierto espesor de
aislante. [8]. A modo de ejemplo, en el caso
de Punta Arenas y para la vivienda aislada de
85 m2, 150 mm de aislante en el cielo
implica aproximadamente un volumen de
este material de aproximadamente 12.8 m3.
$% %
" & &'&(!)
La demanda de calefacción en este caso
resultó 337,3 kWh/m2 año suponiendo muros
de albañilería de ladrillos, ventanas con
vidriado doble y renovación de aire de 1.0
vol/h. Para idéntica vivienda pero suponiendo
100 mm de aislante térmico en cielo y 20 mm
en el exterior del muro se ocupa una menor
cantidad de aislante térmico (10.3 m3), sin
embargo, a pesar de esta menor cantidad de
aislante térmico usada en la vivienda, se
obtiene una menor demanda de energía de
calefacción, la que alcanzó a 226,6 kWh/m2
año. Similares situaciones se observan en las
restantes ciudades [8]. Este hecho justifica
la necesidad de aplicar exigencias de
acuerdo al comportamiento térmico global de
viviendas, lo que el Ministerio de Vivienda y
Urbanismo del país espera poder concretar
en un futuro cercano a través del software de
certificación energética CCTE-CL disponible
en la web del indicado Ministerio.
REFERENCIAS
1.- Kolokotroni M., Young A.N. “The zoning
of Greece for use in climate responsive
building design” . En ‘Energy and
building for temperate climates. A
Mediterranean Regional Approach‘.
Proceedings of
PLEA
88. Porto,
Portugal. Edited by E. de Oliveira
Fernandez and S. Yannas. Pergamon
Press. Oxford.499-504. 1988.
2.- Lechner
N “Heating, cooling and
lighting. Design methods for architects”.
John Wiley and sons. New York. USA.
1991.
3.- Silva , A.C.S.B , Lambert R, Sattler M.A.
Risso A. “Division of Brazil into building
bioclimatic zones”. Actes Conference
Europeenne Performance Energetique
et Qualite des Ambiances dans le
Batiment. Lyon. Francia. .1994.
4.- Lamberts R.; Goulart S., Dutra L., S.F.
De Andrade S.F., Pereira F., Barbosa.
M. “Building bioclimatology in Brazil”
Proceedings of PLEA 97. Tokio. Japón,
203-206. 1997.
5.- Bustamante W. E. “Metodología para la
elaboración
de
una
zonificación
climático habitacional en países con
!" " #
$% %
" & &'&(!)
climas fríos, templados y cálidos secos”
Congreso Internacional de Energías
Sustentables. X SENESE. Centro de
Estudios de los Recursos Energéticos.
Universidad
de
Magallanes
P.
Arenas.1998.
14.- Instituto Nacional de Normalización.
“NCh 1079 Of 77. Zonificación climático
habitacional
para
Chile
y
recomendaciones
para el diseño
arquitectónico”. INN 1977.
6.- Chatelet A., Fernandez P., Lavigne P.
“Architecture
climatique.
Une
contribution au développement durable.
Tome 2: Concepts et dispositifs”.
EDISUD. Aix en Provence. Francia.
1992.
15.- Laboratoire
de
thermodynamique.
Faculté des sciences appliquées.
Université de Liège. “MBDS. Multizone
building dynamic simulator”. Laboratoire
de thermodynamique. Université de
Liège. Sin fecha de publicación.
7.- Bustamante W.E., De Herde A.
“Residence climatic zoning for countries
with cold, temperate and warm dry
climates.
The
case
of
Chile”.
Proceedings of PLEA 2000. Cambridge,
Inglaterra, Julio 2000. Editado por K
Steemers y S. Yannas. Ed. James and
James. Londres. 741-745. 2000.
16.- Perez, R, R. Stewart, C. Arbogast, R.
Seals and J. Scott .·”An anisotropic
hourly diffuse radiation model for sloping
surfaces:
description, performance,
validation, site dependency evaluation”.
Solar Energy. Vol 36, N° 6, pp 481-497,
1986.
A.
8.- Bustamante W. E. “A Residence climatic
zoning methodology for countries with
cold, temperate and warm dry climates”.
Tesis de doctorado. Arquitecture et
Climat. Universidad católica de Lovaina.
Bélgica. 2001.
Skartveit,
J.A.
Olseth.”A
model for the diffuse fraction of hourly
global radiation”. Solar Energy 38 , pp
271-274. 1987.
17.- Perez, R, R. Seals, P. Ineichen, R.
Stewart,
D. Menicucci.
“A new
simplified version of the Perez diffuse
irradiance model for tilted surfaces”.
Solar Energy. Vol 39.
pp 221-231.
1987.
9.- Lavigne P. Contacto personal. Mayo
2004.
10.- Molina J.L. Universidad de Sevilla.
España. Contacto personal. Mayo 2004.
18.- Perez, Richard, Robert Seals, Antoine
Zelenka, Pierre Ineichen. “Climatic
evaluation of models that predict hourly
direct irradiance from hourly global
irradiance: prospects for performance
improvements”. Solar Energy. Vol 44, N°
2, pp 99-108. 1990.
11.- De Herde A., M Boisdenghienm., E
Gatria. “Overheating and daylighting in
commercial buildings : the case of
nd
Belgium”. Proceedings
of 2 World
Renewable Energy Congress. Reading.
U .K. Pergamonn Press. U.K. 1992.
19.- Perez, Richard; Pierre Ineichen; Robert
Seals; Joseph Michalsky and Ronald
Stewart. “Modeling daylight availability
and irradiance components from direct
and global irradiance”. Solar Energy. Vol
44, N° 5, pp 271-289. 1990.
12.- Bustamante W. E. “A Residence climatic
zoning methodology for countries with
cold, temperate and warm dry climates”.
Proyecto de Tesis de doctorado.
Arquitecture et Climat. Universidad
católica de Lovaina. Bélgica. 2001.
20.- Reindl, D.T.; W. A. Beckman and J. A.
Duffie. ”Evaluation of hourly tilted
surface radiation models“. Solar Energy
Vol 45, N° 1, pp 9-17. 1990.
13.- Werner, Schwerdtfeger. “ World Survey
of Climatology. Volume 12. Climates of
Central and South America”. Elsevier
Scientific
Publishing
Company.
Amsterdam-Oxford-New York. 1976.
21.- Utrillas, M.P.,J.A. Martinez-Lozano and
A.J. Casanovas. “Evaluation of models
!
!" " #
for estimating solar irradiation on vertical
surfaces at Valencia, Spain”. Solar
Energy Vol 47, N° 3 , pp 223-229. 1991.
22.- Erbs D. G.; S.A. Klein; J.A. Duffie.
“Estimation of the diffuse
radiation
fraction for hourly, daily and monthly –
average global radiation”. Solar Energy.
Vol 48, pp 293-302. 1992.
23.- Feuermann D. ; A. Zemel. ”Validation of
models for global irradiance on inclined
planes”. Solar Energy. Vol 48, N° 1, pp
59-66. 1992.
24.- Perez, Richard. Personal contact. 1998.
25.- Meteotest. “Meteonorm 3.0. Meteotest.
Zuiza. 1995.
26.- Agence Francaise pour la Matraise de
l’energie.
“Malette
Pédagogique
CASAMO. Agence Francaise pour la
Matraise de l’energie París. 1993.
27.- Veas, L, R. Iturrieta, R. Valdés.
“Incidencia del contenido de humedad
en el comportamiento térmico de muros
tradicionales en Chile” Revista de la
Construcción. Vol 2, Nº2, pp 4-14.
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HACIA UN DIAGNÓSTICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS
GENERADOS POR OBRAS DE EDIFICACIÓN EN ALTURA,
EN LA REGIÓN METROPOLITANA.
AUTORES: Carlos Aguirre N.
Pontificia Universidad Católica de Chile
Escuela de Construcción Civil
([email protected])
María Verónica Latorre B.
Pontificia Universidad Católica de Chile
Escuela de Construcción Civil
([email protected])
COLABORADORES: Rocío Burboa G.
Pontificia Universidad Católica de Chile
Escuela de Construcción Civil
([email protected])
Pablo Montecinos G.
Pontificia Universidad Católica de Chile
Escuela de Construcción Civil
([email protected])
RESUMEN
Este artículo tiene como objetivo iniciar la discusión sobre la
problemática de los residuos sólidos generados por obras de
construcción, y sus posibles alternativas de manejo y gestión, a la luz del
desarrollo sustentable.
Bajo este planteamiento, la gestión de RESCON (Residuos sólidos de
construcción), debería posicionarse en el mercado como una
herramienta para internalizar del impacto de la contaminación generada
por las obras de construcción, a partir de perspectiva general.
Palabras clave: RESCON, Gestión de residuos sólidos urbanos,
producción limpia.
ABSTRACT
This article aims to start the discussion about the solid residues
generated by construction sites, and their alternatives for management
and handling, enlightened by the sustainable development.
Under this consideration, the management of this residues should stand
towards the market as a tool for internalising the impact of pollution from
the construction sites in a general view.
Keywords: construction residues management, lean construction
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ANTECEDENTES GENERALES
Los residuos sólidos de construcción no
pueden ser considerados como residuos
sólidos
urbanos,
dado
que
tienen
características como: ser difíciles de
manipular, tener composiciones y tamaños
muy variados, ocupar grandes volúmenes, y
además, existen residuos de carácter
peligroso que debe ser tratados de forma
especial. Por otro lado, son generados sin
periodicidad, se observa que en las distintas
comunas de la Región Metropolitana no
siempre existe la misma cantidad de obras
en ejecución, ni son de las mismas
magnitudes o características, razón por las
cual no es posible involucrarlos en algún tipo
de gestión municipal o de otra envergadura.
El presente artículo pretende iniciar el debate
sobre la realidad actual de los Residuos
Sólidos de Construcción en la Región
Metropolitana, y forma parte de una
investigación que contempla realizar un
diseño metodológico para la cuantificación y
clasificación de residuos sólidos generados
por obras de edificación en altura. Para ello
contempla la creación de instrumentos de
medición de los residuos que generan las
obras.
Bajo esta perspectiva, se realiza esta
discusión en un nivel exploratorio, debido a
que la cuantificación y clasificación de
residuos sólidos generados por obras de
edificación en altura, específicamente, no es
un tema que se haya estudiado previamente
en la Región Metropolitana, y los
antecedentes existentes no están en el
mismo contexto que la investigación en
cuestión, existiendo metodologías extranjeras
que no son aplicables a la realidad nacional,
de no realizarles modificaciones para
situarlas en un contexto similar al nuestro.
Para reducir los efectos ambientales
negativos es necesaria una gestión
adecuada de los residuos, priorizando la
minimización, la separación selectiva en
obra, la valorización y disposición (reutilizar,
reciclar, enviar a vertedero); lo cual debe ser
tomado en consideración desde la etapa de
diseño del proyecto y hasta su puesta en
marcha. En este contexto la empresa
nacional no ha tomado conciencia de los
recursos que se pierden al desechar todo lo
que no se usa. Si se implementaran medidas
de minimización y reutilización de residuos la
eficiencia de la empresa tendería a mejorar,
debido a que al minimizar la generación de
residuos bajarían los costos por transporte de
éstos y se dispondría de mayor espacio libre
dentro de la obra. Reutilizar los residuos es
una forma de otorgarles valor, con lo cual los
costos por compras de materiales que
finalmente serán desechos, disminuirían.
La construcción, en su totalidad, es una
industria donde se genera una gran cantidad
de residuos sólidos, “se estima que se
3
1
producen 5.400.000 m al año” , lo que
implica un alto costo ambiental para nuestro
país, por los efectos para el medio ambiente,
entre los cuales se destacan el deterioro del
paisaje, por la disposición de estos residuos
en vertederos ilegales y en bienes de uso
público; obstrucciones en la red de drenaje,
contaminación de suelos y aguas, la que
puede ser producida por líquidos lixiviados
cuando
no
han
sido
separados
selectivamente antes de su depósito, y el
entierro de suelos productivos.
Teniendo en cuenta el costo social que
producen los RESCON es que se presenta el
siguiente gráfico de abatimiento del impacto
producido, en el cual la curva de abatimiento
representa el esfuerzo económico para lograr
la disminución, que uno puede considerar
como el estudio e implementación de
medidas necesarias para obtener los niveles
de contaminación decrecientes, en la medida
que se aumente el costo de la medida. De la
misma forma, el costo de la contaminación
(que incluye los medios de impacto
ambiental), es mayor en la medida que
aumenta la contaminación.
El término residuos sólidos de construcción
(RESCON) se refiere a todos aquellos
sólidos o semisólidos provenientes de faenas
como demoliciones, edificación de viviendas,
industrias, comercio, servicios, pavimentaciones y repavimentaciones, sean éstas de
carácter público o privado. Es decir, aquellos
que no presentan utilidad para las etapas
siguientes de la obra o de la vida útil de ésta.
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Gráfico1
Costos totales de la contaminación por RESCON
En el gráfico de abatimiento del impacto
ambiental producido por los residuos sólidos
de construcción, X1 representa el nivel óptimo
de producción de RESCON y C1 el costo
social óptimo para esa generación de
residuo. Esto quiere decir que la producción
una unidad más de residuo por sobre el
óptimo produce un costo social del daño
mayor que el costo del abatimiento de ese
impacto, por lo tanto, el producir esa unidad
más de residuo no es rentable en términos
sociales. El producir una unidad menos de
residuo significaría tener un mayor costo
producto del abatimiento, que el ahorro
producto del daño social, por tanto, no es
óptimo producir una unidad menos que X1.
El costo social producido por los RESCON es
su disposición final, ya que estos, como se
dijo anteriormente, quedan en manos del
transportista, el cual es el que decide el sitio
para su disposición final, el que muchas
veces es un VIRS (Vertederos Ilegales de
Residuos Sólidos) o a las mismas vías
públicas.
internalizando los costos de mitigación y
compensación
de
dichos
procesos
productivos.
2
La ley base del medio ambiente , establece
las exigencias de un estudio y una
declaración de impacto ambiental a las obras
de edificación, tratándose el tema de los
residuos en ambos documentos, con distinto
énfasis y profundidad. El estudio de impacto
ambiental, que es el instrumento que
requiere mayor rigurosidad para su
desarrollo, sólo es exigible a proyectos que
se encuentran fuera de las zonas definidas
por los instrumentos de planificación
territorial, como planes reguladores, en zonas
protegidas y conjuntos habitacionales en
3
extensión y edificios destinados en forma
permanente a salud, educación, seguridad,
culto,
deporte,
esparcimiento,
cultura,
transporte, comercio o servicios, con algunas
restricciones de superficie, entre otras. En
este marco, las obras de edificación que se
construyen habitualmente en el Gran
Santiago, sólo deben presentar una
Declaración de Impacto Ambiental, lo que no
asegura un tratamiento efectivo de los
residuos de la construcción, dado que su
transporte y dispocisión a un sitio adecuado
no es un requisito para la recepción final de
las obras, lo que ha fomentado la creación de
CONSTRUCCIÓN Y MEDIO AMBIENTE
La concepción medio ambiental de las faenas
de construcción, es sin duda uno de los
problemas a los cuales se enfrenta el gestor
de ellas; cada día se les exige mayor
cantidad de procesos constructivos que, a su
vez,
presenten
menos
impactos,
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sitios de disposición final de RESCON -o
botaderos- de forma ilegal, con todas las
externalidades que ello implica.
En ese sentido, y considerando que el
número de obras de construcción presentan
elasticidad positiva con el aumento del
producto interno bruto, es posible predecir
que el problema se acrecentará en el futuro
en nuestrp país, por lo que resulta necesario
realizar acciones de nivel científico para la
medición, clasificación y tipificación de los
RESCON, con miras a lograr una correcta
gestión de éstos.
relación con el tamaño de la edificación,
siendo el espacio una limitante para realizar
una correcta separación de los residuos en la
obra, de manera de darles un manejo
diferenciado. Por otro lado, es también usual
que la generación de los residuos se
encuentre muy ligada a un mal diseño del
proyecto, donde no se considera el
dimensionamiento óptimo para los materiales
a utilizar, de manera de aprovechar éstos al
máximo y minimizar sus pérdidas.
Mapa Nº 1
Metros cuadrados construidos en entre 2000 y 2002
SITUACIÓN ACTUAL DEL MANEJO DE
LOS RESCON
Los residuos sólidos de construcción
(RESCON), al igual que todo residuos sólido,
puede ser segmentado en las fases de:
•
•
•
•
Fase de generación
Fase de transporte
Fase de disposición final
Fase de tratamiento y reutilización.
En la fase de generación, propia del proceso
productivo de la construcción y las prácticas
habituales de las obras, es frecuente que
sólo se realice un acopio de los residuos en
uno o varios lugares de la obra o sus
alrededores. En este sentido, resulta sencillo
tomar la relación o elasticidad de la
producción de RESCON, entre los metros
cuadrados construidos por comuna y los
RESCON producidos, con lo cual se puede
ubicar fácilmente las comunas en donde se
producen más RESCON.
Fuente: Elaboración propia a partir de permisos de
edificación
Las proyecciones de generación son
directamente proporcionales a la variación
del sector construcción, el cual -a su vezesta íntimamente ligado con la variación del
PIB del país y la variación de la demanda
interna. Es por esto que como indicador se
tomará este último, que es el mejor reflejo de
la cantidad que se construirá, al tratarse de
un indicador que demuestra el real interés
por invertir en construcción y que como se
mencionó anteriormente, al existir un
aumento en la construcción existirá un
aumento en la producción de RESCON.
Según esto y las proyecciones que tiene la
Cámara Chilena de la Construcción, se
construye la tabla II-1:
Actualmente, la forma de acopio de estos
residuos en cada obra no es la más
adecuada, de acuerdo a las formas
internacionales de operar, dado que el
almacenamiento de los residuos está
íntimamente ligado al tamaño del predio y su
TABLA 1
Estimación de la demanda futura hasta el año 2004
Tasa de crecimiento del sector
Año
construcción (%)
2002
3,00
RESCON producidos por año
(Millones de m3)
5,400
003
3,50
5,589
2004
5,00
5,868
FUENTE: Cámara chilena de la construcción, Banco central de Chile y elaboración propia
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No existe certeza sobre el crecimiento del sector construcción para los años que siguen, pero si se
supone para los años 2005, 2006 y 2007 un crecimiento constante de un 5%, que sería equivalente
a la proyección del creciemiento nacional, se puede estimar que la generación futura de RESCON,
expuesta en la tabla Nº2
TABLA 2
Estimación de la demanda futura desde el año 2002 hasta el año 2007
Tasa de crecimiento del sector
RESCON producidos por año
Año
construcción (%)
(Millones de m3)
2002
3,00
5,400
2003
3,50
5,589
2004
5,00
5,868
2005
5,00
6,161
2006
5,00
6.469
2007
5,00
6,792
FUENTE: Elaboración propia en base a Cámara chilena de la construcción, Banco Central
de Chile
Si se observan las tendencias de indicadas
en la tabla, se hace necesario el estudio y
tipificación de estos residuos, con el objetivo
de minimizar su impacto, en una ciudad en
que el suelo urbano es cada día más escaso
y costoso.
Durante la disposición final, los RESCON son
llevados principalmente a rellenos sanitarios
o VIRS, dentro de estos últimos se
encuentran las vías públicas, bastando que
se depositen los RESCON una vez, para que
sirva de umbral para una disposición más
periódica de este tipo de desechos y se
establece una especie de llamado tácito al
depósito de otros vertidos, como los de
origen doméstico.
Durante la fase de transporte, el generador
de residuos contrata un servicio que se
encarga de trasladarlos hasta el sitio de
disposición final, siendo en esta etapa donde
se decide el destino de los RESCON. El
transportista tiene la función de retirar los
RESCON del entorno de la obra llevando
éstos hasta su disposición final.
En la actualidad son, en la mayoría de los
casos, los transportistas de los RESCON
quienes deciden su disposición final, por este
motivo,
generalmente
la
empresa
constructora desconoce el lugar específico al
que llegan los RESCON que producen a
través de sus obras, las que tampoco se
preocupan de diferenciarlos de acuerdo a su
reutilización. Por lo cual, no existe una
correcta gestión de residuos, y para que
exista es de gran importancia que sea el
generador quien se haga responsable de sus
RESCON, y que las acciones de generación,
transporte y disposición estén reguladas
estatalmente y fiscalizadas por quien
corresponda.
Con relación a la fase de tratamiento y
reutilización, “prácticamente no se realiza
tratamiento de RESCON, mientras que lo que
se reutiliza es poco significativo dentro del
volumen
total
de
residuos
de
la
4
construcción” . Para que el residuo generado
pueda ser reutilizado se hace indispensable
que se realice un manejo más integral,
sistémico y sistemático de estos, con lo cual
se podrán valorizar el máximo de los
RESCON en las distintas etapas de la
construcción.
Con respecto a los
tratamientos es importante que se separen
los residuos de carácter peligroso o tóxico,
los cuales se deben tener un tratamiento
especial, neutralizándolos antes de su
almacenamiento definitivo.
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Por otro lado, si los RESCON están sujetos a
un esquema de manejo adecuado, pueden
constituirse en una solución para el problema
5
de recuperación de suelos urbanos . Si éstos
son clasificados en su origen, las fracciones
inertes y no contaminadas son un excelente
material de relleno para pozos de áridos en
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los que ha finalizado su explotación y que
están abandonados, pudiendo así ser usados
para recuperar sitios y darles un fin posterior
que implique beneficios, no sólo económicos,
sino también sociales y ambientales.
disposición (reutilizar, reciclar, enviar a
vertedero). La valorización, que es la etapa
de la gestión en que se valora los
componentes de los desechos para darles
uso posterior (inmediatamente o después de
tratarlos), es parte necesaria de una gestión
adecuada de éstos, lo que implica una
diferenciación de los residuos, en el
momento en que se generan, para evitar
dañar o mezclar los materiales que los
componen.
Actualmente existen vacíos legales de
consideración, dado que existen reglamentos
sanitarios anteriores a la creación de la ley
base del medio ambiente, lo que no deja
claro cuáles son las reglas del juego para los
actores involucrados, además de que “no
existe ninguna regulación cuyo objetivo
específico apunte al manejo de los
6
RESCON”.
La existencia de una metodología para la
medición, y una clasificación preliminar de los
residuos sólidos generados en obras de
edificación en altura en la Región
Metropolitana, es la base para un plan de
gestión de estos residuos, lo cual, no sólo
traería beneficios ambientales, si no que
también podría disminuir los costos de las
empresas constructoras dado el manejo
adecuado de los residuos, el cual permite su
valorización y reutilización y, por otra parte,
por la reducción de residuos gracias a la
aplicación de las políticas a todas las etapas
del proyecto, desde su diseño.
Para poder llevar a cabo esta separación es
necesario que exista
una metodología
aplicada a la realidad nacional, que permita
cuantificar y clasificar los RESCON, con el fin
que las empresas constructoras puedan
utilizarla, para facilitar la distribución y
aprovechamiento
de
sus
residuos
minimizando el impacto que producen.
Además, la existencia de una metodología
para la medición de residuos, así como su
clasificación común para todas las obras,
facilitaría la fiscalización y regulación de la
gestión de los residuos, asegurándose que
ésta exista, e incluso podrían ser de utilidad
para la formación de las normas que
fiscalicen a este respecto.
Esta situación lleva a la generación de
mercados informales de gestión de residuos,
tanto en su etapa de transporte como de la
disposición final. En ese sentido la autoridad
ha buscado diversos mecanismos legales
para el control de estos mercados, como por
ejemplo, el protocolo de acuerdo para la
implementación de un "plan de acción para la
promoción del control y erradicación de los
vertederos
ilegales
de
la
Región
Metropolitana" para el periodo 2003-2006,
cuyo objetivo es generar las bases para el
control y prevención de los VIRS y MICRO en
la Región Metropolitana, promoviendo a su
vez la recuperación y reinserción social de
los terrenos afectados por estas prácticas
ilegales.
Bajo este prisma, la gestión “formal” de los
RESCON, es sin duda una de las alternativas
que le debiera ser exigible a la empresa
privada en un futuro cercano, dado el sistema
de producción limpia que se debiera
implementar ante la materialización de los
acuerdos de libre comercio y al acceso a
mercados más desarrollados que el nacional.
En la actualidad se está trabajando con
sistemas de aseguramiento de la calidad los
cuales son perfectamente complementarios
con los de gestión ambiental, éstos tienen
como objetivo administrar con mayor
eficiencia y sistematicidad los problemas y
las oportunidades en campo ambiental. Al
incorporarse un S.G.A. (Sistema de Gestión
Ambiental) los impactos provocados por las
actividades de una obra tenderán a ser
prevenidos y limitados, con lo cual la
empresa podrá llevar a cabo de mejor
La gestión de los residuos de construcción
tiene como objetivos principales las llamadas
7
“3 R” que son: reducir, reutilizar y reciclar los
residuos. Para ello se debe considerar la
minimización de éstos, una separación
selectiva en obra, su valorización y
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manera su política ambiental y objetivos
ambientales. Se puede introducir entonces,
adscrito a estas estructuras, un equipo de
gestión de residuos y medio ambiente, cuya
misión básica fuera la de cuidar que se
cumplieran los planes de minimización y de
clasificación en origen de los residuos que
generan las obras. Dicha iniciativa no
solucionaría, en ningún caso, los problemas
provenientes de la etapa de gestación y
diseño del proyecto.
Para facilitar la gestión de los residuos en
obra es necesario contar con una
clasificación, la cual siendo común para
todas las obras servirá de base para que se
realice este tipo de gestión de forma masiva,
dado que a partir de esta se podrá regular su
utilización. Con este fin se propone una
clasificación, para edificación de viviendas en
altura en la Región Metropolitana, la cual
consiste en separar los distintos residuos
según su tipo, materialidad y disposición
final. Con ello se pretende aprovechar al
máximo los residuos, y al mismo tiempo,
reducir al mínimo el espacio necesario para
almacenarlos selectivamente dentro de una
obra.
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CLASIFICACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS
DE LA CONSTRUCCIÓN
En cuanto a los residuos sólidos de la
construcción no valorizables su disposición
final es en: rellenos sanitarios, botaderos
controlados, botaderos no controlados o
vertederos ilegales. Los rellenos sanitarios
corresponden a los sitios de disposición final
de los residuos de carácter domiciliario. Los
botaderos controlados son antiguos pozos de
extracción de áridos que han dado fin a sus
faenas y cuya finalidad es realizar planes de
recuperación de terrenos urbanos. Muy
similar a los anteriores, los botaderos no
controlados también corresponden a sitios de
extracción de áridos que finalizaron su vida
útil, pero la disposición se realiza de forma
ilegal, sin cumplir ningún tipo de normas
atingentes. Por último, existen los VIRS, que
son aquellos en que los residuos son
depositados en la vía pública o en terrenos
en los cuales se acumula basura de distintos
orígenes.
En general los residuos de construcción son,
en su mayoría, de carácter inerte, esto
significa que no presentan riesgo de polución
de las aguas, ni de los suelos, ni del aire,
dado que son constituidos por elementos
minerales estables, que no reaccionan con
su entorno. Dentro de los residuos de
construcción también se pueden encontrar aunque en menor cantidad- los reactivos, que
son aquellos que presentan actividad con su
entorno en el corto y mediano plazo. Los
especiales que son todos aquellos que se
consideran riesgosos y deben tratarse de
forma especial y separada; y los banales que
son aquellos que pueden ser almacenados y
tratados en las mismas instalaciones de los
residuos domésticos, son generalmente
generados no por las faenas de construcción
misma sino por sus actividades asociadas.
Como residuo sólido valorizable se consideró
sólo al residuo en el que, dado su volumen,
la reutilización y/o reciclaje son alternativas
factibles económicamente.
Gracias a la valorización es posible
seleccionar algunos residuos sólidos de la
construcción para volver a ser utilizados en
otra obra o en la misma, esto significa
reutilizarlos o reciclarlos. Por reutilización
entendemos
recuperar
elementos
constructivos completos con las mínimas
transformaciones posibles. El reciclaje, en
cambio, es la recuperación de algunos
materiales de los RESCON, los cuales son
sometidos a transformaciones en la
composición de nuevos productos.
Para la disposición final se consideran sólo
las alternativas legales, es decir, no se
considera a los VIRS como una posibilidad.
Además se consideró el destino más
adecuado para cada residuo, tomando en
cuenta las limitaciones de una obra para su
separación.
Esquemáticamente lo anterior se representa
de la siguiente forma:
Esquema 1
Clasificación de los RESCON
Inertes
Valorizables
Reactivos
RESCON
Relleno Sanitario
Especiales
Banales o
domésticos
Reutilizables
Reciclables
Recuperación de pozos
No Valorizables
VIRS
Botadero no controlado
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8
Para desarrollar la clasificación propuesta se consideró como base los distintos residuos sólidos
de construcción y su disposición final más adecuada, dando origen a 6 tipos de residuos, en los
cuales se detallan los distintos materiales que los componen.
Tabla 3
Clasificación propuesta
TIPOS
MATERIALES
DISPOSICIÓN FINAL
Hormigón
Albañilería
Mortero
Yeso
Yeso – Cartón
Cerámicas
Inertes 1
Relleno de Pozos
Baldosas
Piedras
Alfombra
Poliestireno expandido
Fibra de Vidrio
Lana Mineral
Vidrio
Inertes 2
Reutilizable (Valorizable)
Movimiento de tierras
PVC
Inertes 3
Pavimentos plásticos
Relleno Sanitario
Polietileno
Gomas
Enfierradura
Reactivos 1
Acero
Reciclable (Valorizable)
Estructura metálica
Metales en general
Reactivos 2
Relleno Sanitario
Madera
Pinturas
Especiales
Barniz
Vertederos Especiales
Anticorrosivos
Desmoldantes
Fuente: Elaboración propia.
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Para poder realizar la cuantificación de los
RESCON se elaborará un instrumento, el que
será aplicado en obra. Este modelo de
análisis se abordará planteando hipótesis de
trabajo, todas de acuerdo con la literatura
leída, cada hipótesis dará origen a distintas
preguntas, las cuales cumplen ciertos
objetivos específicos. Con los resultados
obtenidos pretendemos corroborar o refutar
las hipótesis y de esta manera poder llegar a
posibles conclusiones y soluciones a la
problemática de los RESCON en la Región
Metropolitana, e idear un plan de gestión de
residuos sólidos de construcción, aplicable a
la edificación en altura en las comunas con
mayor actividad en esta tipología de
construcción
Esquema 2
Metodología de Investigación
Hipótesis
Conclusiones
Objetivos
Evaluación
Instrumento
de medición
Técnicas
de medición
Plan de gestión
En ese sentido, se observa que el
instrumento de medición diseñado busca
establecer la base de un plan de gestión de
residuos sólidos, asociados a la obra de
construcción de manera integral, o dicho de
otra forma, desde su idea o concepción,
hasta su puesta en marcha, tal como lo
3
muestra el esquema
Esquema Nº3
Ciclo de Vida de la Construcción.
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CONCLUSIONES E HIPÓTESIS
INSTRUMENTO DE MEDICIÓN.
DEL
residuos para efectuar las restauraciones,
una tendencia que transforma la obligación
de restaurar en un beneficio, desvirtúa los
precios de los áridos e interfiere gravemente
en el mercado de la construcción. Estas
formas de proceder -mezclando actividades
sin controles ni garantías medioambientalessuponen una competencia desleal para las
empresas dedicadas a la gestión de los
vertederos y plantas de reciclaje autorizadas.
A nivel general y dadas las condiciones de
entorno, que son mayormente desfavorables,
se manifiesta la absoluta necesidad de que la
intervención estatal sea el eficaz y efectiva,
para el desarrollo de nuevos acuerdos y así
disminuir el impacto de los RESCON en
Chile. Sin embargo, esta participación
requiere
del
trabajo
sistemático
y
mancomunado de los actores directamente
involucrados en el proceso de generación de
estos desechos. Pero siempre del modo más
ajustado a nuestra realidad posible,
involucrando los procedimientos utilizados y
tecnologías disponibles en el mercado.
El negocio de los gestores de residuos
consiste específicamente en garantizar el
buen fin medioambiental de los residuos,
desarrollando al máximo las posibilidades del
reciclaje. Y puesto que éste es el único
mecanismo del que se dispone para realizar
coherentemente
nuestras
actividades,
cualquier política pública de residuos ha de
apoyarse necesariamente en las empresas
especializadas, ya que en ellas convergen
los intereses económicos y políticos.
El momento actual es favorable para iniciar
esta discusión dado que se ha conseguido
implementar en las obras de construcción,
métodos o procesos que carecen de reflejo
directo sobre la obra acabada pero que
implican un costo. Así es, la introducción de
sistemas de aseguramiento de la calidad
(basado en las normas ISO 9000) y la
necesaria implantación de sistemas de
seguridad, han traído consigo organizaciones
que no realizan trabajo contributivo,
personificadas en el jefe de seguridad y el
jefe de calidad. Se puede introducir entonces,
asociado a estas estructuras, un equipo de
gestión de residuos y medio ambiente (que
podría, sin ningún problema, coincidir con el
de calidad) cuya misión básica fuera la de
cuidar que se cumplieran los planes de
minimización pérdidas y de clasificación en
origen de los residuos que generan las obras.
Dicha iniciativa no solucionaría, en ningún
caso, los problemas provenientes de la etapa
de gestación y diseño del proyecto.
En particular, se medirá la producción de
RESCON y se obtendrá la base para el
desarrollo de un plan general de manejo de
RESCON en Obras de edificación en altura,
que considere las siguientes dimensiones e
hipótesis :
1. Si la obra es de mayor magnitud en
cuanto al tamaño del predio, superficie
construida y altura, entonces, se generará
una mayor cantidad de residuos sólidos.
(Los residuos que se generan en una obra
son directamente proporcionales a la
magnitud de ésta)
2. A mayor supervisión del personal de una
obra, mayor control de los materiales, por
lo tanto, menor generación de residuos.
3. Si la empresa subcontratista provee tanto
los materiales como la mano de obra,
entonces se reduce la generación de
RESCON.
Entre los requisitos básicos -si no los
principales- para corregir esta situación,
proponemos, por una parte, la diferenciación
y reconocimiento de las nuevas actividades
económicas y, por otra, la correcta
caracterización y delimitación de los
permisos y/o concesiones para la gestión
profesional y responsable de los residuos. Es
preciso evitar la tendencia que presentan
algunas empresas del sector a la extracción
de áridos, a mezclar actividades que no les
son propias, como el vertido directo de
4. Si la obra cuenta con un sistema de
gestión ambiental y de calidad, entonces
se reduce la generación de residuos.
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Acuerdo
Acuerdo.
5. Si la empresa cuenta con mayores
recursos
(experiencia,
capacidad
económica
y
calidad
profesional),
entonces tendrán un mayor control en sus
obras, lo que implica una menor
generación de residuos.
de
Producción
Limpia.
8.- Cámara Chilena de la Construcción.
Septiembre 2003. Macroeconomía y
Construcción. Mach 5 Informe.
9.- Instituto nacional de Estadísticas.
2001.Anuario de Edificación.
6. Si una obra considera la gestión de sus
residuos desde el diseño del proyecto,
entonces generará una menor cantidad de
estos.
10.- Comisión
Nacional
de
Áridos.
Corporación de desarrollo Tecnológico,
Industria
del
Árido
en
Chile,
Sistematización
de
Antecedentes
Técnicos y Ambientales. Tomo I.
Santiago, Diciembre 2001.
BIBLIOGRAFÍA
1.- GONZALEZ Romero, Francisco León.
El problema de los residuos sólidos
generados por las actividades de la
construcción en la RM proposición de
manejo integral. Tesis (Ingeniero Civil).
Santiago, Chile, Universidad de Chile,
Facultad de Ciencias Físicas y
Matemáticas, 1996. 173 p
11.- Gobierno de Chile, Servicio de Salud del
Ambiente
Región
Metropolitana.
Subdepartamento Entorno Saludable,
Unidad de Residuos Sólidos. Requisitos
para
el
Pronunciamiento
Sobre
Proyectos de Disposición de Residuos
Sólidos Inertes de la Construcción.
2.- EWI-CONAMA RM. Octubre 1994.
Proposición de un plan para la
regulación de la disposición final de
residuos provenientes de las actividades
de la construcción en la Región
metropolitana. Informe final.
12.- Gobierno de Chile, Ministerio de
Vivienda y Urbanismo. Proyecto de
modificación
Plan
regulador
metropolitano de Santiago Extracción y
Procesamiento de Áridos. Noviembre
2003. Memoria Explicativa.
3.- Serie
NCH-ISO
14000.
Instituto
Nacional de Normalización, Santiago,
Chile, 1997.
13.- Solución Constructiva. Revista de
Descontaminación Industrial, Recursos
energéticos y ecología, 10(55):34-35.
Marzo-Abril 2002
4.- CONAMA
RM.
1998.
Enfoques
Metodológicos para la Valorización
Económica de Impactos Ambientales.
Documento de Trabajo Nº8, Serie
Economía Ambiental.
5.- MINISTERIO DE PLANIFICACIÓN Y
COOPERACIÓN.
1999.
Políticas
Públicas en el Manejo de Residuos
Sólidos. Estudio.
6.- CONAMA.
Noviembre
2000.
Antecedentes para la Política Nacional
sobre Gestión Integral de Residuos.
Estudio
7.- CÁMARA
CHILENA
DE
CONSTRUCCIÓN. Noviembre
LA
1998.
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