INFORME MAPA TECNOLÓGICO EXTERNO (borrador 1)

INFORME MAPA TECNOLÓGICO EXTERNO (borrador 1)
Fecha de inicio
2 de Junio de 2014
Fecha de emisión
4 de Julio de 2014
Revisión
7de Julio de 2014
Aprobado
Versión 1
9 de Julio de 2014
11 de Julio de 2014
Versión 2
14 de Julio de 2014
16 de Julio de 2014
Versión 3
Nivel de acceso al documento
PU
Público
PE
Todo el personal de la entidad
PD
Personal de determinados departamentos (indicar cuál)
DI
Dirección de la entidad
X
Madrid 14 de Julio de 2014
Contenido.
1. INTRODUCCIÓN. _________________________________________________________ 4
2.- ESTADO DE LAS TECNOLOGÍAS EN LA INDUSTRIA DE CONSTRUCCION MAPA
TECNOLOGICO EXTERNO 2014. ________________________________________________ 6
2.1. Tecnologías de Gestión. ________________________________________________ 6
Dispositivos de recolección de datos. ______________________________________ 14
2.2. Tecnología BIM. _____________________________________________________ 18
Contexto actual. _______________________________________________________ 18
¿Qué es la tecnología BIM? ______________________________________________ 22
¿Qué es una aplicación BIM? _____________________________________________ 25
BIM multidisciplinar. ___________________________________________________ 26
BIM paramétrico. ______________________________________________________ 27
BIM multivista. ________________________________________________________ 29
Aplicaciones BIM. ______________________________________________________ 30
Tipos de aplicaciones BIM._______________________________________________ 32
Criterios de compra. ____________________________________________________ 34
Comentarios sobre las aplicaciones BIM con mayor cuota de mercado. __________ 39
Conclusiones. _________________________________________________________ 47
Reflexiones finales. ____________________________________________________ 51
2.3. Materiales __________________________________________________________ 53
Tecnología del Concreto: ________________________________________________ 53
1. Concreto autocompactable. ________________________________________ 53
2. Concreto reforzado con fibras cortas. ________________________________ 68
3. Tecnologías en el uso de aditivos. ___________________________________ 81
4. Tecnologías en el uso de concreto fabricado con áridos reciclados. ________ 85
El uso de materiales compuestos en la construcción __________________________ 98
Nanotecnología aplicada a la construcción. ________________________________ 128
2.4. Procesos construcción racional en edificación. ____________________________ 130
Construcción ligera ____________________________________________________ 133
Paneles estructurales con alma metálica __________________________________ 135
Estructura ligera de acero galvanizado ____________________________________ 141
Construcción con concreto______________________________________________ 145
Construcción con otros materiales _______________________________________ 172
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2.5. Mejora de procesos mediante maquinaria de construcción inteligente.
Automatización. ________________________________________________________ 190
Tecnología y aplicaciones. ______________________________________________ 191
Estado actual de la automatización de maquinaria a nivel internacional. ________ 196
Robots. _____________________________________________________________ 197
Sistemas de control sobre máquinas convencionales. ________________________ 199
Control remoto. ______________________________________________________ 200
Sistemas de información al operario. _____________________________________ 201
Maquinaria de construcción multifuncional. _______________________________ 201
Ecodiseño y ecoeficiencia en la maquinaria de construcción. __________________ 203
Estado del uso en España, aplicaciones en máquinas y empresas de referencia.___ 207
Estado del uso a nivel internacional, aplicaciones en máquinas y empresas de
referencia.___________________________________________________________ 207
Tendencias e impacto del uso de las mismas en el sector. Posibilidad de uso (máquina
y aplicación)._________________________________________________________ 209
Dificultad de implementación, necesidades de I+D+i para implantación en el sector.
____________________________________________________________________ 210
2.6. Sostenibilidad, eficiencia energética y renovable. _________________________ 211
Tendencias en el reciclado de materiales de construcción y demolición. _________ 211
Tendencias en recuperaciones de vías de urbanizaciones existentes. Reciclados de
firmes in situ para mejorar las vías en urbanizaciones a rehabilitar. ____________ 216
Tendencias en la revalorización de productos para su uso en construcción. ______ 224
Tendencias de la Edificación y Rehabilitación Sostenible _____________________ 229
Análisis integral de edificios en términos Ambientales y de eficiencia Energética. _ 231
Tendencias en el uso de sistemas de energía solar fotovoltaica aplicados a edificios en
un entorno urbano. ___________________________________________________ 243
El hidrógeno _________________________________________________________ 260
El Gas Natural ________________________________________________________ 261
Generalidades de los sistemas. __________________________________________ 262
Integración arquitectónica. _____________________________________________ 278
3.- CONCLUSIONES. _______________________________________________________ 285
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1. INTRODUCCIÓN.
En este documento hemos pretendido presentar una selección de las muchas tecnologías
actualmente disponibles a nivel internacional de aplicación al Sector de la Construcción. Igualmente
pretendemos mostrar el esfuerzo que está llevando a cabo la industria de la construcción a nivel
internacional (arquitectos, constructores, fabricantes de materiales,…) para pasar de la investigación
y el desarrollo tecnológico, a la generación de negocio.
Pretender elaborar un Mapa Tecnológico completo a nivel internacional del sector sería objeto
de la edición de una enciclopedia con varias decenas de tomos. Por ello hemos optado por hacer una
selección de aquellas que se están implantando en los mercados internacionales con proyectos
concretos, realmente ejecutados. Esperamos que esta muestra, sea suficiente para convencer a los
lectores del documento de las numerosas oportunidades de innovar que existen en nuestro sector y
anime a todos ellos a descubrir donde su empresa puede mejorar a través de la integración de
nuevas tecnologías.
No se trata de exponer aquí la frontera del conocimiento donde están trabajando en estos
momentos los grupos de investigación, pues se trata del mapa tecnológico y no del mapa del
conocimiento y la actividad investigadora. Nos centramos pues, en este documento en tecnologías
que se pueden considerar ya integradas por nuestros competidores internacionales en sus
proyectos.
Con ello se demuestra que frente a la creencia generalizada de encontrarnos con un sector
tradicional que posee escaso potencial para el desarrollo tecnológico, estamos ante posiblemente
uno de los tres sectores económicos con mayor potencial de transformación mediante el desarrollo
de nuevas tecnologías en el ámbito de los materiales, la sostenibilidad, las Tecnologías de la
Comunicación y la Información y los procesos. Esto ha sido ya reconocido por los Gestores de los
fondos públicos de I+D+i de Europa, Japón y EEUU y se han fortalecido los programas sectoriales de
I+D+i en Construcción. Ha sido muy importante en esta decisión el carácter estratégico de la
Construcción en el crecimiento económico de cualquier región, independientemente de su
desarrollo económico actual, pero este tema y la importancia del sector en la economía Mexicana ya
fue tratado en el documento del mapa tecnológico interno.
Posiblemente no exista otra industria con la complejidad de la construcción en el ámbito de la
Gestión de proyectos. El gran número de agentes que intervienen a lo largo del Ciclo de Negocio, su
dispersión geográfica, la temporalidad y singularidad hacen de los proyectos de construcción un
ejercicio multiparamétrico y evolutivo que requiere desarrollar complejos sistemas de gestión.
El sector de la construcción como se verá en el documento tiene una gran capacidad de
evolucionar orientándose hacia la reducción del consumo energético de edificios y la reducción de
emisiones de gases con efecto invernadero. Estos retos abren nuevas puertas a nuevos nichos de
negocio que requieren del desarrollo de nuevas tecnologías y la investigación en el campo de la
adaptación de tecnologías ya existentes al ámbito del desarrollo de nuevos edificios e
infraestructuras y la rehabilitación y mantenimiento de los mismos.
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El abanico de tecnologías aplicables y desarrolladas en los últimos 20 años en el Sector de la
Construcción a nivel Internacional es tan amplio que este documento podía haber sido varias veces
más extenso de lo que ha resultado. Hemos hecho un ejercicio de selección, pues se trata más bien
de despertar el apetito por la innovación y la tecnología entre los afiliados de CAMACOL y descubrir
nuevas oportunidades de negocio que muevan a la industria a realizar un esfuerzo en I+D+i.
También este documento debe servir para generar el debate y el proceso de selección de la
Agenda Estratégica de I+D+i de CAMACOL para los próximos 15 años; proceso que concluirá con la
priorización de tecnologías a desarrollar en este periodo por la empresas afiliadas en colaboración
con CAMACOL.
Presentamos a continuación un resumen del mapa Tecnológico del Sector de la Construcción a
nivel internacional que como vemos recoge los aspectos de madurez de la tecnología y del grado de
esfuerzo que las empresas de la industria de la Construcción están realizando en otros países para
implantar dichas tecnologías y convertirlas en negocio.
Figura 1.- Mapa Tecnológico externo del sector de la Construcción.
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2.1. Tecnologías de Gestión.
La gestión de recursos y procesos es el resultado de dos actividades fundamentales: la
Planificación y el Control. El cumplimiento de los plazos de ejecución en primera instancia y la
optimización de los mismos, exige realizar un control exhaustivo de las variables de producción y del
propio proceso productivo, con el fin de detectar y corregir desviaciones respecto a lo planificado
con la mayor celeridad posible. Un aspecto crítico de cara a poder alcanzar los objetivos de
productividad y calidad establecidos es disponer en todo momento y desde cualquier lugar de la
información adecuada (planos y documentación del proyecto actualizados), información adaptada (a
las diferentes fases de ejecución del proyecto y del contexto de acceso a la misma), información
sobre la localización de los recursos (materiales, equipos y personas), etc.
El Sector de la Construcción es un sector tradicional con sistemas de gestión anticuados y
productividad baja respecto a otras industrias. Es el sector industrial más importante en términos de
empleo con un reducido nivel de preparación laboral, un ineficiente sistema de formación
profesional, y con elevados índices de siniestralidad y accidentes. Además, se enfrenta a un
problema de relevo generacional por ser poco atractivo para los jóvenes profesionales como
consecuencia de las duras condiciones de trabajo (gran movilidad del personal, alta siniestralidad
laboral,…).
Actualmente, la ejecución de los proyectos constructivos se aborda de forma totalmente
fragmentada, de modo que cada empresa se concentra única y exclusivamente en desarrollar su
actividad sin tener en cuenta las posibles interacciones de ésta con las del resto de empresas
participantes en el proyecto. Como resultado de esto no es posible aprovechar sinergias y se
produce una pérdida del rendimiento global.
Los distintos mecanismos de monitorización y control disponibles para las personas que
gestionan los proyectos de construcción se encuentran bastante descentralizados. Dependiendo de
la actividad, la ubicación, el oficio, el proveedor, la maquinaria, etc., la información que se recibe y
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las consignas que se envían se encuentran en diferentes formatos, y se estructuran en distintos
canales. Como resultado de dicha descentralización resulta muy difícil disponer de información
actualizada.
La desconexión entre tecnología e investigación en la construcción es mayor que en otros
sectores, lo que genera un comportamiento conservador y de resistencia al cambio, ante los
desarrollos tecnológicos actuales que podría impulsar la mejora de la productividad del sector.
Muchos de estos problemas y deficiencias podrían ser solventados o mejorados mediante la
aplicación de las tecnologías de la información y la comunicación a la gestión y control de los
recursos y procesos durante la fase de construcción de edificios y estructuras. El desarrollo de
sistemas software/hardware que proporcionen un soporte tecnológico de apoyo en distintas tareas
del proceso constructivo a los diferentes agentes involucrados, permitiría aumentar la productividad
de los procesos y mejorar la calidad, mientras que con la automatización de determinados procesos
se reducirían los accidentes laborales y se daría mayor exigencia a la preparación laboral de los
empleados, al tiempo que se mejorarían las condiciones en los centros de trabajo, atrayendo a las
nuevas generaciones.
El sector de la construcción en Europa y en EEUU se encamina a la implantación de tecnologías y
desarrollos centrados en la aplicación de las TIC al sector de la construcción, para la gestión
inteligente de los procesos constructivos:
Integración y adaptación de diferentes sistemas de comunicación.
Incluyen los temas relacionados con la integración, adaptación y desarrollo de sistemas de
comunicación para cubrir las necesidades en materia de telecomunicaciones, para interconectar
dispositivos de captación y visualización de datos desplegados en obra (ej. WLAN), y enlazar
emplazamientos remotos con el sistema centralizado de almacenamiento y procesado de la
información (ej. GPRS). Esta es la infraestructura de la comunicación.
Entre otras, se recurren a las siguientes tecnologías:

VideoLlamada 3G. La capacidad de las nuevas redes y terminales 3G para la transmisión de
video en tiempo real pueden ser muy útiles en el ámbito de la construcción para cuestiones
de supervisión o recogida de datos mediante video. El interfaz de acceso al video (una
simple llamada convencional) simplifica y pone al alcance de operadores no cualificados este
tipo de servicios.

Tecnología PoC (Push-to-talk over Cellular). Las capacidades de transmisión de voz uno-auno o uno-a-varios sobre redes de paquetes móviles parecen particularmente interesantes
para la coordinación de grupos de trabajo organizados de forma remota.

Tecnologías del habla sobre redes móviles (TTS y ASR). Este tipo de tecnologías pueden
facilitar la interacción de personal no especializado con sistemas de información
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automáticos al emplear una interfaz natural para los usuarios: la voz. Su combinación con las
tecnologías de comunicación móvil (llamada de voz, VideoLlamada, acceso multimodal)
puede ofrecer un entorno mucho más productivo al trabajador móvil.
Captación de información en obra.
Incluye los temas relacionados con la conexión de sensores (cámaras, térmicos, topógrafos,
dinamométricos, detectores de presencia, etc.) para captar información sobre la composición y
ubicación de los equipos de trabajo y los medios de producción en obra, así como de otros
parámetros físicos que puedan afectar al proceso constructivo. Esta información incluye la identidad
de objetos (personas, maquinaria, materiales, …) marcados al efecto con dispositivos especiales (ej.
RFID) o sus coordenadas, obtenidas de forma indirecta o con localizadores (ej. GPS/EGNOS).
Se contemplan, entre otros, los siguientes aspectos:

Inclusión de tarjetas RFID en los materiales, instalaciones y estructuras críticas para su
comprobación y registro.

Cámaras de vigilancia vía GPRS y UMTS para la obra.

Inserción de dispositivos sensores con capacidades básicas en la maquinaria de obra:
localización, mensajes, gestión de parámetros técnicos (combustible disponible, peso y
temperatura de la carga, ruta, órdenes pendientes, averías), etc. Estos sensores podrían
tener capacidades de autoconfiguración y autodescubrimiento.

Sistemas de Información Contextualizada. Utilización de sistemas de posicionamiento
basados en múltiples tecnologías (GIS, RFID, marcadores, etc.) que permitan al usuario
acceder a información contextualizada según su localización en la obra y las tareas que
tenga planificadas.

Captación y canalización jerárquica (mediante redes heterogéneas inalámbricas y de cable)
de toda la información de detección de presencia e identificación hacia un colector central
para su monitorización. Podrían ser necesarios tanto dispositivos fijos como móviles, en
redes pre-diseñadas o ad-hoc, distribuidos en los recintos geográficos de actuación.
Coordinación de equipos de trabajo.
Incluye los temas relacionados con la gestión y el control de los equipos de trabajo y los medios
de producción, para optimizar los procesos constructivos en que intervienen.
Se contemplan, entre otros, los siguientes aspectos:
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
Control y supervisión de cada uno de los oficios (albañilería, fontanería, instalaciones,
electricidad, megafonía, comunicaciones, solados, falsos techos, suelo técnico, carpintería)
en tiempo real con lectura de tarjetas RFID.

Sistemas móviles de actualización automática de la información y tareas a compartir por
equipos de trabajo en campo, ideales para instaladores y constructores.
Integración digital de información en obra.
Incluye los temas relacionados con el filtrado y “formateado” de los datos, y su clasificación y
almacenado de manera ordenada para estar disponible a todos los sistemas y personas.
Se contemplan, entre otros, los siguientes aspectos:

Sistemas móviles (vía GPRS, UMTS, WLAN) de gestión de incidencias en la construcción, que
incluyan inventario de productos, clientes, contratos, …

Mejora del proceso de urbanización: sistemas de información urbanística, trabajo de campo
y gestión integrada del ciclo urbanístico mediante sistemas avanzados de información
geográfica.

Estandarización de la documentación proveniente de los proyectos, de la memoria de
calidades y de los programas de medición y presupuestos.
Control remoto de los procesos constructivos.
Incluye los aspectos orientados hacia el envío de comandos a objetos y maquinaria con el fin de
poder operarlos sin encontrarse físicamente junto a ellos. Con esto se pretende optimizar tiempos y
costes, y reducir riesgos al operar maquinaria de difícil acceso.
Se contemplan, entre otros, los siguientes aspectos:

Sistema de gestión remota de dispositivos que permita realizar las actividades de control de
los elementos que se definan. La idea es implementar el concepto de ambiente inteligente
aplicado al mundo de la construcción. Esta tarea implementa los mecanismos para soportar
el control y gestión de los elementos dentro de una obra, desde la óptica de los ambientes
inteligentes.

Posibilidad de dotar de “inteligencia” al entorno: objetos, maquinaria, etc., bien con
procesadores embebidos o con celdas de almacenamiento, marcadores, etc.

Automatización de ciertos procesos recurrentes, adaptando a tareas concretas según las
circunstancias pertinentes.
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Monitorización multicanal de la información generada en diferentes procesos.
Incluye los temas de acceso a información y distribución de consignas a través de dispositivos de
visualización de información: dispositivos móviles (ej. PDAs, teléfonos GSM), comunicación de voz
sobre redes inalámbricas diversas, interfaces de habla o visuales, etc. Esta línea está enfocada hacia
la visualización (o consulta, en general) de información de la obra (inc. imágenes tridimensionales,
gráficos, planos, tablas de datos, informes, etc.) a través de cualquier dispositivo con posibilidad de
comunicación digital.
Se contemplan, entre otros, los siguientes aspectos:

Generación de mapas tridimensionales de los elementos constructivos.

Visualización tridimensional del proyecto por elementos constructivos, mediante
dispositivos móviles, PDA, gafas de visión estereoscópica, etc.

Actualización en tiempo real de las recepciones o instalaciones en la documentación del
proyecto, y publicación en entornos Web.

Control y supervisión de cada una de las fases del proyecto (movimiento de tierras,
cimentación, estructuras), y visualización en tiempo real del progreso en 3D, con publicación
en Web.

Elementos visores de CAD inalámbricos que permitan a los ingenieros acceder a planos CAD
en remoto usando terminales móviles.

Plataforma para trabajo de campo en electrificación, canalizaciones, elementos urbanos,
recepciones urbanísticas, apoyándose en dispositivos móviles georreferenciados.

Mejora del valor y adecuación a las necesidades del usuario final mediante el uso de
herramientas de dimensionado y demostración en tiempo real en Internet.

Sistema 4D de la evolución de obra. Con objeto de facilitar la coordinación de las tareas que
se desarrollan en la obra, la gestión de los espacios y las áreas de trabajo y hacer más
sencillo el seguimiento de la misma, tanto por parte de los múltiples agentes que
intervienen en el proceso, como por el cliente, se hace necesaria la inclusión de un sistema
que integre el modelo 3D del edificio recogido en la base de datos integrada con las
herramientas de planificación de la ejecución de la obra en el tiempo. Este módulo
permitirá, tanto visualizar el estado de ejecución de una obra dada una fecha, como simular
en modo “película” la evolución de la obra a lo largo de un periodo de tiempo.
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Plataforma única integradora de todos los dispositivos de captación/visualización de
información, y de herramientas de procesado y almacenamiento de datos.
Incluye los aspectos relacionados con la integración de todos los elementos descritos en los
puntos anteriores en una única plataforma hardware/software, robusta y flexible, que permita, por
una parte, la conexión de dispositivos de captación/visualización de información en ubicaciones
remotas (obras), y por otra, el desarrollo e implantación de módulos software que ofrezcan solución
a diferentes problemáticas del proceso constructivo, a través de la utilización de las TIC.
Soluciones tecnológicas en materia de telecomunicaciones.
Las comunicaciones se dividen en dos partes. Una entre los distintos dispositivos y un centro de
recogida y proceso de datos a pie de obra, y otra entre ese centro de recogida y proceso a pie de
obra con las unidades centrales de logística y dirección de las distintas obras.
Comunicaciones de la obra con el exterior
Para establecer la comunicación entre la obra y los centros de dirección y coordinación, o bien
entre diferentes obras, será necesario aplicar tecnologías que permitan cubrir grandes distancias de
forma robusta y que sean capaces de transferir información asociada a los diferentes servicios a
implementar: voz y datos.
Las comunicaciones de datos entre la obra y los centros de dirección y coordinación se basarán
en protocolo IP (Internet Protocol), así se podrán utilizar dispositivos de comunicaciones estándar
por lo que sólo será necesario el desarrollo software para el procesamiento de datos.
Los servicios de comunicaciones, genéricamente, se clasifican como:
- Servicio de voz, que se podrían cursar sobre diferentes tecnologías de acceso como:

Red telefonía básica.

GSM.

UMTS.

XDSL.

Otras tecnologías.
- Servicio de datos, que se podrían cursar sobre diferentes tecnologías de acceso como:

Red telefonía básica.
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
GSM.

UMTS.

GPRS.

xDSL.
- Otras tecnologías (incl. Wimax, LMDS, etc.).
La tecnología móvil GSM y UMTS ofrecen servicios de voz y datos, con velocidades de transporte
para los datos desde 9600 b/seg en el caso de GSM hasta más de 380Kb/seg con UMTS.
La tecnología GPRS ofrece servicio de datos con velocidades de hasta 172 Kb/seg aunque en la
actualidad se ofrecen entre 20Kb/seg y 56Kb/seg.
Las tecnologías xDSL permiten servicios de transporte de datos de alta velocidad, superiores a
5Mb/seg, habilitando servicios avanzados multimedia
El volumen de información y el tiempo de descarga de la información dependerá de la
tecnología disponible a pie de obra aunque no sería necesario realizar cambios en los desarrollos por
utilizar una u otra tecnología al basarse estas en protocolos IP.
Se podría decir que, al comenzar la obra, cuando se están realizando las operaciones de
movimientos de tierras, la tecnología disponible sería UMTS o GPRS, siendo previsible que las
necesidades de intercambio de información no sean de volumen elevado. A medida que la obra
progresa el volumen de información crecerá y al mismo tiempo es más probable poder disponer de
ADSL para agilizar las comunicaciones de datos.
Comunicaciones en la obra
Las comunicaciones entre los dispositivos de medida con el centro de proceso y recogida de
datos a pie de obra serán mediante enlaces de radio por las dificultades de no disponer de
infraestructura de cables.
La distancia que deben cubrir las comunicaciones es
elevada, por lo que se descarta el uso de redes Bluetooth
o WIFI ya que estas redes tienen un corto alcance y las
estructuras metálicas dificultan de forma considerable la
propagación de las ondas de estas frecuencias. Por otro
lado, al disponer de poca energía para el equipamiento,
exige utilizar dispositivos y protocolos en los que se pueda
gestionar la energía consumida de forma óptima.
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Se recomienda el uso de radio MODEM completo en la banda ICM (Industrial Científica y
Médica) de 868Mhz o 433Mhz, con interfaz RS232, conteniendo un módulo de RF con transmisorreceptor FSK para datos digitales de 10mW máx. de potencia, y de al menos 95dBm de sensibilidad,
con el que se pueden conseguir buenos y seguros enlaces bi-direccionales de hasta 1.000 metros.
Con estas especificaciones, el rango de actuación ó celda será de 50 a 200m para interiores en
edificios y de hasta 1Km ó más en campo abierto. Hay 20 canales disponibles separados 100Khz,
desde 866Mhz hasta 868Mhz.
La modulación RF en FSK a 19200 baudios es suficiente para los equipos de medida que generan
poco volumen de información como puede ser la monitorización de la temperatura, humedad, etc.,
incluso para el envío de fotografías con resoluciones de 640x480 en formato jpeg cada varios
minutos, ya que generan ficheros de menos de 50Kb lo que supone un tiempo de transmisión de
menos de 30 segundos.
Los datos una vez disponibles en el centro de recogida y proceso a pie de obra, se transmitirán a
los centros de coordinación de las distintas obras mediante la mejor tecnología de comunicaciones
disponible y basándose en protocolo IP (Internet Protocol).
Figura 2.- En la caseta de obra estará ubicado el “centro de recogida y proceso de datos a pie de obra”
Así se escogerá la que esté disponible en este orden: ADSL, la segunda sería UMTS y por último
GPRS.
El volumen de información y el tiempo de descarga de la información dependerá de la
tecnología disponible a pie de obra aunque no sería necesario realizar cambios en los desarrollos por
utilizar una u otra tecnología al basarse estas en protocolos IP.
Se podría decir que, al comenzar la obra, cuando se están realizando las operaciones de
movimientos de tierras, la tecnología disponible sería UMTS o GPRS, siendo previsible que las
necesidades de intercambio de información no es de volumen elevado. A medida que la obra
progresa el volumen de información crecerá y al mismo tiempo es más probable poder disponer de
ADSL para agilizar las comunicaciones de datos.
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El protocolo WDS, acrónimo en inglés que significa "Sistema de Distribución Inalámbrico"
(Wireless Distribution System), hace posible interconectar varios puntos de acceso vía wireless.
Un punto de acceso que soporta WDS puede actuar como punto de acceso normal y corriente,
como puente hacia otro punto de acceso o ambas funciones. Con estas posibilidades podemos crear
una red inalámbrica muy grande, con puntos de acceso remotos que 'repiten la señal'.
Los requisitos son muy bajos, básicamente compartir el canal (la frecuencia) y compartir la
misma clave WEP (si es que se usa).
Figura 3.- Ejemplo de una implementación de una red con WDS de la firma BeWAN.
Dispositivos de recolección de datos.
El personal de obra contará con una PDA en la que recibirá las
instrucciones de uso de las distintas máquinas así como las medidas de
seguridad que se tomarán para minimizar los riesgos derivados de posibles
accidentes. Para ello, esta PDA contará con un lector de RFID para
identificar las herramientas, comunicaciones inalámbricas para recibir las
instrucciones apropiadas para cada herramienta de trabajo y para
informar del estado de las tareas a ejecutar, y un GPS integrado para tener
localizado permanentemente al operario.
Otra alternativa es utilizar una PDA con el lector RFID y el posicionamiento del operario
realizarla con otro dispositivo autónomo comercial y que proporciona la posición del operario al
centro de control a través de GPRS. La ventaja de esta opción es que no todos los obreros necesiten
de una PDA costosa, y simplemente requieran estar localizados. Para ello existen dispositivos de
localización por GPS que indican la posición utilizando la red GPRS/GSM que además disponen de 4
botones que permiten realizar llamadas a 4 números predeterminados.
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Sistema A-GPS que mejora la cobertura. Capaz de fijar
posición en interiores Precisión de localización de hasta 5
metros Conexión GPRS (envío de la posición a Centro de
Control o SMS a un móvil) 4 Botones preprogramables
(llamadas de emergencia y a números predefinidos)
Plataforma de localización en web incorporada
Figura 4.- Localizador de personas con sus características técnicas
Basándonos en que la PDA no dispusiese de GPS, si necesitaría del sistema de comunicaciones
radio y de un lector RFID. Debe disponer de una pantalla de visualización con capacidades gráficas
(no se considera necesario que sea en color) con una resolución de 256x128 píxeles que permiten
una visualización de un texto de 32 caracteres por línea y de 16 líneas.
Las capacidades gráficas se muestran a continuación para un tamaño de pantalla de 256x128
píxeles:
Imagen con más de 4300 colores
Imagen con 256 niveles de gris (8bits).
Imagen con 2 niveles de gris (1 bit)
Imagen con 16 niveles de gris (4 bits)
Figura 5.- Comparación de distintas resoluciones de color en una pantalla de 256x128
píxeles.
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Estas capacidades se tendrán en cuenta en el caso que sea necesario el diseño de una PDA a
medida del cliente. Las capacidades gráficas determinarán la capacidad de memoria necesaria, el
tipo de procesador y su potencia (8, 16 o 32 bits) y por lo tanto el consumo y el coste de la PDA.
RFID es la tecnología que permite la captura de datos existentes en una etiqueta mediante la
utilización ondas de radio, sin que sea necesaria una línea de visión entre el lector y la etiqueta RFID.
Ha permitido a muchas empresas lograr amplios niveles de automatización y control de los procesos
de sus cadenas de abastecimiento.
 Antena incorporada en el circuito impreso.
 La distancia de lectura es de hasta 5 cm. dependiendo
del tag.
 Salidas: para 2 leds y 1 beeper.
 Programación: comandos serie
 Conexión: RS-232.
 Lector ideal para integración
 3 modos de funcionamiento básico:
 estándar (lector / grabador Mifare)
 sólo lectura (lector Mifare: lectura del número de serie)
 autónomo (ideal para integrar en terminales de control
de acceso, control de personal, etc.)- leer un bloque
cualquiera dentro de la tarjeta chip- activar un relé
de forma autónoma.
Figura 6.- Lector RFID para integrar dentro de un equipo OEM
En el mercado existe una gran variedad de dispositivos, desde tarjetas de circuito terminadas
apropiadas para integrar dentro de una PDA diseñada a medida para el cliente, hasta lectores para
enchufar en una PDA comercial compatible con ranura de conexión CF tipo I.
Figura 7.- Tarjetas de circuito e integración en el equipo de las mismas.
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Las distancias de lectura de estos lectores son reducidas, alrededor de los 30 mm debidos
fundamentalmente a su pequeño tamaño y bajo consumo.
Para el entorno de obra y para la aplicación de recursos humanos, hay otro tipo de lectores de
mayor alcance que permitirían identificar a un obrero hasta una distancia de 60cm, apropiados para
registrar el acceso y movimiento en la obra. Este tipo de lectores se podrían poner en una red
estratégicamente distribuida para identificar el movimiento de operarios por la obra.
Estos lectores no son apropiados para utilizarlos para aplicaciones portátiles en PDA y habría
que añadirles una conexión inalámbrica para transmitir los datos al centro de recogida y proceso a
pie de obra
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2.2. Tecnología BIM.
Actualmente, las herramientas de CAD se han implantado de forma generalizada en todos los
despachos y escuelas de arquitectura. No obstante, el nivel tecnológico del uso de estas aplicaciones
ha sido, en general, bastante bajo.
Las razones son múltiples y van desde la falta de formación hasta los perjuicios que todavía
ahora muchos profesionales del sector tienen hacia estas herramientas. Sea como sea, el 90% del
software de CAD que se emplea para tareas de delineación se llevan a término con procedimientos
que se asemejan mucho a los de las antiguas técnicas manuales.
A pesar de haber sustituido el papel por la pantalla, el diseño arquitectónico tradicional sigue
dependiendo de representaciones literales de modelos independientes. Un modelo es una
simulación de una idea o comportamiento que se crea para su estudio. Los arquitectos trabajan los
modelos mediante sus representaciones bidimensionales, tridimensionales o alfanuméricas, físicas o
digitales, de los aspectos que quiere estudiar o simular. Tantas como necesite. El problema es que
como que estas representaciones no están necesariamente conectadas entre sí (una planta y un
alzado pueden ser perfectamente incoherentes si se pone expresa atención), cada representación se
refiere a un modelo independiente. Paradójicamente, a pesar de que un edificio es una entidad
unitaria y global, debe estudiarse a partir de multitud de modelos diferentes que sólo tienen en
común aquello que el arquitecto haya podido establecer.
Contexto actual.
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Esta tecnología basada en la representación, aparte de consumir enormes cantidades de tiempo,
es muy dada a la propagación de errores en el diseño, los cuales acaban apareciendo en la fase de
producción obra a expensas del promotor, el contratista o el arquitecto.
No obstante, hasta hace algunos años, los arquitectos han tenido que aceptar sin más estas
dificultades porque no disponían de otra alternativa para el estudio y desarrollo de sus edificios que
la construcción de infinitud de modelos representados en forma de plantas, econométricas,
maquetas de madera, o tablas de mediciones. Además, estas representaciones son literales, ya que
sólo contienen la información aparente, con lo que los modelos a los que se refieren también lo son.
Así, una planta evoca un modelo que solo contiene información sobre los cerramientos y mobiliario
del edificio en ese nivel concreto, pero no sobre los materiales usados o sobre los usos de cada
habitación (a no ser que esta información esté literalmente grafiada en el dibujo). Por otra parte,
como cualquier representación, la restitución del modelo en la mente del lector está condicionada a
su interpretación, ya que no se dispone de más información que la aparente.
Así podríamos haber seguido si no fuera porque el resto de sectores de la producción industrial
hace años que han abandonado esta tecnología en beneficio de una basada en el diseño en base a
objetos paramétricos. Esto les permitió trabajar con Modelos de Información que, como veremos
más adelante, resultan mucho más eficientes de cara al diseño en todas sus fases, desde la
concepción del producto hasta su producción en serie.
A pesar de las grandes diferencias que todavía hay entre la producción industrial y la
arquitectónica, esta evolución ha hecho que, poco a poco, las exigencias de productividad y de
calidad propias de estos sectores vayan cuajando en el sector de la arquitectura. Así, la parte técnica
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y normativa de un proyecto arquitectónico crece cada vez más, superando con creces la parte
destinada a explicar aspectos formales o funcionales. Por otra parte, los tiempos de elaboración de
los proyectos cada vez es menor, así como la exigencia de fiabilidad de la documentación resultante
y el grado de prefabricación de los componentes que integran un edificio.
Por esto, hace tiempo que se desarrollan metodologías de trabajo y aplicaciones que van en la
dirección de emplear modelos coordinados entre sí de tal manera que los errores y las tareas
redundantes disminuyan. Básicamente se han ido incorporando automatismo y capacidades de
gestión del conocimiento a las herramientas de representación; a la vez que los sistemas de
vinculación de archivos han ido mejorando con el fin de poder aprovechar la misma información
para diferentes vistas. Las referencias externas de AutoCAD son un ejemplo de ello, como también lo
son las capacidades de importación de datos de cualquier programa de cálculo de estructuras.
También los programas de CAD han ido incorporando la capacidad de incluir información no gráfica
a las entidades dibujadas, proceso que ha culminado en las herramientas GIS actuales, pero que
también podemos identificar en un simple bloque con atributos de AutoCAD. Todo esto ha facilitado
el trabajo de los CAD Managers, pero no ha eliminado el origen del problema.
Pero si se quería llegar más lejos y atajar el problema de la descripción de un proyecto a través
de modelos no conectados, era necesario idear una nueva generación de aplicaciones que
trabajasen con bases de datos que en vez de con un sinfín de prestaciones literales (3D o 3D),
contuvieran objetos paramétricos con información multidisciplinar. Estas bases de datos se conocen
genéricamente como Modelos de Información y en el caso del modelado de edificios, BIM (Building
Information Models).
Así pues, la idea es la de generar un modelo único que contenga toda la información del edificio
para que, en vez de crear múltiples representaciones-modelo, haya suficiente con uno. De él saldrán
representaciones, las cuales en realidad serán diferentes tipos de vistas del modelo central. En la
práctica, actualmente se suelen combinar uno o más modelos de Información, que contienen el
grueso de la información a coordinar y que, a su vez, se conectan con otros modelos literales muy
especializados. En un futuro, se prevé que esta coordinación y centralización sea cada vez más
fluida.
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Como se verá más delante, la coordinación entre modelos de información se va mejorando
progresivamente a medida que se desarrolla esta tecnología, con el fin de conseguir que ésta sea
automática y bidireccional. Para los casos todavía no cubiertos, o para aquellos en los que no se
dispone de software adecuado, existen aplicaciones independientes que facilitan la coordinación
manual de modelos, sean tridimensionales o no, independientemente de su origen. Esta estrategia
alternativa permite, por ejemplo, detectar colisiones entre los conductos de aire acondicionados
modelados con una aplicación BIM y las distribuciones levantadas en tres dimensiones con AutoCAD.
También hace tiempo que existen aplicaciones pensadas para combinar diferentes tipos de
información y coordinarlas.
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Este es precisamente el foco actual de desarrollo de mayor interés de esta tecnología: la
interoperabilidad entre aplicaciones, ya que, una vez se ha llevado a la madurez las herramientas de
generación de objetos paramétricos, el siguiente paso indispensable es conseguir una fluida
comunicación entre distintos modelos de información.
Figura 8.- Comprobación de colisiones del modelo estructural y el modelo arquitectónico realizado
con Navisworks.
¿Qué es la tecnología BIM?
BIM es el acrónimo de Building Information Modeling (modelado de la información del edificio)
y se refiere al conjunto de metodologías de trabajo y herramientas caracterizado por el uso de
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información de forma coordinada, coherente, computable y continua; empleando una o más bases
de datos compatibles que contengan toda la información en lo referente al edificio que se pretende
diseñar, construir o usar. Esta información puede ser de tipo formal, pero también puede referirse a
aspectos como los materiales empleados y sus calidades físicas, los usos de cada espacio, la
eficiencia energética de los cerramientos, etc.
Conseguir que la información esté coordinada es esencial para que el desarrollo del proyecto
pueda llevarse a término por parte de múltiples usuarios, aunque se ocupen de disciplinas
diferentes. Así, dos arquitectos podrán trabajar en el mismo proyecto con la seguridad de que la
información que uno actualice estará disponible automáticamente para el segundo. Esto es bastante
fácil de conseguir con las aplicaciones de CAD convencionales, si se emplean los procedimientos
adecuados y hay pocos usuarios, pero empieza a ser complicado en proyectos grandes dónde
intervienen muchos modelos y diseñadores. La abundancia de archivos hace complicada su
administración si no se dispone de la ayuda de un software específico que nos asista. Pero todavía
resulta más complicada la colaboración entre arquitectos e ingenieros. Cada uno trabaja con
archivos e información diferentes y su actualización por parte de las dos partes suele hacerse
manualmente, lo cual es fuente de errores y de pérdidas de tiempos considerables. Un sistema
basado en modelos BIM establece procedimientos dónde estas operaciones se hacen de manera
automatizada.
También se debe invertir mucho tiempo en asegurar que los diversos modelos con los que se
trabaja sean coherentes entre sí, puesto que todos ellos deberán ser perfectamente compatibles
con el edificio una vez se construya. No sólo se trata de que las fachadas encajen con las
distribuciones, sino que las instalaciones puedan pasar por los lugares adecuados o cualquier otra
relación entre los sistemas que lo componen. En este sentido, no ayudan demasiado las aplicaciones
habituales, puesto que sólo permiten trabajar con modelos que no se relacionan entre ellos ni son
capaces de detectar interferencias entre diferentes sistemas (cerramientos, mobiliario,
instalaciones, etc.). Este problema se puede superar parcialmente con el uso de modelos
tridimensionales, pero con ellos sólo puede cubrir una parte forma pequeña del problema puesto
que resultan muy poco adecuados para estudiar determinados temas y además, resultan bastante
complejos y tediosos de construir manualmente.
La solución está en emplear tecnología de objetos para poder reducir el número de modelos y
además, poder relacionarlos automáticamente. Esto es el que hacen las aplicaciones BIM. Los
objetos no son representaciones, sino entidades definidas según sus características que después se
generan y muestran a través de todo tipo de vistas especializadas (como plantas, secciones o
axonometrías). Por otra parte, para que su modelado resulte controlable y rápido, estos
componentes se definen como objetos paramétricos cuyas características y comportamientos
vienen más o menos preestablecidos. Así, el diseñador ya no representa elementos arquitectónicos
sino que los diseña según sus especificaciones, siguiendo patrones más o menos flexibles,
dependiendo de las prestaciones del software y de sus propias habilidades.
El otro aspecto importante de esta tecnología es la capacidad de cuantificar eficazmente los
parámetros no formales de un edificio. Estamos hablando de mediciones, pero también de otras
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cualidades computables como, por ejemplo, volúmenes de aire, recorridos de evacuación, consumo
energético, etc. En realidad, todo esto representa información contenida en modelos específicos
que es posible unificar en mayor o menor grado con el fin de conseguir las prestaciones de
coordinación y coherencia anteriormente comentadas. La clave está en comprender que el diseño
no se refiere sólo a criterios formales, sino también a otras variables que no son tratables desde el
punto de vista de las herramientas de representación tradicionales.
Finalmente, la tecnología BIM tiene presente la idea que un edificio se debe poder estudiar
durante todo su ciclo de vida. Esto incluye la fase de diseño, la de producción y también la de
explotación. Así, sus futuros usuarios podrán acceder a información que les será útil para, por
ejemplo, planificar el mantenimiento del edificio o para realizar la reparación de una instalación
concreta.
Figura 9.- Simulación de la secuencia de construcción de un edificio. Permitirá planificar aspectos
como la ejecución de la estructura, aporte de materiales y personal o la gestión de residuos.
Todo esto converge en la creación del Modelo de información del Edifico (o, si se prefiere,
también de la construcción), que es el mecanismo que hace posible todos estos objetivos. Por esto,
tanto lo tecnología como su principal recurso comparten un mismo nombre: BIM.
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¿Qué es una aplicación BIM?
Acabamos de explicar que el Building Information Modeling es la suma de una metodología de
trabajo y de una seria de herramientas que se usan con unos determinados objetivos que dependen
de la construcción de un modelo de información que debe ser creado a través de un tipo de
software específico. Por otra parte, si bien es cierto que no hay tecnología BIM sin herramientas
BIM, también es cierto que no todo el software que se utiliza en este universo puede ser calificado
como tal. Ni mucho menos. Por otra parte, también hay que ser conscientes que esta tecnología no
se limita al uso de las aplicaciones BIM.
Una aplicación BIM se aquella que emplea como entidades de trabajo principal objetos
paramétricos de cualquier disciplina que son capaces de relacionarse entre ellos y de los que se
puede extraer diversos tipos de información, entre los que se incluye representaciones gráficas pero
también alfanuméricas. A continuación, se ampliará esta definición explicándola desde sus tres
principales prestaciones: el trabajo multidisciplinar y multiusuario, la tecnología paramétrica y el
entorno multivista.
Por otro lado, tenemos aplicaciones que, si bien, no se ajustan a esta definición, sí que están
preparadas para conectarse con aplicaciones BIM y extraer de sus modelos aquella información que
les sea más útil para sus fines. Por ejemplo, la aplicación de mediciones Presto, es capaz de leer las
mediciones incluidas en los modelos de ArchiCAD y aplicarles partidas y precios, gracias a que este
último es capaz de vincular partidas de medición a elementos constructivos.
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BIM multidisciplinar.
A nivel teórico, el proyecto arquitectónico se representa mediante un Modelo de Información
que cubre todos los aspectos posibles, los cuales quedan reflejados en vistas especializadas. En la
práctica, actualmente los modelos BIM más completos sólo pueden acoger las disciplinas principales
de la arquitectura: Arquitectura, Estructura, Instalaciones, Control de costes, Presentación y Diseño
Energético. Para el resto de los casos, se trabaja con conexiones con aplicaciones especializadas que
admiten exportaciones del BIM. El número de este tipo de aplicaciones conectables aumenta cada
año llegando a áreas como la gestión de residuos o la planificación de la obra.
El gráfico anterior explica cómo se relaciona una aplicación BIM muy completa y su modelo con
aplicaciones conectables. Los objetos que es capaz de manejar la aplicación contienen diversa clase
de información, parte de ella es de especial interés para el arquitecto, pero otra lo puede ser para
otras profesionales. Dependiendo del grado de apoyo multidisciplinar de la aplicación BIM en
concreto, los distintos perfiles profesionales podrán trabajar en mayor o menor grado directamente
sobre el mismo modelo BIM, consiguiendo más eficacia. Aquellos aspectos más específicos se
desarrollarán en aplicaciones concretas que podrán aprovechar la parte de la información del
modelo BIM que los interese. Si la comunicación entre las aplicaciones es bidireccional, podrá
devolver la información al modelo BIM para que pueda ser usada por otras disciplinas.
Por ejemplo, el programa de cálculo estructural puede partir de la estructura y los cerramientos
modelados con una aplicación BIM especializada en Arquitectura, y también puede devolver parte
del resultado de su cálculo (dimensionado de la estructura, por ejemplo) al modelo BIM para que los
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arquitectos lo tengan en cuenta. Podríamos decir que el Modelo de Información hace de
coordinador entre los diversos profesionales que intervienen en la creación de los edificios, ya sea
alojando directamente sus objetos u ofreciendo vías de comunicación controladas. Tampoco no hay
que olvidar a los usuarios finales del edificio, los cuales se beneficiarán de poder disponer de
información fiable acerca del inmueble que explotarán.
BIM paramétrico.
El Modelo de Información que gestiona una aplicación BIM está compuesto por una serie de
objetos que se diseñan según las características esenciales que los definen, es decir, se
parametrizan. Esto se hace mediante una interface que los conceptualiza y que asiste su creación
con multitud de parámetros preestablecidos en relación a la naturaleza del elemento que se quiere
crear. Un muro, por ejemplo, puede escribirse por los siguientes valores: número de capas, grueso
de cada una, altura, materiales, recorrido, etc. Después, necesitaremos de una interface gráfica que
permita editarlo dinámicamente mediante pinzamientos o variando sus características en un listado
desplegable. En cualquiera de los casos, estamos modificando los parámetros que definen el objeto
y, de rebote, su aspecto aparente. Pero también se puede ir más allá incluyendo otra clase de
parámetros no dimensionales, como por ejemplo, el color, el material y peso, el nombre, etc. El
objeto que se modela acontece, así, mucho más completo y editable permitiendo acceder
directamente a sus características. Así, ya no se modelan representaciones, sino que se modela el
objeto en sí mismo cubriendo el máximo de facetas. En cambio, con una herramienta de CAD literal,
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se invierte mucho tiempo representándolo mediante múltiples modelos con el fin de poderlo
controlar, mentalmente, en su globalidad.
Una vez se consigue parametrizar un objeto, también se puede intentar parametrizar la relación
que tiene este con el resto. Esto se consigue relacionando unos parámetros con otras. Por ejemplo,
el perímetro exterior de una carpintería será igual a la apertura que se deberá practicar en el muro
que lo aloja. De esta manera, no sólo se automatiza la transmisión de las influencias que tienen los
objetos entre sí, sino que se posibilita su diseño en relación al resto. Así, cada componente se crea
en función de lo que lo hace único y de lo que lo hace dependiente del resto, consiguiendo un
diseño muy receptivo a futuras modificaciones. Para que todos estos parámetros puedan
interactuar, es necesario tratar el modelo paramétrico como una base de datos unificada que esté
estructurada y optimizada para hacer posible estas interrelaciones. Así también se posibilita que
objetos de diferentes disciplinas puedan interactuar entre ellos y que su acceso sea centralizado,
haciendo realidad la deseada coordinación multidisciplinar y multiusuario.
También, se debe tener en cuenta que, debido a que la parametrización de objetos puede ser
algo complicado, todas las aplicaciones disponen de extensas librerías de componentes
preconfigurados que tienen comportamientos también preestablecidos. No se trata pues de
aplicaciones de diseño paramétrico puras, mucho más potentes pero también mucho más complejas
de emplear. Esto no quiere decir que se limite al usuario al uso de estos objetos, puesto que en
cualquier momento se puede crear uno, paramétrico o literal, para resolver casos concretos.
La edición de este modelo global se hace a través de toda clase de visualizaciones especializadas,
ya sea diédricas, tridimensionales, en forma de listado, o cualquier otra clase de vista que sirva para
controlar los objetos desde una óptica concreta. Como que todas ellas provienen directamente del
Modelo de Información, estarán siempre actualizadas. Para que esto sea posible, el software debe
gestionar las vistas por sí mismo, dejando en manos del usuario únicamente la configuración más o
menos pormenorizada de estas. Aunque la mayoría de aplicaciones BIM generan, en la mayoría de
los casos, representaciones del Modelo de Información, conceptualmente se deben entender todas
como vistas, ya que son generadas de manera automática.
Para el arquitecto acostumbrado al CAD literal, esto sólo pasa cuando modela representaciones
tridimensionales, de las que suele aprovechar directamente sus vistas gráficas. En cambio, el resto
de vistas bidimensionales suelen ser elaboradas concienzudamente de manera manual poniendo un
gran interés en el grafismo. Este es el cambio más importante para el que está habituado a emplear
herramientas basadas en la representación. Con ellas, el arquitecto puede expresar lo que desee,
pero siempre depende de la correcta interpretación de la documentación que genera. El proyecto
vive en las representaciones que crea y por esto suele preocuparse de cuidarlas. En cambio, con un
modelo paramétrico, el objeto vive en sus especificaciones, a pesar de cómo se visualice.
Debido a que el entorno de trabajo de los modelos de información esta, necesariamente, muy
controlado, sólo se puede crear aquello que se sabe cómo funciona, por lo que puede resultar algo
frustrante para los principiantes. Por ello, todas las aplicaciones BIM dejan un espacio para la
representación literal con el fin de cubrir determinadas situaciones en que no se pueda generar un
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objeto adecuado, pero su uso debe ser necesariamente restringido si se quiere ser fiel a la
tecnología BIM.
BIM multivista.
Una de las aportaciones más importantes de los Modelos de Información es que las
representaciones de sus diferentes aspectos pueden automatizarse. Todas provienen del mismo
modelo, así que se consigue, de forma natural, que estén siempre coordinadas entre sí (que no se
contradigan) y actualizadas (representando los últimos cambios hechos al proyecto) y que su
generación sea inmediata o casi inmediata. Por eso decimos que las representaciones extraídas del
BIM son en realidad vistas del modelo, aunque en algunos casos se lleguen a generar cada vez como
dibujos bidimensionales. Por otra parte, para poder satisfacer las necesidades de visualización de
cada representación, cada aplicación dispone de diferentes mecanismos de personalización de estas,
de tal manera que pueda mostrarse o que se desea y con un grafismo adecuado. No obstante, el
abanico de posibilidades siempre será más limitado que el de las representaciones delineadas a
mano, por lo que habrá que aprender a prescindir de ciertos virtuosismos, que por otra parte,
dejaran de ser necesarios al contar con el potencial de generación múltiple de vistas de este tipo de
software. Podríamos decir que, en este caso, podemos substituir la calidad por la cantidad, ya que
resulta mucho más conveniente el uso de múltiples vistas pera explicar un tema que el de unas
pocas y muy trabajadas, ya que estas, inevitablemente, deberán omitir parte de la información del
proyecto. De todas formas, también es cierto que una vez adecuado el grafismo de las
visualizaciones a nuestro gusto, veremos como cualquier vista gozará del mismo nivel de acabado,
ya que realizarla o no ya no dependerá del tiempo disponible hasta el día de la entrega.
Otro aspecto esencial es entender que la posibilidades de una vista no se limita al campo de las
representaciones gráficas (dibujos) que tradicionalmente ha sido el soporte básico del arquitecto,
sino que también cubre otro tipo de representaciones de tipo alfanumérico, como tablas (para
mediciones o inventarios, por ejemplo), esquemas, leyendas, etc.. Para una aplicación BIM, todo
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está al mismo nivel, ya que los objetos no solo contienen información formal sino también de
cualquier otro tipo. Por ejemplo, una estructura suele ser más fácil de replantear en forma de
esquema de barras, mientras que al que debe presupuestarla, le interesará sólo la cantidad, tipo y
peso de los perfiles. El arquitecto, en cambio, deberá trabajar con una representación formal
fidedigna de la misma, para poder compatibilizarla con el resto de sistemas arquitectónicos.
Por último, lo que vimos en los objetos paramétricos en cuanto a su compatibilidad con
elementos literales puede aplicarse a las prestaciones de representación de las aplicaciones BIM.
Cualquiera de ellas, puede incorporar a las vistas dibujos manuales que las complemente
Aplicaciones BIM.
 Diseño Industrial vs Diseño Arquitectónico.
Lo primero que hay que hacer para entender un conjunto de aplicaciones es saber a qué fin y a
qué mercado responde. Ya hemos dicho anteriormente que el desarrollo de las aplicaciones BIM se
nutre de un concepto más genérico, el Modelado de Información, y de una tecnología que proviene
principalmente del mundo industrial. No obstante, también es cierto que la mayoría de las
aplicaciones que actualmente se conocen como BIM nacieron mucho antes de que este término se
acuñase y se han desarrollado en paralelo al resto de software dedicado al diseño y a su gestión. De
hecho, ArchiCAD data de 1982 y Allplan de 1984. Lo que ocurre es que su eclosión ha aprovechado
muchos de los avances del campo industrial.
De todas formas, el mundo de la producción industrial y el de la arquitectónica aún mantiene
diferencias esenciales, cosa que hace que las características de unas y otras aplicaciones difieran
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notablemente en muchos aspectos. Si bien el trasfondo es el mismo (modelos tridimensionales
contenedores de información accesible en tiempo real) la forma en cómo esto se aborda es
substancialmente distinta. Esto se debe a una serie de diferencias que se resumen en el cuadro
superior.
En resumen, la principal divergencia reside en la producción en serie. Esta permite al mundo
industrial invertir grandes cantidades de tiempo y dinero en el desarrollo pormenorizado de los
productos, así como en el hardware y software que usan. Además, permite una mejora progresiva
de los objetos y materiales que se usan para construirlos, ya que estos son testeados de una forma
universal, continua y rigurosa. De hecho, la producción industrial ya hace tiempo que ha conseguido
superar en términos de calidad y eficacia a la producción arquitectónica, todavía muy artesanal.
Por ello, hemos visto como, en los últimos años, la arquitectura se ha ido industrializando,
empezando por los componentes, llegando a los sistemas y, en un futuro, acabando en todos sus
procesos. Recordemos, por cierto, que los arquitectos de movimiento moderno abogaban por la
industrialización de la arquitectura y el diseño, ya que creían que entre otras cosas, los haría más
económicos a la vez que aumentaría su calidad.
Tabla 1.- Tabla cronológica respecto a Autodesk Inventor y PTC Pro/ENGINEER
Si se comparan las características y prestaciones de las aplicaciones BIM (ArchiCAD, Allplan,
Revit y AutoCAD Architecture) con las de la de diseño paramétrico (Pro/ENGINEER e Inventor), se
demuestra como a partir de aproximadamente el año 2002, el mundo del diseño ha convergido
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hacia una mayor facilidad de uso y una mejor interoperabilidad, detectando muchos puntos en
común entre el diseño paramétrico y el de Modelos de información.
AutoCAD, por ejemplo, nació en 1982, alcanzando la primera versión sobre Windows de 32 bits
(AutoCAD 13) en 1993. Evoluciono poco hasta mejorar ostensiblemente interface y prestaciones en
la versión 2004 (que se desarrolló durante precisamente el año 2002 para salir al mercado el año
siguiente).
Tipos de aplicaciones BIM.
Actualmente hay un buen número de aplicaciones BIM en el mercado, a pesar de que se trata de
un tipo de software costoso de desarrollar y que precisa de mucho servicio post venta. En general,
todas llevan muchos años en el mercado, con excepción de aquellas que están desarrollándose de la
mano de grandes compañías de CAD genérico, que tienen una historia más corta. Teniendo en
cuenta esto, de si aprovechan o no un motor de CAD ya existente, podemos clasificar las
aplicaciones en dos grandes grupos.
 Aplicaciones BIM nativas
Con más antigüedad, en general, que las BIM implementadas, existen las aplicaciones creadas
con la intención de trabajar en esta dirección desde un buen principio. Naturalmente, son mucho
más coherentes y potentes que las BIM implementadas, pero tienen el inconveniente de que la
migración desde un software CAD genérico hacia ellas resulta más complicada. Aunque permiten
trabajar con archivos provenientes de estas aplicaciones siempre hay ciertas limitaciones, puesto
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que resulta más difícil incluir información literal en modelos BIM. Por otra parte, todas ellas tienen
una estructura de archivos coherente con el concepto de base de datos. Es decir, los proyectos se
gestionan de manera integral y se concentran en un solo archivo o carpeta.
Estamos hablando de las aplicaciones Autodesk Revit, Graphisoft ArchiCAD y Nemetschek
Allplan. Los dos últimos hace casi unos veinte años que son en el mercado y disfrutan de una
numerosa comunidad de usuarios. El primero, sin embrago, es un software mucho más joven por lo
que goza de un planteamiento más avanzado.
 BIM implementado sobre CAD literal
Se trata de aquellas aplicaciones de CAD literal que han implementado módulos BIM que se
superponen de manera más o menos transparente. Tienen el inconveniente de que su
funcionamiento no puede ser tan coherente ni fluido como el de las BIM nativas, puesto que deben
adaptarse al motor y estructura de sus huéspedes. Siguen empleando capas para organizar el dibujo,
mantienen una estructura de ficheros dispersa y su interface es bastante más compleja. En cambio,
tienen la ventaja de permitir una migración hacia los sistemas BIM mucho más flexible y modular. El
grado de implementación de BIM puede hacerse al nivel y en el campo en que se desee. Por
ejemplo, se puede emplear BIM sólo por mantener la consistencia dimensional entre plantas,
secciones y modelo tridimensional, pero seguir trabajándolas independientemente o aprovechar
sólo sus características para mejorar el rendimiento de las mediciones. Todo esto con la comodidad
de seguir trabajando con la misma aplicación de siempre de manera totalmente transparente, con
las ventajas de colaboración multidisciplinar que esto implica.
Están dentro de este grupo Autodesk AutoCAD Architecture y Bentley Architecture, Las dos
funcionan sobre los motores de CAD genérico más extendidos del mundo (aunque, de los dos,
AutoCAD es el que domina claramente el mercado). Nacieron con la intención de competir con las
aplicaciones BIM nativas, las cuales amenazaban con ganar cuota de mercado a los CAD literales.
Tabla 2.- Tabla comparativa entre aplicaciones BIM
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Manteniendo en mente la clasificación anterior, podemos comparar las características
esenciales de las soluciones más vendidas para hacernos una idea de cuál serán sus especificaciones.
Como vemos, Allplan es la única de entre las nativas aquí mostradas que mantiene una estructura
automatizada de la base de datos. Como ya veremos, esto les da unas prestaciones de gestión muy
potentes pero limita su capacidad de interrelacionar los objetos del proyecto.
Si comparamos AutoCAD Architecture con Revit Architecture, veremos que el precio que paga el
primero por su compatibilidad con el CAD es su baja capacidad de parametrización libre,
inversamente a lo que pasa con Revit. También vemos como Revit, a pesar de haber mejorado
mucho en los últimos dos años, no llega al nivel de interoperabilidad de ArchiCAD y Allplan con
aplicaciones de ámbito nacional.
Criterios de compra.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Prestaciones de su motor.
Estabilidad del mismo
Viabilidad de la aplicación.
Soporte Post-venta.
Facilidad de uso.
Conectividad.
A la hora de escoger una aplicación BIM en concreto cabe tener en cuenta los siguientes
aspectos por orden de importancia:
En primer lugar, tendríamos las prestaciones y diseño general de su motor de modelado de la
información. Se trata de saber diferenciar que características son las que realmente definen en
software y cuales son más o menos pasajeras. Dicho de otra manera, siempre nos encontraremos
con que determinadas operaciones están mejor resueltas por unas aplicaciones que por otras, pero
esto puede cambiar al año siguiente. Lo que no es tan volátil es el planteamiento general de la
aplicación y su motor interno, ya que es mucho más difícil de cambiar. Un buen sistema de elección
es escoger la aplicación que mayor puntuación haya sacado en aquellos aspectos que para nosotros
sean realmente importantes. Por ejemplo, el motor de gestión de cambios seguramente será más
importante que el de preparación de láminas, por tanto, no será ninguna estupidez quedarse con
aquella que mejor resuelva el primer problema a nuestro juicio, aunque el sistema de composición
de las impresiones no sea tan brillante como otra.
Después, hay que comprobar que la aplicación hace lo que realmente promete con fluidez y sin
excesivas excepciones. No es usual que se publiciten características que sólo están implementadas
parcialmente o que son inestables.
También hay que considerar las posibilidades de continuidad de esta o de su soporte local. La
verdad es que las soluciones que están a la venta pertenecen a compañías con sobrada historia y
solvencia, pero últimamente están aflorando aplicaciones con un futuro algo incierto. Migrar hacia la
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tecnología BIM pide un esfuerzo considerable que se amortiza pronto, pero es preferible cambiar de
software por voluntad propia que tenerlo que hacer porque deja de tener continuidad. El número de
usuarios internacional y su repercusión en los medios digitales es un buen síntoma de la salud de
una aplicación informática.
En cuarto lugar, hemos puesto el soporte post venta. Esto engloba tanto el soporte local, que
resulta esencial a la hora de encontrar recursos de formación, como internacional, el cual será muy
apreciado por aquellos usuarios avanzados que deban resolver problemas complejos.
Por otra parte, hay que tener siempre en cuenta que el nivel de competencia en el uso de
herramientas informáticas de los futuros usuarios será bajo en la mayoría de los casos. Por ello, no
es ninguna tontería tener en cuenta la facilidad de uso de una aplicación al hacer las tareas más
comunes. Esto aumentará las posibilidades de éxito de la migración e incrementará la satisfacción de
los usuarios, aunque sean avanzados.
Por último, aunque puede ser más importante que alguno de las anteriores en según qué
entornos, tendríamos la conectividad. Está claro que hablar de BIM quiere decir hablar de
conectividad. Un modelo de Información de arquitectura, por sí mismo, ya tiene un gran valor
añadido y de él se puede extraer información en forma de tablas de manera bastante sencilla. Pero
si para una compañía resulta esencial, por ejemplo, sacar mediciones y certificaciones de los
proyectos, la conectividad de la aplicación BIM con este tipo de software decantará la balanza a
favor de aquellas que mejor lo resuelvan en ese momento.
A título de ejemplo de las preferencias de los usuarios en cuanto a las aplicaciones BIM,
disponemos la encuesta que la revista electrónica AECbytes realizó hace un año a sus 5500
subscriptores, de los cuales contestaron casi millar (cantidad muy considerable y a tener en cuenta).
Aquí se presenta de forma muy resumida, pudiendo encontrar el original en
http://www.aecbytes.com.
En la primera pregunta, ya se observan un tema interesante, ya que sólo la mitad de los usuarios
de aplicaciones BIM son arquitectos, cosa que de momento, parece que en nuestro país no ocurriría.
Al menos de momento, a no ser que vallamos dejando que el resto de profesionales del sector
hagan nuestro trabajo.
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Figura 10.- Encuesta AECbytes de octubre de 2007 (1)
En la tercera, vemos, como, de todas formas, la mayoría de los usuarios ocupa su tiempo en
tareas muy relacionadas con el diseño arquitectónico y el resto a temas de gestión o construcción.
Figura 11.- Encuesta AECbytes de octubre de 2007 (2)
En esta pregunta se observa cómo, sorprendentemente, en pocos años el número de usuarios
de Revit ha superado, con creces, el de la competencia.
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Figura 12.- Encuesta AECbytes de octubre de 2007 (3)
Esta pregunta resulta muy útil a la hora de descubrir cuáles son los principales puntos de interés
de las herramientas BIM. Se les preguntó a los usuarios que valoraran, del 1 al 10 la importancia de
diversos aspectos de esta tecnología.
Como se puede ver, la principal prestación que se piden a estas aplicaciones es que sea
autosuficiente, es de decir, que no precise de software de CAD para completar la documentación.
Conscientes de ello, la gente de Revit, pronto atajó su inicial carencia en este campo.
Justo detrás, se valoran la capacidad de interrelación de los objetos, la calidad de las bibliotecas,
y, obviamente, la capacidad para soportar el trabajo colaborativo. Cuando se usa una base de datos
centralizada, hallar un buen sistema de compartición y acceso múltiple de los componentes del
proyecto no es algo obvio. ArchiCAD i Revit tienen sus propias estrategias, basadas ambas en el uso
de un modelo central que se actualiza por las partes participantes.
También muestran una buena posición los aspectos de gestión, concretamente, a capacidad de
manejar proyectos grandes y la asistencia a tareas de CAD Management (coordinación, estándares,
etc.).
En la cola encontramos aspectos que, en teoría deberían ser muy interesantes, como son la
capacidad de exportación en formato IFC, o las prestaciones en presentación foto realista (para lo
que se deduce que los usuarios emplean otras aplicaciones).
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Figura 13.- Encuesta AECbytes de octubre de 2007 (4)
Esta pregunta pondera capacidades contrarias existentes en diversas aplicaciones BIM. Como se
ve, los usuarios, a pesar de emplear en su mayoría soluciones con bases de datos unificadas (Revit y
ArchiCAD), prefieren la solución más escalable de las bases distribuidas, lo cual resulta algo
chocante. Se puede interpretar como si el hecho de utilizar una base de datos unificada fuera el
precio a pagar por gozar de un elevado grado de interoperabilidad y manejabilidad, a costa de una
menor escalabilidad y flexibilidad.
También se detecta a una clara preferencia por la calidad de visualización y documentación
frente a las posibilidades de modelado, ya que se supone que la mayoría de casos son
suficientemente sencillos como para ser superados por soluciones con un nivel básico de modelado
tridimensional (como Revit y ArchiCAD). No obstante, el siguiente punto demuestra que los usuarios
consideran indispensable la automatización absoluta de los cambios en la documentación, a pesar
de que aprecien que sea de calidad. Esto supone un jarro de agua fría para las aplicaciones menos
automatizadas, como Allplan, AutoCAD Architecture y su homónimo de Bentley.
Mucho más equilibrado está el tema de la facilidad de uso, puesto que parece que los usuarios
comprenden que no pueden usar tecnología avanzada sin un poco de esfuerzo.
Finalmente, tampoco parece salir bien parado el 3D DWF de Autodesk, siendo mucho más
apreciado el 3D PDF por su universalidad y apertura.
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Comentarios sobre las aplicaciones BIM con mayor cuota de mercado.
A continuación se comentan las cinco aplicaciones BIM con mayor presencia en el mercado
internacional, estando todas disponibles para el español. El texto que sigue está lejos de valorar la
conveniencia de estas soluciones, sino que pretende resumir con pocas palabras el enfoque general
de estas. Se recomienda al lector que amplíe esta información con la propia experiencia y abundante
documentación disponible en internet.
 Autodesk Revit Architecture
De todas las aplicaciones BIM, es la más joven de todas y la que esta tiene un planteamiento
más radical respeto a la tecnología de objetos. La empezó a desarrollar la compañía Revit
Technology Corporation como el primer software de diseño arquitectónico totalmente paramétrico.
En el 2002, la empresa fue comprada por Autodesk, la cual buscaba soluciones por su entonces
inoperante Architectural Desktop (actualmente AutoCAD Architecture). Viendo el potencial de Revit,
Autodesk decidió mantener el desarrollo de las dos líneas de software sin cortar ninguna de las dos.
Revit debería tener más futuro a largo plazo que AutoCAD Architecture puesto que se trata de una
aplicación muy coherente y potente, pero, por el momento, las dos aplicaciones conviven
pacíficamente al estar destinadas a un público diferente. Desktop permite una migración menos
arriesgada y más progresiva mientras que Revit está destinado a implementar completamente la
tecnología BIM.
El programa usa un archivo único que contiene toda la información del proyecto, incluidas las
vistas, las láminas y las bibliotecas de objetos paramétricos. De todas las aplicaciones BIM, es la que
está más orientada hacia la tecnología de Modelos de información, disfrutando de una estructura
interna muy coherente en la que cualquier elemento del proyecto es tratado de manera similar. Por
otra parte, dispone de una interface gráfica de parametrización, al estilo del software especializado,
que le permite modelar cualquier elemento con independencia de su uso. También disfruta de
herramientas que le permiten establecer determinadas relaciones asociativas entre objetos, sean
del tipo que sean.
Todo esto es posible gracias a su motor de transmisión de los cambios en tiempo real (de hecho,
Revit es el acrónimo de Revise Instantly). Gracias a él, cualquier cambio efectuado desde una vista,
es transmitido al resto de manera instantánea, puesto que, a diferencia de la competencia, no se
trata de representaciones generadas con posterioridad, sino vistas dinámicas de la base de datos
global.
Por otra parte, está muy orientado a la parametrización de la información del edificio a todos los
niveles y por esto disfruta de una interface gráfica para el modelado paramétrico de los objetos y de
un elevado grado de interrelación de los componentes arquitectónicos, independientemente de su
naturaleza.
En general, se trata de una aplicación muy intuitiva de emplear, con una interface cuidada y muy
coherente, y con una documentación bastante cuidada. Por el contrario, su juventud, a la que debe
su vanguardista diseño, también explica algunas carencias en algunos aspectos muy concretos, como
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por ejemplo la falta de pre visualización en algunos cuadros de diálogo, o la falta de conexión directa
con algunas aplicaciones, aunque la interacción con otras herramientas de Autodesk sea excelente.
Revit Architecture tiene dos aplicaciones gemelas, Revit MEP y Revit Structure, especializadas en
la generación de objetos de instalaciones y estructurales respectivamente. Ambas aplicaciones son
capaces de conectarse dinámicamente con herramientas de cálculo especializado.
Figura 14.- Representación en alzado de un modelo paramétrico de una puerta elaborado con Revit.
Sus características no se controlan mediante opciones, sino a través de la especificación de
condiciones directamente sobre el modelo.
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 Graphisoft ArchiCAD
ArchiCAD es el software para el diseño paramétrico de arquitectura más antiguo de los tres y
por esto tiene la ventaja de ser el fruto de un largo desarrollo. Hay miles de usuarios que lo emplean
y existe un relativamente amplio abanico de aplicaciones de terceros fabricantes que lo
complementan. Nacido para el entorno Macintosh, su origen se remonta al tiempo en que no se
podía pretender que toda la documentación gráfica de un proyecto estuviera basada en objetos y
por esta razón, su motor de transmisión de cambios ha recibido numerosas mejoras a lo largo de su
historia. De hecho, a pesar de estar actualmente plenamente enfocado hacia el BIM, está capacitado
para complementar a mano de manera sencilla las representaciones extraídas de los modelos
paramétricos.
Como Revit, se organiza en torno a un archivo único con un sistema de librerías que puede ser
referido a archivos externos o que pueden pertenecer al propio proyecto. Su estructura de proyecto
es muy similar, pero está más desarrollada y distingue entre las vistas y sus localizaciones en el
modelo del edificio. Así, de una misma planta se pueden crear variantes diferentes y guardarlas
como vistas bajo una estructura en árbol totalmente configurable. ArchiCAD no regenera las vistas
de manera instantánea, como lo hace Revit. Pero sí que lo hace de manera automática y, además, es
capaz de editar el modelo a través de la modificación de cualquier vista o desvincularlo
completamente de ella.
Su interface está muy cuidada, cosa que lo hace agradable y cómodo de usar. Por otra parte,
conserva algunos vestigios de las herramientas de CAD tradicional, como el sistema de capas o el
ploteado según conjuntos de plumillas, cosa que lo conecta con los usuarios de AutoCAD.
Los elementos paramétricos se guardan de forma de librerías y como archivos individuales y
tienen un gran número de opciones que buscan cubrir todas las necesidades de diseño del usuario,
objetivo que, a la práctica, consigue en la mayoría de los casos. No obstante, los objetos
paramétricos deben estar preparados previamente con herramientas que exigen conocimientos de
programación. Por esto, la biblioteca que viene con el programa es bastante completa y, gracias a la
flexibilidad de sus opciones, consigue cubrir la mayoría de los casos.
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Figura 15.- Cuadro de diálogo de ArchiCAD Hay decenas de opciones agrupadas por temas e
ilustradas.
También dispone de herramientas para convertir elementos modelados en el proyecto en
objeto de librería, como por ejemplo, mobiliario, posibilitando así un modo de creación muy directa
para objetos con bajo nivel de parametrización.
Como buena herramienta BIM, se comunica eficazmente con varias aplicaciones especializadas,
como Cinema 4D (infografía), Presto, Arquímedes y Gesto (mediciones y presupuestos), la suite de
Cype (cálculo de estructuras e instalaciones), Tricalc (cálculo de estructuras), Líder y Calener (del
CTE), Maxoform (modelado de formas libres). También se ve asistido por algunas aplicaciones de
terceros que ayudan a la creación de objetos paramétricos. Tiene pendiente, aún, el apoyo nativo de
objetos MEP o estructurales.
Por otra parte, el sistema de exportación automatizada de ficheros, ya sean DWG o PDF, es
impecable y todo un modelo a seguir.
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 Nemetschek Allplan
Hasta hace no mucho tiempo, “Allplan” era conocido por el paradigma la sofisticación en diseño
paramétrico de Arquitectura. Este hecho se daba sobre todo porque era una aplicación bastante
conocida, de oídas, en este país, con una comunidad de usuarios fanáticos que daban a conocer sus
ventajas a sus colegas que trabajaban con AutoCAD, a los cuales les parecía una aplicación exótica.
Por otra parte, tenía el aliciente de estar desarrollado en Alemania, país con la reputación de
elaborar software eficiente, pero complejo. Lo cierto es que Allplan es una aplicación que venía del
entorno Unix y que migró en un momento dado hacia a los sistemas Windows, hecho que obligó a
cambiar radicalmente su interface, puesto que la anterior resultaba incomprensible para los
usuarios de este sistema operativo. Su nivel de sofisticación y las algunas de sus posibilidades
superan las de sus competidores pero tiene el inconveniente de resultar mucho menos intuitivo de
emplear, al tiempo que adolece de una interface obsoleta en algunos aspectos y de tener un apoyo
público bastante limitado (sólo hace falta visitar su web). De todas formas, el apoyo de los
distribuidores en es tan eficaz como erudito.
Figura 16.- Cuadro de diálogo de Allplan dónde se aprecia el anticuado aspecto de la interface de
esta aplicación. No obstante, sus prestaciones si están al día.
Su estructura de documentación es radicalmente diferente al del resto de aplicaciones BIM
nativas. Los proyectos se guardan en carpetas que contienen multitud de archivos que contienen la
información del modelo. Estos representan divisiones físicas del modelo, generalmente por plantas y
categorías de objetos. Por ejemplo, un archivo contendrá las distribuciones de la planta primera,
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mientras que otros guardarán el mobiliario, otros las fachadas, etc. Se trata de sistema que posibilita
directamente el trabajo en equipo, puesto que cada usuario puede ocuparse un archivo diferente y
permite estructurar el proyecto como se desee, por muy grande que sea.
También limita el consumo de memoria de la aplicación. Además, a diferencia de AutoCAD
Architecture, Allplan es capaz de editar más de un archivo a la vez, aunque las nuevas entidades se
crearán siempre en el archivo activo, que siempre es único. Por el contrario, esta manera de
organizarse lo hace mucho menos ágil a la hora de navegar por el proyecto si lo comparamos con
ArchiCAD y Revit y también limita las relaciones asociativas entre objetos paramétricos, puesto que
a menudo se encontrarán en archivos diferentes. También la distribución del trabajo en equipo será
más tediosa puesto que debe modificarse el contenido de los archivos de proyecto.
Como cualquier aplicación, distingue entre objetos de sistema y de componente, Los primeros
(como por ejemplo los cerramientos y las anotaciones) tienen un comportamiento paramétrico preconfigurado, pero este es excepcionalmente flexible. Por ejemplo, es el único que permite controlar
al por menor cada una de las capas que forman un muro. Los objetos de componente (como las
ventanas, puertas o mobiliario), denominados, macros, pueden generarme a través de asistentes
bastantes completos o mediante programación paramétrica de tipo gráfico.
Por otra parte, Allplan disfruta de unas capacidades de conexión con aplicaciones de terceros
envidiables. Por una parte, Nemetschek dispone de toda una línea de productos propios compatibles
con Allplan para cubrir varias disciplinas. Aparte de Allplan Arquitectura, hay un anchísimo abanico
de aplicaciones: Allplan Ingeniería (para estructuras), Allplan instalaciones, Allplan prefabricados,
On-Site Survey (para levantamientos in-situ), On-Site Photo (levantamientos fotográficos), Cinema
4D (infografía), Maxwell Render (simulador de iluminación natural), Design to Cost (mediciones y
control de la obra), Oficina Móvil (soluciones de movilidad con transmisión de datos CAD), My office
(gestión integral de proyectos) y X-World (base de datos con tecnología de objetos). También se
conecta con numerosas aplicaciones de terceros, como Presto, Arquímedes y Gesto (mediciones y
presupuestos), la suite de Cype (cálculo de estructuras y de instalaciones), Tricalc (cálculo de
estructuras), Líder y Calener (del CTE), aparte de otras aplicaciones que no se usan.
 Autodesk AutoCAD Architecture
Autodesk (nacida al 1982) empezó a desarrollar alrededor de 1997 programas paramétricos 2D
destinados al diseño mecánico, llegando más tarde al desarrollo de aplicaciones para arquitectura
con Arquitectural Desktop. Este software, basado en AutoCAD, adoleció de numerosos problemas
técnicos. Por solucionar este problema, compró la empresa Revit Inc. Con lo que incorporó a sus filas
el programa Revit (para el diseño arquitectónico) manteniendo Inventor (para el diseño mecánico),
que estaba al mercado desde 1999. Las sinergias derivadas de esta nueva adquisición permitieron
mejorar mucho Arquitectural Desktop e Inventor, de tal manera que a partir de la versión 2004 (la
quinta) esta aplicación empezó a ser considerada como útil.
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Figura 17.- Espacio de trabajo de AutoCAD Architecture.
Gracias a agresivas campañas de promoción y a su total compatibilidad con el amplio abanico de
aplicaciones CAD especializadas de Autodesk, en pocos años ha conseguido hacerse con una extensa
cuota de mercado teórica. Actualmente se puede decir que es una aplicación bastante válida pero
que sufre en exceso el obsoleto motor de AutoCAD, que limita su rendimiento general así como su
fiabilidad. Por otra parte, aunque disfruta de una interface bastante buena, continúa siendo
bastante más compleja que la de Revit y ArchiCAD.
No obstante, tiene la importante ventaja de permitir implementar la tecnología de objetos de
forma muy escalable. Al igual que Allplan, se puede seguir trabajando en representaciones literales y
aprovechar sólo su estructura de proyecto y algunos objetos paramétricos. Así que para un usuario
de AutoCAD, la migración es relativamente sencilla. También comparte con Allplan la incapacidad de
editar el modelo virtual a través de los vistes de alzado o sección y como él, estas deben ser
regeneradas manualmente cada vez que se modifica el modelo BIM.
Como ocurre con Revit, la documentación de suporte, así como los fórums relacionados
existente en Internet, son muy extensos, aunque su entusiasmo ha ido en detrimento des de la
eclosión de Revit.
 Bentley Architecture
Se trata del equivalente al anterior pero sobre el motor de Microstation. Por lo tanto, disfruta de
ventajas e inconvenientes similares. Ambos distribuyen el modelo BIM entre múltiples archivos y
mantienen un sistema de implementación flexible que cohabite con las herramientas de CAD
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propias de las aplicaciones huéspedes. No obstante, hay que aclarar que, como aplicación de CAD,
Microstation es mucho más potente y coherente, contando con un abanico de posibilidades muy
amplias. Lástima que el número de usuarios que lo saben manejar, es mucho más limitado en
relación a la anterior. No obstante, hay grandes firmas internacionales que lo usan para diseñar
edificios y además tiene el aliciente de soportar de manera bastante transparente el formato DWG.
Como el resto de aplicaciones multiarchivo, la organización del modelo BIM es flexible, pero
también mucho más difícil de gestionar. Bentley separa los modelos tridimensionales de los
bidimensionales y la actualización en uno y otro sentido es manual. También como ellas, sufre la
falta de bidireccionalidad de las vistas que no son de planta, puesto que son dibujos auto-generados,
y, especialmente, la falta de asociatividad entre objetos, la cual, al parecer, es la más acusada de las
tres aplicaciones con base de datos dispersa.
Es
Figura 18.- Espacio de trabajo de Bentley Architecture.
Bentley Architecture se nutre del módulo Triforma de diseño paramétrico, de posibilidades muy
amplias. Por esto, se puede afirmar que sus herramientas de diseño paramétrico de los
componentes arquitectónicos están a la altura, o incluso superan, las de Revit. El problema es que su
manejo en general resulta mucho menos intuitivo.
Por último, decir que Bentley ha desarrollado cinco aplicaciones BIM, Architecture, Bentley
Structural, Bentley Mechanical Systems, and Bentley Electrical Systems que se integran
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perfectamente entre ellas, lo cual demuestra el interés de la compañía por abarcar todas las
disciplinas e ir en camino de un verdadero y completo modelado de la información del edificio. De
hecho, Bentley encabeza la defensa del sistema de base de datos dispersa frente a la base de datos
unificada de Revit y ArchiCAD, afirmando que resulta mucho más adecuada para el trabajo
cooperativo y multidisciplinar.
Conclusiones.
 PROS DE LA TECNOLOGÍA BIM
Podríamos resumir las ventajas en el cuadro superior. El diseño basado en parámetros es una
ventaja por sí misma puesto que permite diseñar en función de los condicionantes reales del
elemento que se estudia. Esto incrementa la interacción entre el modelo y el diseñador, porque
aunque el efecto que se desee sea meramente compositivo, a menudo se consigue mediante la
manipulación de características de los elementos constructivos. Es menos didáctico aumentar la
separación entre dos líneas paralelas que representen el voladizo de un forjado que cambiar
directamente su grueso.
Consecuencia de la tecnología de objetos es la automatización de las relaciones, los procesos y
de la documentación. La interacción entre objetos agiliza muchísimo las tareas de modelar la
información del edificio y también aumenta las capacidades didácticas de la herramienta. La
automatización de procesos facilita las tareas rutinarias como la importación de datos de una
aplicación a otra o la creación de una malla estructural. Finalmente, el hecho de contar con un
modelo centralizado hace que la documentación esté siempre actualizada. Todo esto redunda en un
aumento de la productividad, en una mayor fiabilidad del diseño y, en definitiva, en una mayor
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calidad global de este. También contribuye a eliminar tediosas tareas rutinarias que no tienen nada a
ver con los procesos creativos ni con el diseño en sí.
La coordinación de los datos permite controlar mucho mejor el proyecto, ya sea desde el punto
de vista de su gestión documental como de su contenido. Así, los problemas de la coordinación
entre disciplinas y usuarios disminuyen en gran medida. Otra vez tenemos menos errores y por lo
tanto, mayor calidad y productividad.
Finalmente, la tecnología BIM también es compatible, con mayor menor grado, con elementos
literales incrustados en el modelo. Así, todo lo que no se pueda generar como objeto, se podrá
modelar manualmente incluyendo incluso algo de información en él. Naturalmente se perderán
parte de las prestaciones de la tecnología BIM, pero servirá para salir del paso. Por otra parte, dado
que los objetos paramétricos tienen un nivel de detalle limitado, continuarán siendo necesarios los
detalles constructivos. Todas las aplicaciones BIM disponen de un entorno donde poder realizar esta
clase de representaciones.
 CONTRAS DE LA TECNOLOGÍA BIM
Obviamente, no todo son ventajas. El uso de la tecnología BIM requiere, definitivamente,
formación. De hecho, el uso de cualquier herramienta con un mínimo de solvencia tiene este
requisito, pero hasta ahora los arquitectos se han acostumbrado a sobrevivir con la técnica de la
prueba y error. En la práctica, no es algo tan traumático. En unas veinte horas se consigue el
suficiente conocimiento para que un usuario pueda desarrollar las tareas básicas de una aplicación
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BIM. Y, con un semestre de formación práctica, un nivel de solvencia suficiente. No obstante, en
cada equipo de trabajo, deberá haber un integrante que se forme de manera muy avanzada para
que sea capaz de solucionar las tareas más complejas como, por ejemplo, la generación de objetos
paramétricos específicos. No obstante, el apoyo técnico del distribuidor siempre será un recurso a
tener en cuenta.
Pero el obstáculo más difícil de superar Obviamente, no todo son ventajas. El uso de la
tecnología BIM requiere, definitivamente, formación. De hecho, el uso de cualquier herramienta con
un mínimo de solvencia tiene este requisito, pero hasta ahora los arquitectos se han acostumbrado
a sobrevivir con la técnica de la prueba y error. En la práctica, no es algo tan traumático. En unas
veinte horas se consigue el suficiente conocimiento para que un usuario pueda desarrollar las tareas
básicas de una aplicación BIM. Y, con un semestre de formación práctica, un nivel de solvencia
suficiente. No obstante, en cada equipo de trabajo, deberá haber un integrante que se forme de
manera muy avanzada para que sea capaz de solucionar las tareas más complejas como, por
ejemplo, la generación de objetos paramétricos específicos. No obstante, el apoyo técnico del
distribuidor siempre será un recurso a tener en cuenta.
Pero el obstáculo más difícil de superar es el cambio de filosofía que implica el uso de Tecnología
BIM. No sólo por el hecho de tener que trabajar ordenadamente y de invertir tiempo en gestión
tecnológica, sino también por el hecho que implica un abandono de las técnicas de representación
como herramientas proyectivas. Las aplicaciones BIM están pensadas para poder incorporar
información delineada sobre las vistas que se generan del modelo y de hecho, algunas, como Allplan
o AutoCAD Architecture dependen bastante de ella, pero, en el fondo, se trata de cubrir temas
bastantes cosméticos. Los arquitectos deben aprender a diseñar manipulando objetos en vez de
dibujarlos, que es el que se ha hecho des de siempre. Dependiente de la formación que se tenga,
esto no supondrá demasiados dolores de cabeza y llegará a ser un estímulo, especialmente para
aquellos que tienen experiencia con el modelado tridimensional, puesto que ya sabrán que significa
construir un modelo una vez en vez de representarlo en múltiples ocasiones.
Todos estos factores implican que la migración hacia la tecnología BIM sea una operación
delicada y de envergadura. Por empezar, hace falta que todo los miembros del equipo de trabajo
migren, puesto que, digan lo que digan los fabricantes, no se puede aprovechar correctamente la
nueva tecnología si hay parte de la plantilla que todavía dibuja. Es cierto, que siempre hay lugar para
un cierto grado para la delineación, pero si esta puede ser la única actividad de algún miembro del
equipo, dependiendo de la estructura del despacho y del número de proyectos al año puede resultar
inviable mantenerlo en plantilla. Siempre se pueden buscar soluciones para aquellos casos
“incorregibles” pero “indespedibles”, pero su participación en el proyecto siempre se verá limitada.
No obstante, en un estadio intermedio de la migración, resulta viable que exista un solo modelador
de BIM por equipo de trabajo, mientras los demás proyectan en base a documentación extraída por
éste y devuelve os cambios al modelo. Es un sistema de trabajo que debe ser temporal pero que ya
aporta sus beneficios.
El peor problema en este sentido es como hacer el cambio sin parar la maquinaria. En un
despacho grande se puede hacer a través de pequeños equipos de trabajo, escogiendo un proyecto
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adecuado (pequeño y sencillo), pero los despachos pequeños sufrirán algo más. De hecho harán lo
mismo, pero empezarán un proyecto nuevo con las nuevas herramientas mientras continúan el
antiguo con las anteriores.
También puede implicar en muchos casos la sustitución de hardware obsoleto que podría servir
para dibujar, pero no para trabajar con aplicaciones BIM. Allplan es el que menos pide al respeto,
pero tampoco admite tostadoras. Al precio a que están los equipos, no representa un grave
problema, pero en despachos grandes puede representar una inversión inicial notable.
 CONCLUSIONES
De todo lo comentado hasta ahora y del uso de estas aplicaciones, se extraen una serie de
conclusiones que son importantes para trasmitir a todo aquel que se plantee migrar hacia esta
tecnología.
La primera conclusión es que, definitivamente, diseñar no es dibujar. Los arquitectos están
demasiado acostumbrados al explicar nuestras ideas a través de representaciones artesanales que
deben ser posteriormente interpretadas para que tengan sentido. Las aplicaciones BIM obligan a
definir en cada momento la información que se quiere incluir al modelo, con un nivel de detalle que
crece a medida que lo hace el proyecto. No obstante, hay que modelar con criterio, es decir,
ajustando la información que se introduce en el modelo a las necesidades reales del proyecto.
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Por ejemplo, como muchas de las vistas gráficas suelen obtenerse directamente del modelo
tridimensional, suele caerse en la tentación de modelar con excesivo celo cualquier componente
arquitectónico, cuando en realidad, para la mayoría de la documentación bastaría un modelo
esquemático que después se describiese con esmero en un solo plano de detalle delineado. Un caso
típico sería el de una escalera y su barandilla ¿Hasta qué punto es necesario modelarla con todos sus
detalles o es mejor crear una aproximación y luego especificar de ella lo que nos interese en un par
de dibujos?
Otra conclusión extraída del uso de esta tecnología y de sus aplicaciones es que el aumento de
productividad es muy notable y rápido de conseguir. Por una parte, la productividad aumenta en sí
gracias a la disminución drástica de las tareas de documentación y a la mejora de los flujos de
diseño. Por otra parte, el proyecto puede explicarse de manera mucho más completa y fiable, con lo
que las peticiones de más información o aclaración de esta en el momento de la obra (RFI, Request
For Information) serán mucho menores, beneficiándose de esto la dirección facultativa.
Con todo, está claro que la figura del CAD Manager, es decir, alguien que gestione la
infraestructura tecnológica, resulta indispensable en estos entornos de trabajo. Ya lo era mucho
antes, pero ahora se convierte en una condición innegociable. El CM debe controlar los procesos de
trabajo y realizar tareas tan importantes como ayudar a definir las especificaciones del Modelo de
Información o planificar la formación de los usuarios.
No obstante, no todo son virtudes. Las aplicaciones BIM deben mejorar sus prestaciones de
visualización, todavía algo limitadas si se tiene en cuenta las posibilidades de otras aplicaciones de
diseño industrial, así como su facilidad de uso o capacidades de modelado in-situ (aunque las
encuestas parezcan demostrar que no son muy valoradas). Pero sobre todo, hay un gran trabajo que
hacer en temas de conectividad entre aplicaciones y flujos de información; temas que, por cierto,
son el principal foco del desarrollo actual.
Reflexiones finales.
El mercado de las aplicaciones BIM está lo suficiente maduro como para tomarse seriamente la
migración hacia esta tecnología. Cada solución tiene sus puntos fuertes y sus carencias. Desde el
punto de vista pragmático, la clave para escoger una u otra aplicación a la hora de implementarla en
un despacho profesional o en la docencia universitaria está en encontrar un punto de equilibrio
entre las prestaciones del software, las necesidades propias y el apoyo que el distribuidor local nos
pueda ofrecer. La cantidad de recursos de aprendizaje como cursos, tutoriales y los foros disponibles
a la red puede dar una idea del apoyo que tendremos en el momento de migrar.
Por otra parte, el crecimiento exponencial que ha experimentado en los últimos años el número
de soluciones que se conectan con aplicaciones BIM nos da una idea de la solvencia de esta
tecnología. Por esto, es importante reconocer que implementar BIM es sobre todo una decisión
estratégica que va en la dirección de mejorar la competitividad. Podemos atrasar el momento del
despliegue del BIM un tiempo, pero tarde o temprano, el mundo de la arquitectura deberá asumir
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este cambio, y con toda seguridad, no se podrá llevar a término sin una inversión en investigación y
formación que aproveche las sinergias entre el mundo profesional y el académico.
Siempre existe el miedo de que el talento del arquitecto o del estudiante se diluya en la
complejidad creciente de las herramientas que utilizan, pero esto sólo se podrá evitar si se aprende
a emplearlas en favor suyo. De hecho, tal y como se ha intentado explicar en esta conferencia, las
aplicaciones basadas en objetos han de liberarnos del peso de un sistema de trabajo basado en
representaciones que hace tiempo que ha entrado en crisis al no poder dar respuesta a las
necesidades reales de profesionales y estudiantes. Por otra parte, trabajar con tecnología BIM
permite analizar cómo los componentes de un edificio se relacionan entre sí, hecho que resulta
práctico y didáctico a la vez. No obstante, es evidente que no podremos sacar conclusiones sobre las
consecuencias artísticas y profesionales de su implementación hasta que pase el tiempo y un buen
número de escuelas y despachos empiecen a trabajar con aplicaciones BIM, pero también es cierto
que las razones para no hacerlo ya están cada vez más obsoletas.
El proceso de migración será lento al principio pero luego se desarrollará de manera
exponencial, tal y como pasó cuando el CAD fue sustituyendo la delineación manual. Seguramente
como entonces, el mercado se deberá abastecer con estudiantes que ayuden a los profesionales o
que simplemente les hagan el trabajo sucio.
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2.3. Materiales
A la hora de elaborar este documento hemos decidido presentar el desarrollo tecnológico que a
nivel internacional ya se ha llevado a cabo en ámbitos que se identificaron de interés dentro de las
jornadas de trabajo desarrolladas en los meses de Marzo y Abril en las Regionales de CAMACOL.
Tecnología del Concreto:
1. Concreto autocompactable.
El concepto de concreto autocompactable (CAC) fue introducido por el Profesor Okamura de la
Universidad de Tokio (Japón) en 1986 para promover la construcción más durable y fiable de
estructuras (Okamura, 1997 1). Otros investigadores han seguido esta iniciativa, llegando a
desarrollar una clase de hormigones capaces de ser colocados sin vibración interna u otro modo de
compactación. La experiencia japonesa durante los siguientes 15 años ha posibilitado la
identificación de una serie de importantes ventajas en el uso del HAC (Okamura et al., 2000):
-
Menor dependencia de la formación y experiencia de los operarios para obtener estructuras
durables.
Se pueden evitar problemas ocasionados por una compactación inadecuada provocada por la
falta de comunicación entre los proyectistas y los ingenieros en la obra.
Se puede reducir considerablemente el plazo de ejecución de la construcción, especialmente en
estructuras monolíticas.
Facilita el diseño de elementos más complejos que serían difíciles o poco viables de construir
mediante una vibración convencional.
Reducción del ruido debido a la eliminación de la vibración, especialmente en plantas de
prefabricación y obras en entornos urbanos.
Otra importante ventaja del HAC son las mejoras en el ambiente de trabajo y la salud laboral. La
vibración necesaria para compactar el concreto convencional puede llegar a provocar en los
operarios dolor, fatiga y otros síntomas debidos, fundamentalmente, a una mala circulación de la
sangre en las manos (“dedos blancos”), así como la necesaria protección frente al ruido provocado
por el equipo de compactación. Por lo tanto, la mejora en el ambiente de trabajo como
consecuencia del uso de HAC significa un valor añadido en términos de la eficacia en la construcción
(Skarendahl y Petersson, 2000).
Aunque el concreto autocompactable tiene características reológicas significativamente
diferentes a las de los hormigones convencionales, ambos no difieren mucho en términos de su
comportamiento en otros aspectos del estado fresco o en el estado endurecido. Sin embargo, se ha
observado (Billberg, 1999; Skarendahl y Petersson, 2000) que, en un HAC, la microestructura y las
interfases árido-pasta son más densas que en un concreto convencional, con la misma relación
agua/cemento, la permeabilidad a cloruros y gases es menor, y la adherencia entre el concreto y
barras de armadura es mejor. Por otro lado, debido al contenido mayor de pasta, es esperable un
aumento en la sensibilidad a un curado no adecuado, que puede conducir a la fisuración por
retracción plástica en elementos como losas y pavimentos.
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Además, el uso de HAC en el sector de la prefabricación puede conducir a ventajas adicionales
como el aumento de la vida útil de los moldes, el empleo de moldes más ligeros, y la reducción del
tiempo y esfuerzo necesarios empleados en el acabado manual de los elementos debido a la mejora
en la calidad de las superficies (Walraven, 2001).
En términos económicos, a pesar de tener un coste por tonelada o metro cúbico mayor que el
concreto convencional, el uso del HAC puede ser rentable cuando se considera el coste global de la
construcción o fabricación del elemento, es decir, incluyendo la amortización de la amasadora,
camión y moldes, el coste del desmolde, los costes de los equipos de vibración y su mantenimiento,
y la mano de obra (Schlagbaum, 2002; Pacios, 2003).
El diseño y la caracterización de estos hormigones llevan asociado el desarrollo de
procedimientos de ensayo encaminados a validar la capacidad de fluir del concreto, dentro de unos
rangos de cohesión de la mezcla que permitan su colocación sin segregación y con un efecto de
autocompactación; estos procedimientos de ensayo se apartan de los procedimientos clásicos de
caracterización del comportamiento en fresco del concreto, siendo actualmente la mayor parte de
los mismos procedimientos aún no normalizados.
Reconociendo las ventajas del HAC, el interés del sector de construcción en este material ha
crecido de forma significativa en los últimos años. Este hecho ha conducido a la formación de grupos
como son, entre otros, los de la Sociedad de Ingenieros Civiles de Japón (JSCE), el instituto de
Arquitectos de Japón (AIJ), la Asociación Técnica Internacional RILEM, la Asociación Francesa AFGC,
la Federación Europea de Fabricantes de Productos Especiales para estructuras EFNARC, y el
Instituto de Concreto Prefabricado PCI para la redacción de documentos de referencia,
recomendaciones y normativas (Tomosawa et al, 1999; Uomoto y Ozowa, 1999; AFGC, 2000;
Skarendahl y Petersson, 2000; EFNARC, 2002; PCI, 2003).
A pesar de las claras ventajas tanto técnicas como económicas que conlleva el empleo de HAC,
su uso no está muy extendido especialmente en la industria del Concreto Preparado (Ready-Mixed
Concrete). En este sentido, según la estadística de ERMCO (European Ready Mixed Concrete
Organization), durante el año 2004, el 90% del Concreto Preparado de España tenía una consistencia
de clase S2-S3. Cabe destacar que la media Europea ronda el 69%, aunque la contribución en
volumen de España es muy significativa. Por otro lado, la estadística revela la importancia de la
industria del concreto preparado en España que consumió un 50% de todo el cemento producido.
Esto podría explicar el casi inexistente empleo de HAC en España dentro de la industria del Concreto
Preparado, ya que no parece tarea fácil pretender extender el uso de HAC en una industria
tradicional y reticente a cambios significativos que aún sigue colocando mayoritariamente en obra
hormigones con cono 8-10 cm. Sin embargo, la estadística de ERMCO revela que en países en los
que tradicionalmente se emplean consistencias mayores (por ejemplo Finlandia, Suecia, Austria,
Holanda, etc...), el empleo de HAC en Concreto Preparado es también muy bajo sino esporádico
(menos de un 1% del concreto producido).
En este sentido, cabe analizar las posibles razones que dan lugar a un empleo tan bajo del HAC
en la industria del Concreto Preparado y en concreto en edificación, tanto en España como en la
Unión Europea. De entrada, el HAC no está contemplado en la EHE vigente y, por lo general, su
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elevado contenido en finos le hace estar fuera de especificaciones. Sin embargo, el primer aspecto
que el usuario tiene en cuenta a la hora de emplear el HAC es su mayor coste cuando se compara
con el concreto tradicional.
Aunque parece estar aceptado que a pesar de que su coste como material es mayor el ahorro en
tiempo, energía y mano de obra de compactación suele compensar con creces este sobre-coste
debido al material. Por otro lado, generalmente, el HAC se emplea por su particular reología y para
ello se requieren cantidades de cemento o finos mucho mayores que en un concreto tradicional.
Esto conlleva que, a menudo, el HAC tiene una resistencia mayor de la requerida y el usuario debe
pagar este exceso de resistencia.
Desafortunadamente, este mayor coste no sólo se debe a los materiales empleados sino
también a que el control de calidad en el caso del HAC debe ser más exhaustivo. En este sentido,
existen numerosos ensayos, no siempre normalizados, que tienden a crear confusión en el usuario,
el cuál a veces no tiene claro que ensayo o ensayos son más apropiados para su aplicación. Sin
embargo, a pesar de la gran cantidad de ensayos disponibles, aún no parece existir una manera clara
y fácil de medir la estabilidad del HAC. Esto complica y encarece el proceso de control de calidad,
tanto en planta como en obra ya que no sólo requiere más mano de obra sino también más tiempo
que en el caso de un concreto convencional. Asimismo, surge la cuestión de en qué condiciones se
debe rechazar un HAC y, en su caso, la redosificación de aditivos en obra requiere personal
especializado para ello.
Por otro lado, no se tienen suficientes datos sobre la robustez frente a cambios de contenido de
agua y variaciones en las propiedades del cemento, finos y áridos suministrados que, sin embargo,
debido a su alto contenido en finos, se presupone es menor que en un concreto convencional.
Como consecuencia, aun siendo una tecnología conocida y que se aplica ampliamente en
prefabricación, su empleo en concreto preparado es prácticamente despreciable. Por ello, para
incrementar su empleo en edificación es necesario potenciar su uso en la industria del concreto
preparado proporcionando al usuario no sólo, los medios apropiados para su correcto control de
calidad, sino también el conocimiento y las herramientas necesarias para asegurar un mínimo
porcentaje de rechazos. Por otro lado, es fundamental asegurar la máxima robustez del HAC frente a
modificaciones del contenido de agua y/o propiedades de los materiales componentes. En este
sentido, los aditivos químicos, tanto superplastificantes como Agentes Modificadores de Viscosidad
(AMVs) pueden ser la clave para garantizar la robustez del HAC. Para ello se precisa el desarrollo de
superplastificantes robustos que muestren un comportamiento poco dependiente del tipo de
cemento y, por otro lado, el empleo de AMVs que aporten suficiente estabilidad en el concreto y
que, a la vez, minimicen el efecto de la variación del contenido de humedad de los áridos que altera
la relación agua/cemento final.
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El concreto autocompactable como tecnología sostenible en la industria de la construcción
La industria de la construcción es responsable de aproximadamente el 40% del impacto
medioambiental total. El concreto es uno de los materiales de construcción que se utiliza en un
volumen importante y, por tanto, las características medioambientales del concreto son de gran
relevancia. Sirva como dato para refrendar el impacto de la construcción en el medio ambiente, que
esta actividad es responsable del 7% de las emisiones globales de CO2, buena parte de las cuales son
debidas en gran medida a la producción de cemento.
El mercado ha percibido que el concreto no es un producto sostenible, debido a que la
fabricación del cemento requiere mucha energía y contribuye al calentamiento global, la obtención
de las materias primas provoca serios daños en el paisaje y en el ecosistema y el concreto no es un
material renovable. Sin embargo, cabe destacar que esta percepción está en muchas ocasiones
sesgada al no disponer de una metodología adecuada para determinar una calificación
medioambiental. En este sentido, el sector se ha visto obligado a desarrollar métodos de valoración
del ciclo de vida para poder especificar requisitos de rendimiento para productos y construcciones.
El hecho de construir representa un consumo de materias primas y energía y un uso de terreno
donde se implanta la obra. La construcción sostenible será posible cuando se utilicen recursos
energéticos renovables, materiales renovables o procedentes de residuos de actividades
precedentes y una utilización reversible del espacio. En definitiva, se trata de emplear criterios
medioambientales en la concepción del proyecto, en la manera de construir, mantener y reconstruir
las obras. Por tanto, las tecnologías de la construcción obsoletas, al igual que los materiales,
necesitan ser reemplazadas por otras opciones más avanzadas que persigan todos los objetivos que
se han comentado.
Así, el HAC se ha introducido en el sector de la industria por mayor productividad, mejor
entorno de trabajo o capacidad de realizar la colocación en condiciones difíciles, como ya se ha
apuntado previamente. Antes de corroborar con cifras los motivos anteriores, el HAC presenta otras
ventajas desde el punto de vista de la sostenibilidad (Pacios, 2003).
Se puede considerar una tecnología sostenible a aquella que reduce el impacto medioambiental,
reduciendo la emisión de todo tipo de contaminantes, tanto sólidos, como líquidos o gaseosos,
reduciendo el consumo de recursos naturales y energía, y mejorando el bienestar social, así como las
condiciones del trabajo. Según esto, se puede hablar de tecnologías más limpias, renovables y
amigables.
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Tecnología limpia.
Al hablar de tecnología limpia, se hace referencia a la disminución del impacto medioambiental
al reducir la emisión de sustancias contaminantes en las aguas residuales, emisión de CO2 y NOx,
etc. De igual forma, el ruido se considera a su vez una fuente de contaminación, aunque se incluirá
dentro de las aportaciones del concreto autocompactable como tecnología amigable. En estos
aspectos, la mayor contribución del concreto autocompactable es la menor emisión de CO2,
especialmente por el menor contenido en cemento. También se debe destacar la menor producción
de residuos en la fabricación del concreto, lo que implica que requiere menos limpieza y hay una
menor emisión de partículas contaminantes en las aguas residuales y de partículas sólidas al aire.
Tecnología renovable
Una tecnología renovable debe atenuar el consumo de materias primas y de energía para
favorecer entonces el empleo de subproductos y cerrar el ciclo de vida de los elementos fabricados.
En esta línea, el concreto autocompactable contribuye al descenso del consumo de materia prima, al
permitir y favorecer la utilización de productos residuales, tales como adiciones (cenizas volantes,
escorias, microsílice, finos), áridos de reciclado, etc. Igualmente, aunque es un efecto de menor
importancia, se debe señalar la pérdida prácticamente nula de material durante la colocación.
Tecnología amigable
Se puede definir una tecnología amigable como aquellas soluciones que mejoran el bienestar de
los trabajadores y facilitan su propia utilización. De este modo, el concreto autocompactable aporta
un progreso en las condiciones de trabajo, apoyada sobre todo en la disminución del ruido, la
eliminación del impacto físico provocado por las vibraciones y en el descenso de partículas en el aire.
En referencia al recorte del ruido antes mencionado, se puede señalar que en una planta de
prefabricados de concreto se realiza una actividad con un nivel de ruido superior a 93 dBA. Por este
motivo, se necesita protección externa e información sobre los posibles daños que pueda provocar a
los trabajadores. Con el empleo de concreto autocompactable se reduce el nivel de ruido, llegando a
ser inferior a 80 dBA, lo cual hace que no se requiera ninguna medida de protección.
En el caso de las vibraciones, cuando éstas se sitúan por encima de 0,25 m/s2 causan dolor
rigidez o fatiga. Al utilizarse concreto autocompactable se elimina la actividad del vibrado y se
reduce, por tanto, el impacto físico en el trabajador. Se requiere un esfuerzo físico menor, con lo
que se mejora el bienestar del operario. Y lo que es aún más importante, se minimizan los
potenciales accidentes, puesto que es menos probable que los trabajadores operen en posiciones
peligrosas, como paredes o andamios, durante el proceso de vibración, que se ha eliminado. De
igual forma, otro tipo de incidentes, como tropezar con mangueras del vibrador o lesionarse la
espalda durante la colocación del concreto, se reducen.
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Al ser el concreto autocompactable una tecnología limpia, como ya se ha explicado, se reduce la
emisión de partículas en el aire de 3-4 mg/m3 a 0,2 mg/m3, debido a la fácil tarea de limpieza de
moldes y del entorno. Este aspecto es de especial importancia si se refiere a la presencia de
partículas de cuarzo, por su incidencia en el desarrollo de ciertos tipos de cáncer.
A consecuencia de todo lo anterior, la percepción general del trabajador es la de un proceso de
hormigonado más fácil al no existir concreto derramado, bien por el vertido o por el vibrado, lo cual
facilita que los moldes y el entorno estén más limpios y el trabajo sea más ligero.
Elementos diversos fabricados por el Grupo Consolis.
El Grupo Consolis es el mayor fabricante de concreto prefabricado en Europa, con una amplia
gama de productos (Juvas, 2005). Consolis usa el HAC principalmente en la fabricación de vigas,
columnas, paredes y elementos especiales.
Fuentes del grupo identifican los beneficios generales que les reporta el uso de HAC en un ciclo
de fabricación más rápido, una mejora de las condiciones del entorno de trabajo, una mayor vida de
los moldes, la posibilidad de ejecutar diseños complejos y un menor tiempo de mezclado y
fabricación que, además puede ser controlado de forma precisa.
En sus diversas factorías, el Grupo Consolis fabrica elementos como, por ejemplo:
-
Distintos tipos de vigas pretensadas con armaduras muy densas (Parma Oy, en Finlandia, o
Spenncon AS, en Trondheim, Noruega).
Conductos subterráneos para cables (Parma Oy, Finlandia).
Pilotes planos (Spanbeton BV, Holanda). El método de pilotes planos de concreto se usa cada
vez más en Holanda, donde la tierra es muy blanda.
Elementos complicados de escaleras (Dywidag Prefa Lysa AS, República Checa).
Elementos de arrecifes artificiales (Spenncon AS, Trondheim, Noruega). Estos elementos se
sumergen en el fondo marino, donde sirven de hogar y refugio para peces y langostas, al
tiempo que protegen el fondo de la erosión.
En las siguientes imágenes se muestran diversos elementos prefabricados de los mencionados,
fabricados con concreto autocompactable.
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Figura 19.- Vigas pretensadas con armaduras densas.
Figura 20.- Conductos para cables.
Figura 22.- Escaleras.
Figura 21.- Pilotes planos.
Figura 23.- Arrecifes artificiales.
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Elementos para tejados (Italia)
Los elementos de tipo “ONDAL” para tejados tienen una altura de 70 cm y una luz de 12 a 23 m
(Corradi, 2005). El espesor de la red varía entre 5 y 15 cm. Para el pretensado es necesaria una
resistencia a la compresión de 50 MPa. Para su fabricación se emplea un HAC que logra esa
resistencia a las 16 horas sin ningún curado de vapor.
Dovelas para el revestimiento de túneles (Reino Unido)
En Cheshire, C. V. Buchan produjo los segmentos de concreto para el revestimiento del túnel de
la terminal 5 del aeropuerto de Heathrow, en Londres (Corradi, 2005). Para lograr el ritmo de
producción, utilizó HAC caliente a unos 40ºC. Las unidades eran desencofradas y apiladas después
de seis horas, cuando el concreto había alcanzado una resistencia de unos 20 MPa, resistencia que a
los 28 días superaba los 70 MPa.
Pilotes de concreto armado (Dinamarca)
Para racionalizar el proceso de producción en la planta donde se fabricaban los pilotes, la
dirección decidió cambiar al HAC que alcanzase resistencias a edades tempranas (Corradi, 2005). Así,
en la planta se pudo reducir el contenido de cemento y obtener resistencias superiores con el mismo
ciclo de curado.
Aplicaciones en España con CAC
Diferentes estructuras han sido ya ejecutadas en su totalidad o parcialmente con CAC en España
en diferentes comunidades autónomas, con resultados muy satisfactorios en prácticamente todos
los casos, empleando para el diseño del CAC los materiales habituales de las plantas de concreto
encargadas de su producción.
En el estado actual del conocimiento se está realizando una base de datos de manera que se
pueda conocer las distintas aplicaciones de CAC, de la misma manera que está perfectamente
identificado en otros países como por ejemplo Francia.
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Construcciones ejecutadas “in situ”
Obra civil
Puente del Barrio de las Fuentes (Zaragoza)
A finales del verano de 2001, se ejecutó en España el Puente del Barrio de las Fuentes, del tercer
cinturón de Zaragoza, la primera estructura diseñada y construida en su totalidad con concreto
autocompactable. La obra fue construida por FCC-ACS.
La obra consistía en el hormigonado de un arco atirantado, una estructura mixta concreto-acero
de sección trapezoidal, cuyo interior debía ser rellenado con 270 m3 de concreto de 50 N/mm2 de
resistencia característica.
Debido a la dificultad prevista para el perfecto relleno de la estructura así como de su refuerzo
interior, que hubieran implicado un vibrado muy dificultoso si se hubiese empleado concreto
convencional, las empresas constructoras desarrollaron todo el proyecto pensando en la aplicación
de un concreto que no requiriera vibración externa para su compactación, un concreto
autocompactable, y así asegurar un relleno efectivo de toda la estructura metálica.
Figura 24.- Arco atirantado del Puente del Barrio de las Fuentes
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El concreto se aplicó bombeado por las aperturas del arco, dejándose fluir libremente a través
de toda la estructura. La aplicación se realizó sin problemas, alcanzando resistencias medias de 63.5
N/mm2 a 28 días. Se comprobó a posteriori el relleno de la estructura mediante pruebas indirectas
que confirmaron el éxito de la aplicación.
Depósito de agua del reciclador de la central de concreto de Malaka (Málaga).
En Abril de 2002, se realizó el muro perimetral del reciclador. La obra fue realizada por
Construcciones José Domínguez, y el concreto empelado fue HA- 30/F/15/IIIa (autocompactable)
fabricado por HORMISUR. Se colocaron 40 m3 con una bomba de rendimiento aproximado de 100
m3/h. La dosificación empleada fue diseñada por el laboratorio de la empresa propiedad.
Aparcamiento subterráneo de la Plaza del Arenal en Dos Hermanas (Sevilla).
En Mayo de 2002, se realizó el muro perimetral visto. La obra fue realizada por Necso, y el
concreto empleado fue HA-25/F/15/IIa (autocompactable) fabricado por HORMISUR. Se colocaron
180 m3 con una bomba de rendimiento aproximado de 90 m3/h. La dosificación empleada fue
diseñada por el laboratorio de calidad de HORMISUR y servido desde la planta de Alcalá de
Guadaira.
La constructora había solicitado este concreto ante la complejidad que presentaba el encofrado
vertical, para garantizar la compactación y evitar reparaciones superficiales en el elemento final. El
control de calidad del concreto mostró valores de resistencia a compresión a las 24 horas de 7
N/mm2 y superiores a 30 N/mm2 a los 28 días.
Pista de atletismo del colegio Añoreta (Rincón de la Victoria- Málaga)
En Abril de 2004, para la construcción del forjado que realizará las funciones de pista de
atletismo se empleó un concreto HA-30/F/15/IIIa (autocompactable). La empresa constructora fue
Chel Building. Se colocaron 260 m3 con una bomba de rendimiento aproximado de 40 m3/h, dado
que se pretendía realizar la colocación y extendido final por la misma empresa constructora. La
dosificación empleada fue diseñada por el laboratorio de calidad de HORMISUR y servido desde la
planta de Cementos Goliat.
La propiedad exigía la realización de la obra con el menor ruido ambiental posible y con un
despliegue de medios reducido al objeto de no perturbar el normal desarrollo de las clases.
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Edificación
Edificio institucional y administrativo del Ayuntamiento de Mollet del Vallés
En el mes de febrero de 2002, la empresa constructora COPISA, se iniciaba la construcción de la
que sería la primera obra postesada y con requisitos de concreto visto en la que se utilizaba este
concreto en España. El nuevo edificio del ayuntamiento de Mollet del Vallés (Barcelona) era una
estructura de 5 niveles (el 5º nivel a unos 18 m de altura), formado por 8 jácenas, 4 perimetrales
simplemente armadas, mientras que las interiores estaban postesadas.
Figura 25.- Hormigonado de los muros.
Las dimensiones de las jácenas eran de 2.8 m de altura las armadas, y 2.4 m las postesadas,
ambas con 40 cm de espesor y 30 m de longitud. El proyecto inicial contemplaba la ejecución de esta
fase de la obra con un concreto convencional, a pesar de tratarse de elementos fuertemente
armados, por lo que existía el temor de que no se alcanzaran los recubrimientos requeridos. El
tiempo estimado de hormigonado estaba en 20 horas, dado que todas las jácenas estaban
comunicadas, y existía la posibilidad de la aparición de juntas frías. La obra tenía el inconveniente de
estar situada en el centro urbano, con la generación de molestias sonoras a los vecinos, debidas a los
vibradores, a la bomba de concreto y al tráfico de camiones.
Con el empleo del CAC, las propiedades que debía presentar el concreto eran las mismas que las
que figuraban en el proyecto HA-35-F-20/IIa, pero debido a la necesidad de un postesado rápido se
exigían 30 N/mm2 a la edad de 3 días.
La colocación del concreto se llevaría a cabo mediante 2 autobombas, una con una pluma de 50
m y otra con una pluma de 34 m; ello se debía a que sólo existía un punto de descarga en la obra.
Debido a la altura de la jácena, así como de su gran cuantía de acero, existía la posibilidad de que si
el concreto se vertía sólo por la parte superior del encofrado, podía producirse la segregación del
mismo, por lo que se decidió que la caída libre del concreto no superara el metro. Para ello se
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ejecutaron unas aberturas en el encofrado a 1m y 2m respectivamente, a lo largo de toda la longitud
de las vigas (las aberturas de los dos niveles estaban al tresbolillo). En las mencionadas aberturas se
colocaba un codo metálico de 120º, unido a un tubo metálico de 1 m de longitud y un diámetro de
30 cm, en el que se introducía la manguera de la pluma de la bomba, con lo que se lograba que la
caída libre no fuera superior a un metro, lo que reducía o prácticamente anulaba el fenómeno de la
disgregación.
Figura 26.- Detalle de armadura y puntos de hormigonado de las vigas.
La presión media de bombeo de ambas bombas durante el hormigonado puede considerarse
normal (100 – 120 bars). De cada camión se ensayó el escurrimiento para comprobar su fluidez e
indirectamente la segregabilidad. Los valores obtenidos estaban comprendidos entre 62 – 68 cm y
no presentaba segregación aparente. Se realizaron probetas de cada camión para tener resultados
de rotura a compresión a 3 días, 7 días y 28 días. Se realizó en camiones alternos el ensayo del anillo
J. Las roturas a compresión obtenidas fueron de 310 – 389 Kg/cm2 (a 3 días), de 381 – 424 Kg/cm2 (a
7 días) y de 480 – 515 Kg/cm2 a 28 días.
Edificios de viviendas en Hacienda Guadalupe (Manilva – Málaga).
La empresa promotora y constructora Construcciones Depetri S.U.L. ha seleccionado el CAC para
la realización de los paramentos verticales de varias promociones realizadas desde Junio de 2002.
Las características constructivas de la obra, que emplea un encofrado integral que integra las
instalaciones y armadura necesaria con solo 10 cm de separación entre caras de encofrado, así como
la necesidad de desencofrar a las 12 horas, requirió el diseño de un concreto con baja relación
agua/cemento. Como consecuencia de ello las resistencias obtenidas a las 24 horas rondaron los 25
N/mm2 y a los 28 días 35 N/mm2. Se colocaron 2000 m3 con cubilote transportado con grúa.
Nuevas oficinas de Cementos Goliat (Málaga).
Para la ejecución de solera, forjado y cubierta del edificio de oficinas se empleó un concreto HA30/F/15/IIIa (autocompactable). La obra fue realizada entre agosto y septiembre de 2002 por la
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empresa constructora Ortuño y Serón S.L. Se colocaron 240 m3 con una bomba de rendimiento
aproximado de 80 m3/h, dado que se pretendía realizar la colocación y extendido final por la misma
empresa constructora. La dosificación empleada fue diseñada por el laboratorio de calidad de
HORMISUR y servido desde la planta de Cementos Goliat.
Edificio de viviendas en Vallecas.
Para la construcción de 220 viviendas empleando el sistema constructivo de encofrado integral
se utilizaron casi 9000 m3 de un concreto autocompactable de 30 N/mm2 de resistencia
característica (Ver Figura 27). El tamaño máximo del árido era de 12 mm, de árido silíceo de
machaqueo y con árido fino también silíceo. El cemento empleado era el CEM II/AV 42,5 R. Debido al
alto contenido de cemento la resistencia alcanzada a los 3 días fue de 35 N/mm2, y a 28 días de 45
N/mm2. La promoción fue realizada por IMASATEC SA y el concreto fue suministrado por READYMIX.
Figura 27.- Promoción de Marzo de 2003.
Viviendas sociales en Cádiz
Para la ejecución de las viviendas en concreto visto se empleó un concreto HA-25/F/15/IIIa
(autocompactable) suministrado por la planta de San Fernando de la empresa HORMISUR. La obra
fue realizada en marzo del 2004 por la empresa Construcciones Jale.
Se colocaron 60 m3 mediante cubilote transportado con grúa en los elementos de difícil
compactación debido a los reducidos espesores y al armado, que se corresponden principalmente
con los paramentos verticales del hueco del ascensor y a los ventanales de la planta baja. La
dosificación empleada fue diseñada por el laboratorio de calidad de HORMISUR.
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Otras aplicaciones
Una de las más exitosas aplicaciones para el CAC ha resultado ser la ejecución de forjados y
losas (Figura 28). El empleo de CAC en la edificación está resultando representativo en Galicia y en
Mallorca, convirtiéndose poco a poco en un concreto de uso popular por todas las ventajas que
ofrece, tanto para el productor de concreto como para el constructor y la propiedad.
Figura 28.- Solera en Madrid (Parque empresarial La Finca) y forjado en Palma de Mallorca
Rehabilitación de viviendas
El CAC ha resultado especialmente ventajoso en aplicaciones para recrecido de zapatas y
rehabilitación de antiguos edificios en el centro de Madrid. Los problemas que ofrece el concreto
convencional en aplicaciones de este tipo son los difíciles accesos, que dificultan el vibrado y por lo
tanto la correcta compactación del concreto y la contaminación acústica, por el vibrado.
Con el empleo de CAC, se asegura una correcta compactación del concreto con independencia
del vibrado y se elimina la contaminación acústica en lo que se refiere al ruido de los vibradores,
aparte de todos los incrementos en rendimiento de producción que supone, especialmente en obras
de este tipo, ya que las actividades realizadas por operarios acostumbran a ser lentas debido a los
difíciles accesos.
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Figura 29.- Sótanos de difícil acceso.
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2. Concreto reforzado con fibras cortas.
El principal efecto de las fibras es el control de los proceso de fisuración en estos materiales
cuya capacidad de deformación en tracción es muy pequeña. Esto da lugar a notables incrementos
en la tenacidad del material compuesto, como así también en beneficios adicionales en lo que se
refiere a su resistencia, fundamentalmente ante solicitaciones de tracción (Barragán y Zerbino,
2002).
A comienzos del siglo XX se produce un fuerte desarrollo de un material conocido como el
asbesto–cemento, con numerosas aplicaciones que hoy en día se van reemplazando por cuestiones
de salud y ambientales. Durante el resto del siglo y en particular durante las últimas décadas se
desarrollaron diversos materiales compuestos reforzados con fibras de distintos tipos combinadas
con diferentes matrices como plásticos, resinas, etc. Fibras de carbón, polipropileno, polietileno,
acrílicas, naturales, etc. se suman a los tipos de fibras entonces disponibles. En los tiempos
modernos muchos materiales de la ingeniería (yeso, cerámicos, plásticos, etc.) incorporaron fibras
para mejorar sus propiedades (resistencia, rigidez, control de fisuras, durabilidad, fatiga, resistencia
al impacto y abrasión, contracción, estabilidad y resistencia al fuego).
Inicialmente se reforzaron hormigones buscando mejorar la resistencia a tracción, la capacidad
de control de fisuras y la respuesta frente a acciones dinámicas. Estos hormigones tuvieron éxito en
campos de aplicación específicos como el revestimiento de túneles y la reparación de pavimentos o
tableros de puentes, que cada vez adquieren mayor vigencia. En la década del ´90 aparece un nuevo
motivo: el desarrollo de los hormigones de alta resistencia que, gracias a su excelente capacidad
para sobrellevar condiciones ambientales o de aplicación particulares, da lugar a estructuras con una
vida en servicio más extendida y atrae la atención de la industria. Pero la mayor resistencia trae
aparejado un aumento de la fragilidad relativa del concreto; una forma, probablemente la mejor, de
atenuar este efecto en alto grado es incorporar fibras al concreto. Desde esta perspectiva también
pueden surgir nuevas alternativas de aplicación estructural en edificios de altura, puentes,
pavimentos o elementos prefabricados.
Cabe indicar que las propiedades, el proceso de elaboración y las aplicaciones de los materiales
reforzados con fibras varían conforme la matriz sea una pasta de cemento, un mortero o un
concreto. Por ejemplo el asbesto-cemento o los materiales reforzados con fibras de vidrio se
fabrican por proceso de proyección o por inyección de una lechada de cemento que no somete a
las fibras al rigor del mezclado propio del concreto convencional. Los productos típicos consisten en
placas o elementos de sección delgada, en los mismos es frecuente que las fibras se orienten con
una dirección preferencial. Existen productos especiales, por ejemplo el llamado SIF-CON (Slurry
Infiltrated Fiber Concrete) consiste en la inyección de una lechada de cemento en una masa
compacta de fibras de acero. Por último es importante destacar que el volumen de fibras que se
puede incorporar en una matriz también varía cuando se pasa de pastas o morteros a hormigones
por lo que el comportamiento se puede modificar en forma notoria en uno u otro caso.
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Si se consideran las múltiples ventajas que otorga la incorporación de fibras de acero en el
concreto; en especial aquellas relacionadas con las mejoras en durabilidad y con el aumento en la
ductilidad y seguridad de las estructuras, surge la pregunta respecto a cuál es la causa de su escaso
empleo en elementos estructurales. La respuesta a este interrogante estriba fundamentalmente en
la inexistencia de métodos de ensayos normalizados capaces de proporcionar parámetros,
preferentemente basados en la tenacidad del material, que puedan ser utilizados en métodos de
cálculo estructural, consecuentemente también inexistentes hasta el momento.
Aunque muchos autores han vislumbrado las ventajas del concreto con fibras desde su aparición
a finales de los años sesenta, hasta el momento sólo existen algunas recomendaciones (Bekaert
1995, RILEM, 2000). En lo relativo al diseño y cálculo estructural, uno de los campos en los que más
se ha investigado en la última década es la posibilidad de sustituir o combinar las armaduras
transversales con el refuerzo de fibras para mejorar la capacidad resistente a cortante y lograr un
comportamiento más dúctil considerando las ventajas que ello supondría en elementos
estructurales de alma delgada (por ejemplo vigas de sección T), donde puede resultar muy difícil
la colocación de estribos.
Entre las aplicaciones habituales de los HRF podemos encontrar el caso de pavimentos, suelos
industriales, tuberías prefabricadas y túneles construidos a través de la modalidad de proyectado,
donde la sustitución de la malla de barras de acero por las fibras permite reducir considerablemente
el tiempo de construcción y aumentar la relación coste/efectividad.
Sin embargo, y a pesar del acuerdo generalizado que existe en la actualidad acerca de que la
incorporación de fibras de acero al concreto provoca importantes beneficios en el control de la
fisuración y ganancias en tenacidad que resultan fundamentales, su uso no se ha extendido al
caso de elementos estructurales. Las razones de dicha situación se centran en el hecho de que no
existen normativas de cálculo estructural para el HRF, producto de una incompleta caracterización
del material y de su respuesta estructural.
El principal objetivo del presente estado de la tecnología es reunir la información existente más
relevante en relación con los HRFs.
Fibras.
Las fibras empleadas para el refuerzo de materiales cementíceos pueden agruparse en fibras de
acero, vidrio, sintéticas (carbón, nylon, polipropileno, acrílicas, poliéster) y naturales de diverso
origen. De todas ellas, como se ha mencionado, son las de acero las de mayor aplicación en el
concreto estructural. Los primeros intentos en el uso de fibras sintéticas con cemento (nylon,
polipropileno) no fueron tan exitosos como el acero o el vidrio, pero el mayor conocimiento y
nuevos métodos de fabricación van dando lugar a la aparición de mayores posibilidades tanto para
fibras sintéticas como naturales.
Recientemente, han surgido aplicaciones de fibras plásticas con el objeto de controlar la
retracción plástica. Además, existen aplicaciones muy interesantes para la industria de la
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construcción con fibras de vidrio (paneles) y de carbono (refuerzos estructurales). En la Tabla 1 se
muestran las propiedades típicas de los diferentes tipos de fibras utilizadas. Las fibras de acero
poseen resistencias comprendidas entre 280 y 2800 MPa y alargamientos que van desde el 0.5 al 35
%. A diferencia de los otros tipos de fibras, no se degradan durante el mezclado del concreto por
medios convencionales ni las afecta el medio alcalino. Se elaboran fibras de acero de variadas
formas y tamaño. Se las fabrica cortando alambres con diámetros comprendidos entre 0.25 y 1 mm,
cortando láminas o aplanando alambres resultando secciones de 0.15 a 0.4 mm de espesor y 0.25 a
0.9 mm de ancho. Existen fibras con secciones variables y onduladas ya sea a lo largo de toda su
longitud o sólo en sus extremidades a fin de aumentar el anclaje fibra-concreto. También se las ha
fabricado en forma directa a partir del acero en estado líquido enfriado rápidamente y extrayendo
las fibras mediante centrifugado. Se producen fibras de acero inoxidable para incorporarlas en
materiales refractarios de alta performance. Muchas fibras se presentan separadas pero uno de los
tipos de mayor uso en el mercado consiste en grupos de 10 a 30 fibras ligadas mediante un adhesivo
soluble en agua. Esta presentación facilita las operaciones de manipuleo y mezclado del material
evitando la segregación. Cuando la cantidad de fibras es excesiva se puede producir la formación de
“erizos”.
Las fibras de acero se emplean principalmente en hormigones con contenidos que oscilan entre
20 y 100 kg/m3. Comparados con el concreto sin fibras los hormigones reforzados con fibras de
acero (HRFA) muestran incrementos de resistencia a tracción directa y a flexión, con un cambio
substancial en el comportamiento postfisuración. Como fuera anticipado, las primeras aplicaciones
de hormigones con fibras de acero incluyeron la construcción de pavimentos, losas de aeropuertos,
puentes y pisos industriales, reparaciones de diques sujetos a cavitación, estabilización de rocas y
túneles (HRF proyectado como procedimiento más frecuente de elaboración), elementos
premoldeados y en menor medida refractarios. El citado SIF-CON se ha planteado para aplicaciones
militares como silos para misiles.
Las fibras de polipropileno se destacan por su excelente resistencia a la humedad, a los ácidos o
álcalis, a lo que se suma su bajo costo. Originalmente se utilizaron monofilamentos de sección
uniforme, luego, para incrementar la adherencia se desarrolla un proceso llamado fibrilación que
provoca una estructura ramificada. Además se dio a los filamentos secciones irregulares.
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Tabla 3.- Diferentes tipos de fibras utilizadas con materiales a base de cemento portland.
Figura 30.- Fibras de acero.
Figura 31.- Fibras de acero conformado aglutinadas.
Figura 32.- Segregación de fibras con formación de “erizos”.
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Una limitación de las fibras de polipropileno es su rigidez (módulo de elasticidad), por ejemplo
las matrices reforzadas con fibras discontinuas de polipropileno habitualmente disminuyen su
capacidad portante en el periodo postfisuración. La mayor parte de las aplicaciones de las fibras de
polipropileno son no estructurales, entre las más exitosas se pueden citar alternativas para los
productos tradicionalmente elaborados con asbesto-cemento como placas delgadas, tanques,
revestimientos, etc. En el concreto, el uso de fibras de polipropileno es limitado y se orienta
principalmente a la incorporación de bajos porcentajes para reducir o controlar la contracción
plástica. También se han utilizado en concreto proyectado para estabilización de rocas, canales y
reparaciones de concreto deteriorado.
Las fibras de vidrio se utilizan exitosamente para la fabricación de paneles, encofrados,
aplicaciones arquitectónicas, reemplazo del asbesto-cemento, sistemas para protección del fuego,
en el campo de la agricultura, conductos y tuberías, contenedores y tanques, etc. Últimamente se
han logrado grandes progresos con otras fibras sintéticas como acrílicas y fibras de carbón. También
se trabaja en el aprovechamiento de fibras vegetales, la mayor parte de las aplicaciones de los otros
tipos de fibras se orienta al uso en morteros o pastas de cemento y excede el propósito de esta
revisión.
Figura 33.- Fibras de polipropileno.
Figura 34.- Panel de HRF de vidrio.
Desde hace aproximadamente dos años también se dispone fibras de polipropileno de alto
módulo de deformación. Estas fibras, abren un campo relativamente inexplorado en el conocimiento
de los HRFs, ya que debido a la inexistencia de adherencia química fibra-matriz, su comportamiento
puede resultar diferente al de las fibras de acero de similar módulo de deformación.
Referencias internacionales del HRF
Con el objeto de identificar el posible mercado del HRF se ha realizado un barrido bibliográfico
para identificar aquellas aplicaciones en las que la incorporación de la fibra aporta ventajas, bien
sean de tipo económico, por un acortamiento de los plazos de construcción o porque suponga una
mejora al trabajador respecto a la seguridad.
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Las principales aplicaciones identificadas tradicionalmente son pavimentos industriales, losas de
cimentación y muros, bien sean de contención o no, principalmente. Recientemente se ha utilizado
la fibra en forjados mixtos con chapa colaborante, en losas de forjado, y en tableros de puente. Las
referencias son de fibras de acero de tipo ondulada de distintas dimensiones.
Pavimentos industriales
El empleo del HRF en soleras industriales es una de las aplicaciones más extendidas. Sin entrar
en detalles, se puede observar como su utilización se está realizando en países con tecnología
avanzada y en otros en los que la construcción no es de los sectores más avanzados.
En las instalaciones de la Fábrica de neumáticos Continental, en Timisoara (Rumania) se colocó
una superficie total de 12.000 m2, con juntas de construcción de retracción. En el almacén de
Daimler Chrysler, en Offenbach (Alemania) se colocó un pavimento de 52.000 m2 de superficie,
empleando un sistema mediante el que se pueden realizar hasta 2.500 m2 sin ningún tipo de junta
de retracción lo que permite ahorrar en el mantenimiento y la reparación de las mismas.
Figura 35.- Planta de Continental (Rumanía).
Figura 36.- Almacén de Daimler Chrysler (Alemania).
Ejemplos similares se encuentran en el centro logístico que Carrefour tiene en Buenos Aires,
donde se construyó un pavimento de 100.000 m2. En Mónaco, para la construcción de la plataforma
de ampliación del paseo marítimo, el concreto se reforzó con 20 Tm de fibras de acero y
polipropileno (Duofib).
Losas de cimentación
Para el almacén logístico de Calsberg-Tetley en Northampton (Reino Unido), se realizó una losa
pilotada con una superficie de 6.200 m2 y un espesor de 25 cm, para lo que se empleó un concreto
de resistencia característica 30 N/mm2 y una armadura de 40 Kg/m3 de fibras de acero . Los pilotes,
de 360 mm de diámetro se colocaron formando una retícula de 3,60 m x 3,60 m.
Comparando la realización de la misma losa pilotada con concreto armado tradicional y con HRF
se observa que se ahorra un 15% de concreto, al poder reducirse el espesor de 30 a 25 cm, un 50%
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de acero, al pasar de una cuantía del refuerzo de 100 Kg/m3 a 50 Kg/m3, y se reduce un 40% el
tiempo de ejecución, pasando de 24 a 13 días.
Para la planta de tratamiento de aguas de Embourg (Bélgica) se construyó una losa pilotada de 1
m de espesor, para la que se emplearon 1.500 m3 de HRF. El refuerzo de la losa consistió en 40
Kg/m3 de fibras de acero, realizándose sin juntas de construcción, empleándose en su colocación un
día. Esto contrasta con la solución tradicional, en la que se emplean 80 Kg/m3 de malla de acero y
hay que realizar dos juntas de construcción.
Figura 37.- Losa pilotada para almacén logístico.
Figura 38.- Losa pilotada para planta de
tratamiento de aguas.
Otros ejemplos de esta aplicación son la construcción de una losa de cimentación de 14 tanques
de 4,15 m de diámetro y 105 Tm de peso cada uno en Clervaux (Luxemburgo). Se utilizó un concreto
de 30 N/mm2 de resistencia característica reforzado con 40 Kg/m3 de fibras de acero (σadm terreno
de 0,2 N/mm2). Comparando la realización de la losa con HRF con la solución tradicional de concreto
se demuestra que, se ahorra un 28% de concreto, al pasar de un espesor de 1 m a uno de 72 cm, un
50% de acero, al pasar de un peso total del refuerzo de 41.300 Kg a 20.160 Kg, y se reduce el plazo
de ejecución de 8 días a sólo uno.
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Muros
Los muros de la planta de reciclaje de Beringen (Bélgica), con una longitud de 210 m, una altura
de 6 m y un espesor de 0,30 m, se montaron sobre zapatas corridas de 2 m x 0,30 m de concreto
reforzado con 80 Kg/m3 de fibras de acero, empleándose las barras de acero de los armados
tradicionales sólo en la armadura de espera de la cimentación.
Figura 39.- Aspecto final de muro construido.
Losas de forjado.
Se han realizado varios ensayos a escala real para comprobar el efecto de la fibra como refuerzo
sin la utilización de armadura complementaria.
El ensayo, llevado a cabo en Luxemburgo en Octubre de 2004, se realizó sobre una losa de 335
m y 0,20 m de espesor, apoyada sobre pilares cuadrados de 0,30 m de sección y con una luz de 6 m.
La única armadura empleada, aparte de las barras anticolapso, consistió en 100 Kg/m3 de fibras de
acero de fibras onduladas de acero de 1,3 mm de diámetro y 50 mm de longitud (Destrée, 2005).
2
En primer lugar se ensayó la losa en condiciones de servicio mediante la aplicación de una carga
uniformemente distribuida de 6 kN/m2. El resultado fue un comportamiento perfectamente elástico
con una flecha inferior a 5 mm (equivalente a l/1.200).
En segundo lugar se ensayó la losa con la aplicación de cargas puntuales centradas en los vanos
central, de borde y de esquina. En el caso de la carga puntual colocada en el vano central, la primera
fisuración apareció con una carga de 230 KN, registrándose una flecha de 6 mm, mientras que la
carga y la flecha máximas alcanzadas fueron de 470 KN y 65 mm, respectivamente.
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Figura 40.- Fisuración de la cara superior e inferior con la carga puntual en el vano central
En el ensayo de carga puntual centrada en el vano de borde la primera fisura se registró con una
carga de 160 KN con una flecha de 7 mm, mientras que la carga y la flecha máximas alcanzadas
fueron de 265 KN y 122 mm, respectivamente. Con la carga en el vano de esquina, la carga a primera
fisura fue de 120 KN y la flecha de 8 mm, mientras que la carga máxima alcanzada fue de 215 KN y la
flecha máxima de 260 mm.
Se realizaron otro grupo de ensayos en Towsnville (Australia) y Ternat (Bélgica) sobre losas de
100 m2 de superficie y 0,16 m de espesor, apoyadas sobre 16 pilares, con una luz entre ellos de 3,10
m, fabricadas en concreto de fck 35 N/mm2, reforzado con 45 Kg/m3 de fibras de acero de similares
características que en el estudio anterior. Las cargas aplicadas fueron puntuales centradas.
En ambos casos los resultados fueron muy favorables puesto que las primeras fisuras
aparecieron con cargas muy superiores a las cargas de servicio. En el ensayo realizado en Ternat,
para la carga puntual aplicada en el vano central, cuya carga de servicio era de 75 KN, la primera
fisura se registró con una carga de 110 KN y alcanzó una carga máxima de 430 KN. En el vano de
esquina, cuya carga de servicio era de 50KN, las cargas de primera fisuración y máxima obtenidas
fueron de 80 KN y 180 KN, respectivamente
Figura 41.- Losas de forjado realizadas en Townsville y Ternat.
En casos reales de construcción se han utilizado en losas de forjado de varias viviendas
unifamiliares en Birmingham (Reino Unido). En total se colocaron 800 m2 de losas de 0,18 m de
espesor realizadas con un concreto de fck 30 N/mm2, reforzado con 100 Kg/m3 de fibras de acero.
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Figura 42.- Vertido del concreto para losas elevadas.
Las ventajas del empleo de HRF en esta aplicación fueron la rapidez y facilidad de construcción
realizándose la colocación del concreto mediante bombeo.
Otras aplicaciones.
Últimamente, buscando rapidez y facilidad de construcción el HRF se está empleando en
elementos estructurales, como por ejemplo tableros de puente y forjados mixtos colaborantes.
A modo de ejemplo, para la construcción del tablero del Puente de Maubray (Bélgica) del tren
de alta velocidad, de dimensiones 65 x 12 m, con una luz entre apoyos de 3,48 m y un espesor de
0,40 m se empleó un concreto de fck 30 N/mm2, armado con 55 Kg/m3 de fibras de acero (figura 43).
Para la construcción de 2.000 m2 de forjado colaborante en viviendas en Birmingham (Reino Unido),
se empleó un refuerzo de 30 Kg/m3 de fibras de acero.
Figura 43.- Otras aplicaciones estructurales: tablero para tren de alta velocidad y forjado
colaborante.
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Aplicaciones en España con HRF
Pavimentos industriales
En España el empleo del HRF se ha utilizado extensivamente en grandes superficies. Los últimos
ejemplos se muestran en la siguiente tabla.
CONSTRUCCIÓN
Feria de muestras de Bilbao
Centro logístico de IKEA en Valls, Tarragona
Planta de ensamblaje Airbus, Toledo
Almacén de Esmalglass, Castellón
SUPERFICIE (m2)
81.31
72.000
30.000
6.150
Losas de cimentación
Como ejemplo se presentan la losa de cimentación pilotada para un edificio residencial de 7
plantas en Navia, Asturias, con una superficie de 1.200 m2 y un espesor de 0,34 m, con pilotes de
0,30 m de diámetro colocados cada 6 m. La construcción se realizó con concreto de fck 30 N/mm2,
reforzado con 65 Kg/m3 de fibras de acero, y se completó en un día. La misma losa de 0,34 m de
espesor se hubiera realizado con concreto armado tradicional, el peso del refuerzo de acero hubiera
sido en torno a 6.000 Kg superior, y en la colocación se hubieran empleado unas dos semanas más.
Figura 44.- Losas pilotadas para edificio residencial y almacén.
La losa de cimentación construida para el almacén de Trace Logistics en Gerona tiene 5.600 m2
de superficie y un espesor de 0,40 m y se colocó en un terreno con una σadm de 0.2 N/mm2. Se
empleó un concreto con una fck de 30 N/mm2, armado con 40Kg/m3 de fibras de acero (figura 44). La
ejecución de una losa de las mismas dimensiones con concreto armado tradicional hubiera supuesto
emplear 46.000 Kg más de acero para el refuerzo. Además, no se habría podido realizar el vertido
directo y se habrían consumido 950 horas de ferrallista.
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Zapatas
En la cimentación para un almacén en Arroyo Culebro, Madrid, se realizó la construcción de
zapatas continuas de 4 m de ancho y 0,60 m de profundidad con concreto de fck 30 N/mm2 y un
refuerzo de 60 – 80 Kg/m3 de fibras de acero.
Figura 45.- Zapatas para almacén en Madrid.
Muros
En el Edificio Stern, de Mercedes-Benz en Sabadell (Barcelona), se construyeron muros de
contención de 6 m de altura y 0,50 m de espesor. Tanto los muros como la cimentación se
ejecutaron con concreto reforzado con 60 y 80 Kg/m3 de fibras de acero respectivamente del tipo
Tabix 1.3/50 de TrefilARBED, conservándose las barras de acero sólo en las armaduras de espera
(Alavedra et al, 2002).
Figura 46.- Muro de contención.
En el caso de muros de contención (figura 46), el hecho de eliminar la armadura tradicional se
tradujo en la ventaja de ejecutar la obra en un menor plazo.
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Aplicación con concreto proyectado
La cubierta del restaurante del parque Oceanográfico de Valencia, es una réplica a mayor escala,
de la cubierta de Xochimilco de Félix Candela. La cubierta está compuesta por la intersección de
cuatro paraboloides hiperbólicos, por lo que su geometría es la de una cubierta nervada de simetría
radial formada por ocho lóbulos. Cada lóbulo y su opuesto son parte de un paraboloide hiperbólico,
cuyo origen se sitúa en el centro de la cubierta y cuyos ejes X e Y, contenidos en un plazo horizontal,
forman un ángulo de 22,5º; al eje Z del paraboloide es vertical. Cada lóbulo queda limitado por su
intersección con los lóbulos adyacentes que dan origen a los nervios de la cubierta, y por la
intersección del paraboloide con un plano inclinado que forma un ángulo de 60,73º con el plano
horizontal. Esta intersección tiene forma parabólica y constituye el borde libre de la superficie de
cada lóbulo.
Figura 47.- Alzado de restaurante submarino.
La distancia entre apoyos consecutivos es de 13,58 m, la luz de los arcos formados por los
nervios es de 35,5 m. La altura en la clave es de 8,12 m y en el borde del voladizo de 12,75 m. La
cubierta está construida con concreto H-300 (nomenclatura según antigua Normativa) proyectado,
de color blanco, y con 50 kg/m3 de adición de fibras RC-80/5-BN. El espesor de la lámina varía desde
los 5 cm en los lóbulos hasta los 16 cm en los inicios de los mismos y 25 cm en la clave. La armadura
consiste en una sola capa de redondos de 8 mm cada 15 cm en la superficie de 6 cm, mientras que
los nervios están armados mediante vigas de sección variable.
Aplicaciones en elementos prefabricados
El empleo tradicional del HRF en elementos prefabricados ha sido para el control de la
fisuración. Aunque la información es escasa, actualmente su utilización se ha extendido en
elementos estructurales prefabricados, en vigas y dovelas principalmente (J. Ainchil et al., 2005).
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Conclusiones
Las referencias bibliográficas muestran como se ha ampliado el campo de las aplicaciones. Si
inicialmente el HRF era un producto empleado en soleras industriales principalmente, existen
numerosas referencias, tanto en el extranjero como en España, en las que el HRF se ha empleado en
losas de cimentación y muros de contención. Las principales ventajas están en la reducción de costes
y plazos; la primera al reducir en un 80% aprox. el volumen de concreto y en un 50% la cuantía de
acero empleada; la segunda al no requerir mano de obra para la colocación de la ferralla. El HRF está
presente cada vez en más aplicaciones estructurales, siendo normal encontrar HRF en losas de
forjado o en forjados de chapa colaborante.
3. Tecnologías en el uso de aditivos.
La aplicación de los aditivos en morteros y hormigones se ha incrementado notablemente en los
últimos años y, hoy en día, no se pueden mantener posturas técnicamente coherentes sin dejar de
reconocer el papel significativo que juegan los aditivos. Ahora bien, para llegar a esa situación, ha
sido necesario vencer numerosas resistencias, provenientes de dos tipos de interlocutores, los
directos representados por los jefes de obras, usuarios directos de los productos y, los indirectos,
representados por los directivos de administraciones y empresas, con responsabilidad final en la
toma de decisiones.
Aunque la situación a corto plazo es optimista, no por ello se debe dejar de reflexionar sobre las
actuaciones de futuro en cuanto a un incremento en el uso, no tan sólo desde el punto de vista
cuantitativo de las empresas, sino desde el punto de vista cualitativo, representado en último
término por el ciudadano. Una imagen positiva de la percepción social del ciudadano respecto al
sector y sus aplicaciones puede convertirse en un motor de cambio, a través de la mejora de la
calidad de vida. Ese cambio debería implicar un uso de los aditivos en aplicaciones cada vez con
niveles de exigencia mayores y, consecuentemente, con mayor valor añadido.
Lignosulfonatos.
Pertenecen a la primera generación de aditivos plastificantes para el concreto. Probablemente,
son aún los más utilizados dentro de la tecnología simple de aditivos. Se extraen del proceso de
producción de celulosa y de la industria del papel. Se consigue una reducción de agua de
aproximadamente el 10%. Debido a la presencia de sustancias reductoras, tienden a producir
retrasos en el fraguado del concreto cuando se usan a altas dosificaciones y esto puede tener un
efecto negativo en el desarrollo de resistencias.
Naftalén sulfonatos
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Son parte de la segunda generación de plastificantes para concreto. La materia prima se extrae
del proceso de refinado del carbón. Proporcionan una reducción de agua de hasta 25%. Debido a su
estructura molecular hidrofóbica, tienden a generar espumas que pueden traducirse en la
incorporación de algo de aire en el concreto. Sin embargo, ofrecen una eficiente reducción de agua
comparados con los lignosulfonatos.
Melamina sulfonatos
Se clasifican también dentro de la segunda generación de aditivos y están basados en polímeros
sintéticos. La reducción de agua es similar al naftaleno, pero las resistencias a edades tempranas son
aquí más altas. Puede ocurrir que a bajas relaciones agua/cemento, se produzca un flujo viscoso.
Copolímeros vinílicos
Son aditivos superplastificantes de tercera generación y se trata de una tecnología única de Sika.
Estos polímeros sintéticos poseen moléculas de mayor tamaño que los anteriores citados,
proporcionando un efecto plastificante mayor, la dispersión de las partículas de cemento es mucho
más efectiva y así proporciona una mayor reducción de agua (alrededor del 30%) dando al concreto
mayores resistencias mecánicas. En este tipo de superplastificantes se alcanza una relación óptima
coste/comportamiento, cuando se compara con los aditivos de tipo carboxilato, de mayor coste.
Este tipo de aditivos es ya válido para la confección de concretos autocompactables ya que se logra
una alta manejabilidad del concreto.
Policarboxilatos
Pertenecen a la última generación de superplastificantes. Químicamente se basan en
copolímeros de ácido acrílico y grupos éter de ácido acrílico y poseen cadenas laterales a diferencia
de los plastificantes tradicionales (macromolécula tipo peine). Se alcanza una reducción de agua de
hasta el 40% combinado con una manejabilidad controlada y desarrollo de resistencias mecánicas
tempranas. Estas características ofrecen nuevas aplicaciones.
Estas tecnologías se utilizan muchas veces en combinación. Los aditivos tradicionales se basan
en un efecto de dispersión. La molécula de aditivo tiene una estructura de dipolo con grupos
cargados negativamente. Estas moléculas se adsorben en las partículas de cemento y les dotan así
de carga negativa, haciendo que las partículas de cemento se repelan entre sí. Al pasar el tiempo,
progresa la hidratación del cemento y las moléculas de aditivo llegan a cubrirse por los productos de
hidratación y entonces deja de haber un efecto de dispersión.
En el caso de la nueva generación de aditivos, ya con el tipo vinílico, pero especialmente con los
carboxilatos, no sólo se produce un efecto de dispersión sino también un efecto estérico. Como
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estos aditivos se basan en moléculas complejas con un alto grado de flexibilidad, y comprenden
diferentes grupos funcionales y con diferentes longitudes de cadena. Las largas cadenas laterales
crecen más allá de los productos de hidratación del cemento formados, proporcionando un mayor
efecto de dispersión. Estas cadenas laterales son responsables del efecto estérico e interaccionan
con el agua. Al transcurrir el tiempo, una segunda molécula se hace activa mediante el mismo efecto
estérico, y así se logra una actividad más duradera en el tiempo.
Por este motivo, estas nuevas generaciones de aditivos son especialmente adecuadas para la
elaboración de concreto autocompactable.
Como aditivos complementarios para la confección de concreto autocompactable, suelen
utilizarse los llamados agentes de viscosidad. Estos productos se hacen necesarios cuando no se
cuenta con los materiales más adecuados para obtener un concreto de características adecuadas de
fluidez y cohesión o cuando la mezcla de concreto ha variado desde su diseño hasta su ejecución por
diversos motivos y se producen segregaciones por exceso de agua. En estos casos, adición de
pequeñas cantidades de estos aditivos, dotan al concreto de cohesión debido a sus propiedades
como regulador de la cantidad de agua del sistema. Estos productos, como ya se ha citado, no
responden a una nueva tecnología, sino que productos ya existentes para otros usos han encontrado
aquí una nueva aplicación, aunque también han surgido nuevos desarrollos de sustancias específicas
para esta función. De forma general, pueden dividirse en los siguientes grupos: Éteres de celulosa,
micro/nano sílices y sílices coloidales, los llamados biopolímeros basados en gomas naturales, óxidos
de polietileno y varias formulaciones algo más innovadoras, pero con este mecanismo de
funcionamiento en el sistema de concreto. Algunos de ellos presentan un coste elevado y otras
características desfavorables como alta viscosidad, altas dosificaciones, corta vida útil, etc. y se están
realizando nuevos desarrollos actuales en el sentido de buscar otras alternativas.
Metodologías de dosificación de aditivos.
En Europa las empresas constructoras disponen de personal cualificado y de procedimientos de
dosificación de aditivos. De este modo hace años se abandonó la cultura de acudir a los comerciales
y diseñar las mezclas en base a sus dosificaciones, evitándose la tendencia a sobredimensionar
cuantías en las dosificaciones de aditivos y deficiente optimización en función de ciclos veranoinvierno.
Ensayo de fluidez de pastas de cemento con el cono de Marsh con diferentes
dosificaciones de superplastificante
Objeto y ámbito de aplicación
El ensayo tiene por objeto evaluar la fluidez de pastas constituidas por cemento, agua y aditivo
superplastificante y, en su caso, por adiciones minerales.
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En particular es indicado para la determinación del punto de saturación del superplastificante,
entendiendo como tal el contenido óptimo de superplastificante en términos de la fluidez de la
pasta. Este punto de saturación se determina por la relación superplastificante/cemento (sp/c) para
la cual un incremento en la dosificación de superplastificante no provoca mejoras significativas en la
fluidez de la mezcla (De Larrard, 1990; Aïtcin et al., 1994; Gettu et al., 1997; Agulló et al., 1999).
Aparatos
- Cono de Marsh
Diámetro superior 155 mm, altura 290 mm, diámetro inferior 13 mm. Boquilla 60 mm de longitud y
apertura 8 mm.
- Matraz graduado (1000 ml)
- Cronómetro con precisión de décimas de segundo.
Procedimiento operativo.
El procedimiento consiste en introducir 1 litro de pasta en el cono y medir el tiempo (T) que
tarda en fluir por la apertura inferior una cantidad de 500 ml. Este tiempo de flujo se adopta como
una medida inversa de la fluidez de la pasta. Este procedimiento está de acuerdo con las directrices
de la norma EN 445 (1996).
Variando la relación sp/c se obtiene un conjunto de pares de valores tiempo (T) –
superplastificante/cemento (sp/c) susceptibles de ser representados por una curva log(T)-sp/c, tal
como se visualiza en la figura 48. En este sentido, se incide en que la relación sp/c se refiere siempre
al contenido sólido del superplastificante y que el contenido de agua presente en el mismo se tiene
en cuenta en la relación agua/cemento de la pasta.
s)(
go
l
oj
u
l
F
ed
op
m
ei
T
ij 
)s
(
 ij
ezd
i
u
Punto de Saturación lF
j 1400 00
oj
u
lF
ed
op
m
ieT
sp/c (%)
Figura 48.- Cono de Marsh y procedimiento empleado para la definición del punto de saturación del
superplastificante
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Expresión de resultados
La gráfica log(T)-sp/c se utiliza para la definición del punto de saturación del superplastificante,
que constituye el porcentaje óptimo de aditivo para la pasta considerada (De Larrard et al., 1997).
Un criterio para la determinación objetiva del punto de saturación es el basado en estudios
experimentales previos (Gomes et al., 2000), en donde el punto de saturación se determina por la
relación sp/c correspondiente a un ángulo interno de 140o10o en la curva log(T)-sp/c que se ha
presentado anteriormente en la figura 48.
Informe del ensayo
En el informe del ensayo se hará constar:
-
Dosificaciones de las pastas ensayadas
-
Temperatura (o C) y humedad relativa (%) durante la fabricación y ensayo de las pastas
-
Resultados obtenidos
4. Tecnologías en el uso de concreto fabricado con áridos reciclados.
En un contexto general, se entiende por Árido Reciclado como aquél “árido resultante del
procesamiento de materiales inorgánicos utilizados previamente en la construcción” (prEN 13242
“Aggregates unbound and hydraulically bound for use in civil engineering works and road
construction” en su versión de Mayo de 2002, prEN 12620 “Aggregates for concrete” de Abril de
2002).
La materia prima para su obtención son pues los materiales pétreos (pétreo, María Moliner, en
su acepción particular = “duro y fuerte como la piedra”) generados como residuo durante los
procesos de construcción y demolición.
Los residuos de concreto de cemento con clinker Portland y áridos naturales, machacados,
cribados y procesados en plantas de reciclado dan lugar al material secundario “árido reciclado de
concreto.” Éste deriva, de un sólo tipo de material primario, el concreto, cuya composición es
hetereogénea (cemento, agua, áridos, aditivos y adiciones). El material obtenido de la forma descrita
no puede considerarse, sin más, un material uniforme. Las diferencias en la composición pueden ser
notables en función, principalmente, de la proporción de mortero presente en el residuo. También
hay que considerar la presencia de subcomponentes, que pueden admitirse hasta un cierto límite,
siempre que sean de naturaleza pétrea. Así p.e. en la normativa holandesa se especifica un
contenido mínimo del 80% de concreto procesado y que tenga una densidad UNE superior a 2100
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kg/m3. Como subcomponentes, según los casos, pueden admitirse materiales pétreos naturales y
otros. En las aplicaciones en carretera se admite también hasta un 5% de aglomerado bituminoso.
Para el empleo en concreto estructural de los áridos procedentes de concreto el contenido mínimo
de concreto de densidad ≥ 2100 kg/m3 suele elevarse al 90%.
Los otros tipos de áridos reciclados son:
“Árido reciclado cerámico”: Árido que se obtiene por procesamiento de material
predominantemente cerámico. El 85% de este árido debe tener una densidad seca > 1600 kg/m3,
para evitar materiales excesivamente porosos y ligeros.
“Áridos reciclados mixtos”: Árido que deberá contener un porcentaje mayor del 50% de concreto
con una densidad seca ≥ 2100 kg/m3 y no más del 50% de materiales pétreos reciclados de distinta
naturaleza que el concreto, incluyendo los cerámicos con una densidad seca ≥ 1600 kg/m3 .
Algunas normativas no permiten el uso de estos dos últimos tipos en concreto estructural.
Otras, como la holandesa, toleran el uso de árido reciclado cerámico en hormigones no
estructurales. Este tipo de árido puede compararse al árido ligero. Su empleo aumenta el contenido
de aire y obliga también a una relación agua/cemento (a/c) mayor. Las resistencias a compresión no
superan el 80% de las que se obtienen con un concreto de referencia de árido convencional, y los
módulos de elasticidad no superan el 60%. Sin embargo, cuando sólo se utiliza árido reciclado
cerámico superior a 4mm, los porcentajes pueden alcanzar como cota superior el 90% y 75%
respectivamente.
Los áridos reciclados “de concreto” y “mixtos” no ligados pueden utilizarse en subbases de
cualquier tipo de carreteras, mientras que los “áridos reciclados cerámicos” suelen quedar excluidos
para las subbases de carreteras con tráfico pesado.
El “árido reciclado de concreto” puede utilizarse en capas de rodadura de concreto, aunque para
tráfico muy pesado es menos recomendable debido a su menor coeficiente de pulimento acelerado.
Los tres tipos de áridos reciclados ofrecen buenas perspectivas de utilización en bases y
subbases de áridos ligados con cemento. El único tipo de árido reciclado que puede ser admisible
para concreto estructural es el “árido reciclado de concreto” y deben imponérsele valores límites
para las impurezas que puedan tener efectos negativos sobre la resistencia y durabilidad. El uso de
las fracciones finas del árido reciclado de concreto implica, entre otros inconvenientes, un aumento
muy notable de la retracción por secado y de la fluencia debido a la mayor cantidad de agua que
precisan en su dosificación. Por ello en Europa, sólo se permite el uso de las fracciones gruesas que
reducen notablemente las diferencias con respecto a un concreto con áridos convencionales. En
general pude decirse que los áridos reciclados de concreto de tamaño ≥ 4mm que cumplan con las
especificaciones en cuanto a composiciones y propiedades son potencialmente aptos para cualquier
tipo de concreto, cumpliendo en su caso otras especificaciones complementarias. Si la sustitución
del árido convencional es menor o igual al 20%, las propiedades mecánicas permanecen
prácticamente constantes. Cuando se empleen porcentajes mayores de sustitución los efectos sobre
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las mismas pueden representar una limitación en distintos casos. En lo que se refiere al presente
documento, se entenderá por árido reciclado el árido reciclado procedente del concreto.
Propiedades del concreto de áridos reciclados.
Resistencia a compresión.
Hormigones que sustituyen sólo el árido grueso
En general, la resistencia a compresión de los hormigones reciclados, para la misma relación
agua – cemento, es inferior a los de control convencionales, disminuyendo a medida que aumenta el
porcentaje de sustitución.
Las pérdidas de resistencia, cuando se sustituye el 100% del árido grueso, suelen encontrarse
alrededor del 20%, pudiendo alcanzar de forma puntual el 30%. Cuando la sustitución baja al 50%,
las pérdidas de resistencia se sitúan en un 2-15%. La pérdida de resistencia suele ser inferior al 5%
cuando la sustitución se limita al 20-30%.
La cantidad de mortero adherido al árido reciclado influye en la resistencia a compresión del
concreto reciclado. Según un estudio en el que se utilizaron áridos reciclados de diferentes
procedencias y con distintas cantidades de mortero adherido (entre el 35,5% y el 67,6% en peso del
árido reciclado), las resistencias que se obtuvieron en los hormigones reciclados fabricados
presentaron caídas comprendidas entre el 15% y el 30% respecto al concreto de control.
Los estudios parecen indicar de forma sistemática que el aumento de resistencias de los
hormigones reciclados a partir de los 28 días es más notable que el de los hormigones de control Sin
embargo, parece recomendable utilizar las curvas de endurecimiento de los hormigones
convencionales hasta los 28 días de edad.
Módulo de elasticidad
Debido al mortero adherido (cuyo módulo de elasticidad es comparativamente menor), el
módulo de elasticidad de los hormigones reciclados es inferior al correspondiente a los hormigones
de control con áridos naturales. Diversos autores indican mayores disminuciones que las observadas
en resistencia a compresión y a su vez mayores al aumentar el porcentaje de sustitución.
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Tabla 4.- Porcentajes de caída en el módulo de elasticidad en los hormigones reciclados (con
sustituciones en cualquiera de las fracciones) según diversos autores.
Autor
Merlet 1993
Ravindrarajah 1988
Mulheron 1988
Kakizaki 1988
% sustitución
% caída de módulo
100% AF +100% AG
25
100% AG
100% AF+0% AG
100% AF+100% AG
--
30
20
35
16-20
AG, AG+AF
25-40
Ikeda 1988
100% AG
30-50
Nishibayashi 1988
100% AG
15-35
Hendriks 1998
100% AG +100% AF
10-30
Kikuchi 1998
100%AG
5-20
Maultzsth 1998
100%
10-25
Frondistou-Yannas 1977
100% AG
10-40
Hansen 1993
100% AG
15-50
Schulz 1986
100% AG
15-35
Topcu 1995
100% AG
100% AG+100% AF
100% AG+100% AF
12-15
26-28
80
Bretschneider 1998
100% AG
12
González Fonteboa
50% AG
11
25% AG
100% AG
20% AG
50% AG
100% AG
0
11-15
10
20
40%
Ravindrarajah 1987
Etxeberría
CEDEX (árido saturado)
Como resumen a estos estudios se puede indicar que, sustituciones de hasta el 50% del árido
grueso pueden provocar caídas en el módulo del orden del 10%, aumentando esta reducción hasta
un 20% (con casos puntuales del 50%) cuando la sustitución es del 100% del árido grueso. Cabe
destacar, como viene siendo habitual, que sustituciones de hasta el 20% afectan muy ligeramente al
valor del módulo de elasticidad. Por último, cuando se sustituyen también las fracciones finas las
disminuciones aumentan pudiendo alcanzar un 80% (sustitución del 100% del árido fino y 100% del
árido grueso).
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Retracción por secado
La utilización de árido reciclado produce mayor retracción en el concreto que el árido natural.
Esto se puede deber, entre otros motivos, al menor módulo de elasticidad que presenta el árido
reciclado debido a su contenido de mortero, a los mayores contenidos de agua y cemento que se
utilizan en el concreto reciclado y la mayor absorción del árido reciclado. El valor final que se alcance
depende en gran medida del porcentaje de árido reciclado presente en la dosificación. Sin embargo,
al contrario de lo que sucede con otras propiedades antes estudiadas, incluso la presencia de
reducidas cantidades de árido reciclado tiene un efecto importante en la retracción del concreto.
Tabla 5.- Porcentajes de aumento de la retracción en los hormigones reciclados según diversos
autores
Autor
% sustitución
Merlet 1993[27]
Kashino 1988[8]
100% AF +100% AG
Ravindrarajah 1988[9]
Hansen 1993[48]
Fujii 1988[13]
Kikuchi 1998[47]
Hansen 1985[45]
Schulz 1986[18]
Ravindrarajah 1987[49]
CEDEX (28días) [22]
% Aumento retracción
50
100% AG
10
100% AG
100% AF + 0% AG
100% AF +100% AG
100% AF
Aumentos considerables
40
100
70-80
100% AG
20
100% AG
100% AG + 100% AF
100% AG
100
10-50
40-60
100% AG
40
100% AG
100% AG+ 100% AF
55
100
Valor medio
10
27
20%AG
100%AG
Como resumen a estos estudios se puede indicar que, sustituciones del 100% del árido grueso
pueden provocar aumentos en la retracción del orden del 40%, aumentando este porcentaje hasta
un 100% cuando la sustitución afecta también al árido fino. Se aprecia, también, que sustituciones
inferiores al 20% suponen aumentos menos significativos (del orden del 16%).
Fluencia
Igual que en el caso de la retracción, debido al mayor contenido de mortero en los hormigones
reciclados, la fluencia de éstos es superior a la de los de control. El aumento, con respecto a un
concreto convencional, está en el rango del 20-60% aumentando con el porcentaje de sustitución
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del 50% al 100%. Los escasos estudios que realizan sustituciones del 30% del árido grueso indican
que apenas se producen incrementos en los valores de fluencia.
Tabla 6.- Porcentajes de aumento de la fluencia en los hormigones reciclados según diversos
autores.
AUTOR
COMENTARIOS
Ravindrarajah 1984[55]
Limbachiya[56]
Nishibayashi 1988[12]
(gráfica 6.19)
HEND98[14]
SCHU86[18]
Gómez Soberón
[57]
100% AG
Resistencia 50-60 N/mm2
100% AG
50% AG
30% AG
100% AGR a 400 días,
Cemento:
250 kg/m3
350 kg/m3
450 kg/m3
-
% de aumento de la Fluencia
30% a 60%
65%;33%
15%;22%
1%;2%
30%
50%
50%
15-40%
-
50%
100% AG
30%
Durabilidad
La durabilidad del concreto convencional se explica en gran parte por la dificultad que los
agentes agresivos tienen para penetrar la red de poros del concreto. La porosidad y la permeabilidad
son propiedades fundamentales que condicionan la durabilidad.
La utilización de áridos reciclados introduce un mayor volumen de poros en el concreto que
afectará a todos los mecanismos de transporte facilitando la penetración de los agentes agresivos lo
que puede traducirse en una disminución de la durabilidad.
Otra cuestión específica de los hormigones con áridos reciclados es la presencia de una pasta de
distinta naturaleza a la del nuevo concreto y que puede influir en la carbonatación y en la reacción
álcali-árido.
El concreto original puede no haber experimentado la reacción álcali árido a pesar de contener
árido reactivo por falta de alcalinos y/o de agua. Estas dos últimas condiciones pueden darse en el
nuevo concreto por el cemento empleado y por la permeabilidad del mismo.
Porosidad, absorción y permeabilidad
La presencia de agua es el principal factor en el deterioro del concreto, con excepción del
deterioro mecánico. El transporte de agua a través del concreto viene determinado por el tipo,
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tamaño, distribución e interconexión de los poros y fisuras. Estos factores determinan la
permeabilidad del concreto y a su vez, ésta condiciona decisivamente la durabilidad. Una vez
producida la succión capilar desde la superficie mojada, el agua circula por el concreto en función de
su porosidad, transportando a su vez las sustancias agresivas disueltas. La introducción del árido
reciclado en el concreto representa un aumento de su porosidad, de su capacidad de absorción y de
su permeabilidad, aunque ésta dependerá a su vez de las características de la nueva matriz
cementante.
Barra et al y Gonzalez et al. estudiando concretos con sustitución del árido grueso convencional
por árido grueso reciclado observa el aumento del coeficiente de absorción de los hormigones
reciclados comparados con los hormigones convencionales. Estos incrementos dependen de la
porosidad del árido reciclado y del porcentaje de sustitución.
Tabla 7.- Resultados de los estudios de Barra et al y González et a
Absorción (%)
Incremento
absorción
Barra et al
Árido fino calizo
1,1
Árido grueso calizo
0,7
Árido grueso reciclado (100% concreto)
7,2
Concreto convencional
5,2
Concreto reciclado
100% sustitución del árido grueso
Gonzalez et a
8,9
Arena caliza
0,88
Árido grueso cuarcítico
0,12
Árido grueso reciclado
(72%
concreto,
20%
bituminosos, 2% cerámico)
piedra,
6%
71 %
6,22
Concreto convencional
5,33
Concreto reciclado
50% sustitución del árido grueso
6,17
16 %
Wainwright et al. comprueban que porosidad y permeabilidad aumentan con la inclusión de
árido reciclado y este efecto es mucho más importante cuando se utilizan además las fracciones
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recicladas finas. El aumento de la porosidad en estos casos es de 1,5 a 2 veces mayor que la del
concreto de control. La permeabilidad es de 2 a 3 veces mayor que la del concreto de control
Tabla 8.- Resultados de los estudios de Wainwright et al
Mezcla
RC/100% NF
a/c
Resistencia a
compresión
(N/mm2)
Porosidad (%)
Coeficiente de
permeabilidad al
aire (10-7m2)
28d
168d
28d
168d
28d
168d
3A
0,62
44,2
50,0
14
14
5,7
4,2
3B
0,69
42,3
44,7
14
14
3,9
2,8
4A
0,65
30,0
34,6
22
21
10,5
6,7
4B
0,66
37,0
44,0
19
16
10,0
5,0
RC/50%
5A
0,60
35,2
40,9
18
18
6,4
5,2
RF/50% NF
5B
0,62
38,6
46,4
16
13
5,2
2,2
RC/75%
6A
0,69
35,0
39,1
21
20
9,4
4,8
RF/25% NF
6B
0,65
38,9
45,1
18
15
6,9
5,9
RC/90%
7A
0,61
39,9
55,0
21
17
10,5
6,6
RF/10% PFA
7B
0,63
53,7
63,4
15
13
7,8
6,4
RC/70%
8A
0,58
48,3
62,7
17
14
5,4
5,0
RF/30% PFA
8B
0,57
55,9
76,0
13
11
4,8
4,7
NC/100% RF
9A
0,71
36,3
39,5
19
15
8,8
5,5
9B
0,71
38,9
44,2
15
12
7,3
3,3
RF 10A
0,58
39,1
42,9
19
18
6,3
4,7
10B
0,56
47,5
53,2
17
14
8,6
3,1
RC/100% RF
RC/100%
+ SP
control
0,62
49,8
55,9
10
8
4,3
2,1
RC = árido grueso reciclado; RF = árido fino reciclado; NC = árido grueso natural; NF = árido fino
natural; PFA = ceniza volante; SP = superplastificante.
Resistencia a la helada
La mayor porosidad implica, en caso de saturación, un mayor volumen de agua si se compara
con un concreto convencional. Ello representará un mayor deterioro de los hormigones reciclados
frente a heladas.
Yamato utiliza el ensayo ASTMC-666(A) y afirma, determinando los factores de durabilidad, que
los hormigones reciclados tienen baja resistencia a la helada Esto se ve corroborado por el descenso
del módulo dinámico con el número de ciclos hielo-deshielo.
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Barra et al determinan que el comportamiento de los concretos con árido reciclado sin aireantes
frente a ciclos de hielo – deshielo depende de las condiciones de producción del concreto. Cuando
se utilizan los áridos totalmente saturados (Rnsat) el comportamiento de los hormigones frente a
hielo – deshielo es peor que cuando éstos se utilizan en estado semisaturado (Rn*) En todo caso el
comportamiento de los hormigones reciclados frente a hielo – deshielo es peor que el de un
concreto convencional.
La tendencia más generalizada es señalar que la introducción de árido reciclado implica un
descenso de la resistencia a la helada, aunque éste es poco importante para porcentajes bajos de
sustitución. La resistencia a la helada puede mejorarse reduciendo la relación agua cemento y
utilizando aditivos aireantes.
Carbonatación
En general no existe acuerdo entre los autores sobre cuál es el comportamiento de los
hormigones con áridos reciclados frente a la carbonatación y el consiguiente riesgo de corrosión. En
este sentido Barra et al encuentra que el proceso de carbonatación y el desarrollo del frente de
carbonatación depende de los valores relativos de permeabilidad del mortero nuevo y del árido
reciclado, lo que explicaría las discrepancias entre los valores encontrados por distintos autores.
Cuando el árido reciclado es más permeable que el mortero nuevo, aquel actúa como foco de
propagación de la carbonatación y por lo tanto la profundidad de carbonatación es mayor que la
observada en el concreto convencional de la misma resistencia. Además de esto el frente de
carbonatación es irregular, con picos que coinciden con los áridos porosos.
En el caso de que la permeabilidad del árido sea igual o inferior a la del mortero nuevo la
carbonatación será similar a la del concreto convencional ya que la penetración del dióxido de
carbono se producirá preferentemente a través del mortero nuevo.
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Figura 49.- Resultado del ensayo acelerado de carbonatación de hormigones convencionales (Hn –
(fc =55,7 Mpa) y Hp – (fc =44,4 Mpa)) y hormigones con árido grueso reciclado (Rn – (fc =50,2
Mpa) y Rp – (fc =40,3 Mpa)). Barra et a
También hay que tener en cuenta que la reserva alcalina del concreto con árido reciclado puede
ser mayor al aumentar la cantidad de pasta presente lo que provocaría una disminución de la
velocidad de avance del frente de carbonatación.
Penetración de cloruros
La penetración del ión cloruro en el concreto reciclado tiene lugar a través del mortero nuevo, la
zona de transición entre pasta nueva – árido reciclado y a través del mortero viejo. Es obvio que si se
disminuye la permeabilidad de cualquiera de los tres medios disminuirá la facilidad de penetración
de los cloruros.
En la figura se observa que para una sustitución total del árido (tanto grueso como árido fino),
el coeficiente de difusión del concreto reciclado puede alcanzar valores hasta del doble con respecto
al concreto convencional (1,00 – 0,48 =10-12 m/s respectivamente). Cuando sólo se sustituye el
árido grueso, los incrementos alcanzan el 30% (0,64=10-12 m/s).
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Figura 50.- Permeabilidad a los cloruros del concreto reciclado para distintos tamaños de áridos.
Ataque por sulfatos
La resistencia de los hormigones con árido reciclado al ataque por sulfatos depende sobre todo del
tipo de cemento utilizado en el nuevo concreto y del cemento de los áridos reciclados, de ahí la
importancia de conocer el origen del concreto.
Limbachiya et al someten los hormigones NA (convencional) y RCA (reciclado con diferentes
porcentajes de áridos gruesos y finos sustituidos-tabla 6) a la acción de una solución de sulfato sódico
0,3 g/l durante 180 días y mide la expansión. Su conclusión es que hasta un 30% de sustitución los
resultados de resistencia a sulfatos son similares. Para sustituciones mayores el comportamiento del
concreto con árido reciclado es claramente inferior.
Tabla 9.- Resistencia a los sulfatos
Tipo de concreto
Resistencia
(N/mm2)
Ataque por sulfato
Expansión %x10-3
Concreto reciclado
NA
% árido grueso
0
% árido fino
50
100
20
50
0
47
48
47
63
48
56
20
38
35
54
56
---
---
Nishibayashi et al. miden los cambios de módulo de elasticidad, la pérdida de peso y los cambios de
longitud de probetas de hormigones reciclados (sustitución total del árido grueso) sometidos a la acción
de una disolución al 20 % de sulfato magnésico y sulfato sódico, alternando ciclos de inmersión y
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secado en estufa a 70ºC. El ensayo se iniciaba a la edad de 14 días tras un curado en agua a 20ºC. Hay
que destacar que se trata de un método de ensayo muy agresivo.
Reactividad álcali – árido
El control experimental de la reacción álcali-árido en hormigones con áridos reciclados es idéntico
al de los hormigones convencionales en el caso de una sola fuente de procedencia del árido reciclado.
En cambio es complejo en el caso de diversidad de fuentes de origen, como es frecuentemente el caso
en las plantas de reciclaje.
Según trabajos reportados por Gottfredsen y Thѕфgersen, los áridos reciclados pueden presentar
cuatro niveles de reacción álcali – árido:
1. Árido reciclado con mortero adherido sin ningún contenido de partículas reactivas.
2. Árido reciclado con mortero adherido donde la reacción álcali – árido se ha terminado en reacciones
previas.
3. Árido reciclado con mortero adherido con reacciones aún en proceso.
4. Árido reciclado con mortero adherido con partículas donde no se ha presentado la reacción álcali –
árido por carencia de humedad o de álcalis.
Para los áridos reciclados procedentes de concreto, los niveles 3 y 4 son potencialmente peligrosos
de presentar reacción álcali – árido si son utilizados para fabricar hormigones reciclados.
Un caso de aporte de álcalis por parte del cemento utilizado en el nuevo concreto (situación 4 de
las descritas anteriormente) es estudiado por Etxeberria et al. El árido reciclado era reactivo tanto el
árido grueso original cuanto el mortero adherido, sin embargo la reacción no se había dado en el
concreto de origen. En cambio en el nuevo concreto apareció el gel en una aureola formada alrededor
de la zona de contacto entre el mortero del árido reciclado y el mortero con el nuevo cemento.
Materiales resultantes de un proceso de reciclaje y/o revalorización.
En Alemania actualmente se producen 60 M de toneladas año de áridos reciclados, de las cuales,
más de 40 M, se destinan al mantenimiento y construcción de bases y subbases de carreteras y vías
urbanas. A partir del año 1993, la Directriz RG Min-StB 93 facilitó el crecimiento del sector del reciclaje
en Alemania y permitieron demostrar que los áridos reciclados son muy competitivos en los mercados
de los materiales granulares destinados a la construcción de bases y subbases de carreteras.
Sin embargo en España el uso de material reciclado en firmes de carreteras es prácticamente
inexistente, debido sobre todo a que actualmente no existe un cuerpo regularizador que regule el uso
de áridos reciclados en el sector de la construcción.
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La investigación del empleo de áridos reciclados en la construcción se ha enfocado más en las líneas
de mezclas bituminosas y de concreto elaborado a partir de material reciclado.
El uso de áridos reciclados, proveniente de plantas de reciclado de residuos de construcción y
demolición, para construcción de firmes de carreteras es prácticamente inexistente habiéndose
realizado únicamente pruebas experimentales. No hay experiencias de uso de material reciclado
proveniente de plantas de reciclado y demolición en tramos puestos en servicio a los que se les ha
realizado un seguimiento tal y como se propone en este proyecto.
Un ejemplo pionero en cuanto a reciclado in situ es la planta montada por Dragados en Barajas,
que comenzó a funcionar en febrero de 2000, la planta ha permitido aprovechar los materiales pétreos
procedentes de la demolición de hormigones y asfaltos de losas del aeropuerto. Esta experiencia no es
aplicable a las obras en las cuales el material reciclado debe provenir de una planta de tratamiento de
residuos de construcción y demolición, en la cual los residuos pueden tener distintas procedencias,
debiéndose aplicar estrictos controles en la calidad del material reciclado resultante.
Otras experiencias en el uso de áridos reciclados las podemos encontrar en la construcción del
Anillo Verde Ciclista de la Comunidad de Madrid y en el Corredor verde del Parque de las Cañadas
(Cádiz).
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El uso de materiales compuestos en la construcción
Aplicaciones generales
Según el estudio “Materiales Compuestos” realizado por Nodal Consultants y publicado en el
2002 en la revista Le 4 Pages des Statistiques Industrielles del Ministerio de Economía, Finanzas y de
Industria de Francia, el mercado mundial de materiales compuestos (MC) ha crecido desde 1994 hasta
el año 2000 en el 5,7% anual en cantidad. En el año 2000 se produjeron, a escala mundial, siete
millones de toneladas, correspondiendo más del 95% a compuestos de gran difusión. Esta producción
podría alcanzar 10 millones de toneladas en el año 2006. Dentro de los diferentes tipos de MC, con
respecto a la matriz, el crecimiento es mayor para compuestos termoplásticos que para compuestos
termoestables: el 9% y el 3% anual, respectivamente.
Los compuestos termoplásticos aparecieron a principios de los años ochenta. Son más recientes
y también más prometedores. Sin embargo, los materiales compuestos termoestables representan
aún más de las dos terceras partes del mercado (AVK-TV, 2001). En la figura se puede apreciar la
situación del mercado mundial de materiales compuestos por zonas geográficas (Nodal Consultants,
2002).
Figura 51.- Situación del mercado mundial de materiales compuestos por área geográfica
El mercado norteamericano es, con gran diferencia, el más importante representando el 47% de
la transformación mundial de MC (3,4 millones de toneladas). A continuación aparece Europa con el
28% (2 millones de toneladas) seguida muy de cerca de Asia con el 23% (1,6 millones de toneladas). El
resto de zonas geográficas quedan muy por debajo de las mencionadas. Sin embargo, el crecimiento
del mercado en Asia y Europa es superior al de Estados Unidos (el 7% y el 4,5% anual
respectivamente). El mercado suramericano es muy dinámico, con un incremento anual superior al
8%, si bien es globalmente poco destacable (2% del consumo mundial).
Con el 8% de la producción europea, la producción española de materiales compuestos se sitúa
detrás de la alemana (28%), italiana (18%) y francesa (15%) (ANAIP, 2004). Esta situación se observa
en la figura 2.2. De los tres primeros países europeos, el mercado francés alcanza más de 2.000
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millones de Euros, o sea el 18% de la producción europea. Francia produce mayor cantidad de
materiales compuestos de altas prestaciones que sus socios europeos. Debido a que los precios de
estos materiales de altas prestaciones son más altos (entre 9 y 38 euros por kilogramo) que los de los
materiales de gran difusión (entre 3 y 6 euros por kilogramo), provoca que Francia sea el tercer país
europeo desde el punto de vista de producción de materiales compuestos, mientras que ocupa la
primera posición a nivel de volumen de inversión económica.
Figura 52.- Situación del mercado de materiales compuestos en Europa, por área geográfica (Nodal
Consultants, 2002)
Son varios los campos de aplicación de los MC en la sociedad. Los principales se indican a
continuación (Miravete, 1995; Hull, 1996):
- Electrónica: La mayoría de equipos eléctricos y electrónicos que se utilizan actualmente no serían
práctica ni económicamente posibles sin materiales compuestos.
- Construcción: La facilidad de montaje y durabilidad hace que los materiales compuestos, dentro de
este campo, encuentren cada vez más aplicaciones.
- Medicina: Los profesionales de este campo dependen de los materiales compuestos, por ejemplo
bolsas intravenosas, implantes de silicona, etc. Los distintos tipos de materiales permiten
mejorar y en algunos casos prolongar vidas, como es el caso de corazones artificiales, los tubos de
aorta, etc.
- Transporte: Para los automóviles y camiones de hoy, los materiales compuestos ofrecen una amplia
variedad de beneficios, incluyendo durabilidad, resistencia a la corrosión, ligereza, cristales de
seguridad y depósitos de combustible entre otros.
- Aeronáutica: Durante los últimos 50 años, la tecnología aeronáutica ha evolucionado, concediendo a
los materiales compuestos un papel muy importante dentro de este campo. La ligereza de los MC
permite proteger el combustible ante diferencias de presión ambiental (Cheremisinoff, 1995).
- Ocio: La amplia gama de propiedades disponibles en estos materiales, los ha hecho formar parte de
todo tipo de deportes y equipos acuáticos, terrestres y actividades aéreas. Las ruedas de los patines,
que son abrasivas, llevan poliuretano resistente. Las raquetas de tenis se modelan utilizando plásticos
reforzados con fibras de vidrio, aramida, carbono, etc. Los esquís están formados por MC laminados
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reforzados especialmente para eliminar las vibraciones a altas velocidades. Una alta tecnología
avanzada como esta es la que se aplica a las tablas de surf, sticks de hockey, veleros, canoas y otros
equipos.
- Embalajes: Cuando el problema de los embalajes es la resistencia, normalmente los materiales
compuestos son la respuesta, algunas veces la única solución.
- Otros mercados: Los materiales compuestos forman parte de todos los mercados gracias a la gran
diversidad de propiedades que pueden aportar, como en plataformas para trabajos en altura, líneas
de alto voltaje, tanques de combustible de fibra de vidrio altamente resistente a la corrosión, etc.
La distribución sectorial del mercado de los materiales compuestos está liderada por el sector
del automóvil, el cual consume más de la cuarta parte a nivel mundial (31% en valor). Los
constructores de automóviles tienen imperativos de costes importantes. Por tal razón utilizan
masivamente compuestos de gran difusión con resina poliéster reforzada con fibras de vidrio. Estos
materiales son menos onerosos que los compuestos de altas prestaciones. Se utilizan para reforzar
paneles de revestimiento, deflectores, elementos de carrocería, elementos de defensa y puertas
traseras. Son fáciles de mantener, ofreciendo una gran libertad a los diseñadores.
Figura 53.- Distribución sectorial (en valor) de la aplicación de materiales compuestos (Chalaye, 2002)
La aeronáutica y el ámbito espacial utilizan materiales compuestos de alto rendimiento. Los
costes son altos: pueden alcanzar 38 Euros por kilo en caso de utilizar masivamente refuerzos con
fibra de carbono. El sector aeronáutico constituye una importante parte del mercado en valor de los
compuestos (22%), mucho menor en volumen (aproximadamente el 4%). En la aeronáutica, los MC se
han impuesto para fabricar piezas de estructura primarias, gracias a sus prestaciones, sus cualidades
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de ligereza y su flexibilidad de forma. Son ejemplos de ellos el tramo central de aviones, vigas
ventrales que rigidizan el fuselaje del A 340/600, alas extremas del ATR 72, etc. Los materiales
compuestos también tienen muy buena resistencia a la corrosión, lo cual reduce en consecuencia los
gastos de mantenimiento. Sin duda que la industria aeronáutica, seguida a cierta distancia por la
automoción, ha sido la líder en investigación y desarrollo de materiales compuestos. En esta industria
imperan las propiedades de los materiales por encima (en muchas ocasiones) de su coste, lo que
permite ciertas innovaciones que en otros sectores serían impensables (Chalaye, 2002).
El sector de la construcción eléctrica y electrónica representa el 9% en valor del mercado
mundial de las aplicaciones de materiales compuestos. Este sector también utiliza en gran cantidad
MC de gran difusión que corresponden a necesidades de seguridad: aislamiento eléctrico y
transparencia a las ondas electromagnéticas. Estos materiales sirven para realizar equipos fiables y de
mayor vida útil: armarios, disyuntores, cajas de contadores, torres o antenas parabólicas (CEP, 2004).
La industria de los deportes y ocio absorbe el 11% del mercado de materiales compuestos en
valor (8% en volumen). Ejemplos de aplicaciones son esquíes acuáticos y de nieve, planchas para
esquiar en la nieve, tacos y carros de clubes de golf, varas de pesca, piscinas. La utilización de
materiales compuestos en la producción de estos productos proporcionan beneficios tales como:
durabilidad, ligereza, elasticidad, flexibilidad y resistencia a la corrosión.
Algunos ejemplos recientes y más concretos de aplicaciones de los materiales compuestos en el
mundo de la industria en general (García, 2002) se listan a continuación:
- El Avión de Combate Europeo EFA tiene un 40% se su estructura y el 70% de la superficie exterior en
fibra de carbono.
- En el avión F-22 el 39% es titanio, el 24% son materiales compuestos y el 16% aluminio. Los
materiales compuestos se utilizan para fuselaje, puertas, alas y numerosos paneles sándwich.
- El nuevo avión A-380 incorporará componentes de fuselaje fabricados en “Glare” (aluminio reforzado
con fibra de vidrio).
- El X-37 es una lanzadera reutilizable diseñada para vuelos en órbita y en fases de reentrada (NASA,
Boeing). Viajará a velocidades 25 veces superiores a la del sonido. El fuselaje está fabricado en
carbono/bismaleimida, ya que debe soportar temperaturas superiores a 232ºC.
- El Visby-Class Corvette (barco de la marina sueca), hace uso extensivo de la fibra de carbono.
De hecho el casco está fabricado de sándwich con un núcleo de PVC y pieles de fibra de carbono y
resina de viniléster.
- El bastidor del Mercedes SLR está fabricado en fibra de carbono/epoxi.
- El bastidor y la carrocería del Cadillac 100 están fabricados en fibra de carbono/epoxi mediante la
tecnología del pre-preg.
- Las palas de aerogeneradores están experimentando importantes mejoras con la introducción de la
fibra de carbono (permite llegar a 90 m de diámetro).
Este listado es sólo una muestra de las aplicaciones industriales actuales de los materiales
compuestos, pero es suficiente para percatarse de la diversidad, modernidad y potencial de las
mismas.
En la industria de la construcción, los materiales conocidos como tradicionales ejercen una
competencia muy fuerte en el sector (hormigones, metales, cerámicas, etc.). Sus prestaciones son
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muy bien conocidas por todas las figuras que aparecen en la construcción: proyectistas, contratistas,
operarios e incluso los propios clientes. Según las estadísticas, este problema se acrecienta en el
mercado español. El uso de materiales compuestos en la construcción es mucho menor respecto a lo
que se observa en otros países del mundo. La construcción sólo representa un pequeño porcentaje del
mercado español de materiales compuestos en volumen (13%), contra el 35% en Japón, el 32% en
Brasil y el 30% de promedio mundial (ANAIP, 2004). La flexibilidad de las formas, la resistencia a las
variaciones climáticas, el aislamiento térmico y fónico, la resistencia al fuego de algunos materiales
son, no obstante, ventajas muy apreciables (Arizmendi, 1996). Los usos en el sector pueden ser
variados: paneles de decoración, rehabilitación de edificios y obras de fábrica, formas complejas de
gran tamaño (cuartos de baño monobloque), vigas y piezas estructurales, elementos de tejado, etc.
Por otra parte, la resistencia a las vibraciones de los materiales compuestos con fibras de carbono y su
alto potencial de absorción energética justifican su empleo en zonas sísmicas (Revuelta, 2004-1).
Según diversos autores el potencial crecimiento del uso de materiales compuestos en general es
muy elevado (p. ej el 50% en cinco años a partir del 2002 según Chalaye, (2002)). Sin embargo, este
crecimiento depende de la habilidad por parte de la industria de fabricación de materiales
compuestos de adaptarse a las exigencias cambiantes del mercado. Cualquier crecimiento pasa por
integrar y satisfacer los imperativos de un desarrollo sostenible, con lo que el aspecto de la
revalorización de esto materiales cobra una importancia especial. Por ejemplo, se está trabajando y
forzando al mundo de la automoción hacia un uso cada vez mayor de materiales para vehículos que
posteriormente puedan ser reciclados (Bos, 2004). Actualmente, no existe una solución técnica
plenamente operativa y económicamente viable para reciclar los compuestos utilizados en el sector
del automóvil. El problema principal radica en que las matrices de estos materiales compuestos son
esencialmente termoestables. Ello supone un reto para el sector, donde es importante la movilización
de todos los actores y de sus esfuerzos de investigación y desarrollo (Muzzy, 2005). Algunas iniciativas
industriales se desarrollan en Europa, principalmente “Mecelec Composites et Recyclage” en
Francia, operador de la más importante planta de reciclado de materiales compuestos, y “Ercom” en
Alemania (AVK- TV, 2001).
Técnicamente, la valorización de los materiales termoestables puede pasar por la trituración y
molienda para obtener granulados (polvos) y fibras. Los polvos son usados como cargas de bajísimo
valor añadido, en MC, mientras que las fibras pueden ser integradas como refuerzos de cementos y
asfaltos con un mejor retorno económico. Otra posible vía pasa por la incineración en las plantas de
cemento (Linazisoro, 2000).
De todas maneras, los imperativos de reciclaje deberían favorecer el uso de materiales
compuestos con matrices termoplásticas, los cuales se pueden reprocesar de manera mucho más fácil.
En el mercado de los compuestos, se puede estimar que el 70-75% corresponde a compuestos
termoestables y el 25-30% son compuestos termoplásticos (Miravete, 2000). Sus distribuciones
geográficas son destacadamente diferentes:
Termoestables: 55% en América del Norte, 20-25% en Europa e 20-25 en Asia.
Termoplásticos: 35% en Europa, 30-35% en América del Norte y 30% en Asia.
Con el fin de que los proyectistas aumenten el grado de utilización de los materiales
compuestos, es necesaria una mayor caracterización de los mismos. Ello permitirá a los diseñadores
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desarrollar un análisis funcional que integre todas sus aportaciones. Estos materiales padecen de una
falta de modelización y normalización frente a materiales tradicionales como el acero, que son objeto
de normas nacionales o europeas (Martínez, 2000).
El tejido industrial relacionado con la fabricación de materiales compuestos está constituido
sobre todo por pequeñas y medianas empresas. Entre proveedores de materias primas de gran
tamaño que aplican altos precios con reducidas cantidades compradas y grandes clientes que pueden
imponer sus exigencias (imperativos cruzados entre proveedores y clientes), estas empresas de
pequeño y mediano tamaño y además dispersas, sufren importantes presiones sobre los precios. Para
hacer frente a ello y acceder a mercados europeos, estas empresas deben desarrollar estrategias de
valorización, innovación y asociación industrial. Algunas innovan poniendo en el mercado nuevos
productos: resinas y nuevos semiproductos más seguros y más rápidos. Otros desarrollan nuevos
procedimientos poniendo a punto métodos o herramientas más rápidas y más potentes. Finalmente,
las empresas deben innovar poniendo en práctica herramientas de diseño eficaces. Sin embargo, el
reducido desarrollo en España de los procesos de fabricación en general y de la pultrusión en
particular, constituyen un hándicap notable para la expansión de estos materiales, particularmente
para el mercado de la construcción.
La problemática española se concreta mediante el registro de patentes: en el 2000 se
registraron por parte de los laboratorios públicos o privados españoles unas decenas de patentes
relacionadas con materiales compuestos, contra 800 en EE.UU., 200 en Alemania y 200 en Japón.
Evaluar las prestaciones de los materiales compuestos, desarrollar los medios y procedimientos para
caracterizar los productos, y validar las tecnologías de reciclaje de los materiales compuestos, son tres
retos importantes de la investigación y desarrollo. Para las empresas del sector, el trabajo en
asociación es necesario para hacer frente a tales retos (Chalaye, 2002).
Dentro de los materiales compuestos, los más utilizados son, sin lugar a dudas, los formados por
refuerzos de fibra de vidrio y fibra de carbono. Los materiales compuestos reforzados con fibras de
carbono suelen ser utilizados en las industrias aeroespacial y aeronáutica, mientras que los reforzados
con fibras de vidrio presentan usos más generales, y su principal aplicación se encuentra en el
ámbito de la construcción (elementos no estructurales) (Revuelta, 2004-2). Por este motivo se
introduce de forma muy superficial la situación en el mercado de los materiales compuestos
reforzados con fibra de vidrio.
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Figura 54.- Situación sectorial de la aplicación de materiales compuestos con refuerzos de fibra de
vidrio (Bos, 2002)
La figura 54 permite apreciar que la construcción y las obras públicas son los mayores campos de
aplicación de refuerzos de fibra de vidrio (31%), seguidos de los transportes (26%). Las aplicaciones
eléctricas y electrónicas representan una media mundial del 13% (en Asia están en torno del 30%
debido a la fuerte industria de electrónicos como por ejemplo placas de circuitos impresos). Los
bienes de consumo representan una media mundial del 13%, si bien en América del Norte este índice
queda en torno del 20%. A equipamientos industriales y agrícolas corresponden el 9%, aunque esta
aplicación es mayor en Europa (aproximadamente el 15%) debido al gran uso de sus compuestos en
tanques, silo, tuberías, etc.
Los principales mercados geográficos de aplicaciones de refuerzos de vidrio son América del
Norte (47%), Europa (28%) y Asia (23%). Asia es considerada una región de rápido desarrollo porque
algunos países como Corea y China también están entrando en el mercado (Miravete, 2000-2).
Aplicaciones en la construcción
Comparado con otros sectores productivos, en el sector de la construcción la expansión de los
materiales compuestos no ha sido tan generalizada ni tan rápida como se podía esperar. Se trata de
un sector cuyo conservadurismo histórico se ha visto reflejado numerosas veces cuando se han
tratado de introducir importantes cambios. De todos modos, con el tiempo los materiales compuestos
están siendo introducidos, y actualmente son considerados como un tipo de material a tener en
cuenta en un futuro muy cercano. De hecho la aparición de nuevas construcciones que han usado
algún tipo de material compuesto, es siempre una señal de que la industria de estos materiales va
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siendo aceptada poco a poco por el sector. Las aplicaciones de los materiales compuestos en el
mercado de la construcción varían desde piezas para baños/bañeras y claraboyas, hasta paneles
decorativos, paneles para muros cortina y materiales de fachadas (entre otros). Estos materiales son
ideales para su uso en el mercado de la construcción por la estabilidad dimensional, alta durabilidad,
ligereza, resistencia al impacto y baja inflamabilidad que poseen. Además permiten, mediante una
adecuada elección de resinas y aditivos, una alta flexibilidad en el diseño (Recasens, 2002).
Desde las paredes externas y el tejado hasta las paredes internas, existen bastantes aplicaciones
para los refuerzos de fibras, tanto visibles como incorporadas a un molde plástico o de cemento, para
cualquier tipo de construcción individual o residencia colectiva, edificios educacionales, industriales o
agrícolas, oficinas, complejos deportivos, aeropuertos, etc.
Para elementos exteriores de edificios, los materiales compuestos pueden estar presentes en
columnas, frontones, bóvedas, cornisas, así como en revestimientos y coberturas para paneles de
protección y aislamiento, letreros y láminas translúcidas planas u onduladas (sistemas para fachadas
decorativas, para cubiertas, etc.). La renovación de fachadas con la utilización de materiales
compuestos de fibras de vidrio contribuyen para mejorar la apariencia de edificios, aislantes externos,
coberturas de fachadas, donde la estabilidad dimensional y prevención contra hendiduras se hacen
necesarios (Mansó, 2004).
Las aplicaciones en cubiertas incluyen la impermeabilización, tejados (con paneles de refuerzo
de vidrio y tejas) y acabados de tejados (para drenaje de agua con canalones, caños de escurrimiento y
canales).
Al igual que para aplicaciones exteriores, también existen gran número de aplicaciones para
elementos interiores de edificios (Miravete, 2000-1):
Persianas (contra el sol o para decoración)
Revestimientos estéticos para su uso en paredes, divisorias, techos, puertas y mobiliario.
Argamasa con refuerzo de vidrio en una variedad de formas: columnas, techos, cornisas.
Decoración y mobiliario fabricados de plástico reforzado y materiales compuestos de vidrio y
cemento.
Biombos y divisorias
Cintas para paredes secas
Divisiones de materiales compuestos de cemento y vidrio
Paneles de materiales compuestos (aislantes en ambos lados, tratados con resinas fenólicas)
Piezas sanitarias (bañeras, bidé, duchas, piletas, vaso sanitario)
Asentamiento del piso (pisos rígidos y flexibles)
Ítems funcionales (cajas de correos, cajas de medición)
Ítems decorativos
Para la reconstrucción o para la creación de nuevas infraestructuras, los productos fabricados de
materiales compuestos traen numerosas ventajas para diversas aplicaciones, incluyendo alta
durabilidad, peso reducido, resistencia a la corrosión, bajo costo de manutención y de instalación,
estabilidad dimensional y flexibilidad en el diseño.
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Sin duda, a nivel internacional es en Estados Unidos donde más se ha investigado y más
avanzadas se encuentran las aplicaciones en la construcción de MC. El Infrastructure Composites
Report – 2001 (Julio 2001) pronosticó un crecimiento de un 525% en el uso de MC en construcción en
todo el planeta desde el año 2001 hasta el 2010. Así mismo, pronosticó que este crecimiento sería del
750% en Estados Unidos en los próximos 10 años.
A nivel estructural (elemento resistente), la aplicación de materiales compuestos ha abierto un
mercado importante en la construcción de puentes. Precisamente es este campo y en Estados Unidos
donde se encuentran los mayores avances en la investigación del uso de MC en la construcción. En su
construcción los materiales compuestos proporcionan alta capacidad de carga con bajo peso de
material. Esta característica de los materiales compuestos evita gastos con equipamientos pesados y
reduce considerablemente el tiempo de instalación. Los materiales compuestos son también muy
durables, muchos no se corroen como el acero ni se pudren como la madera, de modo que los costos
de reposición y manutención son significativamente reducidos.
En la actualidad, existen diversos sistemas de construcción (o combinación de ellos) para
elementos estructurales de puentes con materiales compuestos. Los más destacados son los listados a
continuación:
- Tableros Duraspan. Son los tableros más usados para la ingeniería civil en EEUU. Los tableros pueden
ser de 6 a 8 m de longitud y un ancho de 3,5 m. Está formado por dos pieles paralelas (una superior
donde se sitúa la capa asfáltica y otra inferior) unidas mediante perfiles de fibra de vidrio (sin núcleo). Se
realiza por pultrusión con refuerzos a lo largo del tablero para soportar los esfuerzos de cortadura. Un
ejemplo de aplicación es el puente sobre Lewis & Clark en Astoria (Oregón, EEUU).
- Tableros Hardcore. Esta tecnología está basada en el sándwich con núcleo en nido de abeja y el
proceso de RTM asistido por vacío (VARTM). Ejemplo de aplicación puente “Five mile road”, en el
condado de Hamilton, Ohio, EEUU. Este puente posee 13,4 m de longitud por 8,5 de anchura.
- Tableros Superdeck. Tableros constituidos por perfiles de pultrusión formando geometrías de
hexágonos y dobles trapecios. Todo ello lleva unas pieles de fibra de vidrio que forman un conjunto
prefabricado para transportar a la obra para su montaje. Estos tableros se apoyan sobre largueros
metálicos. Un ejemplo de aplicación es el puente Wickwire Run, Taylor County, West Virginia, EEUU.
Este puente fue abierto al tráfico en 1997 con una longitud de
9,14 m y una anchura de 6,6 m.
- Tableros Viga Cajón. Tal y como su nombre indica se trata de tableros formados por varias vigas en
forma de cajón de vidrio/poliéster con una placa superior de dos capas: una primera constituida
de vidrio/poliéster y una segunda de viniléster y un conglomerado de rodadura. Un ejemplo de
aplicación es el puente Troutville Weigh Station (Interestatal 81 en Troutville, EEUU). Sus tableros
miden 4,5 m de longitud por 1,5 m de anchura y es transitado por 13.000 vehículos de más de 20 t cada
día.
- Tableros Tech-Deck. Formado por perfiles rectangulares pultruidos rellenos de concreto y unidos para
formar un panel. Esta solución asegura que no habrá problemas de estabilidad local, aunque a cambio
se incrementa de forma muy notoria el peso del conjunto (dificultad de puesta en obra).
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- El concepto CSS (Composite Shell System). Se trata de un tubo de carbono/epoxi que se rellena de
concreto. El tubo se fabrica por enrollamiento de los filamentos, pultrusión o RTM. Estos tubos
desempeñan la función de vigas apoyándose encima de ellas los tableros de los puentes.
- Vigas Multi-celulares. Son vigas multicelulares híbridas. Tienen forma rectangular y son de fibras de
vidrio y de carbono con dos rigidizadores para evitar el pandeo de las almas. Fabricadas mediante
pultrusión. Un ejemplo de aplicación es el puente Sugar Grove (Virginia, EEUU) de 12 m de longitud.
- Concepto Maunsell. Son perfiles rectangulares de pultrusión con encajes para unir mediante otros
perfiles de pultrusión (conectores llamados “hueso de perro”). Este concepto ha quedado desfasado por
problemas con la rigidez. Está realizado con fibra de vidrio y lo convierte en un puente demasiado
flexible. Un ejemplo es el puente del rio Tay en Escocia.
Figura 55.- Tablero Superdeck presentado
de
Figura 56.- Detalles vigas multi-celulares en puente Sugar Grove de Virginia
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Figura 57.- Vista general de puente ligero de MC
Además de en puentes, los materiales compuestos también se usan para otras finalidades en las
estructuras de la construcción en general (Universidad de Zaragoza, 2002):
- Restauración de infraestructura: Numerosas reparaciones en todo el mundo se están llevando a cabo
mediante preimpregnados carbono/epoxi pre-curadas o curadas in situ para solventar problemas en
estructuras de edificios.
- Refuerzos de materiales compuestos para productos de concreto (espiga de metal, barras de refuerzos,
tendones de postensionado y pre-stress, estructuras fijas…)
- Cables “activos”: La última generación de ascensores de Schindler, el modelo Eurololift, presenta
cables de aramida, con la mitad de peso, el doble de resistencia y capacidad de monitorización de
deformaciones (lo que permite actuar rápidamente ante un posible percance).
- Sistemas de unión “activos”: Materiales con memoria de forma. Enfriando cambian la forma y al volver
a temperatura ambiente recuperan la forma inicial. Por ejemplo remaches.
- Cimentaciones “activas”: Formadas por materiales compuestos electro-reológicos, materiales
normalmente líquidos pero que con el paso de la corriente eléctrica se vuelven sólidos. En caso de sismo
deja de pasar corriente a través del material con lo que algunas cimentaciones se vuelven líquidas y
consiguen un conjunto más flexible (mejor para movimientos sísmicos).
Todo ello sin perder de vista las aplicaciones estructurales secundarias como guardabarros,
soportes para señalización de carreteras, postes y crucetas para distribución de corriente eléctrica,
innumerables tipos de adornos, etc.
Construcciones destacadas usando materiales compuestos
A principios de los noventa la compañía “Neste Oy Chemicals company” establecida en Helsinki
(Finlandia), desarrolló y construyó una casa experimental llamada “Nesthaus”, como banco de
pruebas de la posible utilización de materiales poliméricos en el sector de la construcción. En 1992, un
puente de materiales compuestos fue inaugurado en la localidad escocesa de Aberfeldy, el puente
situado sobre el río Tay. Está considerado como una de las mejores obras de materiales compuestos, y
sus dimensiones son de 2 metros de anchura por 120 metros de longitud.
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Figura 58.- Edificio Nesthaus (Finlandia)
Figura 59.- Puente sobre el río Tay (Escocia).
En el año 2000 se construyó en la autopista interestatal 86, cerca de San Diego (California), el
puente llamado “The King Stormwater Bridge”. Este puente fue nombrado puente estelar de la
construcción de los Estados Unidos de América. Este está realizado a base de materiales compuestos.
Concretamente 12 estructuras cilíndricas de carbono CSS de 355 mm de diámetro y 9,5 mm de
espesor rellenos de concreto, que constituyen el sistema de refuerzo longitudinal del puente. La luz es
20,1 m y la anchura 12,8 m. El tablero está formado por 6 paneles de tipo “Duraspan” de 12,8 m de
anchura y 3,3 m de longitud. No es el puente más largo construido, pero si el más transitado y el que
más carga debe soportar.
En vistas del éxito del puente “The King Stormwater Bridge“, las autoridades de California han
promovido el “I-5/Gilman Project” (. Este consiste en un puente de materiales compuestos en la
autopista interestatal 5 en San Diego, con unas dimensiones de 137 metros de longitud, 46 metros de
altura y 3,7 metros de anchura. Los pilares y las vigas longitudinales están proyectados en CSS, y los
travesaños en vigas de pultrusión híbridas vidrio/carbono huecas. El tablero está diseñado en
vidrio/poliéster y los cables en carbono y acero. Este puente resta a la espera de su aprobación
presupuestaria definitiva.
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Figura 60.- Gilman Project (California)
Otros ejemplos destacados de aplicaciones en construcción son los siguientes:
- Museo de arte Milwaukee (2001) diseñado por Santiago Calatrava. Utiliza materiales compuestos.
Posee unas alas móviles de 32m de longitud para dejar pasar la luz a la galería del museo. Estas alas
están formados por 72 timones de 0,6m de espesor y de longitudes variables entre 32 y 8m. Estos
timones estaban proyectados en carbono/epoxi mediante filament winding pero se fabricaron en acero
por cuestiones económicas.
Figura 61.- Milwaukee Art
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Figura 62.- Milwaukee Art
- La cubierta de U.S. Airways en La Guardia (Nueva York, 1989), fabricada en un sándwich con pieles de
fibra de carbono, soportado por barras de acero y uniones esféricas de acero inoxidable.
- La Glasgow Science Tower (Escocia, 1992). Es una torre de 120 m de altura cuya parte superior gira
libremente con el viento. Por cuestiones de peso la parte superior está fabricada en fibra de vidrio y el
mástil y sus refuerzos en fibra de carbono.
Figura 63.- Glasgow Science Tower
- El Milenium Dome (Londres, 2000). Es la mayor cúpula del mundo con una superficie de 80.000m2 y
50m de altura. La membrana está realizada en tejido de fibra de vidrio y matriz de teflón.
Un ejemplo de edificio realizado íntegramente de materiales compuestos, es “The Eyecatcher
building”, que es el edificio de viviendas y oficinas con estructura composite más alto realizado hasta
el momento. Fue construido en Swissbau, para su presentación, y posteriormente desmontado y
vuelto a construir en Basel, donde actualmente se utiliza como edificio de oficinas. Sus dimensiones
son 15m de altura (5 pisos) con una planta de 10x12 metros cuadrados.
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Figura 64.- The Eyecatcher Building
En cuanto a ejemplos de construcciones españolas, destacan los tirantes realizados de
materiales compuestos de la Torre de Collserola (Barcelona 1992) diseñada por Norman Foster (figura
2.15). En esta los 3 cables superiores están fabricados en aramida/epoxi ya que en esa parte superior
de la torre es donde se alojan los equipos de comunicación. Cada uno de los tres cables está
compuesto por 7 cables en paralelo de 56mm de diámetro. La torre tiene una altura total de 288 m.
Figura 65.- Torre de Collserola (Barcelona)
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Más recientemente (2003) se ha construido un puente de materiales compuestos del A.V.E. en
la ciudad de Lérida desarrollado y construido por la empresa Fiberline, líderes en materiales
compuestos para la construcción en Europa (Sobrino y Pulido, 2004).
Figura 66.- Puente del A.V.E (Lleida)
Este puente, localizado en Lérida, es el más largo de Europa en su categoría. Sus dimensiones
son 38m de longitud, 3 metros de ancho y 16 metros de altura. Sus elementos estructurales, a
excepción de los pilares principales y la cimentación, están formados por perfiles de viniléster
reforzado con fibra de vidrio. La coloración azul es meramente decorativa, ya que los elementos que
lo constituyen son altamente resistentes a la intemperie.
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Su construcción se realizó íntegramente en el suelo, siendo posteriormente elevada al completo
y colocada de una pieza sobre la estructura principal. Su construcción fue muy rápida, teniéndose que
interrumpir la circulación de trenes tan sólo durante 2 horas.
Destacar que muchas de las construcciones mencionadas en este apartado corresponden a
puentes, pues esta tipología de construcción es donde está más arraigado el uso de MC y es donde
aparecen las obras más representativas de aplicación de MC en la construcción en general.
Últimas tendencias de los materiales compuestos en la construcción
En cuanto a las últimas tendencias se refiere en los materiales compuestos en la construcción,
destacar que se pide al material compuesto más prestaciones y menor coste. Se pide al proceso más
rapidez, más precisión y menor coste. Todo ello pasa por una optimización de los moldes utilizados,
por automatizar los procesos, en utilizar nuevas fibras y combinaciones, en combinar los materiales
compuestos con materiales tradicionales y en potenciar las matrices reciclables y las fibras naturales
(Miravete, 2002).
Uno de las exigencias actuales principales para un material compuesto es que trabaje en las tres
dimensiones (normalmente sólo lo hace en dos). Para ello se está experimentando en lo que se
denomina la arquitectura textil. En función de cómo se dispongan las fibras se puede lograr un
trenzado en 3D. Tan solo es cuestión de saber cómo tirar de la fibra y como girar las bobinas. Ejemplos
de ello son el 3D Weaving, el Stitching y el 3D Braiding (Kamiya et al., 2000), aunque ninguno de ellos
por el momento se ha desarrollado completamente (Mansó, 2004; Chiminelli et al., 2003).
Figura 67.- Arquitectura textil 3D Braiding
Concretando las tendencias en la aplicación de materiales compuestos en la construcción, los
principales campos de trabajo que se prevén en el futuro son los siguientes (Universidad de Zaragoza,
2002):
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-
Tableros para puentes (pultrusión en fibra de vidrio)
Armado de concreto (armado con fibra de vidrio)
Reparación de viguetas (impregnados de fibra de carbono)
Confinamiento de columnas
Paneles sándwich
Perfilería pultrusión
Tubos CSS (puentes integrales)
GRC (fibra de vidrio antiálcali para fachadas)
Restauración
Aplicaciones en la construcción industrial
La aplicación de los materiales compuestos a edificios industriales, se limita a la utilización de
algunos componentes determinados como sustitutos de los materiales típicamente utilizados. Por
ejemplo la sustitución de lucernarios de cristal por otros de materiales compuestos translúcidos, que
son más resistentes a la corrosión y al impacto. Aunque existen multitud de elementos fabricados de
compuestos que podrían ser utilizados en edificios industriales, la mayoría de ellos no han sido
diseñados con dicho fin, sino que simplemente pueden ser aplicados a edificios industriales por
sus equivalencias cualitativas con los productos de materiales convencionales que desempeñan
algunas funciones determinadas. Es por ello que no se ha encontrado ninguna construcción industrial
a destacar como ejemplo de aplicación de elementos formados de MC.
Sistemas constructivos considerados de un edificio industrial
Los sistemas constructivos potencialmente aplicables a un edificio industrial, pueden clasificarse
en dos grandes grupos principales: sistemas constructivos resistentes (o estructurales) y sistemas
constructivos no resistentes. Los primeros tienen como principal función el soportar y transmitir las
cargas a las que se somete al edificio, y además, servir de soporte para los sistemas no resistentes.
Normalmente reciben cargas elevadas que en caso de fallo podrían producir el colapso del conjunto.
Por otro lado, los sistemas constructivos no resistentes deben conferir propiedades no estructurales al
edificio, como por ejemplo, estanqueidad, aislamiento térmico, resistencia al agua, etc. En caso de
fallo de esto sistemas, el daño resultante no sería crítico para la estabilidad del conjunto de la
edificación (aunque ello no implica que el daño no pudiera ser considerable).
Dentro de los sistemas constructivos resistentes se incluyen el sistema constructivo
cimentaciones, el sistema constructivo estructuras, y el sistema constructivo forjados. A su vez,
estos se dividen en elementos constructivos resistentes.
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Tabla 10.- Clasificación básica de sistemas constructivos resistentes.
SISTEMAS Y ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS RESISTENTES
SISTEMA CONSTRUCTIVO CIMENTACIÓN
Elemento constructivo resistente VIGAS
SISTEMA CONSTRUCTIVO ESTRUCTURA
Elemento constructivo resistente PILARES
Elemento constructivo resistente
ESTRUCTURAS AUXILIARES
SISTEMA CONSTRUCTIVO FORJADOS
En los sistemas constructivos no resistentes se incluyen el sistema constructivo cerramientos, el
sistema constructivo carpintería, el sistema constructivo soleras, el sistema constructivo pavimentos y
el sistema constructivo acabados. Estos, al igual que para los sistemas constructivos resistentes, se
dividen en elementos constructivos no resistentes.
Tabla 11.-. Clasificación básica de sistemas constructivos no resistentes.
SISTEMAS Y ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS NO RESISTENTES
Elemento constructivo FACHADAS
SISTEMA CONSTRUCTIVO
CERRAMIENTOS
EXTERIORES
INTERIORES
SISTEMA CONSTRUCTIVO CARPINTERÍA
Elemento constructivo CUBIERTAS
Elemento constructivo TABIQUERÍA
Elemento constructivo PUERTAS
Elemento constructivo VENTANAS
SISTEMA CONSTRUCTIVO SOLERAS
Elemento constructivo PAVIMENTOS
SISTEMA CONSTRUCTIVO REVESTIMIENTOS
Elemento constructivo FALSOS TECHOS
Elemento constructivo ACABADOS
Aplicación de los materiales compuestos a los sistemas constructivos de un edificio industrial
En este apartado se muestran los resultados de la búsqueda de información realizada sobre el
uso de MC en aplicaciones de los distintos sistemas constructivos considerados para edificios
industriales. Se han hallado productos ofrecidos por los fabricantes de MC de aplicación directa a
elementos constructivos de edificios industriales, a la vez que se han encontrado otras soluciones no
destinadas explícitamente a esta finalidad si bien de muy fácil adaptación a la misma.
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Uno de los aspectos generales que se ha deducido de la búsqueda realizada (representando a
priori un inconveniente para su aplicación), es el elevado coste de la mayoría de productos
encontrados comparado con los elementos tradicionales que deben sustituir. Ello es debido a un
mayor precio de la materia primera, en gran parte, pero también a que el diseño y confección de
algunos productos ha sido destinada a cubrir algunas necesidades muy específicas, propias de algunos
sectores, aprovechando las posibilidades de los MC. Por ejemplo, muros especiales para contención
de aguas o deposición de productos químicos, o paneles especiales para edificios de comunicaciones.
Consecuentemente, estos productos no fueron pensados específicamente para edificios industriales,
con lo que su diseño se podría optimizar al igual que su coste.
Así pues, para un edificio industrial las configuraciones especiales de las que se dota a algunos
de estos elementos no son necesarias, y una mayor sencillez permitiría precios más asequibles. Se
debe también considerar que la demanda, y por tanto las cantidades producidas de elementos de MC,
es muy inferior a la de los materiales convencionales, de forma que los primeros se encarecen
considerablemente.
Elementos de fachada de MC
Existen varios elementos en el mercado de los materiales compuestos capaces de desempeñar
la función propia de una fachada convencional. Varios fabricantes ofrecen placas onduladas y planas
muy similares a las metálicas, con las que es posible la formación de elementos sándwich
mediante la utilización de adhesivos.
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Figura 68.- Configuración de placa sándwich de MC
También existen elementos sándwich fabricados por pultrusión alrededor de placas de espuma
aislante (sándwich de nido de abeja o con núcleo de polietileno expandido, poliuretano o policloruro
de vinilo), confeccionados para protecciones de antenas de radio o televisión (transparente a las
emisiones electromagnéticas), para locales de procesado de operaciones químicas, para protección
de equipos eléctricos, para edificios modulares, etc. La capa protectora del aislante se encuentra
disponible en resinas isoftálicas de poliéster y de viniléster reforzadas con fibra de vidrio (figura 69).
Ambos sistemas de resinas son retardantes de llama. Las placas de viniléster se utilizan en los
ambientes más corrosivos. De todos modos, ambos sistemas incorporan una película protectora, que
mejora sus resistencias a la intemperie, a la corrosión, y a los rayos ultravioleta. La resistencia ante los
agentes ambientales puede ser mejorada mediante el pintado superficial con pintura de poliuretano.
Aunque no esté dentro del ámbito concreto de la construcción industrial, destacar como edificio
emblemático en la aplicación de MC para fachadas, el Hospital General de Cataluña (sito en San Cugat
del Vallés) construido a mediados de la década de los 80. Este edificio en forma de H tiene más de
20.000 m2 de cerramiento exterior formado por paneles de MC, concretamente mediante fibra de
vidrio y resina de poliéster. Dado que está asentado en una zona sísmica se calculó que el edificio
podía abrirse o cerrarse hasta 20 cm. Ello provocó la aplicación de los MC con un módulo de Young 10
veces inferior al del concreto, lo que permite absorber grandes esfuerzos. Esta solución constructiva
en su momento se consideró muy innovadora, marcando el inicio de un época (Miravete, 2000-1).
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Figura 69.- Paneles de MC para fachadas
Figura 70.- Paneles de MC para fachadas
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Por último destacar dentro del apartado de fachadas, que también existen soluciones mixtas
como ahora la utilización de paneles de concreto reforzados con fibras de vidrio AR.
Elementos de cubierta de MC
Los elementos mostrados para fachadas de MC, las placas planas y onduladas simples con
posibilidad de montar sistemas sándwich, y los paneles sándwich de poliéster o viniléster reforzados
con fibra de vidrio, son igualmente hábiles para constituir cubiertas ligeras de edificios industriales,
tanto planas como inclinadas. Estas soluciones confieren la resistencia necesaria para las cargas que
debe soportar la cubierta, y dotan de aislamiento térmico y acústico al conjunto.
Existe otra solución con elementos de cubierta que mezclan PVC con MC (figura 71). Este tipo de
cubierta no está íntegramente formada de materiales compuestos, utiliza elementos plásticos
aprovechando sus buenas propiedades ante la corrosión, la intemperie, y aislantes. En casos en los
que la resistencia deba ser muy elevada, esta opción se torna muy complicada e inadecuada, y además
el coste que supondría sufriría un aumento considerable. Además, por el hecho de usar PVC implica
problemas medioambientales que descartaría la solución. Es por ello que los fabricantes están
estudiando la posibilidad de sustituir el material plástico manteniendo el sistema de trabajo.
Figura 71.- Solución de MC para cubiertas inclinadas
Mencionar también en este apartado, la aplicación de los MC para cubiertas flexibles. Debido a
su ligereza y fácil colocación es una solución muy adecuada para carpas itinerantes o para cubrir
grandes superficies con pocos puntos de apoyo (p. ej. cubrir graderías de recintos deportivos).
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Forjados de MC
Son muchos los tipos de forjado disponibles en materiales compuestos, siendo la diferencia
principal entre ellos la capacidad de carga. Así pues, según se requiera un forjado más o menos
resistente se realiza la elección. De este modo, se puede establecer la siguiente clasificación de los
forjados disponibles en materiales compuestos, según su capacidad estructural:
Forjados de baja resistencia.
Forjados de resistencia media.
Forjados de resistencia elevada.
Las aplicaciones de los forjados de MC, van desde suelos industriales tipo emparrillado, hasta
forjados especialmente resistentes para puentes de vehículos. A continuación se mostrarán diferentes
configuraciones para cada tipo de forjado, según la clasificación anterior.
Forjados de baja resistencia
Los forjados de baja resistencia son del tipo emparrillado o “grating”. Pueden estar constituidos
por resinas de poliéster, viniléster o fenólicas, todas ellas reforzadas con fibra de vidrio en procesos de
pultrusión. La fibra de vidrio está dispuesta en forma longitudinal, así como en forma de “mat” para
una mayor resistencia transversal. Además, disponen de una película protectora que mejora
notablemente las propiedades contra la corrosión. Los emparrillados están disponibles en gran
variedad de colores y acabados, y los perfiles que los componen pueden ser de sección “I” o de
sección “T “.
Las aplicaciones más comunes son aquellas en las que el ambiente es muy agresivo para la
utilización de emparrillados metálicos, en escaleras, en suelos industriales de plataformas, pasarelas,
etc.
Forjados de resistencia media
Se trata de sistemas de paneles disponibles en anchuras de 30 y 60 centímetros, para
proporcionar superficies sólidas y continuas (los emparrillados, además de poseer resistencias algo
inferiores, no son continuos). El objetivo de este producto es el de sustituir a los equivalentes de
madera o metal en ambientes especialmente corrosivos, o en los que el mantenimiento excesivo
supone costes elevados. Estos forjados son utilizados en aplicaciones eléctricas debido a su escasa
conductividad y a su nula inflamabilidad. Otras características a destacar de estos forjados son la
resistencia a la corrosión, la resistencia mecánica elevada, el peso reducido, la facilidad de instalación,
el escaso mantenimiento y la facilidad de transporte.
Sus aplicaciones más típicas, hasta la actualidad, se encuentran en suelos para torres de
refrigeración, en cubiertas para control de olores en depuradoras, en suelos para aceras elevadas, en
forjados temporales y en paneles para muros celulares.
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La resina normalmente utilizada es la de poliéster, retardante de llama, y auto extinguible.
Además, la resina puede estar rodeada de una película protectora contra los rayos UV en las zonas
expuestas. Existe la posibilidad de encargar diferentes colores y acabados. Las longitudes de los
paneles son prácticamente ilimitadas.
Figura 72.- Emparrillados o forjados de MC de baja resistencia
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Figura 73.- Paneles de MC para forjados de resistencia media
Forjados de alta resistencia (Superdeck)
Se trata de elementos de forjado que pueden llegar a ofrecer resistencias muy elevadas,
utilizándose sobre todo en puentes para vehículos. Las dimensiones de las placas disponibles son
prácticamente ilimitadas, debido a su proceso de fabricación. El tipo de forjado más aplicado es el que
se conoce como “Superdeck”. Estos se forman de placas que provienen de la unión adhesiva
transversal de dos secciones diferentes de perfiles tubulares, de viniléster reforzado con fibra de
vidrio. Consecuentemente, el grosor de las placas se ve limitada por el proceso de pultrusión, que
puede llegar a valores muy elevados, y el ancho de la placa es totalmente ilimitada (limitada por su
transporte), ya que consta de la unión de perfiles tubulares.
Figura 74.- Placas de forjado de MC de alta resistencia (Superdeck)
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Las propiedades más destacadas de este tipo de forjado son la facilidad de montaje, el tiempo
de montaje muy reducido, el mantenimiento inexistente, la alta resistencia, el reducido peso y el fácil
transporte.
Perfiles estructurales (vigas y pilares) de MC
Los perfiles estructurales más comunes utilizados en estructuras metálicas pueden ser
encontrados también formados de materiales compuestos. Ello es debido a que los primeros conatos
de aplicación de MC a las estructuras, ha sido por analogía a una tipología estructural ampliamente
conocida por los proyectistas y clientes como es la estructura metálica. Concretamente, existen
alrededor de 100 perfiles (según fabricantes) más o menos estandarizados copiados del acero.
Todos los perfiles están compuestos de resinas de poliéster o viniléster reforzados con fibra de
vidrio, y envueltos en películas protectoras que impiden que las fibras punzantes perforen las
superficies de los perfiles, mejorando las protecciones contra la corrosión y los rayos ultra violeta.
Figura 75.- Perfiles estructurales de MC
El método utilizado para la fabricación de los perfiles estructurales de MC es la pultrusión. Por
ello resultan posibles multitudes de formas cambiando el molde del proceso. Este punto permite que
los fabricantes, además de ofrecer perfiles más o menos estandarizados, ofrezcan la posibilidad de
fabricar perfiles a medida según los requerimientos del cliente. Los perfiles a medida permiten
obtener formas óptimas para cualquier requerimiento estructural. Las propiedades más destacadas de
estos perfiles son la resistencia a la corrosión, bajas conductividades térmicas y eléctricas,
transparencia a ondas electromagnéticas, ligereza, alta resistencia, estabilidad dimensional y escaso
mantenimiento.
Cimentaciones de MC
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Uno de los requisitos más importantes que debe cumplir cualquier elemento de cimentación es
la de poseer un peso y volumen elevado. El peso elevado no forma parte de las características
inherentes a los materiales compuestos, y además, los procesos de fabricación y los costes elevados
no permiten una fácil obtención de elementos de gran volumen. Por estos motivos, entre otros, el
concreto armado o en masa, que además permite la fabricación in situ, sigue siendo el material más
apropiado para transmitir esfuerzos al terreno.
Aun así, existen investigaciones sobre cimentaciones plásticas en zonas de niveles sísmicos
elevados. Estas reaccionan reblandeciéndose ante la circulación de corrientes eléctricas, activadas
cuando los sensores perciben las vibraciones provocadas por el seísmo. Cuando el terremoto cesa,
también lo hace la circulación de la corriente eléctrica, y la rigidez del material vuelve a su estado
inicial. Ello le resta rigidez al conjunto del edificio, permitiendo que este pueda soportar de una
manera más flexible las sacudidas del seísmo (Universidad de Zaragoza, 2002).
Elementos de tabiquería interior de MC
Uno de los elementos composite disponibles que puede desempeñar la función de elemento de
tabiquería, consta de paneles modulares de alta resistencia mecánica y con numerosas posibilidades
de acabados. Los tabiques pueden estar formados por poliéster estándar, poliéster retardante de
llama o con viniléster (con resistencia extraordinaria a la corrosión), todos ellos reforzados con fibra
de vidrio. Todas las resinas incorporan inhibidores de rayos ultravioleta y los perfiles están envueltos
de películas protectoras que mejoran su resistencia a la corrosión y rayos UV.
Las propiedades más destacadas de estos perfiles para tabiquería son la facilidad de montaje,
tiempo de montaje muy reducido, mantenimiento escaso, alta resistencia, reducido peso y fácil
transporte.
Figura 76.- Paneles de MC para tabiquería interior
Gracias a sus excelentes propiedades mecánicas y a la resistencia a la intemperie, es posible
considerar el uso de estos paneles como elementos de fachada.
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Elementos de carpintería de MC
Los elementos de carpintería disponibles formados de materiales compuestos son escasos, ya que en su
mayoría la resistencia no es un factor importante y por tanto pueden ser fabricados con plásticos simples (no
reforzados). De todos modos, los marcos de plástico de puertas y ventanas necesitan perfiles de refuerzo.
Estos perfiles normalmente son de acero, pero sus escasas propiedades aislantes provocan la necesidad de
utilizar capas de aire en los marcos de un tamaño considerable (romper puentes térmicos). Por este motivo
existen perfiles de refuerzo formados por materiales compuestos, que gracias a su capacidad de aislamiento
térmico superior a la de los perfiles de acero, reduce el tamaño de las capas de aire necesarias.
Las propiedades más destacadas del uso de estos perfiles de refuerzo son la gran capacidad aislante, y
por tanto reducido valor de conductividad térmica, su alta resistencia y rigidez, la ausencia de agua
condensada, la resistencia total a la corrosión, la libertad de diseño de los perfiles y la alta resistencia al
arranque (ofrece seguridad anti robo).
Figura 77.- Perfiles de refuerzo de MC para marcos de PVC
Pavimentos de MC
Los pavimentos de materiales compuestos están formados por placas planas de poliéster o viniléster
reforzadas con fibra de vidrio, cuyos acabados proporcionan superficies antideslizantes. Además, poseen
propiedades excelentes contra ambientes severos. Estas placas son perfectamente compatibles con los
sistemas de forjados de MC explicados en este mismo apartado (mismo coeficiente de dilatación), aunque
algunos de ellos ya pueden actuar como forjado y pavimento al mismo tiempo. El puente del A.V.E. en la
población de Lérida , incorpora este tipo de pavimento para paso peatonal. Las propiedades principales de
estas placas de MC para pavimentos son la facilidad de montaje, la resistencia al impacto, el mantenimiento
escaso, el reducido peso, la fácil limpieza, una superficie antideslizante y son retardantes de llama.
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Figura 78.- Placas de MC para pavimentos
Existen otros pavimentos que aunque no sean estrictamente de MC presentan aspectos comunes con
estos. Concretamente son pavimentos a base de resinas epóxidicas (pavimentos epoxídicos), que se ofrecen en
forma de resina combinada con aditivos especiales (a veces incluso fibras) vertida directamente sobre el suelo
a pavimentar. Sus propiedades son muy similares a las de las placas anteriores de MC.
Otros elementos de interés de materiales compuestos
Además de los mencionados hasta el ahora, es posible encontrar otros elementos constructivos de
materiales compuestos que pueden ser de utilidad para su aplicación en edificios industriales. Por ejemplo,
pueden obtenerse tornillos estructurales, escaleras, barandillas, elementos translúcidos, falsos techos,
armaduras para el concreto armado (sustituir acero), tirantes estructurales, tuberías, depósitos, membranas
geotextiles, etc. de materiales compuestos. Todos ellos poseen las propiedades inherentes a los materiales,
que los hacen normalmente superiores a sus equivalentes en materiales convencionales.
Figura 79.- Ejemplos de aplicación de MC para barandillas y escaleras ligeras
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Nanotecnología aplicada a la construcción.
La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales,
aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a “nano escala” (una escala para mediciones
en el ámbito de los átomos y las moléculas ). Su potencial desborda la imaginación. Sin llegar a los extremos de
la ciencia ficción de la conocida novela de Michael Crichton, “Presa”, hay quienes sitúan los desarrollos futuros
de la nanotecnología a largo plazo en el inicio de una nueva era para la humanidad. O como afirma Charles
Vest, expresidente del MIT y asesor de Bush en temas tecnológicos, “la nanotecnología provocará una segunda
revolución industrial”, esto no tan a largo plazo.
Lo cierto es que la aplicación de la nanotecnología a la construcción ofrece algunas perspectivas
interesantes. En la Comunidad Autónoma Valenciana existe desde 2004 RENAC, que es una red formada por
los principales grupos de investigación en Nanotecnologías de la Comunidad Valenciana. , que pretende
coordinarlos en el objetivo de aplicar la nanotecnología en materiales y productos para la construcción y el
hábitat y dispone de un conjunto de equipamientos para favorecer el desarrollo de investigaciones en este
ámbito. Es una apuesta que calificaría de visionaria, anticipativa, y en una dirección acertada.
La Universidad de Alicante también se está moviendo rápidamente en este campo. Unos 200
investigadores españoles en física del estado sólido se reunieron hace un mes en Alicante para celebrar su cita
bianual con una agenda centrada en los avances de la nanotecnología y la nanociencia, que concentran
actualmente gran parte de los esfuerzos que se realizan en la investigación del estado sólido. La Facultad de
Ciencias y algunas ingenierías constituyen un activo de primer orden, digno de ser aprovechado.
Como hemos dicho, este posicionamiento puede ser explotado por el sector privado a medio plazo con
enormes beneficios. Si bien en la actualidad todavía son muy pocos los productos de nanotecnología que han
llegado al mercado y las potenciales mejoras a la construcción de carreteras, puentes y edificios tendrán que
esperar a más largo plazo, es una apuesta con tantos beneficios potenciales que habrá merecido la pena
cualquier espera.
Vías de aplicación a corto y medio plazo. Algunos señalan que las actuales investigaciones en polímeros
podrían hacer posible que las barreras protectoras en las carreteras arreglen sus propios imperfectos causados
por choques de vehículos. En esta línea hay expectativas para identificar y reparar de forma automática, sin
intervención humana, brechas y agujeros en el asfalto o en el concreto, fabricar señales de tráfico que se
limpian a sí mismas, fabricar acero y concreto más fuertes., “nanosensores” para vigilar el estado de sus
puentes y detectar cualquier anomalía o riesgo, etc.
Aunque la denominada nanotecnología molecular hay que aventurarla a más largo plazo, la espera habrá
merecido la pena si se cumplen los pronósticos centrados en la creación nuevos materiales con propiedades
muy potentes, capaces de cambiar las prestaciones de nuestras viviendas y hábitats en general, prácticamente
sin restricciones.
Un avance muy preliminar son los conocidos “nanotubos”. Los nanotubos de carbono son hasta cien
veces más fuertes que el acero pesando seis veces menos y han atraído mucha investigación como posibles
aditivos para incrementar la resistencia de materiales compuestos. Son ya utilizados en algunas aplicaciones
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(productos deportivos tales como pelotas de golf, bicicletas, raquetas de tenis...) de alto rendimiento que han
recibido una amplia difusión en los Estados Unidos.
Las citadas vías junto con algunas aplicaciones actuales, ya realidad en el ámbito de la domótica, vienen a
situar la tecnología aplicada al sector de la construcción dentro de unas expectativas realmente interesantes.
Insistiría en que hace falta una estrategia muy activa para poder aprovechar estas potencialidades. Es
imprescindible crear una infraestructura de forma anticipada capaz de explotar todas las ventajas competitivas
de este desarrollo tecnológico.
Aportar, invertir en el futuro. Las universidades a través de diversas vías: “spin offs” “start ups”,
proyectos de investigaciones básicas y aplicadas, espacios de convergencia entre la ciencia, industria y
tecnología, pueden acelerar la transferencia de tecnología que impulse la solidez y competitividad del sector
de la construcción a medio plazo. Son el instrumento imprescindible de cara a jugar un relevante papel en las
mencionadas
Este tipo de apuestas estratégicas son las que suelen dar una ventaja competitiva importante a los
sectores implicados. Hoy no cabe ninguna duda que la construcción en Alicante y la Comunidad Valenciana es
un sector clave.
Conviene señalar por último que en el informe de la Comisión Europea "Hacia una estrategia europea
para las nanotecnologías" España aparece como el país europeo que menos ha invertido en nanotecnología
por debajo de países como Portugal, Grecia... Y esto que en Europa se invierte poco. En los Estados Unidos los
inversores de capital riesgo invirtieron en empresas de nanotecnología en 2005 más del doble de lo que
invirtieron en 2004, como una señal de la rentabilidad potencial de estas inversiones. En este último país este
capítulo de inversión alcanzó en el 2005 los 434,3 millones de dólares, un 121% más que año anterior.
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2.4. Procesos construcción racional en edificación.
Como bien decíamos en el documento de análisis de la tecnología actual en el sector en Colombia, el
sector de la Construcción es probablemente la actividad económica que posee más variedad de procesos y que
dada la dispersión geográfica de los proyectos requiere mayor flexibilidad y adaptabilidad en las tecnologías de
producción. En la mayoría de los casos, cuando se piensa en investigar y desarrollar nuevas tecnologías de
procesamiento en construcción, la primera aproximación se debe de realizar en el campo de la fábrica móvil.
O reducimos los pesos de los componentes o en tanto en cuanto se mantengan los pesos actuales la
repercusión en costes del transporte hace inviable el desarrollo de tecnologías orientadas a plantas fijas que
requieran grandes inversiones.
Por lo tanto siempre que pensemos en desarrollar innovación en procesos deberemos de buscar máxima
compacidad y movilidad de las plantas de procesamiento de componentes.
También se puede optar por estrategias orientadas hacia la racionalización y la disminución de plazos de
ejecución de los procesos in-situ. Esta estrategia se fundamenta en un mayor conocimiento de los materiales y
de las tecnologías de ensamblaje, simulación evolutiva del proyecto y tecnologías de control en tiempo real de
los procesos.
El concepto de industrialización engloba muchas tipologías constructivas muy diferentes entre ellas.
Desde la construcción modular hasta la construcción ligera pasando por muchas variedades con paneles de
concreto portante. Todas estas tipologías tienen en común una rotura con la construcción tradicional y su
símbolo más característico que es el ladrillo.
La industrialización en Europa pero sobre todo en centro Europa y en los países nórdicos ha
evolucionado mucho en los procesos de fabricación de componentes y materiales para la construcción,
evolución unida a una mayor racionalización de los diseños y una introducción de herramientas potentes en
gestión integral de proyectos en tiempo real. En EEUU se ha evolucionado principalmente hacia la disminución
de pesos buscando la aplicación de materiales poliméricos y componentes fáciles de instalar; tendencia que
contrasta con la cultura que en las últimas décadas del siglo pasado favoreció el uso de una industrialización
basada en grandes componentes de concreto, pesados y que requerían grandes medios de elevación (Til up,
bloques prefabricados 3D, …). En Japón se buscaron soluciones prefabricadas basadas en componentes que
integraban no solo el componente estructural, sino también las instalaciones, dándoles a los elementos
prefabricados la funcionalidad necesaria para evitar tareas posteriores relacionadas con instalaciones y
montaje de equipos que generaban mucha ineficiencia en el proceso de construcción por falta de planificación
e interferencia de muchas sub-operaciones en espacios de tiempo cortos.
Muchos de estos materiales innovadores que actualmente se aplican en la construcción de edificios,
provienen de la investigación aeroespacial y militar, puesto que una vez amortizadas estas investigaciones, se
buscan campos de aplicación a la industria civil. Es quizás en el mundo de la construcción donde ésta
aplicación resulta más difícil, debido sobre todo a dos características propias del proceso constructivo:
 El objeto arquitectónico es difícilmente estandarizable, tanto por su fundamento creativo como por ser un
objeto que se debe adaptar a situaciones muy diversas y a veces poco previsibles.
 A diferencia de lo que sucede en una fábrica, en el proceso de montaje difícilmente se pueden controlar
aspectos como las inclemencias del tiempo y (sobre todo) la cuantificación de los operarios.
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En realidad, la gran diferencia entre el proceso de industrialización en una fábrica y en una obra de
construcción, es que en la primera resulta rentable invertir en una cadena de producción, tanto en maquinaria
como en formación específica el personal, pues esa misma cadena funcionará de forma idéntica durante el
tiempo necesario para permitir su amortización, y no así en el sector de la construcción.
Por un lado, está el mundo relacionado con la construcción ligera, el uso de secciones de acero esbeltas,
la ausencia de concreto, la rapidez en la ejecución y la reducción del peso propio son las principales
características de este tipo de construcción. Por otro lado, está la construcción con concreto en forma de
paneles. Las distintas filosofías presentes en este segundo grupo se diferencian entre sí en la puesta en obra;
muchas opciones realizan el panel en un local con condiciones controladas para en obra únicamente realizar la
colocación; por el contrario, hay muchas otras opciones que eliminan costes de transporte realizando todas las
partes en la misma obra. Independientemente a la filosofía tan distinta en cuanto a material, está la
concepción de la construcción modular, donde la parte más innovadora y a su vez más llamativa es la puesta
en obra, ya que convierte la construcción tradicional de una vivienda en un montaje similar al mecano.
En este apartado se va a tratar una por una todas las posibilidades de construcción industrializada
habidas en el mercado internacional. Por ello, se divide este apartado en cuatro grandes bloques fácilmente
diferenciables; construcción ligera, construcción con concreto; construcción modular y otras tendencias hoy en
día minoritarias.
En el siguiente cuadro se resumen todas las alternativas por orden de aparición en el texto:
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-
Paneles Estructurales.
Estructura Ligera
Hormigón
-
Acero galvanizado.
Hormigón.
Mixta
Construcción
Ligera
-
Método Tild-up.
Encofrado vertical.
Encofrados especiales
Prefabricado
Construcción
Modular
A pesar de las diferencias existentes de construcción entre todas estas tipologías, todas tienen en común
que previamente a la construcción se necesita un proyecto de industrialización.
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Construcción ligera
Introducción
Este conjunto de sistemas consisten en una construcción mediante perfiles de acero galvanizado de
distintos espesores y formas en vez de la tradicional estructura de concreto. Éstos conforman un
Esqueleto que soporta las cargas del edificio. Posteriormente los cerramientos se construyen con distintos
materiales dependiendo de la necesidad y exigencias, ya que no son las mismas condiciones para una
pared exterior como para una interior. Hay que tener en cuenta que hay que colocar la suficiente
cantidad de aislamiento tanto acústico como térmico. Hay que notar que es un tipo de construcción muy típica
en EEUU sobre todo a lo que refiere a construcción hasta tres alturas y muy utilizada desde los años 50. Este
tipo de construcción tiene un aspecto muy liviano tal y como se ve en las siguientes imágenes:
Figura 80.- La primera imagen es prototipo de vivienda realizada con acero galvanizado en Bélgica y en la
segunda se muestra la conformación de una fachada con un método constructivo ligero; junto a la jaula de
acero galvanizado están los aislantes y cerramientos tanto interiores (pladur) como los exteriores (en este
caso obra vista pero pueden ser cualesquiera). La segunda fila de imágenes muestra el esqueleto de un
chalet construido en Vacarisses mediante la técnica del steelframing.
Las líneas maestras de este tipo de construcción parten primeramente de la ejecución de la cimentación,
ésta no difiere en lo sustancial de la utilizada en un edifico construido por el método tradicional, no
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obstante, hay que notar que las cargas de peso propio de la estructura son mucho menores al usar esta
metodología.
Toda cimentación dependerá de las características del terreno, las necesidades de plantas
subterráneas y las cargas del edificio. Se suelen hacer cimentaciones formadas por zapatas o zapatas
corridas. Por lo general, en esta partida se ahorra mucho dinero aunque no está en la parte que se contrata
con la empresa que realiza el proyecto de industrialización. Este ahorro puede perderse o no aprovecharse
si las condiciones del terreno o las necesidades de plantas subterráneas son desfavorables.
Existen varias posibilidades de construir con este material, la primera posibilidad es realizar la obra
mediante perfiles, colocándolos de tal forma que aporten la suficiente rigidez y den el monolitismo necesario
a la estructuran para posteriormente realizar los cerramientos. Otra forma es construir las paredes interiores
y exteriores portantes de cada planta usando materiales ligeros con estos perfiles como parte de los paneles
con capacidad portante. La última opción sería la de realizar un módulo 3D en una planta a parte (este módulo
podría ser una vivienda entera o parte de ella) y posteriormente realizar su transporte a obra. Pese a estas
diferencias, la filosofía es la misma ya que los materiales utilizados son muy similares, solo cambia el proceso
constructivo.
Historia.
Esta filosofía en el modo de construir proviene de la construcción de madera. Este sistema era muy
común en EEUU durante la colonización del centro y la costa Este a principios del siglo XIX. Básicamente este
tipo de solución constructiva iba dirigida a edificaciones aisladas o apareadas pero de baja altura;
asimismo, también es un sistema muy utilizado en la colonización de Australia, donde en 1982 se formó la
NASH (Asociación nacional de construcción de viviendas con acero ligero) [7]. En vez de tratarse de una
construcción a base de pilares, todas las paredes de la vivienda pasan a ser portantes, y la construcción de una
vivienda de planta baja pasa a ser como se muestra en las siguientes imágenes.
Figura 81.- Simulación de una estructura de acero, mostrando el proceso constructivo desde el principio con
la losa de concreto hasta la colocación de las cerchas que conforman el tejado; www.tecconevolution.com
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El cambio de la utilización de la madera por el acero y en particular el acero galvanizado de bajos
espesores empezó a ser relevante durante la época de la II Guerra Mundial, donde se desarrolló la
tecnología suficiente para hacer factible este paso que abarató costes en parte debido a la facilidad de la
producción de perfiles en serie y a la utilización de menor cantidad de material ya que el acero tiene mayor
resistencia; además, aumentó la resistencia al fuego. No obstante, en cada zona geográfica se decidió por una
normativa, costumbres y tipo de acero diferentes lo que da una gran diversidad de metodologías y soluciones
constructivas dependiendo de dónde se esté.
Este mercado se ha desarrollado más tardíamente también en zonas de Latinoamérica y Canadá muy
influenciadas por EEUU [8]. Además en la Europa continental, donde se ha logrado que en zonas del norte se
lleguen a cotas de un 90% de construcción industrializada frente a los sistemas tradicionales. Actualmente, es
un tipo de construcción que está muy de moda debido a la reciclabilidad de sus componentes y a la rapidez,
limpieza y sencillez que tiene tanto su elaboración como su uso en la construcción.
Actualmente, los campos en los que se está extendiendo este sistema recaen en la construcción de
viviendas plurifamiliares y la combinación con elementos auxiliares de concreto (inclusión de forjados de
chapa colaborante por ejemplo), así como conseguir un marco normativo Europeo común que facilite la
construcción con esta metodología.
Paneles estructurales con alma metálica
Descripción
La aplicación de este sistema constructivo no es universal ya que debido a las Características
estructurales que tiene el acero como material está especialmente pensado para edificios hasta un máximo
de 4 alturas (3 plantas más bajos) y con una conformación en planta rectangular. También pueden
realizarse edificios de mayor altura añadiendo a la estructura de paneles otra metálica o de concreto que
ayude a soportar las cargas del edificio.
Los módulos se venden de distintas dimensiones (de 600 a 1200mm, tamaños de la empresa Teccon
Evolution: www.tecconevolution.com) [A], y en el kit vienen los perfiles cortados para facilitar el montaje. El
grosor de los paneles dependerá de la situación de los mismos ya que los que dan hacia el exterior tienen que
tener una determinada capacidad de impermeabilización acústica y aislamiento térmico que no requieren los
interiores y en plantas inferiores, se tienen mayores cargas que en las superiores.
Entre otras capas, existen tableros OSB, placas de yeso laminado, lana de roca como aislante, una capa
de membrana impermeable e incluso una malla trenzada de acero. Además para dar cierto monolitismo a la
estructura y darle mayor grado de intraslacionalidad se suelen colocar estratégicamente cruces de San Andrés
(se colocan a ambos lados del panel para evitar torsión). Éstas se tienen que colocar en todas las direcciones y
en las paredes donde no haya ventana. Otro tipo de arriostramiento que se coloca son perfiles omega en la
cubierta superior. Hay que notar también que las partes de panel correspondientes a dinteles tienen que estar
reforzadas.
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Figura 82.- Sección de un panel de Teccon Evolution y la implantación en una obra suya en San Cugat.
En las anteriores imágenes se muestra las capas que tiene el panel con el que se construye y en la
segunda se ve una obra y los arriostramientos necesarios.
El acero utilizado por esta empresa en concreto para la construcción de viviendas es el S250GD y el
Z275N (que es galvanizado y para secciones más específicas); este acero tiene una resistencia a tracción de
330MPa y un límite elástico de 250MPa. Los perfiles están patentados por la empresa y tienen una forma
machiembrada para que durante el montaje sufran menos movimientos.
Con lo que respecta a uniones, éstas se hacen mediante tornillería, anclajes o clinchado. Los anclajes es
la forma con la que se unen los primeros paneles a la losa de cimentación; para ello primeramente se coloca
unas chapas metálicas en forma de L y allí será donde se anclaran los perfiles. Las otras dos formas de unión se
usan para sujetar los elementos entre ellos y con otros elementos estructurales.
Por muchas razones lo más idóneo para la construcción de los forjados es la construcción de un
techo de chapa colaborante. Este forjado se construye colocando Primeramente una chapa nervada y
seguidamente se completa con concreto. Constructivamente tiene muchas ventajas ya que permite que los
operarios puedan andar por él mientras se está construyendo y al no tener que encofrar evita el uso de
tantos puntales. A parte el grosor de la capa de concreto necesaria es bastante menor. Posteriormente se
coloca armadura y se vierte el concreto tal y como se muestra en las imágenes.
Figura 83.- Colocación de concreto HA‐25 sobre la chapa nervada que conformarán el forjado colaborante.
Un primer punto delicado es la unión con los paneles que se realiza mediante clavos, tornillos o
soldadura, y el segundo sería el caso de tener que hacer huecos en el forjado ya que si no están previstos
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desde un principio puede dañarse la unión entre la chapa y la losa al realizar al agujero. Si es necesario hacer
un hueco, muchas veces se ha optado por realizar otro tipo de forjado. También puede Realizarse un
forjado metálico, aunque hay problemas normativos en el aspecto de una flecha excesiva, por lo que en
muchos casos se desestima, aunque claramente es mucho más rápida su colocación frente al encofrado de
chapa colaborante debido a la no existencia de concreto, tiempos de fraguado, puntales.
A la hora de realizar el cálculo de esta estructura hay que tener en cuenta que al ser perfiles tan
delgados, estamos tratando con secciones muy esbeltas (clase 4) y que antes de llegar a su carga última
pueden sufrir fenómenos de abolladura.
La estructura de cubierta dependerá si se quiere que sea visitable o no. Si lo es, tendrá la forma de un
forjado más; en caso contrario, se hará una cercha de celosía triangulada. En ambos casos se tendrá en
cuenta todo tipo de aislamiento que haya que hacer antes de finalizar con los acabados exteriores. En el
caso que el edificio necesite escaleras, usualmente estas se traerán prefabricadas de una planta, y lo más
normal es que sean metálicas; muchas veces revestidas a posteriori, aunque pueden ser también de
concreto.
Proceso constructivo
1.‐ Cimentación: más que definir una tipología u otra de cimentación, lo más importante a la hora de
empezar el montaje de los paneles es que quede definida una base continua de unos 15 cm de espesor y
con idénticas características en toda ella para que se puedan anclar paneles por cualquier lado del plano.
Para ello se construirá una losa con concreto fratasado con el objetivo de replantear sobre ella el lugar
donde irán las paredes. Una vez se han marcado los carriles por donde irán las paredes se colocan las guías en
forma de L que se atornillarán a la base de concreto. Hay que tener en cuenta que hay que colocar antes que
el perfil en L una capa de tela asfáltica u otra tela que permita soluciones empleadas aislar. En las
siguientes imágenes se muestra algunas
Figura 84.- Imágenes de la colocación del aislante y de las piezas metálicas en forma de L que aguantarán
los paneles. Éstos están unidos a la losa de concreto mediante tornillería
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2.‐ Colocación de los plafones: se empieza por una esquina, donde se atornillan entre ellos para
conseguir una cierta rigidez que permita continuar con el resto de la pared. Esta labor no conviene hacerla con
vientos superiores a 30km/h y para no dejar una estructura inestable conviene ir montando a la vez paredes
interiores y exteriores .Al montar las paredes conviene colocar únicamente los tornillos necesarios para
mantener la estructura mínimamente rígida, y una vez se haya conformado una planta, es cuando se colocan el
resto de tornillería y se repasa la colocada inicialmente.
También se colocan cruces de San Andrés en algunos paneles ciegos para dar intraslacionalidad a la
estructura. Hay que colocarlas en ambas direcciones como se puede ver en las imágenes tomadas en una obra
de la empresa TECCON.
Figura 85.- Ilustración del proceso de colocación de los paneles sobre la losa de concreto en una obra
realizada con el método Teccon.
3.‐ Forjados: previo a la construcción del mismo hay que colocar sobre los plafones los cierres y
aplomarlos. Éstos son el nexo de unión entre las paredes y la chapa colaborante del forjado y funcionan a
modo de zuncho. Con la ayuda de puntales se colocará la chapa grecada ya montada y atornillada en los
cierres anteriormente. Además los puntales están para aguantar el concreto que se coloque para completar el
forjado mientras éste no haya fraguado. Se añade una tabica en todo el perímetro y en los huecos que
hubiera. Finalmente se arma, se vierte el concreto, se vibra poco debido al escaso espesor, y se realiza el
curado del concreto para acabar finalmente desapuntalando.
Figura 86.- Muestra de los pasos que hay que realizar para construir el forjado.
4.‐ Cubierta: es extremadamente ligera, ya que es una celosía que se monta en obra (aunque puede
venir también montada de fábrica) y se puede subir entre unos hombres sin ayuda de maquinaria.
Posteriormente únicamente habrá q u e colocar el aislamiento correspondiente y el acabado final deseado. En
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las imágenes que se muestran a continuación se ve como la colocación es muy sencilla y sus componentes muy
ligeros.
Figura 87.- Muestra de la colocación de una cubierta, desde la llegada de las cerchas hasta el acabado final.
5.‐ Acabados: dentro de esta parte está la colocación de las instalaciones y la finalización de los
remates finales en paredes y techo. El falso techo está realizado con un sistema de “cartón yeso laminado” y
las instalaciones que entran por la losa (tanto las acometidas de agua como de luz) se reparten por el falso
techo, únicamente hay que notar que los bajantes se hacen picando los paneles. Requiere entonces
dejarlos tapados antes de realizar el acabado final. Después de la colocación de las instalaciones por debajo
del forjado; se coloca aislante tanto acústico como térmico y se tapa con el falso techo finalmente.
No hay ningún impedimento sobre cualquier acabado exterior ni interior, con lo que una vez acabada la
estructura se procede a realizarlos independientemente de cuál sea el finalmente elegido. Usualmente se
suele colocar pladur en el lado interior y fachada ventilada (con la ayuda de perfiles omega) en el exterior.
Ventajas
Frente a métodos de construcción con concreto, la construcción metálica es más rápida debido a la
ventaja de no t e n e r que esperar a que fragüe. Además, las uniones son en seco y la estructura más eficiente
ya que para edificios de poca altura, la cimentación resultante con esta metodología es mucho menor.
Además, frente a otros métodos de construcción liviana este método de construcción con paneles tiene
un mayor grado de prefabricación y esto reduce el número de operaciones en obra. Por ejemplo, la empresa
TECCON monta los paneles en fábrica y os trae en unos tamaños estandarizados que se colocan sobre la
losa de concreto. Es decir, excepto los acabados exteriores e interiores y la cimentación todo esta
prefabricado.
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Este sistema deja las aperturas hechas de tal manera que no es necesario realizar el premarco para
la posterior colocación de ventanas y puertas.
Inconvenientes
El hecho que exista este grado de prefabricación quita grados de libertad arquitectónica, es decir,
determinadas medidas de las paredes y determinadas formas del edificio en planta se pueden realizar pero a
un coste más elevado; los módulos miden como mínimo 60 cm y se tienen que colocar de forma ortogonal.
Otro aspecto que condiciona las dimensiones de los paneles son las aperturas ya que no pueden colocarse
como se desee; además la longitud de las mismas está limitado a 3 metros.
Además por motivos constructivos, tiene que haber un cierto número de paneles ataviados con cruces
de San Andrés que rigidicen la planta y éstas tienen que estar en las dos direcciones ortogonales debido a que
la acción del viento puede actuar en cualquier dirección. Otro motivo constructivo en contra de este sistema es
el hecho que para colocar las instalaciones haya que raspar los paneles; este hecho, sumado a que los forjados
son con concreto, hace que sea más lenta la construcción de los edificios. Esto se debe a que los paneles
vienen prefabricados y sin instalación alguna, ya que en planta se construye un panel genérico para cualquier
uso.
Hay que contar a su vez también que existen limitaciones arquitectónicas, como pueden ser grandes
luces y ventanales y espacios diáfanos de gran dimensión. Esto implica que se tengan que colocar
auxiliarmente perfiles laminados, totalmente compatibles con el diseño en acero galvanizado pero ralentizan y
encarecen la obra.
Figura 88.- Imágenes de una obra en San Cugat donde por motivos de luz hizo falta colocar un perfil. Este
hecho ralentiza la colocación de las placas ya que es una operación que hay que realizar previa; aunque no
afecta ni al paso de instalaciones ni a la colocación del forjado.
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Otro aspecto es la limitación de altura ya que no es apto el uso de este tipo de panelería para edificios
mayores de 4 plantas y con una conformación en planta distinta a la rectangular.
Estructura ligera de acero galvanizado
Descripción
Comúnmente conocido en la literatura anglosajona como Steelframing, es un método constructivo
consistente en una estructura metálica ligera formada por perfiles de acero galvanizado y ensamblada
mediante tornillería a veces substituido o complementado con soldadura. Esta solución permite la
construcción de cualquier tipo de distribución de la vivienda. Los perfiles metálicos están atornillados a la losa
de concreto mediante tornillería, teniendo en cuenta que entre el suelo y las placas hay que poner tela
asfáltica y aislante. Existen en el mundo numerosas empresas dedicadas a la construcción de estructuras
de este tipo, desde chalés hasta edificios de pequeña altura. En España está empezando estos años a
introducirse este tipo de construcción muy desarrollada en EEUU y el norte de Europa. Aquí en España
existen multitud de empresas como clgengeniering, detecvi, steelframing, alcuadrado, arkoncept, silc‐sistema…
La filosofía de este tipo de construcción es totalmente distinta a la construcción con concreto. Se
cambian los pilares por paredes con un entramado de barras de acero. Primeramente, se conforma una jaula
con la ayuda de perfiles metálicos ligeros, a los que posteriormente se añaden paneles OSB, pladur u otras
láminas que puedan servir como pared. Las divisiones interiores no necesitan paneles ni recubrimientos tan
exigentes como los exteriores; pero esta elección depende más del constructor y de las exigencias climáticas y
normativas que de la metodología elegida para la construcción.
Para las paredes exteriores se usan paneles OSB, Taybek para impermeabilizar de la humedad y una capa
de nervometal en caso de realizar luego un acabado de concreto proyectado y poder dar el acabado exterior
que se desee, incluso puede colocarse obra vista. En cambio para las divisiones interiores, es usual la
utilización de pladur.
En la cara interior de las paredes que conforman el cerramiento, se pasan las instalaciones por unos
agujeros que se dejan en la perfilería, posteriormente la lana de roca hará de aislamiento térmico. Finalmente
se coloca pladur para dar por terminadas las paredes. Esta característica de los perfiles hace que sea mucho
más rápido y limpio pasar las instalaciones frente a otros sistemas tal y como se puede ver en la siguiente serie
de imágenes de la construcción de una vivienda en Canadá.
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Figura 89.- Imágenes del proceso de construcción de un edifico de 4 plantas con estructura metálica de
acero galvanizado en Toronto cedidas por Industrias Alcuadrado www.alcuadrado.org
En caso de tener que realizar un forjado (cuando haya existencia de más de un Piso o cubierta
visitable), éste puede ser de cualquier tipo de los existentes en el mercado, y dependiendo de las
exigencias estructurales será de uno u otro tipo. La unión también puede realizarse mediante tornillería o
soldadura indistintamente. Lo más indicado es realizar un forjado donde no se necesite el uso de concreto
por dos motivos básicamente, primero por no añadir peso innecesario a la estructura y segundo por
no retardar la ejecución del piso superior ni inferior ya que se necesitarían puntales. Para ello se puede
hacer para luces menores a 7 metros un forjado panelizado; éste consiste en viguetas en C a los lados
apoyadas sobre una viga en U y unidas mediante una viga de atado. Sobre el conjunto de viguetas se coloca un
panel de OSB y sobre él mortero de nivelación. El aislamiento tanto acústico como térmico va por la parte
de las viguetas, donde después de pasar las bajantes e instalaciones se coloca lana de roca y lana de vidrio.
Todo ello finalmente va tapado con un falso techo. No obstante, si la luz es mayor a 7 metros, normalmente
se decide por conformar una chapa plegada de mayores dimensiones que de la suficiente inercia para que
cumpla la normativa en aspectos de deformabilidad. El proceso de aislamiento, paso de instalaciones y
conformación del suelo del piso superior es idénticamente igual que para el caso anterior.
La cubierta es también una celosía metálica, muy ligera. De ella penden los techos mediante
perfiles omega (sistema similar al falso techo). Hay que tener en cuenta que necesitan una viga metálica
en el plano perpendicular al que se colocan las cerchas para dar monolitismo. Para la construcción del
tejado se complementan las cerchas con paneles OSB y capa asfáltica para evitar que entren humedades.
Encima de esto se puede colocar cualquier tipo de teja u otro elemento a modo de cerramiento.
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Procedimiento constructivo
Para empezar la construcción de una edificación hecha por cualquier metodología compuesta de
perfiles metálicos primeramente hay que realizar la cimentación que sea necesaria y dejar una losa de
concreto donde se apoyarán los perfiles metálicos y los paneles. Hay que dejar los huecos donde irán los
bajantes.
Muchas veces se suele realizar incluso la losa con elementos metálicos y OSB. Hay que notar que esta
es la parte más lenta del proceso ya que hay que dejar perfectamente nivelada la superficie. En las
imágenes que vienen a continuación se puede ver la evolución de la cimentación de una vivienda
unifamiliar aislada.
Figura 90.- Imágenes del inicio de las obras; la primera es del replanteo sobre el terreno de la cimentación,
a partir de ahí se nivela y realiza la cimentación correspondiente para acabar conformando la losa de
concreto necesaria para colocar los primeros paneles. Imágenes de una obra de Industrias Alcuadrado.
www.alcuadrado.org
Seguidamente, se construye la estructura de perfiles metálicos y seguidamente se van colocando los
paneles. Para dar más seguridad se van poniendo cruces de San Andrés en los paneles donde no haya ninguna
apertura. Los lugares donde se colocan estos arriostramientos están definidos por proyecto. Hay que tener en
cuenta no dejar ningún plano sin arriostrar por motivos de estabilidad ante acciones horizontales como el
viento. Además, hasta que la estructura no esté más completa (algunos paneles ya colocados) es conveniente
colocar armaduras auxiliares para dar esta estabilidad que provisionalmente no tiene, sobre todo esto se
realiza porque no todos los tornillos que son necesarios se colocan de primeras, para permitir un cierto
asentamiento y movimientos de la estructura así como modificar posibles errores.
Muchas veces, en vez de colocar los perfiles y conformar los paneles, suele realizarse el transporte de los
paneles montados de fábrica y se colocan mediante grúa en obra tal y como se muestra en las siguientes
imágenes obtenidas en una obra de la empresa Alcuadrado del grupo Génesis.
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Figura 91.- Imágenes de distintas formas de apuntalar las paredes mientras no se fijan definitivamente
tanto con la tornillería como con el forjado superior. Colegio en María de Huerva, Industrias Alcuadrado
(www.alcuadrado.org
Mientras los paneles están colocados y no se pasa a la siguiente fase de la construcción, éstos están en
una situación débil y será necesario colocar unos postes auxiliares que fijen la estructura mientras no se
construye el forjado y no se procede al cosido de los paneles (colocación de toda la tornillería una vez se da
por definitiva su colocación).
La colocación de forjados y cerramientos es similar a la explicada con el método de paneles estructurales
de alma metálica, usado por la empresa TECCON, donde para la cubierta no visitable se coloca una celosía
metálica y para el resto de los forjados se puede colocar cualquier tipología; preferiblemente metálico con
cubrimiento de tableros de resinas o para grandes luces, de concreto con chapa colaborante. En las siguientes
imágenes se muestra la forma que va tomando la vivienda hasta que se coloca la cubierta.
Figura 92.- Imágenes de obras de Industrias Alcuadrado; en las dos primeras se ve la colocación de un
forjado metálico con paneles OSB y en la tercera se está colocando un cerramiento de una cercha metálica
(www.alcuadrado.org)
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Ventajas
La principal ventaja frente al método de panelería con acero galvanizado reside en la facilidad de pasar
las instalaciones por los perfiles agujereados y en el hecho de no tener ningún impedimento de
conformación, ya que la perfilería viene de fábrica y es fruto del proceso de industrialización previo a la
construcción. También hay que tener en cuenta el hecho que el transporte es por separado, es decir que el
montaje se realiza in situ. No obstante, el hecho que los paneles no vengan montados de fábrica puede
ralentizar la obra.
Frente a la construcción con un sistema tradicional, también se tiene la ventaja en la colocación de
ventanas y puertas, ya que no es necesaria la utilización de premarco para colocarlas. Además, como toda
construcción con acero galvanizado, se conforma una estructura más ligera que con concreto, con lo que la
cimentación necesaria es menor y aparte, no necesita tiempos muertos de fraguado (si no se construye
un forjado colaborante) y puede acelerar la construcción.
Hay que añadir la reducción de costes que no aparecen como estructura, como pueden ser las
facilidades a los instaladores y la construcción de la estructura a una alta velocidad.
Inconvenientes
A parte de los prejuicios de mucha gente a la construcción liviana en general, el principal inconveniente
frente a otras posibilidades de construcción liviana es la mayor duración de las obras debido al hecho que los
paneles no vengan montados de fábrica y que se tienen que montar in situ. Además, previamente, y cosa que
es muy usual que las empresas dedicadas a esto se desentiendan, hay que conseguir tener una losa horizontal
de concreto, que en terrenos que no son llanos es difícil lograr y en caso de tener que realizar alguna planta
subterránea habría que empezar haciéndolo por otro método.
La limitación de altura es también un inconveniente a mencionar, no sólo de esta metodología sino
de toda esta tipología de construcción. A parte, no se pueden realizar grandes luces si se quiere mantener un
forjado en el que no sea necesaria la colocación de concreto ni de perfilería laminada. No obstante, hasta 6
plantas algunas empresas tienen la tecnología suficiente para poder levantar y 8 plantas con núcleos de
concreto que sirvan para arriostrar el resto de la estructura.
Construcción con concreto
Introducción
La filosofía de este conjunto de procedimientos constructivos se basa en la sustitución de las paredes de
obra y la estructura de pilares y forjados por paneles de concreto armado con capacidad portante. Dentro de
esta disposición constructiva existen varias posibilidades para poder llevarlo a término; los paneles
pueden colocarse una vez el concreto ya ha fraguado o bien realizar el encofrado in situ con concreto
autocompactante.
Para la realización de una obra con paneles de concreto ya fraguado y endurecido es necesaria la
utilización de una o dos grúas (dependiendo del tamaño de la obra) que coloquen los paneles en su lugar.
Éstos se unen entre ellos y al forjado mediante piezas metálicas o esperas electrosoldadas que estarán
dimensionadas dependiendo de las cargas que vayan a recibir. Para poder realizar una obra según este tipo de
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construcción es necesario tener o bien una planta de prefabricado que pueda subministrar los paneles de
forma adecuada y sin que el transporte signifique un aumento considerable en el coste, o bien tener
suficiente espacio de acopio para manteniendo el ritmo de producción adecuado poder realizar las tareas de
encofrado, fraguado y desencofrado.
Otra posibilidad que estructuralmente da el mismo resultado pero que por procedimiento es distinta
consiste en realizar el encofrado y hormigonado de los paneles una vez ya colocados. Para ello, se conforma la
jornada de tal forma que durante el día se realiza el encofrado de los paneles que sean necesarios y se
hormigona a última hora para que esté toda la noche fraguando y, al ser un concreto de fraguado rápido, el
día siguiente poder desencofrar y realizar otra vez la misma operación con otras paredes.
Hay que remarcar que la principal vía de ahorro de tiempo viene dado por la repetitividad de los
paneles tanto si se hormigonan en planta, como si in situ se construyen y colocan los paneles.
Para el caso de la realización de los paneles en obra, hay que tener en cuenta que la repetitividad juega a
favor del aumento de la productividad ya que el no tener que dar forma a los encofrados cada vez que se
realiza un panel y la habilidad que van cogiendo los operarios al realizar los paneles da un ritmo elevado a la
obra. En el caso de que la construcción de los paneles se realice con el soporte de una planta exterior, la
existencia de paneles muy repetitivos hace que el proceso sea más industrializado y por consiguiente más
barato.
La cimentación necesaria para estos edificios es muy similar a la que se utiliza para un edificio de las
mismas características realizado con una metodología tradicional, ya que las cargas de peso propio del
edificio son muy similares. Asimismo, los forjados pueden realizarse in situ o realizarlos mediante otro proceso
de prefabricación, teniendo en cuenta la necesidad de dejar esperas o placas para poder anclar los paneles. La
mayoría de empresas de este sector no industrializan la construcción de la cimentación así como los
acabados finales, por ello, denominan obra gris a la parte consistente en diseñar los moldes, y realizar la
construcción de las paredes y forjados que conforman las viviendas sin entrar en el paso previo de movimiento
de tierras y cimentación ni condicionar un tipo u otro de acabado exterior o interior.
En referencia al asilamiento y las instalaciones, hay que hacer mención a que los paneles suelen
estar conformados por 3 capas, la exterior que es estructural, donde está la armadura que soporta las
cargas, la interior que es una capa más fina de concreto que no tiene función estructural y luego entre estas
dos capas y a modo de panel tipo sándwich está la capa de material aislante térmico. Esta conformación, ya
de por sí es aislante acústico.
Los servicios pueden ir embebidos en la capa de concreto que no tiene función estructural; en este caso
se realiza su instalación previo al vertido del concreto. Otra posibilidad es que se coloquen a posteriori a modo
tradicional (esto puede suponer un sobrecoste y aumento del plazo). Existe la posibilidad de pasarlas
instalaciones por el techo y sólo tener que realizar los bajantes o incluso se pueden dejar vistas.
Los paneles de concreto no dan a la fachada exterior el acabado final con lo que a posteriori éste se
tendrá que realizar mediante andamios simultáneamente a que se van dando los remates interiores debido
a empalmes entre placas y desperfectos ocasionados por fallos del gruísta.
Si se decide por la construcción in situ, con encofrados en vertical, hay multitud de patentes al respecto,
no obstante, en el fondo el proceso constructivo es similar al de construir los pilares de un edificio.
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Historia
La construcción industrializada con concreto se inicia a principios de siglo XX en EEUU. En sus inicios, este
tipo de construcción intenta reducir costes a base de sustituir paredes de obra por paneles portantes
moldeados alrededor de la obra con concreto y posteriormente izados. Los principales escollos que se
encontró este sistema en sus inicios fue la falta de mecanismos de elevación y de elementos capaces de
transportar cantidades considerables de concreto al lugar de la construcción. Estas trabas impidieron su
expansión pese que en esa época, en EEUU había gran crecimiento económico (hasta el crack del 1929).
Ese avance y generalización del método en EEUU y en otras zonas como el norte de Europa se produjo en la
época de los años 50, 60 y 70; donde junto a los avances tecnológicos producidos por la invención de
los camiones hormigonera y métodos de izado más potentes se encontraron con épocas de gran expansión
económica y de necesidad de vivienda (toda Europa había quedado destruida por la II Guerra Mundial).
En la época de los 80, este sistema quedó tildado de construcción barata y de poca calidad, ya que quedó
renegada a construcción de almacenes y de bloques de edificios en la Europa comunista, donde la
repetitividad era el factor abaratador de costes. Por estos motivos, en nuestros días, la construcción mediante
paneles de concreto está sufriendo una reconversión, ya que tiene que combinar la rapidez con la posibilidad
de realizar obras donde la diversidad de acabados arquitectónicos tenga cabida.
Sistema de hormigonado horizontal (tiltup)
Descripción
Este sistema patentado consiste en la construcción mediante paneles de concreto encofrados en
horizontal. Éstos se construyen o bien en una planta de prefabricado de concreto, en un almacén provisto de
puente grúa o in situ en la obra, por lo que es necesario una zona destinada a la producción y acopio de
material. En las siguientes imágenes se muestra una obra en Granollers donde sí que había espacio para
tener una zona de producción (primera imagen).
Figura 93.- Imagen de una obra de BSCP en Granollers
Este sistema en principio no tiene limitación de altura, aunque a partir de 4 ó 5 plantas es necesaria una
estructura auxiliar (igual que en la construcción tradicional). También serán necesarios perfiles metálicos para
el caso de tener una distancia entre paredes portantes elevadas.
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Una empresa que realiza este tipo de construcción es BSCP [C], esta empresa conforma un panel de
concreto que consta de tres partes, una capa de 10 cm de concreto armado que tiene como misión resistir las
cargas, es decir, es la parte del panel que lleva la capacidad portante, luego tiene además 5 cm más de
concreto, donde se suelen colocar embebidos los servicios. Entre medio de estas dos capas existe una
capa intermedia de aislante térmico. El panel se “fabrica” con todos los componentes en una parte de la
obra destinada a producción o bien en una planta de prefabricado aparte y lo único que es necesario realizar
una vez ha fraguado es colocarlo con grúa y realizar los anclajes que le unan al resto de la estructura.
Esta empresa vende los planos necesarios para la construcción de los encofrados de los paneles
además de ofrecer un seguimiento y asesoramiento permanente durante toda la construcción.
Figura 94.- Imagen donde se muestra el estado de los paneles verticales justo antes de la
colocación del forjado. También se observa la colocación de las
instalaciones .Fuente propia.
En cuanto a las uniones, éstas se realizan juntando mediante soldadura las esperas que quedan en el
forjado y los paneles. Este hecho obliga a tener que picar los paneles y el forjado para poder llevarlo a término
y consecuentemente tener que a posteriori restaurarlo para que no quede a la vista mediante cemento y yeso.
Para garantizar la continuidad del aislamiento que ofrecen los paneles, en la planta de forjado
también se utilizan capas de material aislante; esto se consigue haciendo que la capa de concreto del
panel que no es estructural es de mayor altura cubre exteriormente el forjado, pudiendo colocar entremedio la
capa de aislante y realizando la unión por la parte del interior.
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Figura 95.- Detalle de la zona del anclaje entre forjado y paneles, se puede ver como el aislante
también pasa por la zona del forjado y evita que haya un punto débil sin aislamiento.
Incluso en caso de existir balcones, existe la patente PLAKABETONisotec que evita la existencia del
puente térmico. Para ese caso, la unión entre las dos capas de aislante correspondientes a los paneles de cada
piso se realiza mediante una pieza que cumple dos misiones, la de ser una sección donde hay aislante y la
estructural, ya que al existir barras metálicas que unen el balcón al forjado asegura la continuidad de los
esfuerzos
Proceso constructivo
Hay dos actividades fácilmente distinguibles en la construcción de un edificio con paneles de
concreto, una actividad es la realización de los paneles y la otra la colocación. Ambas tienen que ir
coordinadas y se realizan simultáneamente con el objetivo de realizar la obra en el menor plazo posible, sin
tener la grúa parada esperando paneles ni tener muchos paneles acopiados. Para esto es necesario realizar un
estudio de la producción que se puede alcanzar en el proceso de construir paneles y en el proceso de su
colocación.
Para la construcción de los paneles de concreto primeramente se colocan los perfiles metálicos (1) que
darán forma al encofrado, luego se aplica desencofrante en las partes que vayan a estar en contacto con el
concreto (2), se colocan los elementos estructurales (acero necesario) (3), se hormigona, vibra (poco tiempo ya
que el espesor de la pieza es pequeño) y se realiza un fratasado (4 y 5). Se actúa igualmente con la segunda
parte del sándwich que conforma el panel, teniendo en cuenta que son de distintos espesores, y que en esta
segunda hay que pasar las conducciones de los servicios (puede realizarse también sin la instalación de las
instalaciones). Además hay que tener en cuenta que entremedio tiene que estar la capa de aislante.
Esta operación se realiza sin encofrar la cara de arriba, es decir, esta cara será la que lleve
posteriormente algún recubrimiento, o bien, se suele pasar la llana o el helicóptero para dejarla con un
acabado óptimo.
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Una vez fraguado, se retiran los encofrados que han dado forma al panel (se pueden hacer paneles con
ventanas o puertas…) y utilizando los anclajes de izado se levanta con una grúa y se coloca en el lugar
correspondiente. A pesar de usar concreto con un 2% de superplastificante, la pieza no se puede izar antes de
48 horas de haberla encofrado, ya que es necesaria una resistencia mínima en el anclaje.
1.‐
2.‐
3.‐
4.‐
Figura 96.- CUADROS donde se muestra la construcción de un panel de concreto;
FOTOGRAFÍAS CORRESPONDIENTES AL SISITREMA BSCP www.bscp.es
Si se decide por hacer pasar las instalaciones por el panel, la unión de los paneles entre ellos será
más lenta ya que hay que realizar los empalmes pertinentes; además, la producción de paneles también se ve
mermada ya que no es tan sencillo hormigonar y vibrar la capa donde están las instalaciones. Si se decide lo
contrario, la colocación de las instalaciones se puede realizar a posteriori por la parte interior del edificio,
donde se pondrá la cara que no ha estado contra encofrado y finalmente se dará el acabado con pladur.
Los forjados también se construyen con paneles construidos de esta misma forma, y se realizan con las
aperturas necesarias para los bajantes. Usualmente como cuando se izan tienen ya la resistencia suficiente, no
se necesitan puntales para aguantarlo provisionalmente como un forjado tradicional, a no ser que, para
determinados casos con luces muy grandes pueda aparecer pandeo. Los puntales solo serán necesarios para
sujetar los paneles verticales mientras no están correctamente soldados y anclados con el resto de paneles.
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Ventajas
Para la construcción de edificios donde los paneles sean todos idénticos o con muy pocas variaciones, la
operación de encofrado y desencofrado se puede realizar con continuidad y sin tener que parar para dar
forma a los nuevos encofrados cada vez, entonces la velocidad dada al proceso es muy buena y es realmente
rentable. En otros casos, cuanta más variación entre paneles haya, necesita de un obrero más
conformando los paneles y se ralentiza la producción y colocación. Así pues, la obra resulta más ventajosa si la
estructura es repetitiva, aunque se pueden hacer todo tipo de obras. Además, la posibilidad que las
instalaciones y el aislante vayan incluidas en el panel da a la larga mayor rapidez de construcción.
Otra ventaja es el hecho de no necesitar puntales. Esto hace que mientras se está construyendo la
estructura se pueden ir realizando tareas de colocación de la placa de yeso laminado, carpintería,
cerramientos etc…
Gracias a la forma que tienen los paneles, que también incluyen las puertas, ventanas y otras aperturas,
hace que no sea necesario un pre‐marco para a posteriori realizar las tareas de cerramiento ya que los
acabados que comporta el encofrado son suficientemente buenos.
Inconvenientes
Según aconseja BSCP, para realizar una construcción óptima del edificio se necesita un espacio
donde se produzcan los paneles con su grúa y otro espacio donde haya otra grúa que se dedique a colocarlos.
Para poder realizar esto se necesita básicamente espacio y gran cantidad de personal dedicado a tareas de
encofrado, soldadura e izado de piezas. Además, al tratarse de un sistema novedoso, la
producción de piezas no es la esperada hasta que se han realizado unas cuantas (seguramente la tercera o
cuarta semana). Si se decide por realizar los paneles en una nave separada, se pueden obtener mayores
producciones y se reduce la dependencia del espacio al lado de la obra.
Otro inconveniente es la fuerte inversión inicial que hay que realizar en material para encofrados, los
perfiles, los paneles fenólicos o metálicos…
Sistema de encofrado vertical
Descripción
Esta metodología de construcción industrializada la realiza entre muchas otras una empresa gaditana
que lo denomina Sistema Barcons [D], y lo tiene patentado. La metodología que usan consiste en la
construcción de edificios con paneles de concreto encofrados en vertical, es decir, la estructura del edificio
se compone de paredes que tendrán forma similar a pantallas y se construyen en el lugar donde
definitivamente estarán. No hay necesidad de grúas que icen y muevan paneles de concreto fraguado, no
obstante, el concreto tiene que ser muy fluido y autocompactable para poder llenar correctamente todas las
oquedades del molde y no dejar zonas sin concreto que podrían dar lugar a puntos débiles.
A partir de un proyecto y de unos planos de la construcción, los ingenieros de Sistema Barcons elaboran
los planos de los moldes que servirán para construir el edificio. Para que este sistema salga rentable,
los encofrados tienen que usarse muchas veces, es decir, o bien se trata de un edificio con muchas partes
repetitivas o bien se trata de un número muy grande viviendas iguales. El valor de éste número podría estar
entre 80 y 100. Estos encofrados son metálicos y soportan hasta unas 300 puestas.
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La producción que se puede obtener con un molde puede ser de 20 a 22 puestas al mes, lo que
significa un ritmo de una diaria. Este molde normalmente puede suponer una vivienda unifamiliar. Hay que
tener en cuenta que la producción de un molde se ha calculado con 20 montadores, 3 ferrallas y 2 operarios.
Al tratarse de un sistema que construye los paneles in situ el proceso constructivo es un poco distinto
a las otras empresas que construyen los paneles aparte y simplemente los colocan. Frente a la
construcción totalmente pre industrializada, tiene la ventaja del ahorro en transporte, ya que solo hay que
transportar una vez los encofrados.
Proceso constructivo
Lo primero que se hace es el replanteo, se colocan sobre una losa de concreto plantillas metálicas que
indican donde se situarán las paredes y sirven de anclaje al suelo. Previamente a la realización de este primer
paso, tiene que haberse realizado el movimiento de tierras y la cimentación correspondientes.
Seguidamente con estructura metálica se da forma a las paredes, dejando los huecos para puertas y
ventanas. Estos elementos vienen conformados desde taller ya que son muy repetitivos y en obra únicamente
se realiza el montaje. Se colocan aligerantes y aislantes.
La instalación de los servicios se realiza a posteriori con el objetivo de evitar tener que rozar los paneles
de concreto una vez haya fraguado y tener escombros y pérdida de tiempo en volver a tapar.
Seguidamente se procede a encofrar toda la parte de la panelería que se va a hormigonar. Estos paneles
también pueden ser forjados o cubiertas. Si no puede realizarse el hormigonado de toda la edificación a la
vez se realizará por partes teniendo en cuenta que se tiene que cerrar por todos los lados el encofrado.
Además siempre habrá que revisar minuciosamente que las instalaciones estén correctamente instaladas y
empalmadas. El hormigonado se realizará con bomba ya que así se asegura que quedará más uniforme.
En un día se podrá desencofrar y se podrán utilizar los encofrados para otra puesta, la rentabilidad de
este sistema consiste en tener los encofrados el tiempo justo que necesita el concreto para fraguar y
reutilizarlos numerosas veces sin tenerlos gran tiempo apilados sin hacer uso de ellos. Inmediatamente al
retirado de los encofrados, hay que dejar unos puntales unos días más. Una vez se retiren, podrán entrar los
encargados de realizar los interiores.
En caso de tratarse de un edificio de más de una altura, después del hormigonado y desencofrado de las
paredes de la planta inferior; se realizará sobre el forjado resultante la construcción de la siguiente planta
mediante un proceso exactamente igual. Una vez se puedan retirar los encofrados del forjado, se continuará la
construcción en la planta superior (armadura, aligeramiento y aislante, instalaciones, encofrado…)
Finalmente sólo hay que realizar los cerramientos y acabados deseados, teniendo en cuenta que el
hecho que las instalaciones estén incluidas en la obra hace que se acorte esta parte.
Seguidamente se adjuntan las imágenes de todas y cada una de las fases descritas con anterioridad
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Figura 97.- Fases de la construcción con paneles de concreto in situ. FUENTE Sistema Barcons.
Ventajas
La principal ventaja frente a métodos de encofrado en horizontal reside en que no es necesario izar los
paneles para transportarlos al lugar de colocación ya que éstos se hormigonan in situ. Esta razón supone un
ahorro en grúas y gruístas, ya que se necesitará una grúa en vez de dos y de menor envergadura. Además,
la unión con el forjado de la planta inferior o con la losa de concreto de la planta baja se realiza fácilmente
mediante esperas, mucho más sencillo que tener que picar la zona para colocar placas metálicas soldadas.
Otra ventaja es que no es necesario realizar acabados como tapado de juntas y el acabado es mejor ya
que el encofrado es a dos caras y no solamente a una como con el sistema de hormigonado en vertical.
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Nótese que este sistema admite mayor libertad arquitectónica ya que el encofrado está hecho a medida
para la obre y no se trata de paneles realizados de forma industrial.
Inconvenientes
El principal problema que puede surgir en obra es la presencia de oquedades y disgregación de finos del
concreto vertido, debido tanto a la complejidad de hormigonar en vertical como al posible mal vertido del
concreto con bomba y la presencia de formas de los encofrados algo complejas, ya sea por existencia de
ventanas y puertas u otros puntos débiles.
En el plan económico, el principal escollo de esta metodología es la posibilidad de no amortizar los
encofrados; ya que para que la realización de una obra con un sistema como este de encofrado vertical salga
rentable se necesita reutilizar el mismo encofrado multitud de veces, y esto muchas veces no es posible debido
a la pequeña magnitud de los proyectos o la gran variedad de encofrados distintos que hay que usar en la
obra. Los encofrados de este tipo son extremadamente caros y pueden suponer una inversión difícilmente
amortizable.
Sistemas con encofrados especiales
Descripción
Este es un conjunto de sistemas muy utilizados en Francia desde mediados del siglo pasado, de hecho
muchas de las patentes vienen de ese país. La construcción con cualquiera de estos sistemas consiste en la
colocación de encofrados que permiten que in situ se hormigonen paredes y techos simultáneamente [10].
La diferencia con los métodos anteriores “sistema barcons” y “patente de kayson” es la forma del encofrado
con el que se construye a la vez las paredes y el forjado. El ciclo es similar a los métodos anteriormente
mencionados; durante la jornada laboral se encofra y hormigona y se deja que fragüe toda la noche para
desencofrar la mañana siguiente, habiendo conseguido el concreto la resistencia necesaria.
Hay distintos tipos de encofrados. Uno de estos es el encofrado tipo túnel. Este tipo construye
simultáneamente paredes portantes y el techo; para ello pasa de tener solamente forma vertical a estar
formado por tres paneles; uno vertical y tres horizontales. Este encofrado en forma de caja es desmontable y
tiene ruedas para ser transportado con facilidad por la obra. Además, estos encofrados pueden desmontarse
con facilidad para poder limpiarlos y ser utilizados el día siguiente. Este tipo de encofrado lo ha desarrollado la
empresa Outinord [E] construyendo edificios en altura por todo el mundo.
Otro de los sistemas que podemos encontrar en esta tipología son las mesas de encofrado Hussor esta
tipología permite multitud de variables, empezando porque en vez de realizar la estructura en paredes
portantes la realiza con pilares, y admitiendo en la construcción distintos tipos de forjado (reticular con
casetones recuperables, losas sobre el tablero de madera o aligerado). El movimiento de este tipo de
encofrado también se realiza como en el caso anterior, mediante ruedas o eslingado y grúa. En el plano que se
muestra a continuación se detalla la morfología del encofrado.
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Figura 98.- Muestra del encofrado tipo túnel utilizado por Outinord Universal; empresa constructora
estadounidense http://www.outinord‐americas.com en el que se pueden hormigonar
simultáneamente dos muros y una losa.
Como todos estos sistemas industrializados en los que se usa el concreto, una construcción con este tipo
de sistemas no influye en partes como la cimentación y la construcción de la losa ni en los acabados exteriores.
Únicamente hay que marcar la reducción de mano de obra (un 30% de media) y el aumento de la
productividad (se han llegado a realizar 200 m2 de forjado en un día).
Figura 99.- Imágenes dónde se muestra el manejo de una mesa de encofrado Hussor en una
construcción de DRACE (www.seis6.com)
Proceso constructivo
Primeramente se construye la cimentación que sea necesaria dependiendo de las cargas y las
características del suelo y se deja finalmente una losa de concreto formando un plano horizontal para
empezar la colocación de las paredes, hay que tener en cuenta que hay que dejar esperas y barras
metálicas para soldarlas con el armado de las paredes en el caso que se use un sistema de paredes portantes o
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bien, solamente dejar las esperas donde vayan los pilares que se coloquen posteriormente con la mesa de
encofrado.
Para acelerar la construcción y evita la presencia de tiempos muertos, se define una jornada laboral tipo
donde el objetivo es llegar al final del día hormigonando para conseguir que durante la noche el concreto
fragüe.
Figura 100.- Muestra de los procesos que tienen lugar en un día en la obra; 1) Desencofrado y
apuntalado, 2) Encofrado de nuevo 3) Colocación de las instalaciones 4) Armado de los paneles y
forjados, 5) Hormigonado, 6) Fraguado, fin de la jornada. Estas imágenes corresponden al empleo de
un encofrado tipo túnel, pero el proceso es análogo con una mesa de encofrado de similares
características.
Para el caso de los encofrados túnel, acto seguido a la construcción de los cimientos se coloca un
encofrado denominado “talón de muro” que tiene el objetivo de realizar el arranque del muro que se
construirá el presente día. Después y acto seguido a la colocación de una parte del encofrado, se
coloca el armado y las instalaciones para seguir con el posicionamiento mediante una grúa de la otra
parte del encofrado tipo túnel.
Figura 101.- Imagen de catálogo del encofrado tipo túnel e imagen del mismo encofrado siendo
utilizado durante el fraguado en una obra en Barcelona. Fuente propia
Hay que contar que el panel horizontal habrá que darle contra‐flecha con una cercha ya que al
hormigonar puede no quedar horizontal. Para montar el encofrado tipo túnel se hace en dos veces,
primero se coloca medio túnel y luego la otra mitad nivelándolo. Después se cierra minuciosamente y se
hormigona con tal de dejarlo fraguar toda la noche; así el horario de un día de construcción:
A primera hora se desencofra después de haber comprobado que el concreto vertido tiene unas
especificaciones mínimas que permitan el desmoldado. En el caso de los encofrados tipo túnel se desencofra
en dos fases (cada vez se quita un medio túnel), se apuntala y se limpian los encofrados para usarlos en la
siguiente ubicación. En el caso de las mesas de encofrado Hussor, se retiran las tabicas y se baja el tablero
para trasladarlo de lugar mediante el uso de las ruedas y posteriormente izarlo si fuere necesario. En las
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imágenes siguientes se muestra la situación de una obra donde se está desplazando el encofrado tipo túnel
para construir la vivienda del piso superior.
Figura 102.- Imágenes de la situación del encofrado túnel justo antes de ser izado y durante la
operación de izado en una obra en Barcelona donde se usa este sistema (C/Sancho de Ávila).
Mientras tanto, se coloca el armado en el siguiente módulo a construir para seguidamente con la grúa
llevar el encofrado al lugar. La colocación es minuciosa y se tiene que aplomar y nivelar (los encofrados tienen
patas que son variables en altura) además de colocar el encofrado en el plano donde irá, también hay que
regularlo en altura. Después de cerrarlo correctamente, sobretodo la zona de las puertas y ventanas se
hormigona y se deja fraguar 14 horas. El día siguiente será idénticamente igual. Esta repetitividad de procesos
hace que la producción sea mayor.
Para colocar el encofrado muro contiguo hay que tener en cuenta que se tiene que dejar un espacio
entre ellos.
Para el caso del uso de los encofrados túnel, se puede conseguir una producción máxima con 16
operarios llegando a obtener 120 m2/día.
Ventajas
En el plano estructural, el fraguado simultáneo de los paneles que conforman las paredes y los
forjados da mayor monolitismo a la estructura. Además, debido al hecho de realizar a la vez las paredes y los
forjados se obtiene un ahorro en remaches y se aumenta la producción. La repetitividad de las operaciones a
realizar da mayor rendimiento a la producción de los obreros a medida que avanza la obra.
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Inconvenientes
El principal inconveniente que plantea es la mayor rigidez que tiene este método, ya que, admite menos
combinaciones que una construcción industrializada a base de paneles; en cambio el ritmo de construcción
conseguido es mayor ya que se hormigona a la vez paneles y forjado.
Otro inconveniente viene dado por el elevado coste inicial del encofrado, y hace que sea rentable
sólo cuando se reutiliza muchas veces, es decir, en grandes edificios o promociones de edificios de similares
características.
A nivel técnico, pueden surgir problemas del tipo oquedades debido a la dificultad de vibrado y la
complejidad del encofrado. Para ello hay que usar siempre un concreto muy fluido y con aditivos fluidificantes.
El concreto demás puede tener problemas de fraguado; primeramente hay que tener en cuenta que se
tienen que usar de aceleradores de fraguado ya que en 14 horas se desencofra; para evitar excesivo calor de
fraguado, se hacen paneles muy delgados; la climatología puede afectar negativamente si la obra se realiza en
zonas muy frías ya que puede llegar a helar por la noche que es cuando se realiza el fraguado del concreto y
éste no llegar a adquirir la resistencia necesaria al día siguiente.
Hay que mencionar que las producciones estimadas por las empresas dedicadas a este negocio son
difícilmente alcanzables ay que los obreros no conocen esta metodología y tienen que habituarse.
Elementos prefabricados
Introducción
Poco a poco el mundo de la construcción de los edificios ha ido evolucionando hacia una externalización
de los procesos constructivos más complejos, con la mirada puesta en reducir plazo, coste y además aumentar
calidad de los materiales y sus acabados.
Esta realidad existente hoy en día llevada al extremo de externalizar todos y cada uno de los procesos
que existen en una obra puede llegar a considerarse como método moderno y alternativo a la construcción
tradicional, ya que las tareas a llevar a cabo en obra pasan a ser simplemente las de montaje.
Aunque existen hoy en día multitud de empresas que ofrecen servicios de prefabricados, hay que
tener en cuenta que la arquitectura de los edificios no puede ser completamente libre sino pasa a estar
ligada a ciertos catálogos y ciertas restricciones.
Dentro de esta tipología existen multitud de posibilidades dependiendo de la empresa con la que se
decida tratar, es decir, pueden variar tanto el proceso constructivo la solución estructural finalmente decidida
por el departamento técnico dependiendo en gran medida de la empresa de prefabricado con la que se trate y
la gama de productos que disponga. La mayoría de estas empresas trabajan con concreto armado, ya
sean pilares, placas de forjado, paneles portantes… muchos de ellos se producen con una serie de acabados, y
otros por el contrario solamente consiguen conformar la obra gris, es decir, hará falta realizar los acabados
exteriores en obra.
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Descripción
Muchas de las plantas de prefabricados de concreto existentes en España han visto oportunidad de
negocio en este nuevo tipo de construcción y se han adaptado a la demanda del mercado. Estas plantas
ofrecen una rápida adaptación a una disposición arquitectónica adaptando en lo posible el diseño y las
posibilidades de la planta y su trabajo en cadena al proyecto. Con esto se consigue que para grandes
promociones de obra igual o muy similar sea una posibilidad a tener en cuenta, ya que, se consigue sacar de la
obra muchos tajos y por consiguiente se obtienen todas las ventajas del prefabricado. Entre muchas otras
empresas, están Indagsa, Hormipresa, Prefabricats Pujol…
El sistema en general consiste en realizar el diseño, construcción y suministro a obra de todas las
piezas industrializadas o prefabricadas necesarias para la construcción. Para ello se necesita analizar
el proyecto arquitectónico con detalle y crear una serie de paneles portantes de concreto armado que se
construirán en las plantas que tienen. Estos paneles no sólo tienen la función estructural sino que
también cumplen función de cerramiento. Las juntas se realizan soldando pletinas metálicas entre otras
opciones. Comúnmente estas empresas dividen el edificio en un conjunto de piezas englobadas en
distintas clases dependiendo de su naturaleza, hay piezas que se usarán para paredes interiores, paredes
exteriores, forjado, escaleras y otras piezas… Normalmente estas piezas son todas de concreto, armado
para paneles portantes, y pretensado para losas de forjados. Luego estas piezas quedan unidas
mediante elementos y forman juntas que hay que sellar a posteriori.
Figura 103.- Muestra de una unión entre paneles con el sistema Indagsa; junta vertical.
Posteriormente por el lado interior del panel se realiza el paso de las instalaciones, se colocan
los aislamientos y se realiza el trasdosado como si fuera un método tradicional. Además se tiene que
realizar la unión entre paneles con mortero fluido (con una resistencia a 28 días mayor. a 45 N/mm2)
o siliconas especiales inalterables ante efectos ambientales.
Hay multitud de acabados exteriores (concreto de colores y distintas texturas…), esto hace que
no sea necesario realizar acabados por encima del concreto
Un material muy utilizado es el GRC (Glass Reinforced Concrete), que es un concreto con fibra de
vidrio, áridos finos de alta resistencia, muy resistente a la intemperie, con una resistencia de unos
15N/mm2 y muy utilizado para fachadas por la posibilidad de darle formas curvas y muy recurrido en forma de
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paneles sándwich. Seguidamente se muestra la elaboración y los diferentes acabados existentes en el
mercado.
Figura 104.- Detalle de distintas posibilidades de acabados en el concreto. Catálogo de Indagsa
Proceso constructivo
Al tratarse de una construcción donde todas las piezas se traen desde una planta donde se han
construido específicamente para un determinado lugar; cada pieza viene con un documento específico
donde se especifica la posición que tendrá en la obra. Hay que decir además que debido a que el proceso de
curado y todos los procesos necesarios para que la pieza esté lista transcurre en una planta, el nivel de calidad
exigido es mayor. Además hay que tener en cuenta en la obra una zona de acopio, donde los paneles que
lleguen de planta y no se puedan colocar estén dispuestos en vertical tal y como se han transportado.
Finalmente, el proceso constructivo se reduce a la siguiente imagen.
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Figura 105.- Imagen esquemática de la construcción de un edificio por Indagsa en Madrid
mediante un sistema de paneles de concreto
La construcción se inicia con la cimentación, que se realiza con un procedimiento tradicional. Para
empezar con la panelería hay que dejar una superficie de concreto lisa y horizontal. La panelería, que puede
ser concreto armado o pretensado, se ensamblará mediante unión con mortero fluido, sin retracción (con una
resistencia característica a compresión a 28 días mayor que 45 KN/m2) o silicona. Una vez estén los paneles
aplomados y unidos entre ellos y a la losa, se colocan los pilares que sustentarán el forjado. Estos pilares
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se colocan en el caso que la luz sea muy grande y solo con la panelería no baste. Los pilares pueden ser o
bien también prefabricados o hormigonados in situ como el modo tradicional.
Las juntas horizontales se solucionan mediante anclajes metálicos soldados; para ello es
conveniente que los paneles tengan el anclaje incorporado (viene de la fase de diseño) para luego en obra
realizar la junta mediante soldadura con el forjado o las placas dejadas en la estructura de transición.
Seguidamente se apuntala la zona donde con la ayuda de la grúa se colocan las losas de forjado;
posteriormente se hormigona para dar monolitismo a las piezas colocadas y se continua el proceso en el piso
superior.
Ventajas
La elevada calidad de materiales y acabados son el principal reclamo de este tipo de construcción, ya
que los elementos que se colocan están producidos en una planta con unas condiciones muy exhaustivas y
controles de calidad severos. En obra únicamente se montan las piezas y los únicos problemas que pueden
surgir son golpes que pueda dar la grúa al colocar las piezas.
Se reduce sustancialmente el espacio necesario para acopio y producción de paneles de concreto
además de reducir el plazo en que se está en ejecución en el lugar de la obra.
Inconvenientes
Cierta rigidez en el diseño siempre hay por mucha versatilidad que tenga la planta de prefabricados, ya
que depende que acabados y formas no se pueden reproducir en obra prefabricada por poco comunes; así
pues, la opción de una construcción mediante el uso de elementos prefabricados es más fácilmente adaptable
si se tiene en cuenta desde la primera etapa del diseño.
A pesar que el número de obreros es bastante menor, la producción pasa a depender de una planta de
prefabricado. Además, hay que tener en cuenta que se sigue trabajando con concreto y con grúas, cosa que
ralentiza y encarece más que otras posibles soluciones constructivas.
CONSTRUCCIÓN MODULAR
Descripción
La idea de la construcción modular consiste en dividir el edificio en bloques que puedan construirse por
separado y finalmente realizar el ensamblaje. Esta idea puede desarrollarse tanto con concreto como
material predominante como con acero, y pese a sus diferencias la idea básica es la misma. Una de las
características más llamativas de este tipo de construcción es el transporte, que se suele hacer por
carretera con camión, como se muestra en las siguientes imágenes.
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Figura 106.- Muestra de imágenes del transporte de viviendas modulares.
Respecto a la construcción modular en acero, se puede decir que existe una planta en Bélgica
llamada SADEF, y muchas otras perfilerías más en España y el resto del mundo (sobre todo en EEUU)
también, que suministran módulos metálicos fácilmente montables. Éstos se transportan sin montar a obra
donde mediante unión seca se conforma un módulo de tamaño 8 x 3 metros. Estos módulos son fácilmente
ensamblables ya que vienen con elementos para unir los perfiles integrados ya de fábrica. Con este tipo
deconstrucción se puede conformar un edifico de hasta 4 plantas de altura. Además, otra característica
de estos módulos es que no es necesario realizar obras de forjados ya que son parte constitutiva del
módulo. El precio por módulo se aproxima a los 2.000 € por módulo.
Por otro lado, la construcción modular en concreto tiene muchas patentes y empresas distintas que
construyen edificios con esta misma filosofía (Compact‐Habit, Habidite…). El objetivo es conseguir una
estructura de concreto completamente construida en una planta fuera de obra para reducir tanto el número
de operarios, como el número de accidentes como el plazo y de paso aumentar la calidad de los acabados y
materiales que se da a la obra.
En la siguiente imagen se muestran las diferencias entre una construcción modular en acero y otra
en concreto.
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Figura 107.- Muestra de un módulo de vivienda de compact‐habit (derecha) y un esquema de
construcción modular en acero (izquierda).
El hecho de llamar a este nuevo estilo de construcción industrializada toma especial relevancia con estos
métodos ya que intentan reproducir en sus plantas la producción en cadena típica de factorías como la
producción de vehículos.
En planta se fabrican los módulos a partir de paneles de concreto. Todos los accesorios y
componentes se colocan en planta para que al salir de ella sólo sea necesaria su colocación. El tamaño
del módulo puede ser como máximo de 3 metros por 12 metros, para no encarecer el transporte. Muchas de
las empresas de este sector tienen factorías de producción pequeñas y usualmente no están repartidas
por toda la geografía.
Previo a la construcción del edificio, e incluso antes de empezar la producción en planta de los
módulos; se realiza un proyecto de industrialización, en este tiene que quedar perfectamente definido todos
los detalles y nivel de acabados que tendrá el módulo ya que una vez decidido se inicia la construcción en serie
del mismo. Este proceso presente en todos y cada uno de los sistemas industrializados toma especial
importancia en este tipo de construcción ya que hay una factoría que empieza a producir y dedica una
gran inversión a la construcción de módulos; por ello, todos los detalles del proyecto deben estar bien
definidos con anterioridad y no se puede dejar nada a la improvisación.
Hay plantas que son más rígidas y no permiten variar los módulos que tienen, con lo que solo dejan
realizar determinado número de combinaciones con los distintos tamaños y productos que tienen; otras
plantas, por lo contrario, adaptan la producción a la demanda que tienen en un determinado momento. Para
decidirse por una u otra tipología de construcción modular hay que realizar un estudio de coste y plazo; ya
puede ocurrir que las plantas estén saturadas de producción y no puedan abastecer hasta un determinado
tiempo.
Construcción modular en concreto
Habidite es una empresa que realiza en sus fábricas, abiertas en distintas zonas de España, módulos en
3D que unidos posteriormente pueden conformar un edificio. Estos módulos, no son cerrados, es decir
que uno por sí solo no conforma una vivienda, no obstante, en obra se unen con tornillería o mortero. Al ser
módulos no cerrados se gana versatilidad, ya que las viviendas resultantes no serán siempre exactamente
iguales, no obstante, el nivel de acabados a la salida de fábrica no es total lo que comporta la necesidad de
realizar mayor trabajo en obra.
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Para el caso de Compacthabit (situada en Manresa), tiene una planta donde realizan toda la
construcción del módulo. Primeramente realizan el encofrado de las paredes; utilizan concreto de alta
resistencia y que al terminar el proceso tendrá la resistencia suficiente como para poder ser colocado en su
lugar. Seguidamente, se desencofra y se realiza el ensamblaje de las piezas para conformar la vivienda. Estos
paneles no son lisos sino que tienen nervios, así las paredes son de 5cm con nervios de 20cm en dirección
vertical y el suelo y el techo son de 10cm con 15cm de nervio en ambas direcciones.
Una vez se ha conformado el habitáculo mediante un puente grúa se coloca la futura vivienda en una cinta
transportadora, donde a modo de cadena de montaje en cada estación hay un conjunto de especialistas que colocan
todos los accesorios, desde lana de roca, a pladur y muebles e instalaciones necesarias. Una vez acabado el módulo se
monta a góndola mediante otro puente grúa. Seguidamente se muestran imágenes del prototipo que tiene la empresa
Compacthabit en Manresa.
Figura 108.- Muestra de un corte en una obra realizada con una metodología 3D donde el
módulo lleva ya todos los acabados cuando es transportado: www.habidite.com.
En ambos casos; hasta aquí está el trabajo de la empresa que construye el módulo, seguidamente el
constructor tiene que realizar el montaje de estos módulos en el lugar definitivo. En el lugar de ubicación
del edificio primeramente hay que realizar la cimentación pertinente y dejar para la colocación de los
módulos una base horizontal. Seguidamente y con la ayuda de una grúa que permita izar los módulos y
desplazarlos a su posición se van colocando los módulos conforme van llegando a la obra (hay que notar que
cada módulo puede pesar unas 40 toneladas).
Las instalaciones vienen ya puestas en cada módulo, y en obra simplemente se procede a su empalme;
además hay que tener en cuenta que están colocadas todas en una parte del módulo para facilitar esta
operación. Los módulos se apoyan unos en otros por medio de una placa amortiguadora de acero inoxidable,
que además permite corregir posibles errores de construcción, y van entre ellos atados mediante unas
placas de metal con neopreno de asilamiento y atornillados.
El precio aproximado son 36.000 € por módulo sin contemplar en el precio el montaje, el transporte, la
cimentación, el cerramiento de la cubierta ni la conexión entre los módulos que es mediante una escalera
exterior
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Ventajas
Se obtiene un mayor control de ejecución y de los acabados porque se hacen totalmente en una planta
de fabricación. Este hecho hace que en el lugar donde se construye el edificio no se tenga que laborar hasta
poco antes de realizar el montaje del edificio, y consecuentemente da menos molestias a los vecinos de la
zona.
Además, el hecho de construir con concreto hace que el aislamiento tanto acústico como térmico están
garantizados casi sin la necesidad de colocar lana de roca otros aislantes, además la protección contra
vibraciones también ya que el forjado está compuesto por la parte correspondiente al suelo de un piso como
por el techo del inferior.
Inconvenientes
El transporte es el principal inconveniente, ya que si la obra está lejos de la planta donde se construye el
módulo puede suponer un sobrecoste no despreciable; además determinados diseños arquitectónicos no
pueden adaptarse a una construcción mediante módulos; ya que la propuesta tiene que adaptarse tanto a
los módulos existentes en producción en serie, como a las medidas que admite el transporte por carretera.
En el caso que el diseño pueda adaptarse, existe la posibilidad de que la planta varié el modelo que está
produciendo, no obstante, el número de módulos a fabricar tiene que ser elevado para que sea rentable
económicamente. También hay que contemplar la posibilidad que aun teniendo el módulo un tamaño
apto para el transporte puede darse el caso que por la ubicación del edificio sea complicado su izado y
colocación.
Otro inconveniente o aspecto negativo es que al ser módulos independientes conformados en una
planta, la separación entre viviendas es excesiva y tanto las paredes como los forjados están todos
doblados.
Construcción modular mixta
Descripción
La Filosofía de este tipo de construcción se basa en la concepción de paredes donde el concreto y las
chapas de acero trabajen conjuntamente. Este tipo de construcción necesita de un esqueleto de acero
laminado en caliente. Este sistema es industrializado ya que se realiza en fábrica la composición de las paredes
y luego se transportan a obra donde únicamente se montarán para conformar la estructura. Hay que notar
también que este tipo de construcción tiene como puntos débiles las zonas con aperturas de ventanas y
puertas.
En España, el desarrollo de la tecnología necesaria para emplear este tipo de construcción lo llevó a cabo
la empresa Leiro, la cual no llegó a realizar ninguna obra.
Características técnicas
La construcción de un edificio con esta tipología estructural es muy similar a la empleada en muchas
naves industriales, donde primeramente se dota a la estructura del esqueleto de acero con perfiles laminados
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en caliente. Una vez se ha levantado, o incluso dependiendo del caso mientras se está en montaje de la
estructura se puede empezar a colocar el panelizado.
El panel por lo general llega a la obra montado de fábrica y está formado por dos chapas grecadas
con concreto en medio. Otra forma sería montar los paneles en obra y hormigonar una vez está el panel
situado en su lugar definitivo, en este caso es más complicado ya que hay que garantizar que no quedan
huecos, las aperturas son mayor inconveniente que si se realiza en una fábrica en horizontal y hay que colocar
elementos que sustenten las chapas mientras el concreto no haya fraguado. La empresa británica construye
algunos edificios de esta forma tal y como se muestra en la siguiente imagen.
Figura 109.- Imágenes de la colocación de módulos en una construcción de Corus.
Los forjados y cerramiento del techo se realizan también con chapa colaborante con chapa grecada, muy
similar a la conformación de las paredes.
La obra se finaliza con los acabados arquitectónicos deseados, ya que se coloca en la parte del trasdós
cualquier acabado exterior (desde obra vista a acabados como paneles de travertino o monocapa) mientras en
el intradós se colocan las instalaciones, el aislamiento y los cerramientos en forma de pladur. En este caso
no es tan sencillo pasar instalaciones como en los métodos de acero galvanizado donde los perfiles
suelen quedar con agujeros por donde pasarlas fácilmente, en cambio, al ser estos paneles chapa con
concreto, no quedan los huecos libres para poder pasar las instalaciones de una forma tan sencilla y se
tienen que poner por fuera del panel a posteriori.
Ventajas
La mayor calidad que ofrecen los acabados en planta, donde todos y cada uno de los procesos están
automatizados es la principal ventaja respecto a cualquier tipo de proceso. Además este sistema reúne las
ventajas que reducen el peso propio del edificio.
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Además, en zonas urbanas, se puede vender como ventaja el hecho que no se ocupe la calle durante
mucho tiempo ya que la duración de los trabajos de montaje es muchísimo más corto que cualquier otro tipo
de proceso constructivo.
Inconvenientes
La producción viene dada por la capacidad de la grúa de izar los módulos además de la capacidad
que tenga la planta de estudiar el proyecto y elaborar los módulos con los acabados contratados. Este hecho
puede hacer que la duración de las obras sea mayor aunque en el lugar final de ubicación no se realice
mientras tanto ningún trabajo.
Además hay que contar las dificultades que puedan plantearse el transporte por carretera y la
capacidad de un proyecto a adaptarse a este sistema. Los módulos tienen un tamaño máximo para ser
transportados.
A parte; cuando se tiene un proyecto que se quiere industrializar; el hecho que sean pocas viviendas si se
quiere aplicar con un método de construcción modular hace que no sea rentable ya que las plantas de
producción deberían cambiar partes de la línea para adaptarlas a un nuevo diseño; cosa que si no es para
un volumen muy grande no sale a cuenta.
Construcción modular en acero galvanizado
Descripción
Siguiendo la filosofía de la construcción ligera, y aprovechándolas para implantarlas a la
construcción modular nace el concepto de realizar en un taller todo el tallado y conformado del módulo para
en obra únicamente realizar el montaje del mismo. Esta técnica la ha desarrollado últimamente la empresa
asturiana Modultec [H] y se destaca como principal productora de este producto en España.
Una obra que hay que remarcar de esta empresa, es la construcción en 4 noches de un edificio
entre medianeras en el centro de Gijón. En la primera imagen están los módulos apilados en la planta de
fabricación; en la segunda imagen aparece el edificio a medio construir y la última imagen es una vista del
edifico terminado.
Figura 110.- Imágenes de la construcción de un edificio modular entre medianeras en Gijón. El
edifico se hizo en 4 noches.
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Estos módulos se realizan con estructura metálica atornillada. Se colocan vigas de distintos perfiles
dependiendo de las cargas y se construye primeramente la jaula formada por vigas transversales y
longitudinales.
También en planta se colocan las instalaciones y los cerramientos además de los acabados finales.
Una vez en obra está todo dispuesto para colocar el módulo, éste se transporta desde la fábrica y se coloca
mediante una grúa. Ahí únicamente se sueldan los perfiles a la placa base formada por un sistema de
machihembrado, además de realizar la conexión de las instalaciones.
El tiempo en obra es el que más se ve reducido, ya que únicamente se realizan las operaciones de
c i m e n t a ci ó n y ensamblaje de los módulos, así que la molestia para los vecinos es mínima, por el
contrario, se sustituye por tiempo construcción y montaje de módulos en planta.
Figura 111.- Imágenes del montaje y apilado en planta de los módulos por la empresa Modultec.s.a
Conformación del módulo en obra
Descripción
Existe también en el mercado de la construcción modular un sistema patentado de construcción del
módulo in situ. Este sistema consiste en un mecanismo que viene plegado en el camión y que
automáticamente al llegar a obra e izarlo con la grúa adquiere 3 dimensiones. El resultado es un pórtico que
unido con los siguientes y los pertinentes cerramientos dan la forma de estructura final. Esta patente ha
sido desarrollada por Algeco, una empresa conocida en el mundo de las casetas de obra y edificios
provisionales de corte modular. Tal y como se muestra en la imagen que continua a estas letras y la de la
página siguiente donde sale el esquema teórico.
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Figura 112.- Imagen de la colocación de los paneles que inicialmente eran 2D y al izarlos con
la grúa adquieren la forma de pórtico. Posteriormente habrá que rigidizarlos.
(www.algeco.com)
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Figura 113.- Imagen de un díptico promocional del sistema de algeco (www.algeco.com)
Ventajas
Frente a otros métodos modulares, el hecho que se pueda transportar desmontado y pueda realizarse
el montaje enteramente en el suelo al lado de la obra hasta finalizarlo por completo y luego a posteriori
izarlo para su colocación es la principal ventaja, ya que supone un ahorro en transporte, además también se
disminuye el riesgo de caída si se decide por realizar los acabados antes de izar el módulo.
Inconvenientes
El proyecto constructivo es difícilmente adaptable a todos los diseños arquitectónicos que se quieran
hacer, este es un inconveniente general de la construcción modular en general y no específica de esta
metodología. A pesar de esto, tiene gran capacidad de adaptación ya que la fábrica puede aceptar variaciones
en el esqueleto del módulo (siempre que no supere las medidas máximas por razones de transporte).
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Construcción con otros materiales
Madera
Descripción
La construcción con este material ha sido la dominante desde tiempos inmemoriales en la mayoría de
latitudes debido a la abundancia y la facilidad de conformar el material. En EEUU y Canadá se ha
popularizado mucho entre la edificación aislada, ya que permite una construcción rápida, barata y acepta
gran cantidad de acabados y formas distintas. Por otro lado, tiene el inconveniente de la materia prima que es
un recurso natural escaso que no admite reutilización. Otro aspecto negativo como puede ser la capacidad
resistente al fuego ha sido aumentado a base de tratar la madera con agentes ignífugos y sus cualidades
resistentes también han sido mejoradas a base de usar madera laminada.
Proceso constructivo
Las empresas existentes en este sector se dedican básicamente a la elaboración de los perfiles o paneles
necesarios para realizar la construcción de la vivienda en sencillos pasos donde es necesaria la intervención de
un grupo de montaje especializado así como un jefe de obra que siga la construcción día a día.
Muchas de estas empresas tienen modelos propios, suele ser más barato ajustarse a uno de ellos que
decidir hacer uno completamente nuevo ya que de los modelos de su catálogo tienen los perfiles
necesarios ya tallados y con todos los detalles de las juntas definidos para que en obra no surja
ningún imprevisto. El proyecto de industrialización necesario para todo tipo de viviendas prefabricadas ya lo
tienen hecho en los modelos que tienen en catálogo igual que todos los aspectos normativos como el DITE.
Dentro de la construcción en madera pueden distinguirse distintos tipos dependiendo de la forma de
construcción que se emplee. Se puede construir con este material de una forma modular, o bien como
ensamblaje de piezas como si de estructura ligera se tratara.
Para el caso de construcción en seco; la obra comienza colocando una losa de concreto para que
seguidamente y como si de una obra de construcción metálica ligera se tratara situar las guías (un
zócalo de unos 80 cm de altura usualmente de ladrillo) donde se apoyarán los perfiles ligeros de
madera que darán forma a las paredes. Éstos vienen en transporte y su montaje es relativamente sencillo
(se suele emplear pocas jornadas y lo realizan especialistas de la empresa contratada que trae los listones
de madera).
Dependiendo del grosor y tipología de la madera utilizada, esta construcción puede ser similar a la
metálica ligera (listones pequeños) o bien mediante madera maciza mediante colocación de listones
horizontales. Es mucho más común la primera disposición. Los forjados suelen estar formados también por
vigas de madera en T. Para realizar los aislamientos se suele aplicar tela asfáltica junto a paneles OSB
en la cubierta y lana de roca entre los acabados exteriores y el pladur del interior para las paredes expuestas al
exterior. Este tipo de construcciones con madera tiene las ventajas constructivas de la construcción liviana en
acero; facilidad de paso de instalaciones, alto grado de prefabricación y alto nivel de perfeccionamiento en los
acabados.
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Figura 114.- Imágenes donde se muestra el proceso constructivo, desde la colocación de las guías
hasta la conclusión del tejado. Todo el material que se necesita llega con transporte y está
numerado. Las uniones están todas estudiadas.(www.chaletmadera.com)
En las imágenes anteriores está la evolución de la construcción de una vivienda unifamiliar de madera.
También existe la posibilidad de realizar la construcción de una forma modular, es decir, que se construye la
casa o parte de ella en una planta y se lleva a su emplazamiento definitivo mediante transporte.
Otra posibilidad en la que actualmente en los países nórdicos se está intentado realizar es la posibilidad
de construir con esta técnica edificios de mayor altura. El primer obstáculo con el que se encuentran es el
normativo ya que actualmente la normativa europea solamente permite este tipo de construcción para
menos de 2 plantas.
La idea consiste en mezclar estructura de concreto (que formaría parte de los núcleos comunes de la
estructura) con la madera. Precisamente por eso la arquitectura de esos edificios no da pie a la utilización de
grandes voladizos y espacios diáfanos.
Containers
Descripción
La construcción basada en la recuperación de elementos que han tenido otro uso es un movimiento
que ha surgido recientemente, junto a la conciencia ecológica que se empieza a tener, existe esta tendencia
a construir viviendas a partir de contenedores de transporte marítimo o bien, a realizar estas construcciones
a imagen y semejanza de éstos a partir de elementos reciclados y reciclables.
En realidad, no existen todavía muchas empresas que se dediquen a producir en serie viviendas
formadas de este estilo pero en países como Holanda se han construido ya algunos edificios siguiendo esta
filosofía, muy similar a la construcción modular.
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Figura 115.- Imágenes, donde se muestran unos bloques construidos con esta filosofía de
containers apilados en Ultrech (Holanda); por la empresa spacebox (www.spacebox.info)
A la hora de proyectar las viviendas de esta forma se suele usar la combinación de varios contenedores
para componer viviendas. Los contenedores de 13 m² se unen para crear configuraciones que cubren
superficies de 90 m² a 270 m². A cada contenedor se le recortan trozos de pared, suelo o techo, creando
aberturas exteriores y de conexión entre ellos. Algunas configuraciones permiten incluso alturas dobles.
Existen ejemplos de prototipos en numerosas muestras internacionales de la construcción así como alguna
obra realizada como por ejemplo la que se ha hecho en un barrio londinense.
Proceso constructivo
La construcción de estos edificios completamente reciclados es muy similar a la que puede realizarse con
un sistema constructivo modular. A partir de la recuperación de containers de transporte marítimo y después
de ser manufacturarlos en un taller. Allí se les da la forma conveniente, véase ventanas, puertas e
instalaciones además de colocar los bajantes donde y extractores de humo. Seguidamente se reviste el
armazón de pladur para tapar las instalaciones, el aislante y acomodar la estancia. Las comunicaciones son por
escalera exterior a la conformación de los containers.
En obra únicamente una solera de concreto es necesaria para sustentar los containers, que
transportados por transporte terrestre (como siempre han sido usados) se apilan tal y como dicte el proyecto.
Hay que tener en cuenta que únicamente habrá que conectar las instalaciones y anclarlos entre ellos para
crear una estrechura monolítica.
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Referencias de sistemas constructivos.
En las siguientes tablas adjuntamos un resumen esquemático de los sistemas constructivos utilizados en
la construcción de edificios en los últimos 50 años.
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
ALCOA BUILDING SYSTEM
EEUU
Acero, aluminio y madera
100 viviendas
Viviendas unifamiliares aisladas o unidas. Edificios multifamiliares de
pequeña altura
Fabricas fijas
Por carretera: grandes “traillers” para los módulos y camiones para
los paneles
Paneles portantes con entramado de madera o aluminio combinados con células tridimensionales con entramado de acero que
contenían servicios
Eléctricas fontanería calefacción cocina y cuarto de baño contenidos
en módulos de servicios
Macon Georgia Sacramento California King Country Washington
BOISE CASCADE HOUSING DEVELOPMENT
EEUU
Madera y acero
50 u.v.
Viviendas unifamiliares aisladas o unidas. Edificios multifamiliares de
pequeña altura.
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Fabricas fijas
Por carretera o ferrocarril
Unidades tridimensionales con entramado de madera o acero
Instalaciones incorporadas
Eléctricas fontanería calefacción cocina y cuarto de baño
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Macon Ga Memphis Tennesee Sacramento
BUILDING SYSTEM INTERNATIONAL
Francio (Balency)
Concreto
100 u.v.
Tipos de edificios
Viviendas unifamiliares aisladas o unidas. Edificios multifamiliares de
pequeña mediana y gran altura
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Fabrica fijas
Por carretera
Paneles portantes y placas de forjado
Instalaciones incorporadas
Eléctricas fontanería calefacción ventilación aire acondicionado
Localización de prototipos
Macon
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Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural.
Instalaciones incorporadas
CAMCI
Francia (Tracoba)
Concreto
500 u.v.
Viviendas unifamiliares apartamentos-jardín y edificios de
apartamentos de mediana altura (4 a 10 plantas)
Fabricas fijas
Por carretera
Paneles portantes de concreto armado
Eléctricas fontanería calefacción ventilación aire acondicionado
Jersey City New Jersey
CRISTIANA WESTERN STRUCTURES
EEUU
Madera
50 u.v.
Viviendas unifamiliares apartamentos-jardín de dos plantas
Paneles: en fábrica
Por carretera
Paneles portantes con entramado de madera
Eléctricas fontanería
Sacramento Ca King Country Washington Macon Ga
DESCON- CONCORDIA
Canadá
Concreto armado
500 u.v.
Viviendas unifamiliares y edificios de apartamentos de mediana
y gran altura
Fabrica fija
Por carretera
Paneles portantes y de forjado
Eléctricas
St. Lois Missouri
F.C.E.- DILLON
EEUU
Concreto y madera
100 u.v.
Unifamiliares y de apartamentos
En Fábrica e “in situ”
Por carretera.
Paneles prefabricados de concreto en forjados y cerramientos
asociados a construcción monolítica mediante encofrados túnel.
Divisiones mediante paneles de madera.
Eléctricas saneamientos
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EXTERNO 2014.
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I+D+I ∙ Arquitectura & Construcción ∙ Ingeniería & Consultoría ∙ Eficiencia Energética ∙ Gestión de Proyectos ∙ Energías Verdes ∙ Certificación LEED
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Indianápolis Sacramento Kalamazoo
GENERAL ELECTRIC COMPANY
EEUU
Acero madera
100 u.v.
Viviendas unifamiliares y apartamentos de pequeña altura
Fabricas fijas
Módulos tridimensionales con entramado de acero
Todas las mecánicas y de saneamiento
Memphis
HERCULES
EEUU
Madera
Viviendas unifamiliares
Fabrica fija
En camiones
Módulos tridimensionales con entramado de madera
Todas las mecánicas y de saneamiento
Macon Kalamazoo
HOME BUILDING CORPORATION
EEUU
Madera
1 u.v.
Viviendas unifamiliares y multifamiliares de baja altura
Fabrica fija
Por carretera
Módulos de madera
Mecánicas y de saneamiento
St. Louis
LEVITT TECHNOLOGY CORPORATION
USA
Madera
50 u.v.
Viviendas unifamiliares y apartamentos de pequeña altura
Fabrica fija
Carretera ferrocarril
Módulos de madera
Mecánicas y de saneamiento
King Country Kalamazoo
MATERIAL SYSTEMS
EEUU
Plástico
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EXTERNO 2014.
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Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
100 u.v.
Viviendas unifamiliares y apartamentos-jardín
Fabrica fija
Paneles portantes compuestos por plásticos reforzados con fibra de
vidrio y otras fibras orgánicas e inorgánicas que forman módulos
tridimensionales en la misma fábrica
Mecánicas y de saneamiento
Indianápolis Macón Kalamazoo sacramento y St. Louis
NATIONAL HOMES
USA
Acero y madera
50 u.v.
Viviendas unifamiliares y multifamiliares de pequeña altura
Fabrica fija
Por carretera
Módulos con entramado de madera
Todas las mecánicas y de saneamiento
Indianápolis Kalamazoo
PANTEK
EEUU
Aluminio madera y espumas plásticas
Viviendas unifamiliares y apartamentos de pequeña altura
Fabrica fija
Por carretera
Paneles con entramado de aluminio revestimientos de madera y
rellenos de espuma plástica
Módulos con instalaciones mecánicas y de saneamiento
Indianápolis Sacramento
PEMTOM
EEUU
Madera
100 u.v.
Viviendas unifamiliares y de apartamentos. En caso de grandes
altura se emplea una estructura suplementaria
Fabrica fija
Por carretera
Módulos formados por paneles de madera con revestimiento
resistente
Bloque técnico con instalaciones mecánicas y de saneamiento
Indianápolis
REPUBLIC STEEL
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País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
EEUU
Acero
1 u.v.
Viviendas unifamiliares
Fabrica fija
Por carretera
Paneles con entramado de acero
Módulos con instalaciones mecánicas y de saneamiento
Kalamazoo
ROUSE-WATES
Inglaterra
Concreto armado
300-500 u.v.
Apartamentos
Fabrica móvil
Paneles portantes y placas de forjado
Electricidad fontanería y calefacción
Memphis
SCHOLZ HOMES
EEUU
Madera
100 u.v.
Viviendas unifamiliares y multifamiliares de pequeña altura
Fabrica fija
Por carretera
Células tridimensionales con entramado de madera
Todas las mecánicas y de saneamiento así como los acabados
interiores y exteriores
Indianápolis Kalamazoo
SHELLEY
Puerto Rico
Concreto
300 u.v.
Unifamiliares y edificios de viviendas de media y gran altura
Fabrica fija
Por carretera barco
Módulos tridimensionales de concreto armado colocados
alternadamente como en un damero. Las paredes solo actúan como
cerramiento teniendo columnas incorporadas que constituyen la
estructura.
Mecánicas y sanitarias
Jersey City
STIRLING HOMEX
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País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
EEUU
Acero
50 u.v.
Bloques de apartamentos
Fabrica fija
Carretera ferrocarril
Sistema estructural
Módulos tridimensionales con entramado metálico construyéndose
los edificios por el procedimiento “lift-slab”
Instalaciones incorporadas
Localización de prototipos
Nombre de sistema
País de origen
Materiales predominantes
Pedido rentable mínimo
Tipos de edificios
Fabricación
Transporte de los componentes
Sistema estructural
Mecánicas sanitarias y acabados
Memphis
TOWNLAND
EEUU
Concreto pretensado (Superestructura) Acero (Viviendas)
100 u.v.
Bloques de apartamentos de hasta 15 plantas
Fabrica fija
Por carretera
Macroesqueleto estructural a base de grandes elementos
prefabricados en concreto pretensado en el que incluyen de dos a tres
plantas de viviendas formadas mediante paneles metálicos y bloques
técnicos por altura superestructura
Instalaciones incorporadas
Mecánicas y saneamiento en células tridimensionales
Localización de prototipos
Seattle
Nombre de sistema
TRW
País de origen
EEUU
Materiales predominantes
Plástico reforzado con fibra de vidrio
Pedido rentable mínimo
150 u.v.
Tipos de edificios
viviendas unifamiliares tipo Chalet
Fabricación
Fabrica móvil
Transporte de los componentes
Por carretera
Sistema estructural
Módulos tridimensionales formados a base de paneles sandwich
Instalaciones incorporadas
Bloques técnicos
Localización de prototipos
Sacramento
Figura 116.- Tabla con los sistemas constructivos utilizados en construcción en los últimos
50 años.
Dada la importancia de los sistemas prefabricados de concreto, a continuación se muestra un resumen
de sistemas constructivos a base de paneles de concreto prefabricado provenientes de los EEUU
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NOMBRE DEL
SISTEMA
ORIGEN Y
ÁREA
GEOGRÁFICA
COMPONENTES Y
SISTEMA
ESTRUCTURAL
INSTALACIONES
INCORPORADAS
Electricidad.
Fontanería. Calefacción.
Ventilación. Aire
Acondicionado
Electricidad
CEBUS USA.
California 1970
Vigas columnas y
placas de forjado
pretensadas
CHALLENGE
SYSTEM
USA.
1961.Estados
de Costa
oriental
Paneles portantes
y de forjado
USA 1967.
Estados del
Golfo de
México
Paneles portantes
de ladrillo listo
USA 1966
Vigas. Columnas.
Paneles no
portantes y placas
de forjado
C-M BRICK
PANELS
COMPONOFORM
CON- COM
SYSTEM
USA 1969. esa- Paneles portantes
dos del medio y placas de forjado
oeste
pretensadas
DUES Building
System
USA. Estados
del medio
oeste
Paneles
portantes y
placas de forjado
aligeradas
Electricidad.
Fontanería
Electricidad
Electricidad.
Fontanería. Calefacción.
Ventilación. Aire
Acondicionado
PRODUCCIÓN DE ELEMENTOS
En fábrica o in situ. Núcleo de
comunicaciones construido
mediante el encofrado
deslizante
Exteriores: según moldes. Interiores:
convencionales
in situ
Convencionales
En fábrica. Moldes horizontales
Exteriores: distintas variedades de
ladrillo. Interiores: convencionales
En fábrica o in situ
TIPOS DE
EDIFICIOS
ACABADOS
Apartamentos.
Oficinas.
Apartamentos
Comerciales.
Apartamentos.
Hoteles.
Exteriores: variados en color y formas
según áridos y moldes. Interiores:
convencionales
Apartamentos.
Oficinas. Comercio.
Forjados por extrusión. Paredes
Exteriores: según el fabricante. Interiores:
exteriores e interiores: en mesas
convencionales
y/o baterías de moldes
En fábrica
Exteriores: según el fabricante.
Interiores: convencionales
Apartamentos.
Moteles.
Apartamentos.
Oficinas. Comercio.
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ORIGEN Y
ÁREA
GEOGRÁFICA
COMPONENTES Y
SISTEMA
ESTRUCTURAL
DUOTEX
USA 1969
Vigas y placas de
forjado en T o TT
pretensadas.
Columnas y
paneles portantes
DYNA- FRA- ME
USA Estados de
N.E.
Vigas. Columnas
y placas o
bovedillas del
forjado
NOMBRE DEL
SISTEMA
FABRIWALL
FLEXI- FRA- ME
FORESTCITY DILLON
USA 1969.
Estados de
N.E.
Paneles portantes
de ladrillo visto
USA estados
del Medio
oeste
Vigas Columnas
y paneles
o bovedillas de
forjado
USA
Paneles portantes
y de forjado
combinados con
elementos
moldeados in situ
INSTALACIONES
INCORPORADAS
TIPOS DE
EDIFICIOS
PRODUCCIÓN DE ELEMENTOS
ACABADOS
Electricidad.
Fontanería. Calefacción.
Ventilación. Aire
Acondicionado
En fábrica
Exteriores: según el fabricante.
Interiores: convencionales
Oficinas. Escuelas. Comercio.
Edificios públicos.
NADA
En fábrica
Convencionales
Apartamentos.
Oficinas. Naves
industriales.
En fábrica. Moldes horizontales
Exteriores: distintas variedades de
ladrillo. Interiores: convencionales
Apartamentos.
Moteles.
En fábrica
Convencionales
Oficinas.
Comercios. Naves
industriales.
Electricidad.
Fontanería. Calefacción.
Ventilación. Aire
Acondicionado
Electricidad.
Fontanería
En fábrica e in situ
Exteriores: según moldes. Interiores:
madera
Apartamentos.
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NOMBRE DEL
SISTEMA
OMNIFORM
SANVEL CORP
TECHCRETE
ORIGEN Y
ÁREA
GEOGRÁFICA
COMPONENTES Y
SISTEMA
ESTRUCTURAL
INSTALACIONES
INCORPORADAS
Paneles
portantes y
Electricidad.
placas
Fontanería. Calefacción.
USA 1964
pretensadas de
Ventilación. Aire
forjado unidas
Acondicionado
mediante postensado
Paneles portantes
y placas de forjado
USA 1964.
aligera- das.
Estados de New
Electricidad
Células de
England
escaleras y ascensor
Paneles portantes
y placas de forjado
aligeradas. Células
Introducidas en los
USA 1967.
de baño y cocina.
huecos del forjado.
Estados del N.E. Los edificios están Electricidad. Fontanería.
pretensados
Calefacción. Ventilación
verticalmente a lo
largo de su altura
PRODUCCIÓN DE ELEMENTOS
ACABADOS
TIPOS DE
EDIFICIOS
Exteriores: según moldes. Cerámicos.
Interiores: pintura. Papel. Laminados
Apartamentos.
Oficinas.
Comercios.
En fábrica o in- situ
Exteriores: según áridos. Interiores:
convencionales
Residencias.
Educacionales.
En fábrica o in- situ
Exteriores: variados. Interiores:
convencionales
Apartamentos
Forjados: por extrusión o en
mesas. Paneles: en mesas
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NOMBRE DEL
SISTEMA
TOWNLAND
TRIPOSITE
ORIGEN Y
ÁREA
GEOGRÁFICA
COMPONENTES Y
SISTEMA
ESTRUCTURAL
INSTALACIONES
INCORPORADAS
PRODUCCIÓN DE ELEMENTOS
Columnas
prefabricadas y
jácenas en L
forman los
pórticos de la
superestructura
con luces de 30X55
pies cuyos forjados
Electricidad.
USA 1971.
son vigas placa en Fontanería y módulos
Superestructura fabricada en
Estados del N.E.
U invertida.
tridimensionales con el factoría fija. Pan les y núcleos de
Y N.W.
Dentro de esta
resto de las
servicios producidos en fábrica
superestructura instalaciones mecánicas
se colocan 2 y 3
pisos de viviendas
formadas
mediante paneles
de chapa aligerada
y células
de instalaciones
USA 1969
Elementos preElectricidad.
fabricados
Fontanería. Calefacción.
estándar: vigas en
Ventilación. Aire
T invertida. PilaAcondicionado
res etc.
En cualquier fábrica de
elementos de concreto
ACABADOS
TIPOS DE
EDIFICIOS
Exteriores: chapa de acero y concreto
pintado en fábrica. Interiores:
convencionales
Apartamentos.
Almacenes.
Tiendas. Edificios
públicos
Convencionales
Residencias
universitarias
Figura 117.- Tabla resumen de los sistemas constructivos de edificios en EEUU utilizando paneles de concreto prefabricado
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En cuanto a los sistemas constructivos a base de paneles de concreto prefabricado provenientes de los
países europeos, la tabla de la figura muestra un resumen de los mismos:
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EXTERNO 2014.
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NOMBRE DEL
SISTEMA
BALCO BUILDING
SYSTEM
ORIGEN
Alemania
(USA 1970)
B A L E N C Y -MBMUS CORP.
BUILDINGS
Francia 1949
SYSTEMS
I N T ER N ATIONAL
BISON WALL
FRAME
Gran
Bretaña
(USA 1970)
COIGNET
AMERICAN
Francia
(USA
1971)
ÁREA
GEOGRÁFICA
COMPONENTES
INSTALACIONES
INCORPORADAS
PRODUCCIÓN DE
ELEMENTOS
ACABADOS
TIPOS DE EDIFICIOS
Exteriores: áridos
vistos. Interiores :
convencionales
Residenciales.
Comerciales. Industriales.
Estados del
Medio Oeste
Paneles portantes y
placas de forjado
Electricidad.
Calefacción
En fábricas o in situ.
Forjados: mesas.
Paredes exteriores:
mesas/ batería de
moldes. Pare- des
interiores:
Región de
Nueva York
Paneles portantes y
de forjado
Electricidad.
Fontanería.
Calefacción. Aire
Acondicionado.
Fábrica muy
mecanizada o in situ
Exteriores: según
moldes. Interiores:
convencionales
Apartamentos. Escuelas.
Hospitales.
Costa de
Atlántico
Paneles portantes
con puertas y ventanas. Placas de
forjado
Electricidad.
Fontanería.
Calefacción
En fábrica. Forjados:
extrusión. Paredes
exteriores: mesas.
Paredes interiores:
baterías de moldes
Exteriores: según
moldes. Cerámicos.
Interiores :
convencionales
Apartamentos. Oficinas.
Costa de
Atlántico
Paneles portantes y
de forjado. Paneles
sandwich para
divisiones. Células
de baño
Electricidad.
Fontanería.
Calefacción.
Ventilación.
En fábrica. Mesas de
batería de moldes.
Curado para vapor
Exteriores: pintura;
cerámicos; según moldes.
Interiores: Pintura; Papel.
Suelos: madera; terrazo
Apartamentos.
Hospitales. Hoteles.
Oficinas.
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NOMBRE DEL
SISTEMA
ORIGEN
CONCRETE
BUILDING SYSTEM
Holanda
(USA 1962)
D E S C O N CORDIA
Canadá
(USA 1971)
FIORIO
Francia (USA
1970)
JESPER - SENKAY
Dinamarca
ÁREA
GEOGRÁFICA
Región de
Ohio
USA
Estados del
Golfo de
México
Estados de
N.E.
COMPONENTES
INSTALACIONES
INCORPORADAS
PRODUCCIÓN DE
ELEMENTOS
ACABADOS
TIPOS DE EDIFICIOS
Paneles portantes y
de forjado
Electricidad.
Fontanería.
Calefacción.Aire
acondicionado.
Ventilación.
In situ. Mesas y baterías
de moldes
Convencionales
Apartamentos.
Paneles portantes y
de forjado
Electricidad
En fábrica o in situ
Convencionales
Apartamentos.
Paneles portantes
con núcleo cerámico
de 6 3/4 pulgadas.
Paneles divisorios
con núcleo de
ladrillo de 2
pulgadas de espesor.
Forjados
pretensados
Electricidad
En moldes
horizontales
Enlucidos de cemento
Residenciales.
En fábrica
Interiores: Papel;
Pintura. Suelos: madera;
cerámica; moqueta
Apartamentos.
Paneles portantes y
placas de forjado
Electricidad.
Fontanería.
Calefacción
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NOMBRE DEL
SISTEMA
MODULE
COMMUNITIES
CAMCI
ORIGEN
Francia
ÁREA
GEOGRÁFICA
Paneles portantes y
Estados de N.E.
de forjado
PRETON
Suiza (USA
Estados de S.E.
1968)
RELBEC
Gran
Bretaña
(USA 1970)
ROUSE - WATES
Gran
Bretaña
(USA 1970)
SECTR A AMERICA
Francia (USA
1959)
COMPONENTES
Puerto Rico
y estados de
S.E.
Costa del
Atlántico
USA
Paneles portantes
con núcleo de
ladrillo o bloques
aligerados de
concreto
Paneles portantes y
de forjado
INSTALACIONES
INCORPORADAS
ACABADOS
TIPOS DE EDIFICIOS
Electricidad.
Fontanería.
Calefacción.
Ventilación. Aire
acondicionado
En fábrica; Mesas y
baterías de moldes
Exteriores: áridos
vistos según moldes.
Interiores: convencionales
Apartamentos. Oficinas.
Electricidad
En fábrica
Exteriores: ladrillo.
Interiores: convencionales
Escuelas.
Apar t am entos. Edificios
comerciales.
En fábrica o in situ
Paneles portantes y
Electricidad.
de forjado
Fontanería.Calefacción
Elementos espaciales
de tamaño de una
habitación formados
mediante
encofrados Túnel
PRODUCCIÓN DE
ELEMENTOS
Electricidad.
Fontanería.
Calefacción.
Ventilación. Aire
acondicionado
Convencionales
En fábrica o in situ.
Mesas y baterías de
moldes
In situ; Encofrados
Túnel
Apartamentos y oficinas.
Exteriores: Según
moldes; cerámica;
Pintura. Interiores:
Pintura; Papeles o
laminados
Convencionales
Apartamentos.
Apartamentos. Oficinas.
Escuelas. Hoteles.
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NOMBRE DEL
SISTEMA
WILSON
CONCRETE
COMPANY
ORIGEN
ÁREA
GEOGRÁFICA
Alemania
Estados del
Federal (USA
Medio Oeste
1969)
COMPONENTES
INSTALACIONES
INCORPORADAS
Paneles portantes y
de forjado. Células
de baño
Electricidad.
Fontanería.
Calefacción.
Ventilación
PRODUCCIÓN DE
ELEMENTOS
In situ
ACABADOS
Exteriores: variados
según áridos y moldes.
Interiores: convencionales
TIPOS DE EDIFICIOS
Apartamentos. Hoteles.
Figura 118.- Tabla resumen de los sistemas constructivos de edificios en Europa utilizando paneles de concreto prefabricado
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2.5. Mejora de procesos mediante maquinaria de construcción inteligente.
Automatización.
Por Automatización en Construcción se entiende cualquier dispositivo o método que sustituye a un
operador humano en un proceso implicado en la Construcción. En el análisis realizado y dado el perfil de los
afiliados de CAMACOL y su origen, nos hemos centrado en la construcción de edificios.
La construcción presenta ciertas características diferenciadoras de otros sectores que van a repercutir en
la forma de llevar a cabo la automatización:
- el lugar del trabajo no es permanente.
- los componentes estructurales son grandes y pesados.
- la mayoría de las operaciones se hacen al aire libre.
- falta de estandarización en el sector.
- la legislación y forma de construir son distintas en cada país.
Estos factores han provocado que la automatización en el sector de la construcción esté retrasado con
respecto a otros sectores como el de la automoción.
Por estas razones, la automatización en la construcción necesita nuevas formas de construir, en concreto
el uso de elementos prefabricados es necesario al permitir una simplificación desde el punto de vista de la
automatización del ensamblaje en obra.
También se consigue un mayor grado de industrialización del sector ya que se aumenta la propia
automatización en la factoría y permite la introducción de estándares, elementos que por su importancia ya
están presentes en otros sectores industrializados.
Los prefabricados van desde bloques para construir paredes, pasando por módulos tridimensionales
(baños, cocinas, habitaciones en general) hasta el edificio completo.
La automatización en construcción viene motivada por ciertas necesidades del proceso constructivo. La
organización International Association for Automation and Robotics in Construction (IAARC) las agrupa en
cuatro necesidades, cada una de ellas a su vez impulsadas por varios factores:
- Productividad: mayor producción a menor coste unitario y mejora de la competitividad (especialmente
la internacional).
- Mano de obra: carencia de trabajadores cualificados, aumento de la edad media de los trabajadores,
carrera en el sector de la construcción poco atrayente a gente joven.
- Seguridad: eliminación de trabajos en sitios elevados, sucios, peligrosos y poco gratificantes, protección
y liberación de operarios de maquinaria, operación de maquinaria más segura.
- Calidad: mejor ejecución del trabajo en sí (mejora de procesos), mayor consistencia en los resultados
del trabajo (mejora del producto) y mayor nivel de control sobre los procesos de producción en
general.
De cara a medir el grado de automatización, ésta se puede dividir en tres niveles: mejoras en el
equipamiento y en la maquinaria que actualmente existe, robots dedicados a tareas específicas y máquinas
inteligentes
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EXTERNO 2014.
I+D+I ∙ Arquitectura & Construcción ∙ Ingeniería & Consultoría ∙ Eficiencia Energética ∙ Gestión de Proyectos ∙ Energías Verdes ∙ Certificación LEED
Tecnología y aplicaciones.
El objetivo de las tecnologías de automatización son la supervisión y el control. A nivel industrial las
tecnologías utilizadas se encuentran ya maduras, mientras que su extensión a la maquinaria de obras públicas
y construcción están en desarrollo. Esto se debe principalmente a la dureza del entorno de trabajo y a la
movilidad que se exige a este tipo de máquinas.
Los elementos utilizados en la automatización son:
- Sensores que proporcionan información sobre la situación de la máquina (tanto posición, como
orientación) sobre la superficie terrestre. Encontramos sistemas con dos tipos de referencias:
 Globales, basados en satélites que emiten señales de referencia. Complementados con software
de información geográfica (GIS) , que son bases de datos de puntos geográficos referenciados y
con parámetros descriptores del punto
 Locales, mediante estaciones de posicionamiento local basadas en láser y sistemas ópticos de
precisión.
- Sensores que proporcionan información referente al entorno de la máquina, esto es de la zona de
trabajo sobre la que evoluciona. Encontramos sistemas basados en visión artificial y en láser siendo los
más destacados y novedosos los escáneres láser 3D (LADER).
- Sensores que aportan información sobre la propia máquina, podemos encontrar:
 Sistemas inerciales: Basados en giróscopos, acelerómetros e inclinómetros. Se utilizan como
complemento a los sistemas basados en GPS. Tiene su utilidad en vehículos para la construcción
de carreteras.
 Sistemas para la medida de cargas y esfuerzos: Utilizan principalmente células de carga o
sistemas extensiométricos. Su utilidad en maquinaria de construcción es principalmente de
seguridad, aunque podrían ser utilizados como elementos de captura de datos para estudios de
productividad.
 Sistemas de medida de posición y ángulos: utilizados para medir la posición relativa de las
articulaciones y ejes de la máquina. Son encoders tanto rotativos como lineales, en la actualidad
se están utilizando encoders magnéticos sin partes móviles y sin contacto entre la parte fija y la
parte móvil. (SIKO, ELPE)
 Sensores de medición de consumos, tiempo de trabajo, esfuerzos realizados, etc.: nos aportan
información sobre el rendimiento energético de la máquina y ayudan en la seguridad y
mantenimiento.
- Un sistema que recoja la información de los sensores, esto incluye tanto el cableado (ya sea en forma
de bus o punto a punto o mediante red inalámbrica) y la electrónica que transforma la información de
los sensores en datos digitales.
- Un sistema de interface con el operario (HMI), que incluye tanto las pantallas de presentación de datos
(tanto táctiles como convencionales) y los mandos (joy-sticks, teclados, etc.) utilizados para comunicar a
la máquina la consigna.
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- Un sistema de procesado de los datos (ECU). Para que la máquina realice tareas de forma automática es
necesario que este sistema realice la función de control, calculando las acciones que deben ser
ejecutadas de acuerdo a la consigna que el operario ha establecido y a la información aportada por los
sensores. Si solo se están realizando funciones de supervisión e información al operario, el sistema sólo
tiene que procesarlos para mostrar la información de forma útil a dicho operario.
- Si se desea una monitorización o control remoto se deberán incorporar algún sistema de
comunicaciones inalámbricas: radio, WIFI, infrarrojos, Bluetooth, Zigbee, etc.
- Los actuadores, normalmente hidráulicos, deben ser adaptados para poder ser manejados por el
sistema de control. De esta forma se cierra el bucle de control.
Para que funcione el sistema de control es necesario un software que realice una función inteligente de
actuar sobre los elementos de trabajo de la máquina de acuerdo a una consigna, para la realización de la
función deseada, con la información capturada de los sensores. Estos algoritmos los podemos dividir en las
siguientes categorías:
- Sistemas de control tradicional, basados en bucles de realimentación que siguen las leyes de los
servomecanismos tradicionales. Basado principalmente en bucles de tipo proporcional, integral y
derivativo (PID).
- Sistemas de control adaptativos, que modifican los parámetros de control de acuerdo a la evolución de
las propiedades del entorno o de la propia máquina. Aquí encontramos tecnologías basadas en lógicas de
tipo borroso (Fuzzy) o estadísticas.
- Sistemas de toma de decisiones basados en sistemas expertos, redes neuronales y metodologías de
reconocimiento de patrones.
Todos estos sistemas manejan información que obtienen a través de sensores y detectores, permitiendo
que esta se expanda en varios niveles:
- Información a nivel interno de la máquina: sistema de control automático.
- Información al operario de la misma. Sistemas de supervisión y monitorización del trabajo.
- Información hacia el gestor del proceso: Sistemas de gestión del trabajo (avance y supervisión del
proyecto).
- Información a nivel de gerencia: Sistemas de gestión de proyectos.
Las tecnologías para conseguir los sistemas de automatización en máquinas están disponibles y en el
mercado se encuentran los productos adecuados para ser incorporados en estas. El reto actual está en la
integración de estos sistemas para conseguir realizar tareas más inteligentes y seguras. Por lo que muchas de
las investigaciones se centran en el software de procesado de datos y de toma de decisiones.
Muchas de las tecnologías que son susceptibles de ser aprovechadas en la automatización de máquinas
en el sector de las obras públicas van a ser tomadas de otros sectores tecnológicamente más avanzados, como
el sector del automóvil (centralitas electrónicas, redes de sensores...), la robótica industrial (sistemas de
control por buses de campo, visión artificial, manipuladores,...) o incluso de las nuevas tecnologías de Guiado
Automático de Vehículos (AVG), como las promovidas en el concurso del Ministerio de Defensa Americano
para vehículos todo terreno DARPA.
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Por otro lado los elementos que más innovación están aportando a la automatización de la maquinaria
de obras públicas son los referentes a la relación de la máquina con el entorno de trabajo. Así encontramos:
- ULTRASONIDOS: Son de corto alcance y son utilizados en sensores de medida de distancia de los
elementos de la máquina a la zona de trabajo, como puede ser la posición de las palas en la nivelación de
un terreno. (TRIMBLE, TOPCON)
- SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO GLOBAL: Son sistemas basados en la información de posición aportado
por una constelación de satélites. GPS es el sistema americano, GLONASS el ruso y GALILEO el futuro
sistema europeo. La precisión es buena para localizar una máquina, pero no para hacer un guiado
automático. Por lo que para aumentar la resolución a niveles subcentimétricos es necesario utilizar como
complemento estaciones terrestres, junto con un sistema de comunicaciones y un software especial.
TRIMBLE ha venido incorporando sistemas
GPS desde 1998, siendo pionero en la aplicación de estos sistemas a la maquinaria de obras pública y
construcción. Últimamente se ha desarrollado un tipo de GPS de mucha mayor precisión llamados GPS
RTK, o GPS cinemático en tiempo real, con precisiones de +/- 2 cm.
- LASER: Se utilizan para determinación del nivel, perfiles, alineamientos y distancias. Se utilizan láseres
giratorios que pueden usarse como referencias verticales, horizontales o marcar pendientes. También son
utilizados para medir distancias de manera precisa por tiempo de vuelo o desfase. Lo último es la
utilización del láser como escáner 3D (LADER), que supone una revolución en la construcción, tanto a nivel
de obra, como de proyecto. (TRIMBLE, TOPCON). Un ejemplo del modelo obtenido se ve en las fotografías
siguientes:
- SISTEMAS ÓPTICOS: Sistemas de supervisión de obra llamados ESTACIÓN TOTAL, el sistema compara
posiciones, permitiendo una supervisión de precisión de la localización de cada elemento, con el láser se
pueden completar las medidas de distancia. La tecnología hace uso de software y micro motores de
precisión para el posicionamiento preciso de las lentes internas. (TRIMBLE, TOPCON, LEICA, SPECTRA
PRECISION)
- SISTEMAS DE VISIÓN ARTIFICIAL: Sistemas de reconocimiento del entorno mediante procesado de la
señal. La imagen únicamente aporta información en dos coordenadas, por lo que son utilizados para la
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identificación de ciertos parámetros de los materiales sobre los que la máquina debe trabajar: grietas en
cemento, pavimento, etc. [9]. Para navegar se necesita información de la tercera coordenada, la
profundidad o distancia. Para esto es necesario utilizar dos cámaras preparadas para visión
estereoscópica o complementar la información con un sistema de medición de distancia (láser o
ultrasonidos). La visión artificial se utiliza como apoyo al operario y supervisión del trabajo.
- SENSORES ESPECIALES PARA LA CARACTERIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL. Son
sensores que informan a la máquina sobre datos del material utilizado, tales como grado de
compactación de pavimentos, densidad de asfalto, etc.
Los sistemas de posicionamiento han evolucionado a otros más completos que recogen un conjunto de
datos, ligados a la posición GPS, como pueden ser células de carga, posiciones de brazos articulados, etc.
Cuando se multiplican los sensores se recurre a buses de campo (redes de comunicación para sistemas
electrónicos en entornos industriales o vehículos), siendo el más extendido el BUSCAN, aunque diversos
fabricantes tienen su propio protocolo propietario. Hay que señalar que en el sector de la maquinaria agrícola
los fabricantes se encontraron con los problemas de un excesivo cableado y de la necesidad de comunicar
todos los sistemas electrónicos incorporados, para solucionar todo esto crearon un bus de campo que sirviera
de estándar para el sector, el LBS, ahora denominado ISOBUS 11783, lo que ha permitido un rápido avance en
la automatización de estas máquinas.
La recogida de datos con el fin de automatizar la máquina permite realizar de forma indirecta otras
funciones:
- Mantenimiento predictivo y mayor seguridad debido a una monitorización de la máquina en tiempo
real.
- Monitorización y gestión de proyectos, los primeros sistemas que aparecieron en 1999. Para esta
finalidad se puede utilizar la información recogida por todos los sistemas antes comentados y procesarla
de forma global para conocer datos como la productividad, el avance del proyecto, etc. Se está
trabajando en sistemas de captura de datos automáticos (ADC: Automated Data Collection) basado en
sistemas de procesado de la información a partir de los sensores instalados en la máquina con propósitos
de control. El problema radica en la gran cantidad de datos que se pueden generar, no es posible
registrar todo, ni se procesan todos los datos. Por eso aparecen programas informáticos específicos para
la construcción y las obras públicas que utilizan los datos procedentes de estos sensores y que ayudan a
la gestión de los proyectos.
Una tecnología que complementa la información de estos sistemas es la de Identificación por Radio
Frecuencia o sin contacto (RFID), utilizada para asegurar la trazabilidad de los materiales utilizados en la
construcción. La unión de la RFID y el GPS se han utilizado para determinar la trazabilidad del asfalto o
cemento desde fábrica hasta la dosificación, junto con parámetros característicos del material. Minchin y
Thomas patentan un sistema de medición de densidad de asfalto mediante vibración (ODSM) en el 2003,
aunque y se trabaja en máquinas similares desde 1998. Los problemas principales de esto sistemas son asociar
los datos con el entorno y representarlos de forma útil para quién debe tomar decisiones.
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Referentes Tecnológicos
En España:
CARTIF, centro de la automática, robotización, y tecnologías de la información y la fabricación.
investigación aplicada, de Castilla y León, con proyectos como:
- Automatización de una Carretilla Elevadora.
- Desarrollo de un Robot para la Inspección de Tuberías.
- Proyecto de Reconstrucción Tridimensional de Exteriores.
IKERLAN IK4 Research Alliance VAR-Trainer, Arrasate-Mondragón (Guipúzcoa), trabaja en I+D en
automatización de maquinaria de obras públicas.
CEDEX, centro de estudios y experimentación de obras públicas, del Ministerio de Fomento. Es una
institución que provee apoyo multidisciplinar en las tecnologías de la ingeniería civil, la edificación y el medio
ambiente asociado, y presta sus servicios a las diversas administraciones, instituciones públicas y empresas
privadas.
Además encontramos que los departamentos de robótica y automatización de diversas universidades
españolas también han realizado proyectos de I+D sobre la automatización aplicada a obras públicas y
construcción. Debido a que son proyectos aislados no se van a enumerar en este documento.
Fuera de España, existen numerosos centros de investigación que, aunque no estén completamente
dedicados a la automatización de las máquinas de obras públicas han realizados proyectos en este sentido. Así
tenemos:
- NIST Construction Automation Laboratory National Institute of Standards and Technology (NIST), en
particular el Building and Fire Research Laboratory (USA).
- ICT CENTRE: Con proyectos de I+D como:
- Sensorización y guiado de excavadora
- Automatización de una pala cargadora de dumpers.
- NREC, National Robotics Engineering Center, en Pittsburg, que ha desarrollado una excavadora
autónoma.
- Fraunhofer Institute for Production Systems and Design Technology (IPK), en Alemania
- VTT - Technical Research Centre of Finland, Building and Transport, Construction Management de
Finlandia.
- Institute for Mechanised Construction and Rock Mining (IMBIGS) en Polonia.
- Belgian Building Research Institute (BBRI) en Bélgica.
- Australian Center for Field Robotics, de la Universidad de Sydney en Australia.
- Mining Institute de Novosibirsk en Rusia.
- IMAMOTER - C.N.R. Institute for Agricultural and Earthmoving Machinery of the Italian National
Research Council en Cassana (Ferrara), Italia.
- Advanced Highway Maintenance and Construction Technology en Estados Unidos.
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En cuanto a organizaciones se refiere podemos destacar las siguientes:
El organismo internacional con tal vez mayor orientación a la automatización en la construcción y mayor
actividad es la Asociación Internacional para la Automatización y la Robótica en la Construcción
(International Association for Automation and Roboticsin Construction, IAARC)
En el ámbito europeo existe la Plataforma de la Tecnología de la Construcción Europea (European
Construction Technology Platform, ECTP), con siete áreas de enfoque, una de ellas denominada
Processes & ICT, en donde se incluye aspectos de la automatización en la construcción.
La organización internacional CIB (International Council For Research And Innovation In Building And
Construction) está orientada hacia la investigación e innovación en la construcción que, sin estar
centrado en la automatización misma, sí que tiene cabida como parte de aquélla. Esta organización,
creada en 1953, cuenta con más de 350 miembros de todo el mundo (institutos, empresas y otros
centros de investigación)
A nivel internacional y centrándonos en empresas de construcción, los mayores avances se han logrado
en Japón, gracias a las principales empresas constructoras japonesas (Shimizu, Taisei, Obayashi), aunque
también han contado con el apoyo de institutos de investigación y otras compañías de ingeniería. En Estados
Unidos, Canadá, Europa y Australia también se han hecho desarrollos, aunque la producción conseguida en
Japón supera con creces a la del resto juntos.
Estado actual de la automatización de maquinaria a nivel internacional.
La automatización de maquinaria de construcción supone la capacidad de la misma para realizar ciertas
tareas de forra autónoma, sin intervención directa del operario. Hay dos caminos para lograr este objetivo:
- Construir máquinas diseñadas para ese propósito a modo de robots específicos para ciertas tareas.
- Adaptar las máquinas ya existentes para su automatización.
El alcance de la automatización puede ser el siguiente:
- Supervisión y control manual: información al operario de cómo se va a realizando el trabajo, mientras
este controla los mandos de la máquina. Estos mandos pueden responder a tecnologías tradicionales,
ya que no es necesario que estén conectados al sistema de control. El bucle se cierra a través del
operario.
- Supervisión y sistema teleoperador: la información es recibida en un punto diferente a la propia
máquina, donde un operario la controla remotamente. En este caso es necesario adaptar los mandos
de la máquina para que sean actuados por el sistema de control.
- Sistemas autónomos: De acuerdo a una consigna de trabajo la máquina realiza las operaciones
necesarias para ellos sin intervención directa de una persona [13].
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Robots.
Las máquinas diseñadas para realizar una función especial de forma inteligente, que se suelen denominar
robots para la construcción u obras públicas, no suponen actualmente una actividad industrial, como tal, sino
que se circunscriben al ámbito experimental y a soluciones puntuales para problemas muy específicos. Los
sistemas totalmente autónomos están en fase de investigación, debido a los grandes problemas de navegación
que presentan los entornos no estructurados, como son los de una máquina de construcción. Las implicaciones
de seguridad y los bajos rendimientos iniciales de estas máquinas (ya que al necesitar mucho procesado de
información no son capaces de realzar el trabajo a la misma velocidad que un operario experto, las aconsejan
únicamente donde el trabajo con operarios es peligroso o difícil por tamaño o alcance.
Ejemplos de estas máquinas son:
- Robot para demolición en centrales nucleares.
- Robots para inspección y trabajos en tuberías.
- Robots para inspección de túneles y fachadas en edificios.
- Robots para mantenimiento de estructuras y pavimentos.
Figura 119.- Robot para demolición de centrales
nucleares.
Figura 120.- Robot para inspección de tuberías.
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Figura 121.- Robot para la reparación de paredes en túneles, montado sobre plataforma de camión.
Para la supervisión del estado de las paredes de túneles se han desarrollado sistemas basados en robots
móviles con sensores de proximidad a la pared y de cámaras para visión artificial. Este mismo equipo se puede
adaptar a la inspección de fachadas en edificios.
Ejemplos de esto son:
- Komatsu Engineering Corp utiliza escáner láser.
- Railway Technical Research Institute in Japan, utiliza cámaras.
- Road Ware Group en Canadá comercializa un sistema que a 80 Km/h captura imágenes con cámara
CCD, sensores de ultrasonidos y giróscopos para la navegación.
El Departamento de ingeniería Mecánica de Seúl (Corea) ha desarrollado un programa que complementa
a estos robots con algoritmos de detección automática de grietas basados en el procesamiento de imágenes
digitales. Un sistema similar al anterior basado en algoritmos de visión ha sido desarrollado para la detección
de grietas en pavimento y control del sistema de reparación.
Un problema añadido surge cuando varias máquinas autónomas deben trabajar en un mismo espacio
físico, como debería ser en una obra o construcción para mantener la productividad. Se está trabajando en
soluciones basadas en tecnologías WEB inalámbricas, y en arquitecturas para sistemas inteligentes autónomos.
En la actualidad, ya existen robots capaces de ensamblar encofrados, instalar falsos techos, levantar
tabiques, pintar fachadas o conducir carretillas elevadoras o palas excavadoras. Un sólo robot es capaz de
colocar el falso techo, suelo técnico y paneles de pladur de una vivienda introduciendo mediante CADCAM la
distribución interior con puertas y ventanas.
Se han desarrollado sistemas de detección de cuerpos y reconocimiento de espacios por sensores para
programar automáticamente las acciones del robot y la identificación de lugares por sistemas de
procesamiento de imágenes.
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Figura 122.- Robot conduciendo una pala
excavadora.
Figura 123.- Robot programable para colocación de
falsos techos y paneles de fachada.
Sistemas de control sobre máquinas convencionales.
La adaptación de máquinas a la automatización supone un mayor interés para la industria de la
maquinaria de construcción, por dos motivos principales:
- Se trabaja sobre máquinas ya conocidas, tanto para el fabricante, como para el usuario.
- Es más fácil delimitar el alcance de la automatización, incorporando de forma escalonada elementos
que cada vez realizan las operaciones de forma más autónoma.
Se desarrollan modelos de la máquina en 3D, se incorporan sensores en las articulaciones y se
incorporan los sistemas de tratamiento de la información y comunicaciones:
Figura 124.- Robotización de una excavadora incorporando sensores en las articulaciones,
medidas·3D, inclinómetros y sistemas GPS.
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Control remoto.
Otra adaptación es la incorporación de sistemas de control remoto son las máquinas teleoperadas. Estas
permiten al operario situarse en una posición segura, además le permite obtener el mejor punto de vista para
la realización de la operación y por último le evita estar sometido a las vibraciones que le transmitiría la
máquina.
Estos sistemas están desarrollados para máquinas del tipo grúa, compactadores de concreto y máquinas
especiales para demoliciones, como las de Brokk y otras marcas.
Figura 125.- Equipos teleoperados para demolición de Brokk.
Figura 126.-Excavadora teleoperada (izquierda) y visión remota del operario (derecha) en Japón,
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Sistemas de información al operario.
Estos sistemas indican al operario como está realizando el trabajo, tanto desde un punto de vista
geográfico y geométrico, como sobre el avance del proceso, aportando información sobre la modificación de
las propiedades de los materiales utilizados (grado de compactación) [22]
Así en el campo de la compactación, se monitorizan las trayectorias para registrar el número de pasadas
del compactador, tanto como ayuda al operario, como para gestionar la obra, se utilizan sistemas GPS, LASER y
comunicaciones inalámbricas. [19].
Figura 127.- Interface para compactación, en el
que se indica el trabajo real realzado. Proyecto
CIRCOM Brite Euram.
Figura 128.- Avanzado sistema de control de máquina
excavadora en 3D, llamado GEOROG.
Para un control más eficaz se trabaja en sistemas que integran tanto el terreno, como la máquina,
llamándose a esta tecnología: “geomecatrónica”, permitiendo así sistema de control integral adaptados al
entorno. En algunos se monitoriza de forma continua el estado del proceso de compactación de suelos en base
a frecuencia de vibraciones, amplitud de los esfuerzos y la velocidad de avance.
Maquinaria de construcción multifuncional.
La multifuncionalidad en el ámbito de la maquinaria se refiere a la capacidad de una máquina para poder
efectuar un conjunto de tareas y operaciones diversas de transformación ya sea de forma secuencial o bien
simultáneamente.
Se trata de una nueva tendencia de diseño de máquinas que está adquiriendo mucha fuerza sobre todo
en el sector de la máquina herramienta por las ventajas que supone este concepto en cuanto a ahorro de
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costes (al reducirse los movimientos de piezas entre máquinas monofuncionales) y en cuanto a precisión
dimensional.
Las herramientas convencionales con posibilidad de adaptación a brazos o sistemas hidráulicos son muy
diversas. Abarcan desde martillos, sistemas de compactación, cucharas para movimiento de tierra, sistemas de
taladrado, herramientas de corte, sistemas abrasivos en base a fresadoras para eliminar asfalto, etc. Un subsector en el que cobra especial importancia este hecho es el de la demolición y reciclaje, en el que las
máquinas necesitan de un conjunto variado de herramientas para diferentes trabajos de corte y manipulación
de materiales. Los tiempos de cambio de estas herramientas se reducen de horas a minutos gracias a los
sistemas de cambio rápido automáticos, con los que además de incrementarse la productividad de los trabajos
en obra, se incrementa la seguridad de los operarios al reducirse drásticamente las operaciones manuales.
Figura 129.- Sistema de compactación adaptado
a brazo de máquina hidráulica
Figura 130.- Herramientas para ubicación precisa en
obra
Las implicaciones de la multifuncionalidad en la maquinaria de construcción y obra pública no son
únicamente de tipo tecnológico, sino organizativo y también estratégico para el sector de la construcción. Los
retos tecnológicos son variados y de amplio espectro Se pueden sintetizar en:
La necesidad de desarrollar plataformas de máquina compactas, flexibles y estandarizadas para
poder adaptar multitud de herramientas diversas, que incorporen los elementos básicos como los
sistemas de generación de energía, los sistemas de movimiento y estabilización y los sistemas de
control y comunicación.
- La necesidad de desarrollar nuevos sistemas de cambio rápido y automático de nuevas herramientas.
- La necesidad de incorporar mayores accionamientos eléctricos en sustitución de los hidráulicos con
objeto de incrementar las capacidades de control de la máquina y reducir consumos y ruido.
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Ecodiseño y ecoeficiencia en la maquinaria de construcción.
Una de las principales conclusiones de la Conferencia de las Naciones Unidas de Río de Janeiro sobre el
Medio Ambiente y el Desarrollo (Junio de 1992) fue que la reducción de los impactos ambientales generados
por el hombre requiere de un compromiso no sólo por parte de los gobiernos, sino también por parte de las
empresas, las organizaciones no gubernamentales y las comunidades científico-tecnológicas.
A nivel empresarial, este compromiso se ve reflejado principalmente en la implementación de los
Sistemas de Gestión Medioambiental (SGMA), planteados como un conjunto de acciones y medidas que se
toman de cara a contribuir al cumplimiento de la legislación vigente y a disminuir las agresiones que se
generan sobre el ambiente. La incorporación de estas políticas en las compañías ha generado a su vez nuevos
conceptos, como los de ecodiseño y ecoeficiencia, asociados al mismo objetivo: la reducción de los impactos
ambientales de productos o servicios.
Uno de los principales indicadores de la incorporación de la temática medioambiental en las empresas es
la implantación de los SGMA, siendo el estándar ISO 14001 indudablemente uno de los más reconocidos y
utilizados a nivel internacional. A finales del año 2004 existían en el mundo 90569 compañías que habían
obtenido el certificado ISO 14001, aproximadamente seis veces más de las que había en 1999.
Sin embargo, las prácticas medioambientales en las empresas se limitan en la mayoría de los casos a
medidas para la protección y el control de la contaminación (tratamiento de aguas, residuos y emisiones) y
para el reciclado. Evidentemente, el ecodiseño y la ecoeficiencia son conceptos mucho más amplios, que
abarcan muchas otras medidas posibles, como las de reducción del consumo de energía, minimización del uso
de materiales y utilización preferente de aquellos con bajo impacto ambiental, facilitación de la reparación y el
mantenimiento, aumento de la durabilidad, reducción del uso de sustancias tóxicas y recursos naturales norenovables, entre otras.
Dentro del sector de la Edificación, existen empresas que ofrecen productos desarrollados especialmente
para el reciclado, el tratamiento de residuos y la reducción emisiones de polvo. Surgen como una respuesta a
necesidades del sector de la construcción, cuyo grado de compromiso con el medio ambiente es mayor y sobre
el cual existe una legislación mucho más estricta. Estos productos pueden catalogarse como equipos para
prácticas ecoeficientes, por lo que pueden mencionarse como una actividad de la Edificación hacia la
ecoeficiencia. La maquinaria concreta abarca trituradoras, equipos para el reciclado en vías urbanas,
humectadores de polvo y equipos de molienda (incluyendo clasificación y manipulación). Sin embargo, siendo
maquinaria con fines claramente medioambientales, esto no significa que las empresas utilicen criterios
ecológicos en el diseño de estos equipos, ni que éstos sean evaluados desde la perspectiva de la ecoeficiencia
como un sistema de producto en sí mismo.
Uno de los componentes utilizados en sector de la Edificación sobre el que si se encuentra más evidencia
de la aplicación de técnicas de ecodiseño fue el motor diesel, motivado principalmente por la presión que
ejercen los estándares de la Agencia de Regulación Medioambiental de los Estados Unidos y de la Unión
Europea, donde se establecen límites de emisión de NOx y partículas en distintos niveles (Tier1-Tier4 en US y
Stage I-Stage III en UE). Sin embargo, nuevamente se traduce hasta ahora únicamente en una mejora en la
reducción de emisiones.
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A nivel internacional, muchas empresas que poseen un sistema de gestión certificado ISO 14001, han
aplicado políticas medioambientales centradas principalmente en la reducción de emisiones, residuos y ruidos,
pero no han publicado hasta el momento documentación concreta referente al ecodiseño de sus productos.
Una excepción es el caso de los motores diesel de combustión ya mencionado anteriormente. Otro ejemplo
excepcional es el de Hitachi, que hizo referencia en su reporte medioambiental del 2001 al ecodiseño (diseño
ambiental) aplicado a una excavadora hidráulica (MOD.ZX200)
En publicaciones del sector, como pueden ser IM International Mining, Automation in Construction,
International Journal of Construction Education and Research o el Journal of Constructional Steel Research, es
difícil encontrar referencias de ecodiseño y ecoeficiencia aplicadas.
En definitiva, los ejemplos concretos de la aplicación del ecodiseño en sector de la Edificación no son
muy numerosos y las acciones de mejora de los índices de ecoeficiencia en general se limitan, como se
mencionó anteriormente, al tratamiento de residuos, control de emisiones y el reciclado.
Las perspectivas a futuro respecto a la implementación sistemática de técnicas de ecodiseño y
ecoeficiencia en las empresas del sector responden principalmente a dos factores:
- La legislación ambiental (influencia directa).
- La presión que puede recibir el sector de sus clientes (influencia indirecta de la legislación) o de otros
actores sociales.
Ambos factores se identifican claramente dentro de las empresas de nuestro sector como razones de
peso que justifican la realización de estudios de ecodiseño y ecoeficiencia. Por lo general, la incorporación de
políticas ambientales en las compañías responde a un convencimiento de que esto les traerá beneficios
futuros, relacionados en primer lugar con poder responder a los clientes y en segundo lugar con el simple
cumplimiento de la normativa ambiental.
El ecodiseño es aplicable en principio a cualquier producto o servicio. Sin embargo, es en aquellos casos
donde el impacto ambiental es relativamente alto donde su utilización será lógicamente más necesaria. En el
caso de la Edificación es posible identificar una serie de fuentes de agresión al medioambiente como las de
mayor influencia para este sector en concreto:
- Emisiones.
- Ruido.
- Residuos.
- Consumo de recursos en su fabricación o en uso.
- Daño a salud de los usuarios y seguridad.
Respecto a las emisiones, principalmente asociadas a los motores de combustión utilizados, pese a que
como se mencionó ya existe una legislación que está generando algunas respuestas concretas en el sector, la
actividad es aún muy incipiente. El objetivo ecoeficiente marcado es el de llegar a niveles de emisiones
considerablemente más bajos que los actuales (Tier4-StageIII) para todos los tipos de motores, como los
utilizados en dumpers, carretillas, excavadoras, niveladoras, cargadoras, manipuladores, etc. En este sentido,
hay mucho trabajo de ecodiseño pendiente por hacer, desde el estudio de nuevas tecnologías hasta la
implementación de las soluciones que se generen. Aparecen también las posibilidades de los nuevos sistemas
de generación de energía que, aunque hasta el momento no existen evidencias de que el sector de la
Edificación lo esté planteando como una vía de mejora de sus productos, constituyen soluciones de gran
interés.
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Es probable que la utilización de otros combustibles (como el hidrógeno o el gas natural licuado) o de
energías alternativas (como la solar), sobre las que se están realizando grandes avances en otros sectores
como el de la automoción, llegue también a nuestro sector en el medio o largo plazo.
En cuanto al ruido, como clase de contaminación ambiental, existe una tendencia en el sector de la
Construcción y particularmente en la Edificación, en intentar minimizarlo (tanto para los propios operarios de
las máquinas como para otras personas).
Sin embargo, las soluciones en general apuntan más a agregar aislamientos acústicos que a intentar
disminuir las fuentes del ruido. El ecodiseño, como herramienta, permitiría en estos casos evaluar ambos tipos
de soluciones y definir cuál es la óptima. En este sentido, podría aplicarse no sólo sobre la maquinaría
mencionada anteriormente, sino también sobre maquinaria más pequeña como tronzadoras, cortadoras,
pulidoras, perforadoras, dobladoras, andamios eléctricos, etc.
Respecto a la generación de residuos y su minimización, las tecnologías analizadas suelen aportar
importantes mejoras no sólo en relación con la posibilidad de reciclado de los componentes, sino también en
temas concretos de mantenimiento (repuestos), reutilización y aumento de la durabilidad. En nuestro sector
pueden ser medidas de gran interés.
La principal dificultad con la que se encuentran las empresas a la hora de implementar el ecodiseño y
aumentar su ecoeficiencia en el sentido amplio es, como se mencionó con anterioridad, que ambos requieren
en muchos casos dar un salto de envergadura hacia nuevas tecnologías (materiales y procesos) y
planteamientos que a su vez demandan enormes esfuerzos. En muchos casos, puede significar cambios no
asumibles en el corto y medio plazo por las compañías, algo que lógicamente es aún más crítico en el caso de
las pequeñas y medianas empresas.
Independientemente de esto, otras dificultades que se pueden presentar están relacionadas
directamente con la aplicación de las metodologías asociadas. En la realización de un ACV por ejemplo, en
determinados casos puede no contarse con la información de partida necesaria para llevar a cabo el estudio. A
partir de aquí, la valoración del impacto ambiental del sistema de producto analizado podría dificultarse
enormemente, o incluso podrían generarse resultados cuya validez no se puede asegurar.
En cuanto a las necesidades de recursos, la implementación del ecodiseño y ecoeficiencia se llevan a
cabo a través de una serie de metodologías específicas mediante las cuáles se podrán realizar las evaluaciones
ambientales pertinentes. Algunas de las más utilizadas son por ejemplo los Análisis de Ciclo de Vida (ACV), las
Evaluaciones de Comportamiento Ambiental, los Estudios de Impacto Ambiental (EIA), los Análisis de Riesgos
Ambientales, las Evaluaciones de Eco-indicadores, entre otros. La realización de estos estudios requiere en la
mayoría de los casos la utilización de programas de análisis específicos, bases de datos e información sobre los
materiales y procesos involucrados, y usuarios experimentados que logren desarrollar los métodos
adecuadamente. Sin embargo, en muchos casos estos estudios pueden subcontratarse, en cuyo caso las
inversiones de I+D a nivel interno para el desarrollo del ecodiseño y la ecoeficiencia ya no tendrían por qué ser
tan elevadas.
En cuanto a la evaluación del impacto de las aplicaciones de las tecnologías relacionadas con el
ecodiseño y la ecoeficiencia, en primer lugar, son para las empresas medios para el desarrollo de productos
menos agresivos con el medioambiente y por lo tanto, una vía de contribución al desarrollo sostenible. En el
caso concreto de la Edificación, su aplicación resulta especialmente adecuada como respuesta a las
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necesidades del sector de la construcción, donde la minimización de los impactos ambientales adquiere
enorme importancia.
En segundo lugar, la utilización del ecodiseño y la ecoeficiencia ha demostrado ser una forma de
aumentar la competitividad de las empresas. La mejora de la imagen corporativa asociada a los “productos
verdes” o “amigables con el medioambiente” tiene efectos directos en el mercado dentro de una sociedad con
una conciencia ambiental cada vez mayor.
Esto es de particular importancia en nuestro sector, sobre el cuál no existe en general una imagen
positiva desde el punto de vista medioambiental. Este aspecto puede concretarse sobre los productos en la
obtención de las llamadas ecoetiquetas, que certifiquen la sensibilidad ambiental de la empresa.
En términos estrictamente económicos, la utilización de las técnicas analizadas contribuye en muchos
casos a la reducción de los costes asociados a la obtención y el tratamiento de las materias primas, a la
producción y el consumo energético, al transporte y distribución de productos, y al tratamiento de los residuos
generados. Los gastos asociados a seguros son en general más bajos para aquellas empresas que desarrollen
políticas medioambientales.
Existen además otros beneficios económicos que pueden conseguir las empresas por acogerse a los
diferentes sistemas de gestión medioambiental promovidos por las Administraciones Públicas.
Finalmente, la tendencia actual es claramente hacia regulaciones medioambientales cada vez más
estrictas que en algún momento alcanzarán de forma más directa al sector de la Construcción y, en particular,
de la Edificación en nuestro país.
Supone un cambio en el concepto tradicional del diseño que cuanto antes sea asumido por las empresas,
más fácil les será luego adaptarse a un entorno en el que la temática ambiental será de una enorme
importancia. Lógicamente, este cambio aportará nuevas soluciones y generará también nuevas oportunidades
tecnológicas.
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Estado del uso en España, aplicaciones en máquinas y empresas de referencia.
A nivel nacional la automatización avanzada de máquinas no tiene el mismo nivel que se observa en
maquinaria de Alemania, Estados Unidos ó Japón.
El uso de las nuevas tecnología comienza por la incorporación de electrónica (sistemas controlados por
microprocesadores): ENARCO y la incorporación de sistemas de sensores para monitorización o control de la
máquina: NITEO, LEBRERO.
Empresas de nuevas tecnologías, como IKUSI, dedicadas originalmente a las telecomunicaciones y
sistemas de información, han diversificado su oferta con productos orientados al telecontrol de maquinaria de
obras públicas.
Estado del uso a nivel internacional, aplicaciones en máquinas y empresas de referencia.
Los sistemas de posicionamiento y control de máquinas se han extendido a nivel internacional:
- Excavadoras: Sistema sistemas de referencia láser y sistemas gravitacionales (posición y aceleración de
partes móviles)
- Tractores-motoniveladoras: láser, ultrasonidos y escáner 3D, y tecnologías GPS.
- Pavimentadoras y extendoras: estaciones totales.
- Compactadoras: Se utilizan GPS diferenciales o GPS cinemáticos.
A nivel internacional encontramos una gran cantidad de productos destinados a la automatización de
maquinaria, y muchas máquinas que incorporan estos elementos. Así tenemos:
- Sistemas de control de nivel por geolocalización en tiempo real, desarrollados por Caterpillar y Trimble,
(CAE-SULTRA Y SITEVISION) unidas para el desarrollo de estos productos. Usan ordenadores
embarcados, GPS y comunicaciones radio. Muestran al operario en donde está con respecto a la obra,
por donde debe trabajar, que está hecho y que falta, y las zonas de peligro. La información se transmite
a la oficina de ingeniería que procesa los datos y hace informes. Desde el 2000 grandes constructoras
como McAninch lo han utilizado McAninch registrándose un incremento de 15 a 30% en la
productividad.
- Sistemas que regulan la posición de las palas de una niveladora de acuerdo a una consigna
determinada, con un sistema láser que mantiene a una distancia fija la cuchilla de nivelación del
terreno. Se controla desde la cabina, actuando el sistema sobre la hidráulica del sistema (APACHE).
- En la nivelación de superficies hay equipos que miden la inclinación de la máquina para realización de
pendientes ajustadas al proyecto. (FUTTURA).
- También sistema controlado por láser, regula posición y ángulo de pala para una consigna deseada
(CATERPILLAR-TRIMBLE).
- Algunos productos recogen información sobre la máquina que es transmitida hasta una PDA, que puede
llevar el encargado de obra y a una central situada a centenares de metros. Se recogen datos de horas
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de funcionamiento, consumo de fuel, etc. Los datos pueden ser volcados a Internet (OEM CONTROL,
QUALCOMM).
Sistemas para que la máquina genere un perfil determinado:
- Sistema que emite un haz láser en 360 grados y que es recibido por un sensor en la máquina ayuda a la
igualación del terreno.
- Sistemas GPS o TPS (Total Position System) para ajustar trabajo de máquina a perfil digitalizado.
- Para excavadoras se está utilizando sistemas dobles que monitorizan la posición de los ejes de la pala y
GPS para determinar la posición y orientación de la máquina. El sistema es abierto para integración de
software de terceros (NOVARIANT).
Existen productos que realizan un control del proceso teniendo en cuenta el modelo de comportamiento
del terreno, muy útil en la realización de cimentaciones profundas y en compactación: Así se han desarrollado
sistemas para asfaltado con un sensor de densidad de asfalto, basado en tecnología de las micro-ondas en
2001 [25]. Existen sistemas que valoran la compactación a la vez que registra posición (HAMM). Otros han
utilizado los armónicos de la frecuencia a la que vibra el cilindro del compactador. [24]
Como ejemplo de productos podemos ver los que ofrecen empresas punteras a nivel internacional en
sistema de control de máquinas de obras pública, como CATERPILLAR [34] y TOPCON, que ofrecen una gran
gama de productos basados en sistemas electrónicos, láser, comunicaciones inalámbricas y programas
especiales para monitorización de máquinas, diagnóstico del trabajo, software para la gestión del proyecto y
control de las máquinas.
Ejemplos de productos:
- AccuGrade®: Sistema de control para máquina de nivelación de terrenos.
- Aquila Drill: Sistema de control para máquinas de perforación.
- CAESultra: Sistema computerizado de ayuda en aplicaciones de movimiento de tierras y minería.
- CAESbasic: Sistema de información de posición para control de pendientes y niveles.
- MineStar®: Sistema completo de gestión de proyectos de minería.
Los sensores internos y sistemas inteligentes embarcados ayudan al mantenimiento preventivo, que
permite la detección de fallos prematura y por tanto disminuir los costes por avería al usuario o por garantía al
fabricante. Caterpillar ofrece.
- VIMS: Vital Information Management System. Un sistema para asegurar la integridad de la máquina
basado en el procesamiento de los datos obtenidos por los sensores internos.
- VIMS Supervisor: Software que acompaña al sistema anterior y que permite gestionar y documentar
todo el proceso de mantenimiento.
Para excavadoras TOPCON ofrece productos avanzados para:
- Control de nivel mediante láser
- Sistemas para la medición de ángulos de cabina, articulaciones y pala, conectados en redes de
BUSCAN.
- Sistemas duales de posición global GPS-GLONASS, preparados para GALILEO.
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- Estaciones totales con control en 3D de maquinaria con GPS, o estaciones 2D por ultrasonidos y láser.
Para control del proceso de asfaltado, esta misma empresa ofrece productos tales como:
- Medidor de nivel por ultrasonidos (alturas de 35 cm), compensados por temperatura.
- Sistemas multisensor en BUSCAN o RS 485 que combinan medidas con láser y ultrasonidos.
- Estación GPS que integran información de sensores complementarios de ultrasonidos o inclinómetros.
POTAIN ha desarrollado un sistema de monitorización continua de cargas y posición en una grúa de
torre, que aumenta la seguridad de la misma y permite indirectamente conocer el avance del trabajo.
Otras empresas que tienen productos de control avanzados para maquinaria son:
- Mikrofyn
- Spectra Precision
- Axiomatic BPS
- Gomaco
- Wirtgen
- Lko
- Prolec
- Novatron
- Plasser & Theurer
- Createc
Tendencias e impacto del uso de las mismas en el sector. Posibilidad de uso (máquina y
aplicación).
La tendencia internacional es la de incorporar de forma cada vez más estándar de elementos de control e
información sobre la máquina de construcción. A nivel nacional hay una preocupación por estas tecnologías,
aunque el sector presenta una gran inercia. El impacto de estas tecnologías a nivel nacional será progresivo,
hasta alcanzar los niveles internacionales. Se elegirán objetivos parciales de automatización que ayudarán a
asimilar estas tecnologías y a aumentar su fiabilidad y confianza. Estos objetivos podrían ser:
- El control de los sistemas internos de la máquina para el ahorro energético o el aumento de
rendimiento.
- Incorporación de sistemas de registro de datos, para la ayuda en la localización de averías, y para
mantenimiento.
- Incorporación de sistemas que miden la calidad del trabajo desarrollado, capturando datos sobre el
comportamiento de los materiales.
- Incorporación de sistemas de información al operario sobre el trabajo que realiza y su ajuste a lo
previsto en el proyecto.
- Sustitución de controles eminentemente mecánicos o hidráulicos por otros eléctricos, dando paso a
sistemas servocontrolados con mejora de su usabilidad.
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- La teleoperación de máquinas por motivos de seguridad y confortabilidad del operario.
- Integración de sistemas de posicionamiento global y comunicaciones como ayuda a la gestión de
grandes proyectos de obras públicas.
- Automatización de subtareas, siendo ejecutada la tarea principal por el operario.
Dificultad de implementación, necesidades de I+D+i para implantación en el sector.
Las dificultadas que se encuentran en la penetración de los sistemas de automatización en estas
máquinas son los siguientes:
- A nivel de desarrollo: necesidad de incorporación en las empresas de técnicos expertos en estas
tecnologías, ya que las empresas actuales son expertas en tecnologías llamadas tradicionales.
- De igual forma, las empresas dedicadas al mantenimiento deben modificar sus estructuras para poder
responder a las nuevas necesidades.
- Problemas de encontrar operarios que puedan todo el partido a la información y posibilidades de la
máquina.
- Aumento del coste de la máquina. Evidentemente la incorporación de sensores, sistemas de control y
comunicaciones y de monitorización, suponen un aumento en el coste de la máquina, pero también en
el valor de la misma y en sus capacidades. Si se logra transmitir esta información al comprador, el
proceso de evolución será posible.
El I+D+i necesario para la incorporación de estos sistemas está totalmente relacionado con las nuevas
tecnologías (GPS, LASER, SENSORES INTELIGENTES, REDES DE SENSORES, SISTEMAS DECISIONALES, SISTEMAS
DE COMUNICACIONES, ETC.), lo que supone un campo de trabajo muy diferente al I+D tradicional de la
maquinaria de obras públicas (materiales resistentes, recubrimientos, mecánica, etc.). Por esto es difícil para
una empresa tradicional acceder al desarrollo de estas tecnologías. El modelo a seguir es el empleado por
diversas empresas americanas consistente en la asociación tecnológica de empresas del sector de las nuevas
tecnologías y del sector de la maquinaria de obras públicas. Un modelo es el de John Deere que se asoció a
TOPCON para la incorporación en sus máquinas de sistemas de control automático de nivelación de tierras.
Impacto de la aplicación en el sector, avances y mejoras que se pueden conseguir.
El impacto de la paliación de las tecnologías de automatización en información en la maquinaria de obras
públicas va a ser muy alto en el futuro, ya que con la incorporación de estas se consiguen los siguientes
objetivos:
- Mejora de la productividad, al conseguir un mayor control sobre el proceso. Esto es un beneficio que las
grandes empresas de construcción y obras públicas no pueden ignorar.
- Mejora en la seguridad y confortabilidad del operario. Impulsada tanto desde los movimientos obreros
y desde las propias instituciones, con normativas cada vez más exigentes.
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- Mejora en la calidad del trabajo, por la monitorización continua y las nuevas funcionalidades que
pueden desarrollar las nuevas máquinas.
Las nuevas tecnologías en los productos actuales suponen la incorporación de un valor añadido para las
mismas, pasando de productos basados en la transformación del metal, en tecnología de la información, y de
ser grandes herramientas manuales, a instrumentos sofisticados.
Por otro lado, las empresas que dan el paso de incorporar sistemas basados en nuevas tecnologías
también entran en la cultura de la innovación, lo que supone una ventaja competitiva para ella.
2.6. Sostenibilidad, eficiencia energética y renovable.
Tendencias en el reciclado de materiales de construcción y demolición.
El reciclado de materiales de construcción y demolición, era impensable hace tan sólo unos cuantos
años, actualmente está en línea de configurarse como una actividad con interesantes expectativas de
crecimiento. El sostenimiento de esta tendencia depende, en gran parte de su capacidad para superar el
obstáculo que supone un precio relativamente bajo, tanto de vertido de residuos como de los materiales de
construcción actualmente empleados. Dada esta posición y si, como es previsible, Colombia debe seguir las
pautas marcadas por otros países, en un futuro no muy lejano el empleo de estos residuos en sustitución de
los materiales convencionales, tomará carta en el asunto y con ello propagará la aparición de actividades que,
haciendo posible el desarrollo sostenible, sean económicamente interesantes.
Los residuos de demolición y de construcción tienen un potencial de reutilización reconocido. Sin
embargo son pocas las experiencias que en ese sentido se han desarrollado en Colombia, por lo que existe una
clara demanda de información sobre los métodos apropiados para el tratamiento de éstos, así como de las
experiencias llevadas a cabo en otros países más avanzados en estos campos.
Por otra parte podemos señalar que la construcción es una de las actividades más antiguas del ser
humano y, casi pareja con ella está la demolición de las construcciones, fruto de la necesidad de ampliar
espacios, reemplazar construcciones obsoletas u otras circunstancias o avatares que ha deparado la historia.
En estos periodos históricos, la demolición se puede asemejar a un planteamiento inverso: “la demolición es
una construcción al revés”.
Un aspecto a considerar es que el gran crecimiento socioeconómico de la segunda mitad de siglo XX y
principios del siglo XXI, ha permitido la construcción de numerosas estructuras que poco a poco irán
envejeciendo y, en consecuencia, se irán demoliendo por diversas causas. Todo ello está contribuyendo a un
aumento de los residuos de demolición y construcción y, por consiguiente a la necesidad urgente de reciclar,
con el fin de preservar nuestro entorno, reduciendo la apertura de nuevas explotaciones y el impacto
medioambiental que su instauración lleva aparejado.
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Tendencias en el reciclado en Europa
En la mayoría de los países de la Comunidad Europea, tras años de llevar a cabo actividades recicladoras
gracias a la formulación de objetivos políticos, a una legislación y control apropiados, se consiguen niveles de
reciclados aceptables y siempre crecientes. En los Países Bajos y Dinamarca, la legislación prohíbe
expresamente el vertido de residuos aptos para el reciclaje y posterior utilización; existen permisos de
transporte para residuos, en los que se especifica el origen, volumen y composición, y mediante los cuales se
controla el destino y la disposición final de los residuos.
En España, el reciclaje de los residuos de construcción y demolición (RCDs), todavía no se ha extendido,
existen sólo algunas actuaciones puntuales, mediante plantas móviles de trituración o de reciclado..
Tanto en Alemania como en Los Países Bajos, con muchas experiencias en temas de reciclaje, se han
introducido iniciativas legales para combatir el problema del vertido en lugares incontrolados, alentando el
reciclaje y la reutilización de desechos pertenecientes a actividades de la construcción o de la demolición.
Por ejemplo, en el plan nacional holandés sobre medio ambiente, están estipulados los objetivos de
reducción de volumen de residuos por medio de la prevención y de la reutilización. De acuerdo con el
mencionado plan, todos los residuos incluyendo los de la construcción y demolición, con posibilidades de
reutilización y reciclaje deben ser aprovechados. Si no fuera posible su reutilización, la incineración es la
primera opción para su eliminación, considerando el transporte de los residuos a vertedero como la última
elección.
Con el objetivo de fomentar la reutilización y el reciclaje de residuos y de estimular la reducción del
volumen vertido, se ha optado por la subida de las tarifas de vertido, y existe una legislación que prohíbe
verter residuos aptos para el reciclaje y su posterior reutilización. En Los Países Bajos las actividades de
reutilización no están subvencionadas. Temas como el precio y la calidad de los materiales reciclados no son
competencia del gobierno, sino de la iniciativa privada del sector de materiales de construcción.
Todos estos factores llevaron a que hoy en los Países Bajos se reutilice o se recicle el 90% de los residuos
provenientes de demolición y construcción. Para ello, se ha creado una infraestructura con recorridos para el
transporte de los residuos de construcción y demolición no excesivos. Puesto que el principal coste reside en la
creación de plantas de reciclado, se planifica su funcionamiento con rendimientos elevados.
En cuanto a Alemania, que es el mayor productor de escombros de la UE (59 millones de toneladas/año)
se distinguen cuatro grupos de residuos de construcción:
- Residuos procedentes de obras de construcción y demolición.
- Residuos procedentes de los terrenos de construcción, ampliación y renovación de edificios.
- Residuos procedentes de obras de demolición, restauración ampliación de carreteras, caminos, etc.
- Residuos procedentes de excavaciones que consisten en materiales pétreos como piedras, grava, arena,
arcilla, etc.
Los mismos no tienen una prohibición explícita de depositarlos en vertederos, sin embargo ya existen
proyectos en ese sentido. La tendencia general, al igual que en otros países europeos, va hacia un aumento
significativo de los costes de las tarifas de los depósitos en vertederos. La consecuencia directa es que
actualmente en Alemania, se recicla el 45% de los residuos vertidos y se está mejorando anualmente las
infraestructuras para hacer más fácil el trabajo de reciclaje.
En ese sentido, la política del gobierno se ha encaminado a:
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- Estimular las posibilidades de reciclaje y reutilización.
-Estimular la separación en origen de residuos reciclables de los que sean nocivos.
- Mantener el control para que no se viertan residuos que sean aptos para el reciclaje o la reutilización.
- Fomentar que en los depósitos especiales para los residuos de construcción solo se permitan aquellos
residuos que no tengan ninguna posibilidad de reciclaje.
Las herramientas más importantes que se utilizan en Alemania para el fomento de la aplicación de
materiales reciclados son las siguientes:
-La obligación de utilizar materiales reciclados como primera opción.
- Mencionar en los pliegos de condiciones de obras de demolición las posibilidades de reutilización y
reciclaje, estimulando la separación en origen.
Los residuos de construcción y demolición (RCDs), código 17 00 00 del Catálogo Europeo de Residuos
(C.E.R), proceden, en su mayor parte de derribos de edificios o de rechazos de los materiales de construcción
de obras de nueva planta y de pequeñas reformas en viviendas o urbanizaciones. La competencia sobre su
gestión corresponde a las Administraciones locales, a excepción de los RCDs procedentes de obras menores
que son gestionados por la empresa productora de la misma.
Se generan en grandes cantidades y el volumen supera al de origen doméstico. Estos residuos se están
llevando en su mayor parte a vertedero, dadas las favorables condiciones de precio que proporcionan éstos,
con unos costes de vertido que hacen que no sea competitiva ninguna otra operación más ecológica. Con ello,
contribuyen al rápido llenado tanto de los vertederos municipales como los vertederos especiales de RCDs. En
el peor de los casos, se vierten de forma incontrolada, con el impacto visual y ecológico consiguiente.
La mayor parte de los RCDs se pueden considerar inertes o asimilables, y por lo tanto su poder
contaminante es relativamente bajo pero, por el contrario, su impacto visual es con frecuencia alto por el gran
volumen que ocupan y por el escaso control ambiental ejercido sobre los terrenos que se eligen para su
depósito. Un segundo impacto ecológico negativo se deriva del despilfarro de materias primas que implica este
tipo de gestión, que no contempla el reciclaje.
Los denominados residuos inertes pueden tener distintas procedencias: excavaciones de suelos o
ejecución de obras de reforma en calles del casco urbano; los originados en carreteras e infraestructuras; en
mezcla de los escombros de construcción o demolición de edificios y los rechazos o roturas de la fabricación de
piezas y elementos de construcción. Puesto que los primeros suelen ser tierras limpias (las que no lo sean, o así
se sospeche, sí tendrán que ser tratadas y recicladas en función del tipo de contaminación que contengan)
pueden ser reutilizadas sin mayor problema en rellenos para obras viarias o para regularizar la topografía de un
terreno.
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Proceso de reciclado.
El reciclaje de los RCD es una solución técnicamente viable y muy extendida en otros países europeos, tal
y como se ha visto anteriormente, que consiste en la adecuada separación de los materiales que componen los
comúnmente denominados los escombros, de forma que se separan los materiales pétreos (hormigón, ladrillo,
mampostería y cerámica) de los no pétreos (metales, madera, plásticos, etc.). Posteriormente, los primeros
son sometidos a una o varias etapas de trituración y clasificación, permitiendo obtener un árido reciclado apto
para un nuevo aprovechamiento.
Figura 131.- Imágenes de plantas de reciclaje.
El procesamiento de estos RCD puede dividirse en dos fases:
a) Demolición selectiva en origen, para evitar materiales no deseables como pueden ser los escombros
de mampostería, vidrio, maderas, tuberías, cables…etc.
b) Transformación de los escombros de demolición en áridos. Las plantas de producción de árido
reciclado son similares a las plantas de producción de árido natural, a las que se suelen añadir electroimanes
para la separación del acero, y otros sistemas de eliminación de impurezas.
Aplicaciones
Las especificaciones que debe cumplir un material para un uso determinado están basadas en años de
investigación y experiencia, habiéndose demostrado que los materiales que cumplen las especificaciones han
tenido un comportamiento satisfactorio. A continuación se incluye una tabla donde se especifican los posibles
usos que pueden tener los diferentes residuos que se producen, relacionados con los procesos de
deconstrucción y demolición, y los posibles usos que pueden tener una vez tratados.
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RESIDUO RECEPCIONADO
EMPLEO
Capas con aglomerados, capas sin aglomerados, capas de
Trozos de asfalto
cubrición.
- Materiales de relleno, protección contra heladas, capas
de grava.
- Aditivos para:
Material producido al desempedrar el
+ Concreto.
pavimento
+ Capas con aglomerados hidráulicos
+ Asfalto
+ Componentes de hormigón
- Materiales de relleno, capas de relleno, capas
Escombros de edificios
subordinadas, empedrado.
Ladrillos/materiales ligeros de
- Capas para pistas de deporte, substratos de suelos,
construcción
piedras para la construcción de edificios, material para
basamentos
- Materiales de relleno, protección contra heladas, capas
de grava.
Concreto en masa y reforzado.
- Áridos para hormigón, componentes de hormigón,
material de bases
- Basurero.
- Clasificación:
Desechos mixtos de obras
+ Escombros de edificios (60%)
+ Otras sustancias útiles, no minerales (20%)
+ Materias residuales (20 %)
Figura 132.- Posibles usos de los residuos de demolición y deconstrucción.
Las tendencias actuales van encaminadas a aumentar el porcentaje de residuos empleados. En el caso de
áridos reciclados, dados los diferentes requerimientos que las normativas exigen, se están analizando sustituir
parte de los áridos naturales por áridos reciclados, de forma que manteniendo las propiedades físicas,
químicas y mecánicas, se disminuya la cantidad de áridos naturales empleados a la vez que se valoriza un
residuo que de otra forma sería llevado a vertedero.
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Tendencias en recuperaciones de vías de urbanizaciones existentes. Reciclados de firmes in
situ para mejorar las vías en urbanizaciones a rehabilitar.
Reciclado in situ con cemento de firmes existentes en zonas urbanas.
El reciclado de firmes in situ con cemento es una técnica de rehabilitación de vías urbanas o de
urbanizaciones existentes con la que se consigue transformar un firme deteriorado en una capa nueva de base
de notable capacidad estructural, aprovechando el mismo firme como cantera o fuente de suministro de
áridos.
Consiste en disgregar el firme existente en la profundidad requerida, mezclar el material resultante con
cemento y agua y compactar la mezcla a la densidad adecuada. Encima se dispone cierto espesor de mezcla
bituminosa según el tráfico de proyecto.
Frente a otras soluciones de rehabilitación, el reciclado con cemento de los firmes permite el
aprovechamiento de estas capas deterioradas, logrando recuperar e incluso aumentar su capacidad de
soporte, y proporciona al material obtenido tras el reciclado unas características físico-mecánicas acordes con
un adecuado nivel de servicio de la infraestructura. Se consigue un firme en conjunto mucho más duradero,
con menor susceptibilidad al agua y mayor resistencia a la erosión.
El campo de aplicación es muy amplio, abarcando todo tipo de carreteras, desde calles principales a vías
secundarias, y de superficies pavimentadas, como por ejemplo aparcamientos o polígonos industriales
deteriorados.
Contribuciones a la sostenibilidad.
El reciclado de firmes in situ con cemento es una técnica íntimamente ligada al concepto de
sostenibilidad. A todas las ventajas medioambientales derivadas del aprovechamiento de los áridos existentes,
ya que evita la apertura de graveras o la sobreexplotación de las actuales y suprime el empleo de vertederos
en entornos urbanos, se suman importantes beneficios técnicos y económicos.
Ventajas medioambientales
• La reutilización de materiales in situ contribuye a no tener que abrir nuevos yacimientos de áridos, ni a
reducir las reservas de los existentes. Este ahorro de áridos puede estimarse en 3.000 – 4.000 t/km
(comparando con el árido necesario para un firme nuevo de similar capacidad estructural), lo que
significa que el reciclado de carreteras in situ con cemento evita la extracción anual de unas 800.000 t de
áridos.
• Se disminuye la necesidad de vertederos, al aprovecharse los materiales existentes en el firme.
• Al evitar transportes, se disminuyen las emisiones de CO2 y otros contaminantes en el entorno urbano
(polvo, ruido, etc.).
• Se trata de una técnica especialmente adaptada al empleo de cementos con alto contenido de
adiciones. Ello se traduce en una reducción de las emisiones durante su fabricación, al reducir la cantidad
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clinker empleado e incorporar subproductos industriales como escorias o cenizas volantes, lo que
favorece el cumplimiento del protocolo de Kioto y de los compromisos de desarrollo sostenible.
• Es una técnica en frío que consume poca energía, disminuyéndose notablemente la contaminación y
las emisiones de vapores nocivos.
Ventajas técnicas
• Permite rehabilitar un firme fatigado y deformado, transformándolo en una capa tratada más
homogénea con unas características mecánicas importantes y una capacidad de soporte mucho mayor.
• Se disminuyen las tensiones que llegan a la explanada y las que se producen en las capas bituminosas
superiores.
• Se reducen los efectos negativos que sobre el firme tienen los cambios de humedad del soporte.
• Se incrementa la resistencia a la helada.
• Se disminuyen las molestias por el tráfico de obra y los daños a la red de carreteras adyacentes debido
a que no se transportan los materiales a una central de fabricación, ni desde ésta a la obra.
• Puede combinarse con la ejecución de un ensanche, utilizando para este último los mismos equipos
empleados en el reciclado. Con ello no se precisa un ancho mínimo de ensanche y se puede evitar la
construcción de cuñas estrechas que suelen acarrear dificultades. Una adecuada elección de materiales
para el ensanche permite obtener después de su tratamiento una mezcla con unas características
similares a las del firme reciclado, mejorando así la homogeneidad de la sección transversal del conjunto
de la carretera ensanchada y evitando la aparición de fisuras longitudinales entre los ensanches y el
firme de la parte de la carretera existente que se conserva.
• Permite rehabilitar carriles individuales.
• Se mantiene prácticamente la rasante inicial.
Ventajas económicas
• Se reduce la necesidad de nuevos áridos a utilizar en la obra y el coste de su transporte.
• No es necesario instalar una central de fabricación.
• Permite alcanzar elevados rendimientos.
• Las ventajas técnicas ya citadas también se traducen en ventajas económicas.
Todo ello da lugar a unos menores costes de rehabilitación del firme frente a otras soluciones.
El reciclado in situ del firme es una técnica que afecta a la práctica totalidad del espesor del mismo y con
la que se obtiene una nueva capa cuyas características son muy diferentes y prácticamente independientes de
las deflexiones en el firme antes de su rehabilitación.
Las características mecánicas del material obtenido después del reciclado dependen de distintos
parámetros como el espesor y naturaleza de las capas a reciclar, el porcentaje de betún residual u otros como
el contenido y tipo de conglomerante empleado, pero de forma generalizada, el dimensionamiento de un
firme reciclado no depende del nivel de deterioro previo de este último, al contrario que en una solución de
refuerzo con mezclas bituminosas.
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Los principales factores de diseño que intervienen en el proyecto son:
• la intensidad de tráfico pesado,
• la capacidad de soporte de la explanada,
• las características de los materiales a reciclar y del producto obtenido,
• el periodo de proyecto.
En comparación con las alternativas de refuerzo con mezclas bituminosas, tanto la competitividad de
estas secciones en cuanto al coste inicial como su mayor durabilidad pueden comprobarse fácilmente. A título
de ejemplo puede estudiarse el caso de una carretera con categoría de tráfico pesado T2 sobre una explanada
de calidad contrastada, que por encontrarse su firme próximo a la fatiga presenta una rodadura inadecuada
para la seguridad de los usuarios. La Norma 6.3 -I.C. del Ministerio de Fomento En España requiere reforzarla
con 18 cm de mezclas bituminosas, lo que supondría un coste material aproximado de 19,40 €/m2. La
alternativa, de acuerdo con la Tabla 2, es el reciclado de 35 cm del firme existente (unos 5,08 €/m2),
recubiertos con 12 cm de mezcla bituminosa con lo que su coste material total sería de 18,09 €/m2, es decir,
un 6,8 % más económica. Por otra parte, mediante los métodos habitualmente utilizados en el
dimensionamiento analítico de firmes puede comprobarse que el volumen de vehículos pesados que
soportaría la sección reciclada antes de su fatiga es unas 23 veces superior al de la sección reforzada.
Ensayos previos necesarios
Inicialmente se debe realizar una división de la vía en tramos homogéneos en cuanto a tráfico, tipo de
firme, estado del mismo, etc., en base a los datos recogidos y a una campaña de extracción de testigos y
apertura de calicatas (al menos una por km), a fin de definir los espesores de cada capa y obtener muestras
para caracterizar los materiales.
En el laboratorio se define la fórmula de trabajo que debe indicar:
• La granulometría del material resultante del reciclado y si resulta necesario añadir un corrector
granulométrico (árido fino), o bien unos centímetros de árido de aportación si el firme no tiene el
espesor suficiente. No obstante, en este último caso puede considerarse también la opción de reciclar
parte de la explanada y aumentar la dotación de cemento.
• Los límites de Atterberg de la explanada, en caso de que se tenga que utilizar algo de espesor de la
misma.
• La humedad del material en el momento del mezclado.
• La densidad a obtener, no inferior al 97% de la máxima Proctor modificado.
• El plazo de trabajabilidad del material reciclado según norma UNE-EN 13286-45.
• El tipo y dotación de cemento a utilizar, así como del eventual aditivo (retardador de fraguado). Es
recomendable el empleo de cementos con alto contenido en adiciones (ESP VI-1, CEM V, CEM IV, CEM III
o CEM II-B) y clase resistente media o baja (32,5 ó 22,5), a fin de disponer de un mayor plazo de
trabajabilidad y de limitar los efectos de la fisuración por retracción. Los cementos de clase resistente
superior, como los 42,5, deben reservarse para tiempo frío.
Dada la variabilidad de las características de los materiales que pueden encontrarse en un firme, es
aconsejable que la dotación de cemento no sea inferior al 4 % a fin de asegurar la consecución de la
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resistencia mínima especificada a lo largo de toda la obra y evitar problemas posteriores, en general muy
costosos de solucionar.
Figura 133.- Ensayos para determinar la dosificación óptima de cemento.
La dosificación óptima de cemento se determina con varias series de probetas con los materiales que se
espera obtener del fresado del firme, más el corrector granulométrico si se ha estimado necesario, y distintas
dotaciones de cemento. Las probetas se fabrican con la humedad óptima y la densidad exigida (97% de la
máxima Proctor modificado). Definido el contenido de cemento conviene realizar un análisis de sensibilidad
sobre probetas compactadas a densidades que difieran de la antes indicada. De esta forma se puede estimar la
dotación de conglomerante a añadir al material que garantice suficientemente la obtención de la resistencia a
compresión exigida con las densidades alcanzadas en obra.
La elección del tipo de cemento tiene una importancia menor en comparación con el contenido de
conglomerante o el grado de compactación alcanzado.
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Proceso Constructivo
La ejecución es similar a la estabilización de explanadas o a la de un suelocemento in situ, siendo válido
todo lo concerniente a materiales tratados con cemento (plazo de trabajabilidad, necesidad de obtener la
densidad especificada). Se exponen no obstante, por su importancia, algunos aspectos a considerar:
• Planificar correctamente la obra en todas sus fases, por lo que antes del reciclado, se deben solucionar
los problemas de explanada y drenaje que pueda haber, y que el reciclado no resolverá.
• Ejecutar un tramo de prueba en el que se comprueben los resultados obtenidos en los ensayos previos,
tomando muestras sin cemento para determinar la granulometría real obtenida tras el paso de los
equipos y realizar al menos un ensayo Proctor modificado. Además se debe corroborar la dotación de
cemento y los equipos propuestos, definiendo el proceso de compactación.
• Resulta prácticamente imprescindible utilizar distribuidores de conglomerante en forma de lechada ya
que evitan pérdidas del mismo por el viento, son más respetuosos con el medio ambiente, proporcionan
una dosificación más precisa y una mejor distribución.
• Si la humedad del material a reciclar está próxima a la de compactación, la aportación de lechada no es
admisible, requiriéndose entonces rebajar la humedad inicial con cal o bien orear previamente el
material. En algún caso será preciso recurrir a una distribución por vía seca.
• Se debe asegurar el suministro continuo de cemento durante la obra para evitar tener los equipos
parados.
• En cuanto a la anchura de reciclado, al tener los equipos un ancho de trabajo inferior a 2,50 m, el
reciclado se debe realizar por bandas. Se debe poner especial atención en no sobredosificar las
bandas de solape y no formar juntas frías en las mismas, que posteriormente provocarán fisuras
longitudinales en la carretera. Por ello, todas las operaciones de solape deberán realizarse con
cuidado y dentro del plazo de trabajabilidad del material.
• El ancho de la sección final reciclada no puede ser mayor que la del firme existente. Antes de
iniciar el reciclado los bordes del firme deben ser limpiados adecuadamente. Dichos bordes no se
deben reciclar, por lo que si se necesita más anchura ésta debe conseguirse de la misma forma que
el caso de un ensanche, abriendo una caja y aportando una zahorra con la que se obtenga, después
de ser tratada con cemento, un material de características similares a las del firme reciclado; o bien
disponiendo en la caja un suelocemento fabricado en central.
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Figura 134.- Imágenes de reciclado in situ con cemento.
• Para la determinación de la longitud de las bandas de reciclado, no conviene que transcurra un
tiempo superior al plazo de trabajabilidad (2 horas si no se ha determinado) desde que se inicia el
reciclado de la primera banda hasta que se termina la compactación de la última banda de esta
misma sección. Por ello inicialmente la longitud de las bandas de reciclado no debe ser mayor de
unos cien metros, aumentándose la misma si se comprueba que la ejecución se lleva a cabo
correctamente y la temperatura ambiente no es demasiado elevada. La longitud de las bandas
debe optimizarse de forma que coincida el final de una sección transversal completa de carretera
con una recarga de cemento del equipo dosificador de lechada.
• En la apertura de las catas para controlar el espesor se ha de comprobar que el material es
homogéneo tanto en color (lo que indica que se ha mezclado correctamente con el cemento) como
en humedad. Se debe controlar que la velocidad del equipo de reciclado no sea superior a 10
m/min, para que el material esté un tiempo en la cámara de mezclado de la recicladora.
• Para conseguir una buena compactación y la resistencia prescrita se deberá controlar que la
humedad del material esté próxima a la óptima del ensayo Proctor modificado. Este es el
parámetro más difícil de asegurar en obra.
• Es importante disponer de un equipo de obra capaz de pulverizar agua que ayude a compactar
adecuadamente la superficie y evite desecaciones.
• Para una adecuada nivelación hay que tener en cuenta que tras la disgregación del firme
existente por la recicladora se realizan uno o dos ciclos de compactación con el rodillo vibrando a
su amplitud máxima y que posteriormente se ha de llevar a cabo un refino con motoniveladora
para obtener la rasante.
La motoniveladora debe mover el material lo menos posible por su tendencia a segregar, intentando
siempre retirar material en los puntos altos, y no aportar capas delgadas, que pueden dar lugar a la aparición
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de gruesos sin envolver en la superficie. No se debe pretender corregir con la motoniveladora los problemas de
regularidad superficial, sino que por el contrario la rasante ha de estar previamente definida con la aportación
de la zahorra necesaria.
La compactación se realiza con un rodillo liso, que en ocasiones se combina con un rodillo de
neumáticos para cerrar la superficie. Es importante mentalizar al maquinista de la importancia de su
trabajo, por lo monótono que resulta, y controlar de vez en cuando que se realiza correctamente.
• Se considera imprescindible prefisurar la capa reciclada mediante, un sistema que garantice
buenos resultados, cuando el tráfico pesado sea de categoría igual o superior a la T2 y las
condiciones climáticas lo aconsejen. En cualquier caso, la prefisuración siempre resulta
recomendable.
• El curado se realiza con una emulsión ECR-1. Si este se lleva a cabo a mediodía y al final de la
jornada en lugar de hacerlo de manera continua, se debe mantener húmeda la superficie
pulverizando agua de vez en cuando (sin que se formen charcos) para evitar desecaciones.
• En las zonas en la que haya cruce de caminos o en los tramos en los que vaya a circular el tráfico,
la emulsión deberá protegerse con gravilla 3-6 (dotación entre 4 y 6 l/m2), que se deberá
compactar y barrer tras su extendido.
• Se debe asegurar una correcta adherencia entre la capa reciclada y la capa de mezcla bituminosa
en contacto con la misma. Para ello, una vez finalizado el reciclado y antes de extender el riego de
adherencia, se debe realizar un barrido enérgico, retirando todos los áridos sueltos que hayan
quedado en superficie y la emulsión de curado que no esté perfectamente adherida.
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Al objeto de controlar la resistencia del material reciclado, se deben fabricar diariamente 2 series
de 3 probetas para romper a compresión a la edad de 7 días. La densidad de las probetas debe
coincidir con la obtenida en la obra.
Experiencia en España
En España, tras una primera experiencia en Huelva en el año 1992 de unos 12 km de longitud, la
superficie reciclada anualmente fue creciendo de forma progresiva hasta 2006, año en el que se produjo
un importante aumento. Desde entonces, se viene reciclando una superficie anual de unos 2,5 millones de
m2, lo que a finales de 2010 representaba más de 21 millones de m2 de carreteras recicladas in situ con
cemento en nuestro país.
El tráfico que circula por las carreteras recicladas varía desde las categorías más pesadas, como es el
caso de algunos tramos de la carretera N-630 entre el límite con la provincia de Salamanca y Cañaveral
Sur, con un tráfico T1, hasta las más ligeras, como muchas de las obras realizadas en la provincia de
Palencia, con tráficos T42. Las secciones de firme recicladas son también muy variables, desde firmes con
15 a 18 cm de mezclas bituminosas apoyadas sobre capas de zahorras o macadam a tratamientos
superficiales sobre capas granulares de espesor reducido.
A finales de 2010 se disponía en España de más de 60 equipos para el reciclado con cemento de
firmes, propiedad de un gran número de empresas especializadas en esta técnica.
Ello da una idea del crecimiento experimentado por esta técnica en nuestro país.
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Figura 135.-Superficie anual reciclada en España
Podemos decir que tras más de diez años de proyectos de investigación y de demostración
actualmente se trata de una técnica de rehabilitación de firmes:
•
Técnicamente contrastada.
•
Competitiva y económica, especialmente para la revitalización de áreas urbanas y polígonos
industriales existentes.
•
Mucho más respetuosa con el medio ambiente que cualquier otra alternativa de
rehabilitación.
Tendencias en la revalorización de productos para su uso en construcción.
Uso de neumáticos troceados fuera de uso
Los neumáticos fuera de uso (NFU) constituyen uno de los residuos sólidos para los que encontrar
soluciones de reciclado presenta una mayor urgencia. Esta circunstancia se debe a que la Directiva
99/31/CE del Consejo, de 26 de abril 1999, relativa al vertido de residuos (Directiva de Vertederos)
prohíbe por completo el vertido de NFU a partir del 1 de Enero de 2006. Además, esta norma comunitaria
prevé que en el presente año 2007 el reciclado sea del 25% en peso del total de residuos generados. Estos
objetivos han sido incluidos en el Plan Nacional de Neumáticos Fuera de Uso (2001-2006) donde también
se recoge el objetivo estratégico de aumentar el porcentaje de reciclado de residuos en concordancia con
el “Principio de jerarquía”, en el que se basa la política comunitaria y nacional de gestión de residuos, y
que prioriza las distintas posibilidades de afrontar el problema de los residuos: prevención, reutilización,
reciclado, valoración energética y vertido. Es de destacar que se encuentra en elaboración el II Plan
Nacional de Neumáticos Fuera de Uso (2007-2010) en fase “borrador”.
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Figura 136.- El problema medioambiental y social.
Por otro lado, en alguna de las comunidades autónomas, no en el caso de Andalucía, ya se han
realizado diferentes iniciativas en materia de normativa sobre la gestión de NFUs con el fin de hacer frente
y solucionar el problema de la gestión de estos residuos. Sin embargo, los objetivos mencionados aún
están muy lejos de conseguirse. Según datos del propio PNNFU, en España los porcentajes de reciclado y
vertido en 2002 fueron del 6,65% y el 67,76%, (Macho, 2004).
La mala situación en la que se encuentra España queda evidenciada si se contrasta con la existente
en otros países comunitarios, pues la media para la UE en el mismo año indicaba un 35% de vertido y un
21% de reciclado. La comparación con EEUU es aún más desfavorable, pues allí el vertido sólo supone el
10% y el reciclado alcanza ya el 33% (datos de 2003, RMA, 2004).
Aunque es mucho más conocida la adición de neumático reciclado en polvo para betunes asfálticos,
precisamente hemos querido en este documento centrarnos en el uso de neumáticos troceados cuyo
impacto positivo desde el punto de vista medioambiental es mucho mayor al representar un mayor
potencial de uso en volumen y una mayor penetrabilidad en el mercado por sus costes más reducidos. Es
más fácil encontrar bibliografía en el uso de neumáticos en polvo, mientras que la tecnología que aquí
presentamos es menos conocida.
Reciclado de NFU en rellenos de obra: situación en Europa y el extranjero
La idea de reciclar neumáticos en obras de tierra no es nueva. Aunque existen precedentes
anteriores, el primer esfuerzo sostenido en este sentido tuvo lugar en Francia. Allí se desarrolló durante
los años 70 y 80 lo que se dio en llamar “Pneusol” (Long, 1990; Long, 1993). Este consiste, esencialmente,
en disponer cubiertas de neumáticos, sin laterales, en capas horizontales que luego se rellenan de tierra.
Los neumáticos de cada capa se atan entre sí mediante cuerdas o cables. Se constituye así un macizo de
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terreno compuesto que actúa de forma semejante a la tradicional tierra armada. Impulsada desde la
administración, esta forma constructiva contaba en 1993 con 250 aplicaciones en toda Francia, (Long,
1993). Esta técnica presenta, sin embargo, algunas desventajas, como una puesta en obra relativamente
laboriosa y lenta y la práctica imposibilidad de ensayo en laboratorio, lo que dificulta bastante la adopción
de criterios racionales de proyecto. Este último aspecto puede paliarse mediante ensayos a gran escala,
estrategia seguida recientemente en Canadá (Garga y O`Shaughnessy, 2000).
Durante los años 90 se desarrolló en EEUU una estrategia alternativa para el reciclado de NFU en
obras de tierra. El principio básico consistía en utilizar no los neumáticos enteros, sino troceados. El
troceado es la primera etapa de tratamiento del residuo, se realiza mediante trituradoras y se ha
desarrollado independientemente, como medida necesaria para reducir el volumen de los acopios
existentes de NFU. El troceado puede ser más o menos intenso, y da lugar a residuos de distinto tamaño.
Es convencional (ASTM, 1998) la distinción entre las tiras (“shreds”, 50-300 mm) y los trozos (“chips”, 1050 mm) de NFU. Por debajo de estos tamaños se debe recurrir a la molienda para conseguir los granulados
de goma que, por ejemplo, se emplean en las aplicaciones de firmes.
El empleo de neumáticos troceados en lugar de neumáticos enteros presenta la ventaja de facilitar
mucho la puesta en obra (mediante maquinaria convencional) y posibilitar así un mayor consumo de
residuo. Además, los NFU troceados pueden, en principio, ser ensayados también en laboratorio,
facilitando así el desarrollo de métodos racionales de proyecto. Las autoridades de varios estados como
Iowa, Minessota, Maine y Vermont promovieron y apoyaron las investigaciones sobre el particular y la
realización de proyectos de demostración.
Los NFU troceados se han empleado como rellenos aislados, en capas de grosor métrico, (Bosscher y
otros, 1997; Humphrey y otros, 1998; Tweedle y otros, 1998). El consumo de residuo es muy alto: sólo las
tres obras descritas por Humphrey (trasdosado de un falso túnel, relleno en un estribo, terraplenes de
acceso a un puente) emplearon 15.000 Tm de residuo.
Los proyectos descritos se centraron en dos aplicaciones: como material de núcleo para aligerar el
peso de terraplenes y como relleno en trasdós de muros. En el primer caso, al reducir el peso del terraplén
pueden reducir o hacer innecesarios los costosos tratamientos del terreno habituales en suelos blandos
como jet grouting o columnas de grava. En el segundo, y habida cuenta de su relativamente alta
deformabilidad, son capaces de absorber el esfuerzo de compactación del relleno sin generar grandes
empujes sobre el muro (unos 2/3 de los empujes que se consideran habitualmente). Su permeabilidad
elevada hace que, además, actúen como drenes. Esto permite reducir de forma importante el coste de las
estructuras de contención. En el caso de las estructuras de edificación el trasdosado con NFU troceados
presenta, además, la ventaja de sus buenas propiedades aislantes.
Las experiencias de este proceso se resumieron en una normativa específica para el uso de
neumáticos troceados en obra (ASTM D6270-98). En ella se dan recomendaciones prácticas de puesta en
obra y se informa sobre los métodos de ensayo desarrollados hasta la fecha.
Grupos relevantes sobre el tema:
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Actualmente existen en Estados Unidos varios grupos de investigación con amplia experiencia en la
utilización de NFUs triturados, liderados por el profesor Humphrey, desde la Universidad de Maine, con
una amplia trayectoria de investigación de la aplicación de NFUs en obra civil.
Así mismo, encontramos el grupo de investigación del profesor Zornberg, en la Universidad de
Texas, con experiencia en la utilización de NFUs empacados en obra civil.
Algunos departamentos de transporte de Estados estadounidenses han llevado a cabo estudios
sobre la aplicación de NFUs en obra civil, principalmente como relleno de terraplén, como es el caso del
Departamento de Transporte de Nueva York o el Departamento de Transporte de California.
En EEUU, la recuperación de NFU como relleno de obra civil supone, en la actualidad, (datos para
2003, RMA, 2004), el 19,4% del residuo generado y el 60% del residuo reciclado, siendo este el uso del
subproducto que presenta un crecimiento más fuerte en los últimos años.
Desde un punto de vista geotécnico la principal ventaja del empleo de estos materiales es su baja
densidad, que llega a ser del orden de la mitad o de la tercera parte de la de un suelo, por lo que se puede
emplear como material ligero en la construcción de rellenos sobre suelos blandos, de elevada
deformabilidad o en situaciones en las que los rellenos resulten inestables por un exceso de peso.
Así mismo, cuando se emplean como relleno, debido a su menor peso, generan menores empujes
que pueden llevar a diseños más ligeros.
También hay una gran cantidad de datos acerca del comportamiento mecánico de estos rellenos
tanto en relación con ensayos de laboratorio como obtenidos a partir de modelos a escala real y obras
construidas.
Para lograr un correcto análisis de los posibles usos de los NFU-s en la obra civil se ha de realizar una
correcta caracterización del material. Inicialmente, Humphrey y Manion en 1992 y Edil y Bosscher en 1994
realizaron ensayos edométricos para caracterizar su compresibilidad. Posteriormente, se ha intentado
caracterizar su resistencia mediante ensayos de corte directo (Foose y otros, 1996) y triaxiales (Wu y
otros, 1997; Lee y otros, 1999; Yang y otros, 2002).
A menudo se ha optado por ensayar mezclas de suelo y NFU. Esta aplicación tiene como desventaja
una puesta en obra algo más compleja, así como un efecto de aligeramiento menor. En cambio, se
consigue un notable aumento de resistencia en el material compuesto respecto al del suelo original (Edil y
Bosscher, 1994; Foose y otros, 1996; Youwai y Bergado, 2003; Zornberg y otros, 2004).
Lee y otros (1999) usaron un modelo elástico no lineal (Duncan-Chang) en un modelo de elementos
finitos con el fin de reproducir los ensayos a gran escala de Tweedle y otros (1998). Los resultados no
fueron satisfactorios en cuanto a la reproducción del empuje. Yang y otros (2002) emplearon el mismo
modelo elástico no lineal para ajustar sus resultados triaxiales; los parámetros de ajuste resultaron
notablemente diferentes. Por su parte, Heimdahl y Drescher (1999) proponen el empleo de modelos
elásticos anisótropos.
Para las mezclas de suelo y NFU troceado se han propuesto también modelos elásticos no-lineales
(Lee y otros, 1999) o modelos más “ad-hoc” derivados de otras técnicas de refuerzo de suelo (Foose y
otros, 1996). Recientemente, Youwai y Bergado (2003) han propuesto el empleo de modelos elastoplásticos de estado crítico para modelar mezclas de arena y granulados de goma.
Un aspecto estudiado en EEUU ha sido el de los posibles lixiviados de los rellenos de NFU. La norma
ASTM afirma que los lixiviados no son tóxicos, de acuerdo con el ensayo TCLP. Posteriormente (MooInforme Mapa Tecnológico Externo | 2.- ESTADO DE LAS TECNOLOGÍAS EN LA INDUSTRIA DE CONSTRUCCION MAPA TECNOLOGICO
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Young, 2003) se ha comprobado en laboratorio que la percolación de agua a través del residuo no produce
lixiviados tóxicos, pero que si se permite su inundación permanente en agua estancada la calidad del agua
se ve afectada (en buena medida por la suciedad asociada al residuo).
Los neumáticos troceados, si no se tratan específicamente, pueden presentar un porcentaje alto de
hilos de metal al descubierto proveniente de los refuerzos de las carcasas. La oxidación del residuo puede
dar lugar a reacciones exotérmicas. En acopios grandes, dada la baja conductividad de los NFU, pueden
dar lugar a temperaturas elevadas. Experiencias de laboratorio (Moo-Young, 2003) indican que los NFU
son estables hasta temperaturas de 200° C. Esto explica los casos de autocombustión observados en
algunas experiencias iniciales de terraplenes construidos con NFU.
La investigación posterior determinó (Humphrey y otros, 1998) que estos procesos se dieron al usar
capas de NFU de gran grosor (mayor de 7 m) en las que el residuo estaba sucio con aceites y contenía
numerosos tamaños finos. La normativa (ASTM D6270-98) ha establecido así limitaciones prácticas para
evitar este problema. La más significativa es la que restringe el contenido de finos en los rellenos de NFU y
que limita el grosor de las capas de NFU (3 m si se emplean tiras, 1 m si se emplean trozos). Para descartar
totalmente este aspecto se realizarán las pertinentes pruebas de laboratorio y poder usar el material con
total seguridad.
Figura 137.- Ejecución de terraplenes en Portland Jetport Interchange EEUU
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Figura 138.- Ejecución del trasdós de muros como material drenante EEUU
Tendencias de la Edificación y Rehabilitación Sostenible
La sostenibilidad como necesidad. El sector de la construcción es el sector más contaminante junto
con el sector de la alimentación y el transporte. De hecho, en la Unión Europea, la construcción de
edificios consume el 40% de los materiales, genera el 40% de los residuos y consume el 40% de la energía
primaria”, por lo que, no es de extrañar que la integración de la sostenibilidad en este sector sea una
necesidad. Sostenibilidad no como valor añadido, ni como elemento diferenciador, sino como parte
fundamental del proceso constructivo, tanto de la fase de diseño, como de la parte de ejecución, uso,
mantenimiento y fin de vida. La nuevas normativas europeas así lo dicen, cada vez con mayores las
exigencias a este respecto, y a nivel social, cada vez es mayor la concienciación, por lo que todos los
agentes participantes del proceso constructivo tendrán que adaptarse a esta nueva situación antes o
después.
Partidas presupuestarias dedicadas a introducir criterios sostenibles. Al igual que en los
presupuestos de las promotoras se incluye por normativa una partida dedicada a la seguridad y salud, ya
se empiezan a incluir partidas presupuestarias destinadas a cuidar el medioambiente. Por el momento, la
gestión de residuos ya ocupa un apartado dentro de los presupuestos, y presumiblemente, en poco
tiempo, los presupuestos incrementen partidas relativas a la introducción de criterios sostenibles, un
indicador más que muestra la necesidad de ir adaptando el modo tradicional de construir al modelo de
edificación y rehabilitación sostenible.
Integración de la sostenibilidad como parte del proceso productivo. Actualmente, para el personal
no facultativo, trabajar con criterios sostenibles es un lastre. Realizar una correcta gestión de residuos o
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hacer una separación selectiva de materiales antes de proceder a una demolición, supone un incremento
de tiempo que frecuentemente disuade a los operarios del realizar ese trabajo. Supone un cambio
respecto a la forma tradicional de hacer las cosas, por lo que cuesta adaptarse. Sin embargo, poco a poco,
este tipo de acciones se convertirán en algo rutinario, y pasarán a formar parte del proceso productivo
como algo natural, asumido y casi inconsciente, y no como una tarea añadida y costosa.
Especialización. Existe una tendencia hacia la especialización de los profesionales que trabajan en la
fase de ejecución de la edificación y la rehabilitación. La división de tareas y la especialización aumentarán
el nivel de profesionalidad del personal operario con un consecuente aumento de la calidad de la obra, y
por lo tanto de la sostenibilidad. Los operarios dejarían de ser polivalentes, pero a cambio, tendrían
mayores competencias en lo que a su responsabilidad se refiere. La especialización además, les supondría
un valor añadido como profesionales, siendo así más competitivos. La especialización se podría obtener
vía formación. Especialización de la mano de obra para la colocación de nuevos materiales y sistemas
constructivos.
Dispositivo de reconocimiento y acreditación de las cualificaciones profesionales. El sector de la
construcción es uno de los sectores que consta de los mayores índices de personal no cualificado. Hasta
ahora, cualquier persona era susceptible de entrar a trabajar en la obra sin haber tenido formación o
experiencia previa. Mediante un dispositivo de reconocimiento y acreditación de las cualificaciones
profesionales, se reconocerán de forma oficial las competencias de los profesionales, derivando en una
mayor calidad y por lo tanto, en una mayor sostenibilidad en la ejecución de la obra.
Industrialización. Tendencia a la industrialización en la fase de ejecución. Procesos sistematizados,
análogos al montaje de los coches. El proceso constructivo será un proceso más controlado, con una
tolerancia al fallo y un índice de error menor, y con un resultado final de mayor calidad. Supondrá la
posibilidad de simultanear tareas, y permitirá una reducción del tiempo de ejecución. La conversión del
proceso de ejecución en un proceso industrializado exigirá la especialización de profesionales en montaje
industrial.
Prefabricación. La utilización de materiales prefabricados, más sostenibles que los materiales
convencionales, siempre y cuando sean próximos a la zona de la obra, permitirán reducir la cantidad de
residuos generados, una mayor limpieza en la puesta en obra, y un menor coste en la ejecución.
Asimismo, resultan ventajosos por la facilidad de su montaje, por la independencia respecto al clima en su
ejecución, por la facilidad de ser reutilizados y reciclados, y porque su proceso de fabricación es más
controlado, con una consecuente mayor calidad en el acabado.
Subcontratación. Aunque por un lado la subcontratación puede conllevar la pérdida de calidad de
una determinada obra por el nulo sentimiento de pertenencia y por las idas y venidas de los profesionales,
por otro lado, permite una mayor productividad y una mayor calidad en la obra, por tratarse en principio
de personal más especializado.
Países Europeos. Siguiendo el modelo de algunos países europeos como Alemania o Suiza, que
llevan introduciendo criterios de sostenibilidad en sus construcciones más de dos décadas, y que además
tienen integrada y normalizada la edificación y rehabilitación sostenible en sus planes de estudio, en el
País Vasco se acabará interiorizado este concepto y en un tiempo pasará a ser algo totalmente integrado y
asimilado en el proceso constructivo.
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Análisis del Ciclo de Vida de los productos (ACV). Un producto o un material concreto pueden
parecer a priori más sostenible que otro. Sin embargo, a la hora de considerar la conveniencia de uno u
otro material, se tiene que tener en cuenta el ciclo de vida del mismo, es decir, cuál es su impacto
potencial sobre el medioambiente en cada una de las fases (extracción, colocación, uso, mantenimiento y
fin de vida). Por muy sostenible que sea un material concreto, si su proceso de extracción se produce a
miles de kilómetros de distancia, o si su tratamiento se lleva a cabo en fábricas extranjeras con índices de
contaminación muy elevados, entonces, habrá que cuestionarse la conveniencia de la puesta en obra de
dicho material.
Clasificaciones energéticas. Según lo dispuesto por el Real Decreto 47/2007 de Procedimiento Básico
para la Certificación de Eficiencia Energética en edificios de Nueva Construcción anunciada por el
Ministerio de la Vivienda, tanto los edificios de obra nueva, como los que sufran rehabilitaciones,
reparaciones o ampliaciones, tendrán que certificarse energéticamente de manera que obtengan una
etiqueta que les catalogue como edificios de la A a la G. Dadas las ventajas fiscales que supondrá tener
una vivienda con una buena certificación, y teniendo en cuenta que además, la buena certificación servirá
como argumento de venta, las empresas intervinientes en el proceso constructivo tendrán que reaccionar
y adaptarse, para poder responder a esta tendencia.
Análisis integral de edificios en términos Ambientales y de eficiencia Energética.
El análisis de un proyecto de edificación de forma integral en términos Ambientales y de Eficiencia
Energética, encierra diferentes campos de actuación que se entrelazan unos a otros, formando un todo
que potencia las posibilidades de mejorarlo en todos los aspectos.
Los campos en los que se debe actuar encierran en sí, todas las fases, desde el proyecto básico,
hasta la monitorización, una vez puesto en funcionamiento, sin embargo entre más pronta sea la fase
intervención, mayor será el beneficio a obtener con un menor coste asociado, como indica el grafico.
Figura 139.- Relación entre la efectividad y el coste de la medida de ahorro.
A continuación se hace una breve descripción de los campos más importantes a tener en cuenta en
el análisis del proyecto
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 Análisis de Parcela
El lugar en el que se desarrollara el proyecto debería tener en cuenta diferentes parámetros, tales
como generar las zonas blandas necesarias para reducir el efecto isla de calor, así como también la
creación de microclimas que mejoren las condiciones térmicas de todo el entorno, también puede
funcionar como un elemento que permita captar agua lluvia para ser empleada posteriormente
(por ejemplo en riego de vegetación)
 Eficiencia en Agua
Buscar un paisajismo escasamente consumidor de agua y el desarrollo efectivo en el proyecto de
sistemas para la reutilización del agua empleada. Con ello se limita la dependencia del edificio con
respecto al suministro de agua de la red de abastecimiento.
 Energía
Los parámetros que se deben tener en cuenta se engloban en dos grandes puntos, el primero de
ellos es considerar durante el diseño arquitectónico, la influencia que tiene el clima del lugar sobre
el proyecto, de esta forma es posible generar estrategias de tipo pasivo que reduzcan el consumo
energético, el segundo aspecto a considerar es la optimización de todo tipo de instalaciones, desde
las de climatización hasta las de iluminación. Con un buen desempeño en la consecución de estos
puntos, es posible evitar la emisión de gran cantidad de toneladas de CO2 durante la vida útil del
proyecto.
 Materiales
Para los materiales que se empleen en el proyecto será necesario realizar un completo análisis del
ciclo de vida implementando también una política de gestión de materiales del tipo de las tres “R”
(Reducir, Reutilizar y Reciclar).
 Calidad Ambiental Interior
Este es uno de los aspectos más importantes a tener en cuenta, ya que engloba diferentes aspectos
que influyen tanto en el confort como en la productividad de los usuarios de los edificios,
mejorando así la calidad de vida y reduciendo las bajas por enfermedades causadas por los edificios
dentro de los usuarios del mismo. Los aspectos a tener en cuenta se resumen en, confort
Higrotérmico, confort lumínico, confort acústico y calidad de aire interior.
 Instalaciones
La optimización de las instalaciones desde las de climatización, hasta las especiales como por
ejemplo las domóticas, es uno de los factores que mayor influencia causa en el ahorro energético,
la optimización de las mismas son un punto diferenciador de gran impacto. La optimización de
todas las estrategias se ven reflejadas en las instalaciones.
A continuación se hace una descripción de las fases en las que se divide un estudio de Eficiencia
Energética, Confort y Sostenibilidad:
Primera fase
Se hacen diferentes tipos de análisis que establecen los parámetros a seguir para cumplir con los
objetivos que se planteen.
 Análisis del clima del lugar
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Los determinantes climatológicos son fundamentales para que un proyecto arquitectónico tenga la
capacidad de integrarse con su medio, en este ítem se analizan vientos predominantes, periodos
lluviosos, periodos secos, humedad, temperaturas máximas, mínimas y medias en años promedio y
cualquier otro factor climatológico que pueda influir.
 Análisis de la influencia del entorno
El entorno en que se lleve a cabo el proyecto influirá en medida de las variaciones que este ejerza
sobre el volumen, como podrían ser: grandes masa de agua, existencia o inexistencia de
vegetación, grandes zonas oscuras, etc. Estas variables modifican el comportamiento climático del
emplazamiento.
 Análisis de emplazamiento
El lugar de implantación del proyecto (solar o lote) puede tener en cuenta aspectos y/o variables
que contribuyan al buen desempeño energético del edificio, así como también, contribuir a tener
mayor retención de aguas lluvias, lo que mejora la temperatura del lugar de implantación.
 Análisis del proyecto:
 Análisis de Diseño bioclimático
Aquí se hace referencia a todos los elementos de diseño que influyen en el comportamiento
energético del edificio, identificándolos, mejorándolos y/o proponiéndolos en donde sea necesario.
Las propuestas asociadas a este punto son de tipo pasivo.
Figura 140.- Algunos parámetros considerados en el diseño bioclimático.
 Análisis de Sombras (Mascaras de Sombras)
Las máscaras de sombras definen cuales y como deben ser los sombreamientos óptimos para cada
una de las orientaciones. En este punto se tienen en cuenta factores físicos naturales y no naturales
que influyen en el análisis (edificios, montañas, etc.)
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Figura 141.- Análisis de la incidencia de la luz solar sobre un edificio.
 Análisis de Materiales Constructivos
El intercambio energético entre el interior y el exterior del edificio se realiza a través de la piel del
edificio, lo que constituye como elemento de gran importancia los materiales de los cerramientos
incluyendo los acristalamientos (en una latitud como la Colombiana la cubierta es de gran
influencia)
Figura 142.- Análisis de la interacción energética entre el edificio y el exterior a) acristalamientos y
b) cimentación.
 Análisis del ciclo de vida de materiales
Tan importante como los factores climatológicos y la manera de interactuar con ellos para reducir
el consumo energético, es el análisis de los materiales constructivos y la cantidad de energía
empleada para la producción y transporte, también se tiene en cuenta el uso de esos materiales
una vez concluya el ciclo del edifico (reutilizar, reciclar)
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 Análisis de instalaciones
La optimización de las instalaciones es posible gracias a los beneficios obtenidos por las estrategias
a seguir, planteadas en los otros análisis, además de poder generar tipos de instalaciones que se
alimenten en parte de fuentes energéticas renovables o sean en si limpias al 100%.
Figura 143.- Análisis pata la optimización de las instalaciones de un edificio.
 Análisis de iluminación
Para el correcto desempeño de las diferentes tareas a realizar dentro del edificio, se encuentran
establecidos una cantidad determinada de luxes para cada una, el exceso o falencia de los mismos
pueden causar falta de confort que se asocia a baja productividad, la mayoría de la luz empleada
debería ser natural, la optimización de los mismos influye en el consumo energético.
Daylight Analysis
D a yl i gh tin g L e ve l s
Co nt ou r R an ge : 11 4 - 7 14 L u x
In St ep s o f: 60 L ux
©
E CO T E CT v 5
Lu x
71 4 +
65 4 - 7 1 4
59 4 - 6 5 4
53 4 - 5 9 4
47 4 - 5 3 4
41 4 - 4 7 4
35 4 - 4 1 4
29 4 - 3 5 4
23 4 - 2 9 4
17 4 - 2 3 4
11 4 - 1 7 4
Av er ag e Valu e: 28 3 .87 L ux
Visib le N od es : 9 42
Figura 144.- Modelo de análisis de la iluminación interior de un edificio.
 Análisis acústico
Otro factor de confort es el acústico, para lo cual es posible actuar tanto a nivel de aislamiento,
como de acondicionamiento, dependiendo de los requerimientos de cada espacio.
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Figura 145.- Análisis de la curva de sensibilidad acústica para una habitación concreta, en función
de los materiales aislantes y reflectivos presentes.
 Análisis de Calidad de Aire
Gran cantidad de enfermedades asociadas a los edificios, están relacionadas con los sistemas de
ventilación y con los materiales empleados, tanto por los edificios como por el mobiliario. Es
importante trabajar en la identificación de los factores que influyen en estos aspectos y corregirlos
(gran cantidad de bajas laborales y/o incapacidades medicas son causadas por estos factores)
Figura 146.- Análisis de la distribución de la ventilación interior del edificio. Materiales empleados
para modificar el confort.
 Análisis higrotérmico
El bienestar higrotérmico se establece cuando el cuerpo pierde calor a la velocidad adecuada, una
mayor velocidad de perdida genera sensación de frío y una lenta, sensación de calor, el equilibrio
de esto es el objetivo de este punto en donde se analizan factores tales como los climáticos,
temperaturas de consigna, cargas térmicas de equipos asociados al uso e incluso la influencia de la
vestimenta.
o
Fase 1: Simulación en software específicos (Ecotec, Acous Staff, Dialux, Fluent, Design
Builder, Trnsys, entre otros) y estimación del consumo energético. Las propuestas son
cuantificadas en térmicos de ahorro energético, estableciendo también la cantidad de
ahorros en la emisión de gases efecto invernadero.
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Figura 147.- Simulación del comportamiento energético del edificio.
En esta fase se marcan las directrices generales a seguir para la optimización del
diseño Bioclimático, de instalaciones de confort y del empleo de materiales.
o
Segunda Fase: Las estrategias planteadas en cada uno de los análisis traen consigo
modificaciones que se deben ejecutar en obra, para lo que es indispensable establecer
un asesoramiento en el diseño del proyecto de ejecución, estableciendo los detalles
constructivos necesarios para su correcta ejecución. A esta fase se asocian:
- Detalles constructivos estrategias Bioclimáticas
- Detalles Constructivos en modificaciones de materiales
- Diseño Eficiente para La Optimización de Instalaciones
- Especificaciones para la optimización del Confort
También se realizan en esta fase los cálculos asociados a las modificaciones de tipo
económico, haciendo un estricto análisis de cada propuesta, planteando las opciones
más viables en todos los sentidos.
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Figura 148.- Planteamiento y cuantificación de alternativas.
o
Tercera Fase: El correcto funcionamiento de cada una de las estrategias planteadas
para mejorar el proyecto en diferentes aspectos, depende de que durante el proceso
constructivo se ejecuten de forma adecuada, poniendo gran atención en los detalles,
haciendo necesaria la presencia de un especialista a pie de obra en cada uno de los
hitos determinantes para cada una de las fases constructivas, para con ello poder
responder a las expectativas creadas en las primeras fases del proyecto.
Cuando se tiene en cuenta el nivel de especialización de los diferentes temas
estudiados se hace indispensable que los expertos en estos temas puedan corroborar
que las particularidades se construyen como indican los planos de detalles, pero es
justo en la complejidad y especialización de las diferentes propuestas hechas, lo que
pudiere causar problemas en el momento de interpretar los planos, por estas razones
en esta fase se realiza un asesoramiento a pie de obra en:
- Ejecución de técnicas propuestas, asociadas a las Instalaciones de
Climatización
- Ejecución de técnicas propuestas, asociadas a Instalaciones Especiales
(Domótica, Control, Iluminación, Paneles Solares Térmicos, Paneles
Fotovoltaicos, etc.)
- Ejecución de Técnicas Pasivas de Acondicionamiento Térmico como podría
ser la Ventilación Natural, iluminación natural, captación y distribución de
energía solar (Inercia térmica), etc.
- Ejecución de técnicas constructivas enfocadas al uso de diferentes
materiales a lo largo de la ejecución del proyecto.
El desarrollo de cada uno de los puntos mencionados en las tres fases anteriores, da como
conclusión un proyecto Eficiente Energéticamente, que permite a los usuarios realizar un uso del edificio
bajo los requerimientos adecuados de confort (iluminación, acústica, calidad de aire, confort térmico); así
como también permitirá por medio de la aplicación de las diferentes técnicas optimizar el uso de las
diferentes instalaciones, destacándose las de climatización.
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Finalmente debe tenerse en cuenta que el gran esfuerzo que lleva obtener un proyecto con estas
características, puede merecer ser reconocido y convertirse en un hito y objeto de referencia. El sistema
de clasificación de Edificios LEED (Líder en Eficiencia Energética y Diseño Sostenible) es un sistema
estándar internacional voluntario, basado en el consenso y en criterios de mercado para desarrollar
edificios sostenibles de alta eficiencia; que al aplicarse en este proyecto permitiría dicho reconocimiento.
En este caso el sistema LEED al cual se optaría seria al de nueva construcción.
Certificación LEED
Los edificios tienen fundamentalmente un impacto en la vida de la gente y la salud del planeta. Es
necesario tener en cuenta que los edificios usan aproximadamente un tercio de la energía total, dos
tercios de la electricidad, un octavo del agua y transforman la tierra que proporciona valiosos recursos
ecológicos. El sistema de clasificación de edificios sostenibles para nueva construcción LEED ayuda a
mejorar la calidad de los edificios y su impacto en el medio ambiente.
A medida que el sector de los edificios sostenibles crece exponencialmente, se comprueban los
beneficios de la certificación. El diseño sostenible no solo tiene un impacto positivo en la salud pública y
en el medio ambiente, sino que también reduce los costes de operación, mejora la comerciabilidad del
edificio y su organización, incrementa potencialmente la productividad de los ocupantes y ayuda a crear
una comunidad sostenible. Este sistema de clasificación voluntario se basa en criterios energéticos y
medioambientales, consiguiendo un equilibrio entre prácticas establecidas y conceptos emergentes.
¿QUÉ ES LA CERTIFICACIÓN LEED?
El sistema de clasificación de edificios sostenibles LEED , “Líder en
Eficiencia Energética y Diseño Sostenible” por sus siglas en inglés, es un
sistema de evaluación y certificación medioambiental de carácter
internacional y voluntario, basado en criterios para desarrollar edificios
sostenibles de alta eficiencia. Este sistema de certificación ha sido ideado por
el Consejo de Construcción Verde de Estados Unidos (USGBC- U.S. Green
Building Council) y está en constante desarrollo.
Actualmente, la certificación LEED es la de mayor prestigio y reconocimiento a nivel mundial a la que
puede aspirar un edificio. La obtención del certificado permite entrar a formar parte del selecto grupo de
edificios sostenibles que lo han conseguido. Los beneficios para los propietarios son importantes,
especialmente a lo largo del ciclo de vida de su edificio, ya que conseguirán un mejor rendimiento
energético y económico y el consiguiente bienestar ambiental para los inquilinos del inmueble. Entre los
múltiples beneficios aportados cabe destacar los siguientes:
 Mayor valor del edificio
 Menores costes de operación
 Reducción de los residuos generados por el edificio
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Ahorro de energía y de agua
Mayor posibilidad de optar a ayudas y subvenciones
Demostración del compromiso con el medio ambiente por
parte del propietario, lo que otorga una mejor imagen social
Existen diferentes formas de certificar, según el uso y/o tipo de proyecto y la correcta selección,
puede ser determinante en el momento de conseguir la calificación deseada.



Figura 149.- Tipos de certificación LEED.
Entre los diferentes sistemas de certificación LEED, existe LEED 2009 for New Construction and
Major Renovations (LEED-NC) para edificios de nueva construcción o grandes remodelaciones. Este
sistema de clasificación de edificios sostenibles ha sido diseñado para guiar y distinguir a los edificios de
oficinas e institucionales de alta eficiencia. Enfocado inicialmente a edificios de oficinas, en la práctica ha
sido aplicado también a centros comerciales, escuelas, hospitales viviendas y otras muchas tipologías de
edificio.
La certificación ambiental LEED-NC proporciona un marco completo para evaluar la eficiencia del
edificio y cumplir los fines de la sostenibilidad. Para ello tiene en cuenta la aplicación de criterios
sostenibles tanto en la fase de proyecto de arquitectura e instalaciones técnicas como en la fase de
construcción, puesta en marcha y utilización del edificio. Los criterios LEED se aplican en siete áreas
diferentes:
1. Planificación sostenible de la parcela
La elección del lugar adecuado y una buena gestión del mismo son fundamentales
para que un proyecto logre ser sostenible. Una correcta selección minimiza el
impacto de los edificios en los ecosistemas fluviales, alienta a un apropiado
paisajismo, permite tener acceso a diferentes medios de transporte y tener un
mejor control de las aguas pluviales y la erosión. También se deben tener en cuenta
la contaminación lumínica, el efecto isla de calor y cualquier foco de contaminación
relacionado con la construcción.
2. Uso eficiente del agua
El objetivo es fomentar un uso inteligente del agua, tanto dentro del edificio como
fuera. Reducir el consumo de agua se puede lograr a través de aparatos más
eficientes, instalaciones y accesorios. Tan importante como reducir el consumo es
reciclar y reutilizar.
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3. Eficiencia energética y energías renovables
Esta categoría pretende promover una diversidad de estrategias que reduzcan el
consumo energético, dentro de las cuales se destacan una optimización del diseño
y una correcta ejecución de la construcción, implementar sistemas eficientes de
iluminación, uso de energías renovables generadas in situ o fuera de él, etc.
4. Materiales y recursos
Durante la construcción y la operación del edificio se emplea una importante
cantidad de materiales, así como se genera gran cantidad de residuos. Esta
categoría busca que se tenga en cuenta el ciclo de vida para la elección de los
materiales adecuados, analizando desde la fase de fabricación hasta la reutilización
y reciclado de los mismos.
5. Calidad ambiental interior
Es importante mejorar la calidad del ambiente interior, lo cual tiene una
repercusión directa en el grado de confort de sus ocupantes, la productividad de los
mismos, mejorar las condiciones higiénico sanitarias, etc. Para ello se debe prestar
especial atención a mejorar la calidad del aire interior, facilitar el acceso de luz
natural y la mejora de la acústica.
6. Innovación y diseño
Otorga puntos a aquellas prácticas cuyo rendimiento ha sido superior a los
establecidos por los créditos contenidos en las categorías LEED, sin embargo no con
todos los créditos es posible ganar este tipo de puntos.
7. Prioridad regional
En esta categoría se engloban créditos que se adaptan a la obtención de
determinados objetivos para una zona geográfica en particular.
Cada una de las siete áreas de aplicación de criterios de sostenibilidad cuenta con una serie
de prerrequisitos y créditos opcionales a cumplir, necesarios para obtener el nivel de certificación
final del edificio. Para poder entrar en el proceso de certificación LEED-NC, el edificio solicitante
debe satisfacer obligatoriamente todos los prerrequisitos y optar a un mínimo de 40 puntos.
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La certificación ambiental LEED-NC se
divide en cuatro niveles de certificación
según la puntuación final obtenida por el
edificio en la conclusión del proceso: nivel
certificado: 40 a 49 puntos, nivel plata: 50 a
59 puntos, nivel oro: 60 a 71 puntos y nivel
platino: 80 a 110 puntos.
PROCESO DE CERTIFICACIÓN
El proceso de certificación LEED-NC se realiza a través del servicio LEED-Online del Green Building
Council Institute (GBCI). Se inicia con el registro del proyecto y se divide en dos etapas diferenciadas: fase
de diseño y fase de construcción o edificio acabado. Una vez que el edificio ha sido registrado, el equipo
del proyecto comienza a preparar la documentación y los cálculos para satisfacer los prerrequisitos y los
requisitos de cada uno de los créditos a los que se optan en fase de diseño.
Para justificar cada uno de los prerrequisitos y créditos es necesario completar un formulario
(template) a través de la plataforma LEED-Online y la documentación adicional justificativa de acuerdo a
las exigencias de la guía de referencia LEED Reference Guide for Green Building Design and Construction
2009.
Tras la presentación de toda la documentación necesaria, el USGBC la revisa para evaluar su
cumplimiento y emite un documento de revisión LEED preliminar en el que se anticipan los créditos que se
han conseguido y se deniegan los que no se han cubierto. El equipo de proyecto tiene entonces la opción
de proporcionar correcciones y documentación adicional para alegar la revisión de los créditos denegados.
Seguidamente se inicia la fase de construcción, siguiendo el mismo proceso anterior: presentación
de la documentación, revisión y apelación. El USGBC lleva a cabo la revisión final de la solicitud y notifica al
contacto del proyecto el estatus de la certificación. El edificio podrá entonces ser nombrado Edificio
Certificado LEED. El USGBC presentará entonces al equipo de proyecto la carta de adjudicación, el
certificado y la placa de metal indicando el nivel de certificación conseguido.
Algunos de los créditos del proceso de certificación LEED requieren de actuaciones hasta un año
después de la ocupación del edificio, como es el caso de la auditoría post-ocupación incluida en el proceso
de Commissioning. Por este motivo, la certificación final del edificio no se obtendrá hasta, como mínimo,
un año después de la puesta en marcha sustancial del mismo.
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Tendencias en el uso de sistemas de energía solar fotovoltaica aplicados a edificios en un
entorno urbano.
La necesidad cada vez mayor de generación distribuida de energía eléctrica es, en la actualidad, una
de las soluciones generalmente aceptadas para el ahorro energético y el desarrollo sostenible a nivel
social y económico.
Esta generación distribuida, evitando centrales de generación y distribución masiva, permite
acondicionar la generación energética a las necesidades particulares de los edificios a suministrar, ya sean
de uso industrial, comercial, hospitalario, residencial, etc.
Pare ello, la energía solar fotovoltaica juega un papel fundamental, entre otras posibilidades. Esta
tecnología es de aplicación mayoritaria en el Sector Terciario e Industrial, tal como se recoge en la Sección
HE5 del Código Técnico de la Edificación (CTE), en el cual los edificios de los usos de hipermercados,
multitiendas y centros de ocio, nave de almacenamiento , administrativos , hoteles y hostales , hospitales
y clínicas y pabellones de recintos feriales, incorporarán sistemas de captación y transformación de
energía solar por procedimientos fotovoltaicos cuando superen los límites de aplicación establecidos en el
CTE. No obstante, el presente trabajo limitará su estudio a edificaciones de uso residencial en entornos
urbanos.
Hasta hace no mucho, las instalaciones fotovoltaicas se situaban más frecuentemente en las
denominadas huertas solares, situadas en el entorno rural. Pero debido a un cambio en la legislación, el
Gobierno fomenta ahora más la instalación de la fotovoltaica sobre tejados, que normalmente son
industriales, pero que también pueden ser bloques de vecinos que deciden darle una utilidad a su tejado
asegurándose una renta durante los más de 25 años de promedio que dura una instalación.
Las ventajas que presenta la integración de sistemas fotovoltaicos en edificios residenciales son
evidentes. En primer lugar supone un apoyo para cubrir las necesidades de consumo de los edificios, se
aprovechan superficies no utilizadas en cubiertas, se ahorra materiales de revestimiento (tejas, vidrios,
cubiertas, etc.) si el sistema está realmente integrado, se ahorran pérdidas adicionales de conducción y
distribución de la energía eléctrica. Así se puede adaptar la potencia del sistema a las necesidades locales
de consumo. Incluso en sistemas conectados a red, en los que interese reducir los picos de demanda
eléctrica a la red en determinadas horas.
La aceptación pública de estos sistemas de energías renovables se deriva del convencimiento en las
ventajas reportadas por los mismos.
No obstante, existen también desventajas fundamentadas en la dificultad que ofrecen los edificios
residenciales por la escasez de espacio disponible para la ubicación de módulos. Otros condicionantes
arquitectónicos, como son la orientación e inclinación de los módulos, el sombreamiento de los
generadores, la ventilación de los módulos, el aumento de la complejidad de las instalaciones del edificio,
habrán de tenerse en cuenta por el arquitecto redactor del proyecto residencial y los ingenieros que
diseñen el sistema. Asimismo, se pueden considerar desventajas, la necesidad de gestión energética por
parte de los propietarios del inmueble y las necesidades de mantenimiento de unas instalaciones que por
ahora son novedosas para la mayoría de los usuarios. No olvidando el aspecto económico, en cuanto al
desembolso inicial que habrán de soportar los propietarios de las viviendas.
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A pesar de su gran potencial, la existencia de barreras de carácter no técnico retarda el desarrollo y
difusión de la integración fotovoltaica en edificios. Son necesarios los incentivos económicos para
promover la utilización de la FV en edificios, debido a que estos sistemas, aunque tienen bajos costes de
operación (se reducen al coste de mantenimiento y el seguro), necesitan elevados costes de inversión.
A la hora de analizar los costes del sistema hay que tener en cuenta no sólo el coste del propio
sistema fotovoltaico, sino también el de los elementos constructivos que son sustituidos por los módulos
(tejas, elementos de fachadas, elementos de sombra, etc.). En este sentido, aunque en términos absolutos
son más caros los sistemas integrados en fachadas que en tejados, en términos relativos esta distancia se
acorta, debido al más alto coste de los elementos que son sustituidos, que pueden ser de hasta un 60% del
elemento fotovoltaico correspondiente.
La principal barrera es sin duda la económica. Sin embargo, existen otras, como la falta de confianza
de los usuarios en la energía fotovoltaica, por resultar desconocida, los pasos burocráticos a resolver para
la conexión a red del sistema, los permisos, la falta de facilidad para ser informado, etc.
Referencias históricas y situación actual.
El efecto fotoeléctrico es un fenómeno en el cual electrones son emitidos de un material (sólidos
metálicos y no metálicos, líquidos o gases) luego de la absorción de radiación electromagnética como los
rayos-X y la luz visible. En este contexto los electrones emitidos pueden ser referidos como fotoelectrones.
El efecto se denomina también Efecto Hertz debido a que fue descubierto por Heinrich Rudolf Hertz, sin
embargo esta denominación ha caído en desuso.
El estudio del efecto fotoeléctrico ha permitido importantes avances pera el conocimiento de la
naturaleza cuántica de la luz y los electrones y ha influenciado el desarrollo del concepto de la dualidad
frecuencia-partícula.
El efecto fotoeléctrico también se refiere a la foto-conductividad o fotorresistencia, efecto
fotovoltaico o efecto foto electroquímico.
Cuando una superficie se expone a la radiación electromagnética sobre cierta frecuencia del umbral
(luz visible para los metales alcalinos, cerca del ultravioleta para otros metales, y al ultravioleta en el vacío
para los no metales), se absorbe la luz y se emiten los electrones. En 1902, Philipp Eduard Antón von
Lenard observó que la energía de electrones emitidos individuales aumentaba con la frecuencia, o color,
de la luz. Esto parecía estar en desacuerdo con la teoría de onda de la luz de James Clerk Maxwell; quien
expresaba que la energía de electrón sería proporcional a la intensidad de la radiación.
En 1905, Einstein solucionó esta aparente paradoja describiendo la luz como un compuesto discreto
de Cuantos (Fotones) y ondas continuas. Basado en la teoría de Max Planck de la radiación del cuerpo
negro, Einstein teorizó que la energía en cada cuanto de luz era igual a la frecuencia multiplicada por una
constante, que posteriormente se denominó constante de Planck. Un fotón sobre la frecuencia del
umbral tiene la energía requerida para expulsar un solo electrón, creando el efecto fotovoltaico. Este
descubrimiento llevó a la revolución del Cuanto en la física (física cuántica) y dio a Einstein el Premio
Nobel en 1921.
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El efecto fotovoltaico fue reconocido por primera vez en 1839 por el físico francés AlexanderEdmond Becquerel. Sus estudios sobre el espectro solar, magnetismo, electricidad y óptica son el pilar
científico de la energía fotovoltaica.
En 1883 el inventor norteamericano Charles Fritts construye la primera célula solar con una
eficiencia del 1%. La primera celda solar fue construida utilizando como semiconductor el Selenio con una
muy delgada capa de oro. Debido al alto costo de esta celda se utilizó para usos diferentes a la generación
de electricidad. Las aplicaciones de la celda de Selenio fueron para sensores de luz en la exposición de
cámaras fotográficas.
La celda de Silicio que hoy día utilizan proviene de la patente del inventor norteamericano Russell
Ohl. Fue construida en 1940 y patentada en 1946.
La época moderna de la celda de Silicio llega en 1954 en los Laboratios Bells. Accidentalmente
experimentando con semiconductores se encontró que el Silicio con algunas impurezas era muy sensible a
la luz. La primera utilización práctica de la generación de energía con celdas fotovoltaicas fue en los dos
primeros satélites geoestacionarios de URSS y USA.
Los avances logrados con la celda de silicio en 1954 contribuyeron a la producción comercial,
lográndose una eficiencia del 6%.
La URSS lanzó su primer satélite espacial en el año 1957, y los EEUU un año después el 1 de Febrero
de 1958. En el diseño de este se usaron células solares creadas por Peter Iles en un esfuerzo encabezado
por la compañía Hoffman Electronics.
La primera nave espacial que usó paneles solares fue el satélite norteamericano Explorer 1, lanzado
en Febrero del año 1958. Este evento generó un gran interés en la producción y lanzamiento de satélites
geoestacionarios para el desarrollo de las comunicaciones, en los que la energía provendría de un
dispositivo de captación de la luz solar. Fue un desarrollo de gran importancia que estimuló la
investigación buscando paneles cada vez más eficientes y motivó a la industria de tecnología. El primer
mercado de los paneles fotovoltaicos fue entonces dirigido al sector aeroespacial.
Los resultados positivos de la misión Explorer 1 marcaron una pauta en el desarrollo de las
comunicaciones y los paneles fotovoltaicos. La celda de Silicio entra en el escenario de la industria y
empieza el desarrollo de tecnologías en la producción. El primer paso fue y aún lo es, buscar paneles más
eficientes. Esto se logró en 1970, la primera célula solar con heteroestructura de arseniuro de galio (GaAs)
y altamente eficiente se desarrolló en la Unión Soviética por Zhore Alferov y su equipo de investigación.
El siglo XXI nace con una premisa para el desarrollo sostenible medio-ambiental. El creciente
desarrollo industrial y de consumo trae como consecuencia un deterioro del medio ambiente a través de
las emisiones de CO2 y otros gases que además de destruir la capa de Ozono afectan la salud del hombre
de forma progresiva y constante, generando preocupación en la opinión pública y en los gobiernos de los
países desarrollados.
La protección de medio ambiente es compromiso de todos, gobiernos, personas e industrias. Hoy
día vemos un gran crecimiento, tanto en la producción de paneles solares cada vez más económicos como
en la implementación de grandes plantas solares conectadas a la red eléctrica.
Australia y Estados Unidos no firmaron el tratado de Kyoto, sin embargo están construyendo las
más grandes Plantas Fotovoltaicas. En 2011, en Deming, Nuevo México, (USA) se terminará la
construcción de una planta de 300 Megavatios, 5 veces la planta en funcionamiento hoy día y en Gila
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Bend, Arizona en el mismo año entrará en funcionamiento una planta de 280 megavatios. Por otro lado en
Australia (Mildura, Victoria) se está construyendo una planta de 154 megavatios. El objetivo del gobierno
australiano es llegar a 270.000 megavatios mediante generación fotovoltaica para el año 2020.
Curiosamente estos dos países que no ratificaron el tratado de Kyoto tienen las mayores plantas
fotovoltaicas y continúan con su implementación, sirviendo de modelo para los demás países en
desarrollo.
España, hasta septiembre de 2008, tuvo un vertiginoso crecimiento de plantas fotovoltaicas
conectadas a la red, sin embargo la actual normativa gubernamental, además de reducir el precio de
compra, ha limitado la cantidad de megavatios instalados por trimestre para la implementación de plantas
solares fotovoltaicas.
El auto consumo fotovoltaico es una alternativa para la reducción del CO2, sin embargo no hay
ninguna (o muy escasa) política de ayuda de cualquier tipo a los productores de auto consumo. En este
caso además de la protección del medio ambiente el directo beneficiario es el consumidor-usuario.
Las instalaciones fotovoltaicas se realizan por iniciativa privada y sin ningún tipo de ayuda. El inicio de las
aplicaciones de energía solar fotovoltaica en edificios tiene su origen en las primeras aplicaciones
fotovoltaicas de electrificación de viviendas de uso rural. En estos sistemas el sistema es generalmente
autónomo e instalado en el propio tejado del edificio, estando dimensionados para cubrir las necesidades
básicas de la vivienda y su actividad rural. La instalación se realiza generalmente en edificaciones ya
construidas, en las cuales el concepto de integración arquitectónica prácticamente no se tiene en cuenta.
Los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios están asociados a las zonas urbanas, donde los
edificios disponen de red eléctrica. El primer ejemplo es del año 1978 y corresponde a una vivienda
conectada a la red en Estados Unidos. Pero hasta finales de los años 80 no empiezan a comercializarse
componentes específicos para el sector residencial, y es a principios de los 90 cuando se fabrican los
primeros módulos con características especiales para la integración en edificios.
La integración arquitectónica ha tomado especial relevancia en los últimos años. Los ejemplos
crecen exponencialmente en numerosas ciudades occidentales. El mercado de productos fotovoltaicos
para la integración evoluciona muy rápidamente, tanto en módulos con diseños especiales como en
sistemas de fijación para las distintas aplicaciones.
El impulso definitivo a esta aplicación lo han dado sin duda los programas de apoyo por parte de las
Administraciones de algunos países. Como son Alemania, con su programa pionero de los “1000 tejados
fotovoltaicos”, Estados Unidos desde finales de los años 70, Japón, el gobierno con un programa de
subsidio de tejados fotovoltaicos en edificios residenciales conectados a red.
En Europa, el marco legal actual es bastante favorable a la difusión de la fotovoltaica en edificios. En
primer lugar, el recién aprobado Código Técnico de la Edificación (2006) exige a determinados tipos de
edificios la instalación de módulos fotovoltaicos y establece la potencia mínima requerida. Los edificios
considerados son hipermercados, centros comerciales y de ocio, grandes almacenes, oficinas, hoteles y
hostales, hospitales y clínicas privadas y pabellones de recintos feriales. Sin embargo aún no se incide en
edificios residenciales, lo cual será posiblemente el siguiente paso en la evolución del mercado
fotovoltaico.
Es de señalar que el apoyo público a la I+D empresarial es practicado en todo el mundo, y es esencial
para un sector que sólo recientemente ha alcanzado un volumen de mercado que permita una explotación
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ordinaria sin pérdidas y que, desde luego, está lejos de haber amortizado lo gastado en I+D. Este apoyo,
que ha contado en Europa en el pasado con instrumentos ineficaces, parece tender hacia la buena
dirección, pero no estamos seguros que las autoridades hayan adoptado todavía el modelo usado
comúnmente en los EEUU.
Por otro lado, la legislación vigente sigue siendo favorable a la conexión a red de sistemas
fotovoltaicos, aunque no tanto como cuando estaba vigente el Real Decreto 661/2007. Actualmente el
que regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial es el Real Decreto
1578/2008. El marco legal de estos últimos años ha hecho que se alcancen los objetivos marcados por el
Plan de Energías Renovables antes de que acabe el año 2007. Pero el crecimiento del mercado
fotovoltaico en España ha superado cualquier expectativa; la potencia fotovoltaica conectada a red a
finales de 2008 fue de 3,2 GW.
Figura 150.- Evolución delos logros e hitos en el campo de la energía fotovoltaica.
Ventajas de la tecnología fotovoltaica aplicada a edificación.
Es evidente que optar por instalaciones de energía solar fotovoltaica reporta numerables ventajas,
tanto en instalaciones de generación centralizada como distribuida. En nuestro caso, nos vamos a centrar
en las ventajas obtenidas en instalaciones en edificaciones de viviendas en entorno urbano, que es el
objeto del presente trabajo. En cualquier caso existen también ventajas a nivel genérico para cualquier
instalación FV que se relacionarán conjuntamente con las particulares para este tipo de instalaciones.
Dividiremos las ventajas e inconvenientes obtenidos para las instalaciones FV en edificios
residenciales en tres aspectos, el ahorro energético propiamente dicho, las mejoras medioambientales
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proporcionadas y las ventajas desde el punto de vista edificatorio o arquitectónico. Los cuales se
relacionan a continuación.
Consideraciones energéticas y económicas
El uso de energía solar fotovoltaica reporta una serie de ventajas desde el punto de vista energético
y económico que se pueden relacionar de la siguiente forma:
Tiene una elevada calidad energética
Es inagotable a escala humana
No requieren sofisticar las medidas de seguridad
No producen residuos tóxicos de difícil o imposible tratamiento o eliminación
Su balance energético es positivo generalmente a partir del 3º al 5º año
Obtiene ingresos adicionales en la comunidad de propietarios
La comunidad puede alquilar la cubierta si dispone de una gran superficie para que una
empresa instaladora instale una planta generadora, pudiendo optar por un ingreso anticipado o por
un ingreso mensual
Rentabiliza un espacio desaprovechado.
El arrendador se hace responsable del mantenimiento en caso de arrendar la cubierta.
El riesgo con el arrendador es mínimo por las garantías de la administración.
Aumenta el valor de la propiedad.
Asimismo, existen inconvenientes desde el punto de vista energético y económico, que se
relacionan a continuación:
El coste de las instalaciones es bastante alto y el rendimiento de la transformación
energética es bajo
La no uniforme irradiación solar limita la posibilidad de aprovechamiento de esta energía a
las zonas y países con un número elevado de horas de sol
Gran superficie de terreno ocupada por las instalaciones
No se puede almacenar de forma directa, siendo necesario realizar una transformación
energética
Desembolso inicial elevado
Se duda de los resultados ya que todavía puede resultar algo experimental.
Consideraciones medioambientales y sociales.
En los años setenta, el científico inglés James Lovelock y el biólogo norteamericano Lynn Margulis
retomaron la tesis de Vernadsky con la publicación de la hipótesis Gaia. Dicha hipótesis afirma que la
Tierra funciona como un organismo vivo capaz de autorregularse.
Según su teoría, la flora y la fauna de una determinada región y la composición geoquímica de la
atmósfera mantienen una relación simbiótica dirigida a mantener unos niveles climáticos relativamente
estables y favorables a la vida en la tierra.
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El calentamiento global altera este equilibrio debido a la actividad humana, lo que puede tener y de
hecho está teniendo, graves consecuencias sobre la biosfera. El científico francés René Dubos, expresó un
principio básico medioambiental: “pensar globalmente y actuar localmente”.
Sin embargo, en la actualidad, ocho mega compañías, tanto de capital privado como público,
controlan la circulación de la energía en todo el mundo, creando unas condiciones favorables para las
economías a escala y para la centralización de la actividad económica en todas las demás industrias,
gestionando así prácticamente la totalidad de dicha actividad económica. Esto ha llevado a un efecto de
globalización, cuya dinámica afecta entre otras cosas al equilibrio energético del planeta. El cual es
evidente que no evoluciona en la dirección adecuada, dados los efectos nocivos para el medio ambiente
que se están padeciendo a nivel planetario.
Este razonamiento un poco simplista apunta directamente a que el método para cambiar esta
situación pasará a través de las exigencias por parte de la opinión pública, ante los gobiernos y organismos
internacionales, de reducir la utilización de combustibles fósiles y exigir el uso de fuentes de energía
renovables y no contaminantes.
La comercialización de sistemas de generación de energía renovable de forma distribuida permitirá
una democratización de los recursos energéticos, con una independización de los procesos de producción
y consumo de combustibles fósiles y de las empresas que los controlan.
Se espera que la población mundial llegue a 7500 millones de personas para el año 2020, por lo que
la presión sobre las reservas de petróleo no hará más que intensificarse. Resulta además ilusorio
pensar que la población de los países en vías de desarrollo podrá disponer de las mismas cantidades de
combustibles sólidos que han disfrutado EEUU o Europa durante su desarrollo desde la revolución
industrial. Lo cual hará que los precios de los combustibles fósiles inicien una escalada que permitirá hacer
competitivos otros sistemas de energía.
Por todo ello, la búsqueda y puesta en funcionamiento de sistemas de energía realmente
alternativos a los combustibles fósiles y que sean eficaces a nivel medioambiental gracias al uso de
energías renovables, ha de ser una prioridad en los planteamientos del desarrollo energético a nivel
global. La energía solar, tanto térmica como fotovoltaica, forma parte de esta alternativa de forma
sustancial.
Finalizada esta introducción, pasamos a concretar las mejoras medio ambientales generadas por una
instalación FV, las cuales podríamos relacionar de la siguiente forma:
Pequeño o nulo espacio ambiental en su uso
No emiten CO2 a la atmósfera y por tanto evitan el proceso de calentamiento terrestre,
como consecuencia del efecto invernadero
No contribuye a la formación de lluvia ácida
No dan lugar a la formación de NOx
Permite evolucionar zonas con bajo nivel de desarrollo económico y social
Mejora las condiciones de vida de comunidades en vías de desarrollo
El desarrollo sostenible medio-ambiental es una de las premisas las que los países más desarrollados
basan su política en la actualidad, ratificado por el protocolo de Kyoto, intentando reducir el deterioro
producido por las emisiones de CO2 y otros gases y la destrucción de la capa de Ozono, que están
repercutiendo directamente en la salud de nuestro planeta.
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El equilibrio que se persigue entre consumo y desarrollo es el fundamento de esta política, la cual
encuentra grandes escollos en la demanda energética de los países en vías de desarrollo y en las
compañías multinacionales que controlan los recursos energéticos del planeta.
Consideraciones arquitectónicas
Según nos indican Nuria Martín Chivelet e Ignacio Fernández Solla (“La envolvente fotovoltaica en la
arquitectura”. Ed. Reverté): “La energía fotovoltaica es una fuente de generación eléctrica limpia y
renovable que, por sus características, se integra muy bien en el medio urbano. Los sistemas fotovoltaicos
no producen ruido ni incluyen partes móviles, y son modulares y fácilmente manejables como elementos
de la construcción.”
Lo cual define con exactitud las ventajas de la aplicación FV en la arquitectura. Este tipo de ventajas
y la necesidad de ahorro energético y supresión de emisiones de CO2, han hecho que se apruebe en el
Código Técnico de la Edificación (CTE) la obligatoriedad de instalar, desde Septiembre de 2006, sistemas
fotovoltaicos en edificios de uso terciario e industrial; siendo muy previsible que en un futuro no muy
lejano se extienda dicha obligatoriedad a los edificios residenciales de viviendas.
Este proceso convertirá las instalaciones FV en una parte más del edificio que tanto promotores,
como arquitectos, ingenieros y constructores deberán asumir, al igual que hace pocos años se aprobó el
Decreto de Infraestructura de Telecomunicaciones, que obligó a dotar los nuevos edificios residenciales de
las instalaciones necesarias para adaptarse a las nuevas plataformas de comunicaciones que se ofrecen a
los usuarios, o bien con la obligatoriedad de dotación de agua caliente sanitaria por energía solar en
viviendas de promoción social y de dotar de la infraestructura necesaria a las viviendas de promoción
privada.
Es evidente que las instalaciones FV deberán formar parte del diseño del edificio desde el principio,
con lo que arquitectos e ingenieros realizarán el desarrollo del proyecto arquitectónico teniendo en
cuenta este nuevo aspecto.
Cuanto más implicado esté en el diseño del edificio el diseño de la instalación FV, mejor será el
resultado y su integración. Gracias a los nuevos tipos de módulos que se están fabricando, su integración
en las fachadas o cubiertas de los edificios es cada vez más sencilla y rentable. Teniendo en cuenta que al
sustituir materiales tradicionales (tejas, vidrios elementos de fachadas, lucernarios, pérgolas, voladizos,
etc.) por estructuras de paneles solares, no sólo se obtiene rendimiento energético, sino que además se
obtiene un ahorro en los materiales sustituidos, así como influencia en el balance térmico del edificio y en
la iluminación procedente del exterior.
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Estado del arte
El programa ALTENER de la Unión Europea en 1996 estimaba que, hasta el año 2010, el potencial
europeo de tejados y fachadas para instalación de módulos FV era de unos 620 GWp1*, y que esto
supondría una producción anual de electricidad de 500 TWh. Unos años más tarde, la Agencia
Internacional de la Energía (AIE), en una Tarea específica dedicada a la integración de FV en la edificación:
“PV in the built environment” (1997-2002), presentaba unas estimaciones asimismo muy positivas de
potencial para los diferentes países participantes.
El método propuesto por la AIE calcula el potencial de la fotovoltaica en edificios a partir del área
disponible para la instalación de módulos FV, corregida por restricciones arquitectónicas y solares. Se basa
en la estimación de las áreas de tejado y fachada válidas para integración de FV a partir de las cifras de
planta de los edificios.
Las restricciones arquitectónicas contemplan correcciones por limitación de espacio, como la
existencia de aparatos de aire acondicionado, chimeneas, elevadores, terrazas, etc., la existencia de
sombras o la utilización de las superficies disponibles para otros propósitos. Además se tienen en cuenta
otros condicionantes en edificios históricos o protegidos.
Las restricciones de tipo solar parten del cálculo de la irradiación de las superficies, según su
orientación e inclinación.
Los factores para pasar de superficie de la planta del edificio a superficie de fachada y tejado, así
como los factores de adecuación solar-arquitectónica han sido obtenidos a partir del análisis de
ejemplos representativos.
En el diseño de un sistema fotovoltaico conectado a la red hay que comenzar por conocer la
potencia nominal del sistema, que se puede decidir en base al área disponible para la colocación de
módulos, la potencia máxima permitida en el punto de conexión o la inversión que deseamos realizar.
Una vez concretada la potencia del sistema y dependiendo de su ubicación, se plantea la utilización
de uno de los dos sistemas principales: Sistema con seguimiento solar o generador estático. Ambos con
ventajas e inconvenientes, que se resumirán a continuación. Asimismo otra diferenciación fundamental a
la hora de elegir el generador es si el sistema se va a instalar en alguna superficie disponible del edificio
con integración, sustituyendo algún elemento constructivo o sin integración, por ejemplo sobre la cubierta
del edificio.
Por último, se estudiarán soluciones enfocadas a dotar edificios singulares, históricos o bien con
algún grado de protección arquitectónica. Considerando que los condicionantes, ya de por sí importantes
en el resto de edificios, se extreman cuando se trata de este tipo de edificaciones.
Según el tipo de célula solar
Inicialmente, se analizan los diferentes tipos de tecnologías existentes en cuanto a células solares.
Las Células fotoeléctricas son clasificadas en cuatro generaciones que indican el orden de importancia y
relevancia históricamente. En el presente hay investigaciones en las cuatro generaciones, mientras que las
tecnologías de la primera generación son las más representadas en la producción comercial con 89.6% de
producción en 2007.
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Células solares de Primera Generación.
Las células de primera generación son elementos de área-grande, alta calidad y unión única. Las
tecnologías de primera generación necesitan gran aporte de energía y trabajo que impiden cualquier
progreso significante en reducir los gastos de producción. Las células de silicio de uniones únicas se
están aproximando a la eficiencia teórica máxima del 33% y logran paridad de gastos con la
generación de energía de combustibles fósiles después de un periodo de recuperación de la inversión de 5
a 7 años.
Su principio de funcionamiento, tal y como lo precisaron el Nobel Shockey y su discípulo Queisser
(SQ) es el que sigue: Las células solares están hechas de un material semiconductor, que en las células de
primera generación es el silicio cristalino, el mismo usado para los chips microelectrónicos. En un
semiconductor los fotones o cuantos de luz de suficiente energía bombean a los electrones desde la
llamada banda de valencia, donde suelen encontrase, a la llamada banda de conducción, más energética.
Ambas bandas están separadas en el eje de energías por la llamada banda prohibida. Desde esta banda de
conducción los electrones pueden extraerse a un circuito exterior mediante un contacto metálico hecho
en una región llamada "tipo n", fabricada dopando (impurificando) locamente el semiconductor con un
elemento químico adecuado; fósforo, por ejemplo, en el caso del silicio. Tras perder su energía en realizar
el trabajo eléctrico que se desee (encender luces, poner en marcha la lavadora, etc.), los electrones se
retornan a la banda de valencia del semiconductor en cuestión mediante otro contacto a una región
llamada "tipo p", dopada con otro elemento químico; por ejemplo, boro en el silicio.
La tecnología de las células de primera generación, las de silicio cristalino, que dominan el mercado
actual, debe ser constantemente mejorada, y las empresas españolas deben poder acceder a las mejoras
necesarias. Sin agotar las posibilidades, pues las tres empresas españolas fabricantes de módulos son
capaces de acceder a la investigación y a la tecnología externas, estas empresas pueden contar con la
colaboración de los varios centros universitarios con capacidad en esta tecnología, es decir,
básicamente, el IES, el Instituto de Microelectrónica del País Vasco y el Departamento de Ingeniería
Electrónica de la Universidad Politécnica de Cataluña, con las colaboraciones más puntuales de otros
centros en tecnologías próximas, tales como el CIEMAT, la Universidad Rovira y Virgili de Cataluña y la
Universidad Autónoma de Madrid.
De hecho, tanto Isofotón, que está basada principalmente en tecnología generada en España, como
muy principalmente BP Solar, a pesar de que su tecnología de base es australiana, colaboran
intensamente con los centros citados en el desarrollo de procesos más eficientes para fabricar células de
silicio, principalmente con fondos de origen europeo. BP Solar ha declarado en ocasiones que el IES era su
principal centro de apoyo externo en I+D, aunque esta situación puede cambiar por el reciente
desplazamiento del centro de gravedad de la corporación hacia los EEUU. AstroSolar/Atersa, que ha
puesto en marcha la fabricación de células, aunque con un apoyo tecnológico básico de origen
estadounidense, colaborarán sin duda en breve con los centros españoles para perfeccionar o adaptar lo
que pueda ser menester de la tecnología que están implementando.
Un efecto previsible de la nueva estructura de apoyo a la I+D empresarial en España es el
establecimiento de una red mucho más tupida de colaboraciones entre las empresas españolas, hoy
todavía principalmente Isofotón, y los laboratorios públicos de I+D. La creación de una red intensa de
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esta naturaleza no estaba favorecida por la anterior situación de dependencia básica de fondos
europeos, que en cambio favorecían la colaboración siempre muy interesante con centros europeos. Sin
duda ambas fuentes de fondos se complementan mutuamente, y debe evitarse la ausencia de cualquiera
de ellas.
Células Solares de Segunda Generación.
Las células solares de segunda generación han sido desarrolladas para tratar de mejorar los
requisitos de energía y los gastos de producción de células fotovoltaica Algunas técnicas alternativas de
fabricación son buenas porque pueden reducir la fabricación a temperaturas altas. Mientras que las
técnicas de fabricación se desarrollan, los costos de producción serán reducidos por los materiales. Uno de
los materiales con más éxito en la segunda generación han sido películas finas como teleruro de cadmio
(CdTe), seleniuro de cobre e indio (CIS ó CIGS), silicio amorfo (Si-a) y silicio micromorfo (micromorphous
silicon). Se aplica una película fina a un sustrato como vidrio o cerámica, reduciendo la masa del material y
por consiguiente los costos. Estas tecnologías pueden tener eficiencias de conversión más altas
combinadas con costos de producción más baratos. Entre los fabricantes, existe una tendencia hacia las
tecnologías de la segunda generación. Pero la comercialización de estas tecnologías ha sido difícil. En
2007, First Solar producía 200 MW de células fotoeléctricas de CdTe, el quinto fabricante más grande de
células en 2007. Wurth Solar comercializó su tecnología de CIGS en 2007 produciendo 15 MW. Nanosolar
comercializó su tecnología de CIGS en 2007con una capacidad de producción de 430 MW para 2008 en los
EEUU y Alemania. En 2007, producción de CdTe representó 4.7% del mercado, silicio de película fina 5.2%,
y CIGS 0.5%.
Por lo tanto, junto a las células de primera generación, de silicio mono y multicristalino, podemos
hablar de las de segunda generación, células que, o bien no son de silicio cristalino, tales como las células
de capa delgada, o bien las que siendo o no de silicio cristalino, utilizan luz concentrada para su operación.
Las células de capa delgada suscitan, desde hace mucho tiempo, el interés de los investigadores. Sin
embargo sólo el silicio amorfo ha suscitado interés de los grandes inversores para una
comercialización, quizás prematura, y los bajos rendimientos así como la inestabilidad inicial de esta
célula, han reducido su mercado prácticamente al de aplicaciones de consumo, no energéticas, tales como
relojes y calculadoras. Nuevos materiales como el CIS y el CdTe constituyen hoy día una promesa que
parece sólida, y hay grandes compañías en fase de iniciar una fabricación que se espera sea de mayor
éxito que las células de Si-a, una vez aprendidos de los errores que aquella industrialización prematura
trajo consigo.
De todas maneras los fabricantes de células de Si frecuentemente defienden que, con una
producción masiva, sus células pueden llegar a reducciones de costes semejantes a las que prometen las
células de capa delgada. En el fondo, extrapolando, puede ser fácil determinar el coste que pueden llegar
a tener las células de Si cristalino. Mucho más difícil es determinar el coste real de las células de capa
delgada, que depende grandemente de las prestaciones del producto obtenido y de los rendimientos de
fabricación, conceptos ambos que requieren una fabricación piloto para determinarlos (y que en todo
caso son mantenidos en secreto por los que, mejor o peor, los conocen).
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La situación en España para las células de capas delgadas es menos favorable. Hay una investigación
sólida en el CIEMAT, que se completa con la brillante actuación, aunque menos consolidada, del
Departamento de Física Aplicada y Óptica de la Universidad de Barcelona y la de la Facultad de Físicas de
la Universidad Complutense de Madrid. Sin embargo, no hay ninguna compañía que se haya interesado en
este tema. En estas circunstancias la única actividad a la que pueden entregarse los grupos españoles, muy
importante sin duda, es a la de colaborar con actuaciones europeas de ámbito supranacional.
En el caso de los sistemas de concentración, como en el de las células de capa delgada, el concepto
es igualmente antiguo, y su éxito en la industrialización y comercialización, aún más escaso. En parte, esto
se ha debido a que los sistemas de concentración tienden a ser demasiado grandes en comparación con
los paneles planos, y suelen tener órganos móviles. Probablemente los motivos de compra de los módulos
fotovoltaicos actuales rechazan estas dos características. Así las cosas, se ven forzados a competir por
precio y en esto no suelen poder hacerlo con la energía convencional. Sin embargo, es casi seguro que los
sistemas de concentración tienen el potencial de ser más baratos que los de módulo plano.
Ocurre también que si bien hay excelentes células de laboratorio para concentración, la exigüidad
de los mercados ha impedido la creación de compañías comerciales que las fabriquen. De esta manera, el
desarrollo de sistemas fotovoltaicos de concentración es hoy virtualmente imposible, excepto para
quienes tengan en su mano la capacidad de fabricar células de concentración.
Además, los problemas tecnológicos no triviales de evacuación de calor, encapsulado de células y
fabricación barata de una estructura óptica móvil no están tampoco completamente resueltos.
En esta área, la situación española es muy favorable. Aunque la actividad industrial en concentración
fotovoltaica es más importante en EEUU, el IES es un centro con más de veinte años de experiencia que,
por ejemplo, ha ganado una ayuda de I+D en EEUU, junto con la empresa americana Sunpower Corp. en la
que es públicamente calificada como una de las más competentes del mundo en óptica sin imagen.
Además, surgen otras. Isofotón ha tomado posición en dos acciones específicas: por una parte, el
desarrollo de un concentrador estático con células bifaciales, de pequeñas dimensiones y concebido como
una persiana veneciana, usando una nueva técnica de diseño de los concentradores --la técnica SMS
inventada en el IES-- para aplicaciones específicas de los edificios conectados a la red. Estos tipos de
productos no tienen ningún órgano móvil y permiten concentraciones hasta 4×, con el consiguiente ahorro
de silicio.
La otra acción es el desarrollo de concentradores de AsGa, de alto rendimiento con niveles de
concentración 1000× necesarios para pagar el elevado precio del material de partida. El montaje de este
tipo de concentrador se inspiraría en el usado para los diodos LED, que se fabrican hoy a millones a precios
reducidos. También la óptica en este caso es del IES, sintetizada por el método SMS y las células de AsGa
han sido desarrolladas en el IES, en colaboración con el Instituto Ioffe de San Petersburgo, y alcanza
rendimientos del 26.2% a 1000×, el mayor del mundo a esa concentración.
Células Solares de Tercera Generación.
Existe una tercera generación de células solares que ya comienza a despuntar. Por tercera
generación nos referimos a células que no siguen el esquema básico de funcionamiento de una célula
solar tradicional.
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Estas células solares de tercera generación permiten eficiencias de conversión eléctrica teóricas
mucho mayores que las actuales y un precio de producción mucho menor. Se trabaja en diversas líneas de
investigación, entre las que se encuentran:
 Dispositivos de más de un ancho de banda prohibida para la conversión óptima de
fotones a varias longitudes de onda diferentes.
 Modificación del espectro de luz incidente (para incluir el espectro de UV e infrarrojo
durante la noche).
 Aprovechamiento del calor producido dentro de la célula.
Entre otras, se consideran tecnologías de célula solar de tercera generación las siguientes:
 Células multi-unión (de más de un ancho de banda prohibida). La mayor eficiencia eléctrica
conseguida hasta la fecha (41,1%) se ha obtenido con uno de estos dispositivos.
 Nanoestructuras de silicio
 Alzaconversores (Upconverters) / bajaconversores (downconverters) Células de portadores
calientes (hot-carrier cells)
 Células termoeléctricas Nanoestructuras de silicio Células de banda intermedia
 Células con pozos cuánticos
En Europa se ha puesto en marcha el Proyecto Singular Estratégico Fotomol, para incrementar el
conocimiento sobre la célula solar orgánica y la célula fotovoltaica Graetzel (también conocida como
célula solar sensibilizada por colorante). Este dispositivo nanoestructurado se forma con nanopartículas de
dióxido de titanio, un material muy abundante y no tóxico. La nanoestructura de dichas nanopartículas,
multiplica en un factor 1000 el área en que un colorante absorbido en la superficie, puede ser
fotoexcitado y generar fotocorriente, con una eficiencia de conversión de luz en electricidad de 10%.
Simula de forma artificial la fotosíntesis que se realiza en las plantas. Por ahora este dispositivo está
limitado por problemas de estabilidad. En general el control de los procesos físico-químicos en las
interfaces es un aspecto fundamental para el éxito de los dispositivos de nanoescala.
Asimismo, el Instituto de Ciencia de los Materiales de la Universitat de Valencia (UV) participa, junto
a otros 3 socios europeos, en un proyecto destinado a optimizar la eficiencia energética de las células
solares, (proyecto Nano-LICHT), diseñando nuevas arquitecturas a escala nanométrica capaces de
mimetizar los procesos por los que los organismos fotosintéticos colectan la luz del sol y la convierten en
otras formas más útiles de energía, para la fabricación de células de tercera generación.
El nuevo “nanoobjeto” que proponen consiste en los llamados nanohilos coaxiales, o barras a escala
nanométrica que absorben mayor cantidad de luz que una superficie plana porque se aprovechan los
laterales de la estructura. “Los nanohilos conseguidos hasta la fecha muestran unas excelentes
propiedades de fotoluminiscencia en el infrarrojo cercano. Se está en el camino de la demostración de una
célula solar basada en un único nanohilo.
Se pretende que la eficiencia de conversión de la energía solar de esos hilos microscópicos alcance
el 40%, cuando actualmente las células fotovoltaicas comercialmente disponibles fabricadas de silicio
no superan el 12% de eficiencia. “El silicio, material inorgánico, por sí solo absorbe una limitada cantidad
de energía solar. Por lo que se está estudiando añadir un colorante orgánico (que contiene carbono) para
mejorar la capacidad de absorción. En este caso hablamos de células solares híbridas”.
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La segunda aproximación con la que trabajan en la UV para multiplicar la cantidad de luz captada
consiste en combinar en una célula solar varios semiconductores con diferente ancho de banda en forma
de nanohilo coaxial. Estos materiales de naturaleza inorgánica actúan como conductores de electricidad o
como aislantes dependiendo de ciertas condiciones.
El concepto de célula de tercera generación ha sido acuñado con la creación en Australia del "Centro
Especial de Investigación para Fotoelectricidad de Tercera Generación". Sin embargo, este concepto se ha
ido fraguando en la última década, como una respuesta novedosa que aprovecha también las más
recientes tecnologías. Se trataría en este caso de conseguir células solares que trascendieran el concepto
antes explicado, y que por lo tanto no estuviera sometido a sus límites, que en el mejor de los casos no
podrían permitir un rendimiento mayor del 40%, según las leyes de la termodinámica. Es de señalar que la
mejor célula de segunda generación ha alcanzado un rendimiento del 27,6%, que representa el 78% del
que impone el límite termodinámico para la estructura y las condiciones de medida utilizadas.
Varias son las maneras de trascender esos límites. Es conocida de antiguo la utilización de varias
células solares en "tándem". Se trata en este caso de conjuntos de células solares ordinarias, cada una
sometida al límite de SQ, pero que consideradas como un todo lo superan. Constituidas por diversos
materiales, y por consiguiente con bandas prohibidas diferentes, se apilan unas sobre otras, la primera la
de mayor banda prohibida, y así sucesivamente, de manera que los fotones más energéticos son
absorbidos por la primera, los siguientes por la siguiente, etc. Rendimientos cercanos al 87% se podrían
alcanzar usando un número infinito de estas células en condiciones ideales. En el momento actual la
empresa Spectrolab y el Laboratorio Nacional de Energías Renovables, ambos de EEUU, han conseguido ya
un rendimiento del 32.2% con una estructura de tres células solares de fosfuro de indio y galio sobre
arseniuro de galio, todo ello sobre germanio.
Este tipo de células son muy caras, pero trabajando a 1000×, y con la óptica apropiada, por ejemplo
la que se está desarrollando en el IES para las células de AsGa a 1000, se podrían llegar a alcanzar, en
climas apropiados, costes en el rango de 3.5 centavos de dólar por kWh lo que es menos que en muchas
de las técnicas actuales de producción de electricidad. De todas maneras el desarrollo de las células
tándem para muy alta concentración, aunque estimado posible, no se ha abordado todavía, según nos
indican Antonio Luque y Gabriel Sala, del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de
Madrid, aunque sí a nivel de investigación. Aún sin llegar a estos límites de calidad, células de capa
delgada, por ejemplo de Si amorfo, en tándem con células de CSi amorfo de mayor banda prohibida y de
GeSi amorfo, de menor banda prohibida, se están usando para generar células tándem que, no estando
constreñidas por el rendimiento de la célula de SQ, tienden hacia valores superiores del rendimiento,
quizás los necesarios para hacer rentables estas células. De hecho, alguna compañía de EEUU está
investigando en células basadas en este concepto.
En España la colaboración Isofotón-IES señalada antes sobre concentradores a 1000×, se continuaría
con el desarrollo de células tándem de alto rendimiento para concentración, usando los concentradores
SMS explicados antes. También el CIEMAT tiene los medios para avanzar en el desarrollo de materiales
tipo CSi y GeSi amorfos, para tándems de capa delgada.
Por último, el IES ha avanzado una propuesta de una nueva célula de tercera generación. Se trata de
usar dos fotones en un semiconductor con una banda prohibida muy ancha para bombear un electrón a la
banda de conducción. Para ello propugnamos crear una banda permitida de energías en medio de la
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banda prohibida, de manera que un primer fotón bombearía al electrón de la banda de valencia a la
intermedia, y el segundo la bombearía desde ella a la de conducción. Por supuesto, los fotones de mayor
energía podrían efectuar el bombeo sin pasar por la banda intermedia.
La elevada anchura de la banda prohibida permitiría suministrar los electrones al circuito exterior
con una energía libre elevada. Además, al contrario de lo que ocurre en las células solares normales, en las
que los fotones con energía inferior a la banda prohibida no son absorbidos y no hacen ningún efecto, en
éstas las transiciones con la banda intermedia permitiría el uso de los fotones menos energéticos. Los
límites teóricos del rendimiento de estas células se encuentran por encima del 60%. Además, se pueden
combinar con una o varias células adicionales en tándem. Se está investigando materiales capaces de
producir la estructura adecuada. Es posible que una de las claves para ello sea el uso de nanotecnología, y
es concebible que este nuevo principio pueda dar lugar a células de alto rendimiento para usar en
concentración, o a nuevos principios que ilustren la fabricación de células de capa delgada más eficientes.
Por lo tanto, la tercera generación de células fotovoltaicas que se están proponiendo en la
actualidad son muy diferentes de los dispositivos semiconductores de las generaciones anteriores, ya que
realmente no presentan la tradicional unión p-n para separar los portadores de carga foto generados. Para
aplicaciones espaciales, se están estudiando dispositivos de huecos cuánticos (puntos cuánticos, cuerdas
cuánticas, etc.) y dispositivos que incorporan nanotubos de carbono, con un potencial de más del 45% de
eficiencia AM0. Para aplicaciones terrestres, se encuentran en fase de investigación dispositivos que
incluyen células foto electroquímicas, células solares de polímeros, células solares de nanocristales y
células solares de tintas sensibilizadas.
Células Solares de Cuarta Generación.
Una hipotética cuarta generación de células solares, según el Instituto de Tecnología de Nueva
Jersey, consistiría en una tecnología fotovoltaica compuesta en las que se mezclan, conjuntamente,
nanopartículas con polímeros para fabricar una capa simple multiespectral. Posteriormente, varias capas
delgadas multiespectrales se podrían apilar para fabricar las células solares multiespectrales definitivas.
Células que son más eficientes, y baratas. Basadas en esta idea, y la tecnología multiunión, se han usado
en las misiones de Marte que ha llevado a cabo la NASA. La primera capa es la que convierte los diferentes
tipos de luz, la segunda es para la conversión de energía y la última es una capa para el espectro infrarrojo.
De esta manera se convierte algo del calor en energía aprovechable. El resultado es una excelente célula
solar compuesta. La investigación de base para esta generación se está supervisando y dirigiendo por
parte de la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) para determinar si esta tecnología es
viable o no. Entre las compañías que se encuentran trabajando en esta cuarta generación se encuentran
Xsunx, Konarka Technologies, Inc., Nanosolar, Dyesol y Nanosys.
Según el objetivo de la instalación solar
De acuerdo al tipo de instalación en función del objetivo de las mismas, podemos diferenciar:
instalaciones aisladas de la red, cuya finalidad es satisfacer total o parcialmente la demanda de energía
eléctrica convencional residencial o de una comunidad, y las instalaciones fotovoltaicas conectadas a la
red, que tienen como objetivo fundamental entregar la energía a la red eléctrica pública; esta última, se
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está utilizando como superficie de terminación e imagen en el edificio, mediante su integración
arquitectónica.
Instalaciones aisladas de la red
Se emplean en localidades lejanas, que no tienen acceso a la red pública: instalaciones rurales,
iluminación de áreas aisladas, telecomunicaciones, balizas o boyas de señalización y bombeo de agua.
Estas instalaciones posibilitan dos tipos de suministros según sea el tipo de distribución. Este tipo de
instalaciones no son el objeto del presente trabajo, ya que nos centraremos en edificaciones de viviendas
en entorno urbano, las cuales en su gran mayoría son instalaciones conectadas a la red eléctrica.
Instalaciones conectadas a la red
En este caso, la red pública actúa como un disipador infinito de energía y acepta toda la energía
disponible del sistema fotovoltaico, tanto de centrales fotovoltaicas como de los instalados en viviendas y
edificios. Este sistema requiere de condiciones de funcionamiento diferentes a la solución aislada, no
necesita de subsistema de almacenamiento y el sistema de regulación cumple la función de indicar al
inversor de energía la disponibilidad en cada momento en los paneles (el punto de máxima potencia);
este sistema conlleva, además, un beneficio económico mediante la venta de energía a la red eléctrica.
Instalaciones Híbridas
Son aquellas que combinan los módulos fotovoltaicos con una o más fuentes energéticas auxiliares,
como pueden ser los aerogeneradores, o los motores Diesel, de Gas Natural, o las Pilas de Hidrógeno. Este
sistema es más fiable que los anteriores, ya que al disminuir la dependencia de captación y generación de
electricidad del sistema fotovoltaico, el suministro no se ve comprometido al ser complementado por otro
tipo de generación ya sea renovable o no renovable. Además tiene mejor rendimiento medioambiental al
combinar en algunos casos varios sistemas de energías renovables.
Este tipo de instalaciones parecen ser las que resolverán en el futuro las necesidades energéticas en
zonas urbanas, mediante el aprovechamiento de diferentes fuentes de energía, seleccionadas en base a su
rentabilidad económica y satisfacción de las necesidades de los usuarios. No obstante, como es evidente,
este tipo de instalaciones no se generalizará hasta que sea rentable para su usuario, bien porque obtenga
subvenciones para su instalación, bien porque el coste de la energía eléctrica consumida sea más alto que
el generado por una instalación híbrida.
En nuestro caso (instalaciones en edificios de viviendas en entorno urbano), nos centraremos en las
instalaciones conectadas a red y las instalaciones híbridas. En ambos casos, se ha de definir el sistema de
generación adecuado al edificio que queremos dotar, ya sea con generadores estáticos o con sistema de
seguimiento. Asimismo se ha de definir si el sistema utilizado se integrará arquitectónicamente en el
edificio o bien si simplemente se utilizará espacio disponible en cubierta para su ubicación. Por último, se
ha de considerar como caso específico los edificios históricos o con algún tipo de protección
arquitectónica, los cuales deberán ser objeto de estudio independiente, dadas sus singulares
características.
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Los sistemas de cogeneración producen y aprovechan conjuntamente electricidad y calor, de
manera que se obtiene un gran ahorro energético. Se trata además de un procedimiento más ecológico,
ya que se libera menos dióxido de carbono (CO2) y óxido de nitrógeno (NOX) que en los generadores
eléctricos normales.
Los sistemas de cogeneración suelen funcionar con gas natural, aunque existen otros sistemas y
también pueden utilizarse fuentes de energía renovables y residuos. El ahorro energético que supone este
sistema, el cual aumenta notablemente si se utilizan energías residuales, se traduce además en una
disminución de las emisiones contaminantes. Para producir una unidad eléctrica por medios
convencionales se necesitan 3 unidades térmicas, mientras que en cogeneración se necesitan 1,5
unidades, por lo que la cantidad de contaminación emitida se disminuye en un 50%.
Los defensores de este sistema afirman que se trata de un sistema fiable y eficaz, aunque su
viabilidad económica ha dependido de las particulares condiciones del mercado energético, que han
frenado su desarrollo. Las aplicaciones más usuales de la cogeneración suelen reducir la factura energética
entre un 20% y un 30%, y se trata además de sistemas cuya inversión se rentabiliza en poco tiempo,
normalmente en dos o tres años. Asimismo, destacan que la eficiencia de los sistemas de cogeneración ha
aumentado de forma espectacular en 10 años y los últimos desarrollos de turbinas y motores mantendrán
esta tendencia en el futuro. Como ventajas adicionales se encuentran la disminución de las pérdidas de la
red eléctrica, ya que las centrales de cogeneración suelen situarse más cerca del lugar de consumo; el
aumento de la competencia entre los productores; el impulso que supone en la creación de nuevas
empresas; o su adaptación a zonas aisladas o alejadas.
La cogeneración puede aplicarse a cualquier tipo de instalación que durante un periodo de tiempo
prolongado mantiene necesidades térmicas medias-altas, o bien en aquellas otras productoras de
combustibles residuales o afluentes térmicos de suficiente nivel. El ámbito sectorial de aplicación es
teóricamente amplio, pero el industrial es el que cuenta con mayores oportunidades, aunque los grandes
usuarios del sector terciario, como centros comerciales, hospitales, o complejos hosteleros tienen
capacidad cogeneradora y en un próximo futuro se podrían desarrollar sistemas de distribución de calor y
frío en centros urbanos.
Las posibilidades de la cogeneración son numerosas y dependen en gran medida de la visión
innovadora de sus responsables, de manera que sean capaces de aplicarla en cada caso concreto de forma
segura, eficiente y económicamente rentable. En este sentido, por ejemplo, AESA, una empresa pionera
en España en la utilización de la cogeneración, introdujo en 1982 el concepto de "trigeneración", en el que
además de la electricidad y el calor, se le añade un sistema de absorción para producción de frío. De todas
formas, se pueden enumerar una serie de aplicaciones clásicas. El proceso de secado de la industria
cerámica, o el aprovechamiento del aceite térmico en las empresas textiles son algunas de estas
aplicaciones. Por su parte, las plantas depuradoras de tipo biológico, de concentración de residuos, o de
secado de fangos, etc., son demandantes de calor y, por lo tanto, son potencialmente cogeneradoras, lo
que supondría una importante reducción del coste de tratamiento de los residuos.
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El hidrógeno
En Isofotón, creen en el uso del hidrógeno como una de las mejores soluciones a la crisis energética.
Sus posibilidades son muy amplias, por su abundancia y por su alta capacidad de liberación de energía,
cuya utilización masiva haría posible la reducción de las emisiones de CO2.
Debido a su inexistencia en estado aislado, primero hay que producirlo usando otras fuentes de
energía primarias. El hidrógeno se puede obtener con la electrólisis del agua; esta técnica consume una
cantidad de energía que debe ser suministrada por alguna fuente energética. La Energía Solar (100%
limpia, disponible e inagotable) resulta una de las opciones más adecuadas para la obtención de
hidrógeno en zonas aisladas.
El hidrógeno debe superar dos grandes barreras para convertirse en un vector energético: su
almacenamiento (es el átomo más voluminoso en su estado gaseoso a temperatura y presión corrientes).
Y su seguridad (es un gas especialmente inflamable). Todos estos factores, junto con la puesta a punto de
las pilas de combustible (generadores de energía), ralentizan la llegada de la economía del hidrógeno.
En Isofotón nace el Proyecto TINA para el estudio de instalaciones aisladas de producción
energética, con aportación de hidrógeno como energía de apoyo y el uso de éste como almacenamiento
energético; por medio de este proyecto pretenden estudiar la interacción de la Fotovoltaica y la pila de
hidrógeno, analizando la fiabilidad, seguridad y rentabilidad de la instalación. Aunque básicamente, el
estudio se orienta a la Electrificación Rural, esta aplicación tendrá repercusión en zonas residenciales
urbanas, como ya sucede en algunas comunidades de EEUU.
Las aplicaciones de cogeneración (uso combinado de calor y electricidad) para viviendas, generan
energía eléctrica de manera constante (vendiendo el exceso de energía a la red cuando no se consume), y
al mismo tiempo produce aire y agua caliente gracias al calor que desprende. Las celdas de combustible de
Ácido fosfórico (PAFC Phosphoric-Acid Fuel Cells) abarcan el segmento más grande de aplicaciones de
cogeneración en todo el mundo y pueden proporcionar eficacias combinadas cercanas al 80% (45-50%
eléctrico + el resto como térmica). El mayor fabricante de células de combustible de PAFC es UTC Power,
una división de United Technologies Corporation. También se utilizan celdas de combustible de carbonato
Fundido (MCFC Molten Carbonate Fuel Cell) con fines idénticos, y existen prototipos de celdas de óxido
sólido (SOFC Solid-Oxide Fuel Cell).
Existe un programa experimental en Stuart Island en el estado de Washington, donde la compañía
Stuart Island Energy Initiative ha construido un sistema completo en el cual los paneles solares generan la
corriente para hacer funcionar varios electrolizadores que producen hidrógeno. Dicho hidrógeno se
almacena en un tanque de 1900 litros, a una presión de 10 a 80 bar. Este combustible finalmente se utiliza
para hacer funcionar una celda de combustible de hidrógeno de 48 V ReliOn que proporciona suficiente
energía eléctrica para fines residenciales en la isla.
En este programa experimental se dispone de una serie de diez paneles de 150 vatios. La matriz
envía corriente a 48 voltios DC a un controlador de carga Outback. Esto está diseñado para vigilar
constantemente y alterar el voltaje de salida con el fin de maximizar la potencia de salida. También evita
que el exceso de carga de controladores de carga de las baterías. La que está conectada a la pila de
combustible extrae 1300 vatios de una célula de 1000 vatios de combustible.
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El regulador envía corriente a las baterías de 24 VDC (nominal-en realidad 26 a 31 voltios). Cuando el
sol brilla y las baterías están llenas, los electrolizadores se activan y el poder generador fotovoltaico se
inicia, poniendo en marcha los electrolizadores. Toda la energía solar pasa a través del regulador de carga
en las baterías; a continuación va al inversor de corriente AC que alimenta los electrolizadores.
Figura 151.- El panel principal. El inversor es la caja de del tamaño de una caja de zapatos que
hay entre los dos grandes paneles, los controladores de carga (uno para la matriz y uno para la
pila de combustible) se encuentran en el extremo derecho.
El Gas Natural
El Gas Natural tiene unas reservas probadas abundantes y durante unas décadas aún seguirá
manteniendo un rol relevante en el escenario energético. El gas natural ofrece tecnologías eficientes de
transformación en el campo de la generación eléctrica de elevada potencia, con el concepto de ciclo
combinado (turbina de gas y de vapor combinadas). En el campo de la generación eléctrica de mediana y
baja potencia, la generación de energía eléctrica mediante motores o turbinas con aprovechamiento del
calor generado en el proceso es la solución adoptada. El paso siguiente comporta mejorar las tecnologías
de motores y turbinas y la recuperación de su calor, además del uso de tecnologías basadas en principios
radicalmente distintos.
El Grupo Gas Natural, por ejemplo, ha apostado por la opción de la pila de combustible de alta
temperatura como alternativa tecnológica a motores y turbinas, apta para generar electricidad de modo
más eficiente en los sectores industrial y terciario, con muy bajo nivel de emisiones y con la posibilidad de
un alto grado de aprovechamiento del calor del proceso de la pila. Para ello, se ha realizado una
experiencia piloto en la propia sede de Gas Natural en Barcelona, con una generación de 200 kW.
eléctricos mediante pila de combustible y aprovechamiento del calor.
La pila de combustible genera corriente eléctrica basándose en la reacción electroquímica de
diversos productos, al igual que cualquier otra pila, con la diferencia que mientras las pilas tradicionales
mantienen una corriente eléctrica por tiempo limitado, la pila de combustible puede funcionar
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continuamente mientras tenga aporte de los productos que reaccionan en ellas; sólo dejan de generar
energía cuando se les corta el suministro.
Estas pilas de combustible están destinadas a revolucionar la situación de suministro en la
generación eléctrica a mediana o gran escala, ya que opera en el tiempo de forma continua y sus costes
son competitivos.
A excepción de la energía fotovoltaica, la energía eléctrica se genera en alternadores
(maquinas rotativas), ya sea accionadas por el vapor obtenido a partir de un combustible, de la fuerza del
viento en un aerogenerador o de un salto hidráulico. Frente a esta generación con equipos mecánicos, la
pila de combustible ofrece la ventaja de no disponer de elementos móviles, con la consiguiente ausencia
de ruidos y vibraciones y una menor necesidad de mantenimiento.
Además, la pila de combustible es más eficiente que motores y turbinas, ya que no está limitada por
las leyes de la termodinámica, que imponen un rendimiento máximo no superable (rendimiento del ciclo
teórico de Carnot) para la conversión de calor en energía útil.
Si bien se ha hablado genéricamente de reactivos como combustible, sin embargo en las pilas de
combustible, estos se limitan al par hidrógeno-oxigeno, de cuya combinación se obtiene agua. Algunos
equipos para aplicaciones de generación eléctrica estacionaria incorporan a la pila de combustible
sistemas auxiliares previos para obtener el hidrógeno a partir de hidrocarburos, entre ellos gas natural o
alcoholes. El hidrógeno se genera internamente en la pila.
El núcleo de la pila de combustible está integrado por la agrupación de un conjunto de células
elementales, que generan una diferencia de potencial de un valor inferior a un voltio. Esta agrupación
permite alcanzar diferencias de potencial mayores, adecuadas para los servicios a los que se destine.
En este tipo de instalaciones, los flujos se esquematizan empezando por la alimentación con gas
natural que aporta energía e hidrógeno agua que aporta hidrógeno adicional y aire que aporta el oxígeno
para la combustión electroquímica. Gas Natural, agua y aire con las únicas entradas al sistema.
Generalidades de los sistemas.
Un módulo FV orientado al Sur e inclinado unos pocos grados por debajo del valor de la latitud local
produce la máxima generación eléctrica en términos anuales. Aunque en muchos casos se considera más
interesante sustituir el acristalamiento de la fachada por módulos FV.
La elección de la tecnología de módulos debe hacerse teniendo en cuenta el precio por vatio pico y
el área necesaria para su instalación, además de otros factores. Dentro de la gran variedad existente en el
mercado en cuanto a tecnologías y precios.
En una primera aproximación podemos decir que con las tecnologías tradicionales de silicio mono y
policristalino para tener 1 KW. instalado necesitaremos un área de 10 m2.
Para una estimación más precisa del área requerida según la tecnología de células, podemos usar los
datos siguientes, que se ha realizado teniendo en cuenta los rendimientos medios de los módulos de las
diferentes tecnologías. Para la Tecnología de célula Área requerida para 1kWp en Silicio monocristalino se
necesitan de 7-9 m2, para Silicio policristalino 8 - 11 m2, para Lámina delgada CIS 11-13 m2, para Telurio
de Cadmio (CdTe) 14 – 18 m2 y para Silicio amorfo 16 – 20 m2.
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Las restricciones de tipo solar parten del cálculo de la irradiación de las superficies, según su
orientación e inclinación. Los factores para pasar de superficie de la planta del edificio a superficie de
fachada y tejado, así como los factores de adecuación solar-arquitectónica han sido obtenidos a partir del
análisis de ejemplos representativos.
La mayor parte de los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios están conectados a la red
eléctrica. El gran potencial de integración arquitectónica en edificios se encuentra en las zonas urbanas de
los países desarrollados, donde se incentiva la conexión a red de sistemas fotovoltaicos, mediante
primas o subvenciones, y donde existen más posibilidades de integrar los módulos FV desde un punto de
vista arquitectónico.
En los sistemas conectados a red, o bien se consume la electricidad generada, o bien es inyectada
directamente en la red local. Debido a que los precios de compra y venta de energía eléctrica suelen
diferir, se instalan dos contadores independientes, uno para la electricidad consumida de la red y el otro
para la cedida a la red. Además del generador, el principal componente de un sistema FV conectado a la
red es el inversor. Las principales características que deben cumplir los inversores son: alto rendimiento,
buena calidad de onda, buen seguimiento del punto de máxima potencia y adecuadas protecciones,
importantes tanto para el usuario y el sistema fotovoltaico, como para la propia red. El inversor debe estar
protegido contra sobre tensión, sobre corriente y funcionamiento en modo isla (en ausencia de red, el
inversor debe desconectarse para evitar situaciones de peligro para los servicios de mantenimiento de la
compañía eléctrica).
Las potencias más frecuentes de los inversores para conexión a red en viviendas fotovoltaicas
oscilan entre 1 KW. y 5 KW., y en general son monofásicos. Sin embargo, edificios no residenciales, como
centros comerciales u oficinas, pueden (y deben según el Código Técnico de la Edificación) albergar más
potencia fotovoltaica.
En cualquier caso, se tiende a utilizar inversores de tipo modular, con el fin de mejorar el
rendimiento del sistema.
Con los cálculos realizados se deduce que el 75% del potencial de área se atribuye a tejados,
mientras que el 25% a fachadas. Sin embargo, los valores absolutos de potencial varían mucho más si se
considera la relación de superficie de suelo por habitante. Para el caso de Europa del centro-oeste, el
“edificio estadístico” tiene una superficie de suelo de 45 m², de los cuales la mitad se utiliza como
vivienda, mientras que en Estados Unidos o Australia es casi el doble. Por el contrario, en Japón se reduce
a 20 m².
A partir de relacionar los coeficientes obtenidos con el tamaño de la población y la irradiación solar
anual se calcula el potencial de producción fotovoltaica en edificios. El método se resume en los siguientes
pasos:
Potencial de producción FV = Área per capita disponible * Tamaño de la población * Factores
de utilización * Rendimiento solar* Irradiación solar * Rendimiento de conversión (10%)
Con este método, se han calculado los potenciales de área y producción FV para cada país,
diferenciando entre fachadas y tejados y considerando cinco tipos distintos de edificio. La Tabla siguiente
resume parte de estos resultados.
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Figura 152.- Potenciales de área y producción eléctrica con FV en edificios, por países, distinguiendo
entre tejados y fachadas. El potencial de área se limita a las superficies que reciben hasta un 80%
del máximo total local anual de radiación
Cálculos según el CTE
Si bien, como hemos comentado, el CTE obliga tan solo a dotar edificios de uso no residencial, marca
unas pautas a la hora de realizar el diseño y los cálculos de la instalación que pueden ser útiles para el
estudio de instalaciones en edificios residenciales, por lo que en el anexo II, desarrollamos las pautas
establecidas según el CTE.
Condiciones generales de la instalación
1) Una instalación solar fotovoltaica conectada a red está constituida por un conjunto de
componentes encargados de realizar las funciones de captar la radiación solar, generando energía
eléctrica en forma de corriente continua y adaptarla a las características que la hagan utilizable por los
consumidores conectados a la red de distribución de corriente alterna. Este tipo de instalaciones
fotovoltaicas trabajan en paralelo con el resto de los sistemas de generación que suministran a la red de
distribución.
2) Los sistemas que conforman la instalación solar fotovoltaica conectada a la red son los siguientes:
a) sistema generador fotovoltaico, compuesto de módulos que a su vez contienen un conjunto
elementos semiconductores conectados entre sí, denominados células, y que transforman la energía solar
en energía eléctrica.
b) inversor que transforma la corriente continua producida por los módulos en corriente alterna de
las mismas características que la de la red eléctrica.
c) conjunto de protecciones, elementos de seguridad, de maniobra, de medida y auxiliares.
3) Se entiende por potencia pico o potencia máxima del generador aquella que puede entregar el
módulo en las condiciones estándares de medida. Estas condiciones se definen del modo siguiente:
a) irradiancia: 1000 W/m2;
b) distribución espectral: AM 1,5 G;
c) incidencia normal;
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d) temperatura de la célula: 25 ºC.
4) Para instalaciones conectadas, aún en el caso de que éstas no se realicen en un punto de
conexión de la compañía de distribución, serán de aplicación las condiciones técnicas que procedan del RD
1663/2000, así como todos aquellos aspectos aplicables de la legislación vigente.
Sistemas con generadores estáticos
Se instalan normalmente en cubiertas planas o inclinadas, aprovechando la propia pendiente del
tejado.
Mediante una estructura se elevan los módulos FV entre 20º y 30º, para conseguir la máxima
producción energética. Además esta inclinación permite que la propia lluvia limpie los paneles, reduciendo
su mantenimiento.
En el caso que la cubierta esté orientada en sentido Este- Oeste, ha de tenerse en cuenta el espacio
entre filas de módulos para evitar las sombras propias.
Otra opción son las cubiertas grandes con acristalamiento, como los atrios, o bien los lucernarios o
pérgolas, que además protegen de la lluvia y dan sombra.
Sistemas con generadores de seguimiento solar.
Fundamentalmente los sistemas de seguimiento solar se utilizan en grandes planta de producción.
Sin embargo cada vez se están desarrollando más equipos para uso residencial, como es la instalación de
parasoles orientables. El proceso de diseño de proyecto y ejecución de la instalación de un sistema
de seguimiento solar fotovoltaico consta de varios pasos a seguir según el siguiente esquema:
Diseño de tipologías de seguidores:
- Proyecto de ejecución de varias tipologías de seguidores solares.
- Elección de las mejores alternativas de tipologías de seguidores teniendo en cuenta una serie de
propuestas.
- Generación de planos constructivos tanto para estructuristas como para equipos de control.
Construcción y prueba de prototipos:
- Construcción, instalación, puesta en marcha y revisión de diferentes prototipos, según las
alternativas elegidas en la tarea anterior.
- Prueba de todos los prototipos en condiciones variadas de funcionamiento. Se analizan los
tiempos, costes y recursos dedicados a la construcción, instalación, puesta en marcha y explotación de
cada una de las tipologías.
Métodos de cálculo:
- Métodos de cálculo revisados y validados contra funcionamiento de plantas de seguimiento.
- Mejoras al control de seguimiento, tanto en algoritmos como en alarmas.
- Análisis de los datos de monitorización de plantas de seguimiento.
- Revisión y validación de los métodos de cálculo de energía producida, impacto de sombras y
comportamiento frente al viento.
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- Generación de algoritmos de análisis automático de datos de monitorización para la generación de
alarmas "inteligentes".
Explotación de seguidores:
- Protocolo de instalación, puesta en marcha y mantenimiento de seguidores solares, en sus variadas
alternativas.
Dentro de estos sistemas de seguimiento, podemos considerar también los parasoles orientables. La
orientación de los módulos se puede realizar de tres formas distintas: de forma mecánica, con motores
eléctricos o con unos tubos que contienen un gas que se mueven de forma automática por expansión del
gas según el ángulo de impacto de los rayos solares.
Sistemas sin integración arquitectónica.
Este tipo de instalaciones aprovechan los espacios libres en cubierta de los edificios. Estos sistemas
se utilizan sobre todo en edificios donde la integración arquitectónica de los módulos no es un factor
importante en el diseño del edificio de nueva construcción, o bien en los casos en que el edificio es ya
existente y sólo se dispone de los espacios libres de cubierta para su colocación.
Podemos afirmar que este tipo de instalación suele ser la más común, ya que no implica un estudio
de diseño de integración de módulos desde el proyecto arquitectónico, sino que simplemente se utilizan
los espacios disponibles en cubierta para su ubicación. Para ello, se coloca una estructura encima de la
cubierta, ya sea esta plana o inclinada, y se instalan los paneles sobre dicha estructura.
En el proceso a seguir para realizar esta solución ha de tenerse en cuenta:
- Análisis del emplazamiento de los módulos. Tener en cuenta la accesibilidad y la
seguridad del espacio elegido, así como su superficie. Analizar asimismo las
sombras y la orientación definitiva para obtener los mayores rendimientos posibles.
- Diseño de la instalación. Elegir una tecnología y un producto que se ajusten al
emplazamiento elegido, sus condiciones climáticas y sus índices de radiación.
Analizar las cargas dinámicas y estáticas de la instalación. En esta fase se realiza el
estudio de rentabilidad de la instalación, definiendo la producción prevista y su
amortización.
- Ejecución de la instalación. Planificación, búsqueda de recursos e instaladores.
- Mantenimiento. La vida útil de una instalación FV ronda los 30 años, por lo que
estamos obligados a realizar el mantenimiento adecuado a cada tipo de instalación
para mantener su rendimiento.
Estos criterios, también son válidos para las instalaciones que contemplan su integración
arquitectónica en alguna superficie del edificio; aunque es estos casos será necesario contemplar desde el
proyecto arquitectónico la solución estimada.
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Sistemas con integración arquitectónica.
Figura 153.- Diversas opciones para la integración arquitectónica de paneles fotovoltaicos.
La integración fotovoltaica en edificios (BIPV – Building Integrated Photovoltaics) supone la
sustitución de materiales convencionales de construcción por nuevos elementos arquitectónicos
fotovoltaicos generadores de energía.
En la integración en edificios suele ser conveniente la división del sistema fotovoltaico en
subsistemas, con el fin de optimizar el rendimiento global. La configuración de inversores asociados a
hileras de módulos es muy recomendable para minimizar las pérdidas de producción. Incluso existen en el
mercado los llamados módulos AC o módulos en corriente alterna, los cuales incluyen su propio inversor.
Este tipo de configuración, sin embargo, tiene alguna desventaja, como es la alta temperatura a la
que puede llegar a trabajar el inversor por estar situado bajo el módulo.
Cada vez resulta más sencillo integrar módulos fotovoltaicos en la arquitectura.
Avances tecnológicos recientes permiten la integración de los módulos solares fotovoltaicos como
elementos constructivos en edificios. Factores como tamaño, características físicas, aspecto, fiabilidad y
costes han evolucionado, de forma que los módulos pueden integrarse en la edificación sustituyendo
otros elementos constructivos y llegando, en algunos casos, a competir económicamente con ellos.
La envolvente de un edificio ofrece espacio y soporte para los módulos fotovoltaicos, reduciéndose
significativamente los costes de infraestructura de las instalaciones. En principio, cualquier superficie de
un edificio que reciba luz solar directa suficiente puede ser apta para la integración de módulos. Existen
dos posibles modos de integración en edificios: uno en nuevas construcciones, cuyo diseño tiene en
cuenta la incorporación del sistema fotovoltaico, y otro, en edificios ya construidos.
En el primer caso suele buscarse una integración arquitectónica del módulo fotovoltaico, en la que
éste sustituye elementos de la construcción y tiene un papel activo en el comportamiento energético y
lumínico del edificio. Se buscan soluciones convincentes que resulten estéticas y funcionales desde el
punto de vista arquitectónico pero que a la vez busquen, en lo posible, favorecer la producción energética.
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En edificios ya construidos es más difícil integrar arquitectónicamente los módulos fotovoltaicos.
Normalmente estos casos se resuelven recurriendo a la superposición, es decir, la instalación de los
módulos sobre los materiales de la envolvente del edificio. En cualquier caso, debe intentarse que el
resultado rompa lo menos posible con la estética del edifico y que la estructura, fijación, estanqueidad y
cableado estén resueltos adecuadamente.
El diseño arquitectónico es un factor determinante en el diseño final de estos sistemas. En algunos
casos se sacrifica en parte la producción eléctrica a costa de las exigencias arquitectónicas, o viceversa. En
cualquier caso, debe llegarse a una solución racional de equilibrio entre ambos factores y debe buscarse
en lo posible un resultado estético acorde con el contexto y la armonía del edificio.
Dependiendo de la aplicación y los criterios de diseño, se elegirá el tipo adecuado de módulo. En
primer lugar, habrá que tener en cuenta las necesidades energéticas de la aplicación y, considerando la
disponibilidad de radiación a lo largo del año, se dimensionará el sistema generador de la manera más
conveniente. La potencia a instalar puede también determinarse por otros criterios, como son las
exigencias legales o las subvenciones posibles.
Una vez determinada la potencia, puede optarse por distintas tecnologías de módulos, atendiendo a
criterios de diseño, precio o espacio disponible. Dependiendo de la ubicación de los módulos (orientación,
inclinación, sombreado) y las características eléctricas de éstos, variará el número necesario de módulos a
instalar.
Si se utilizan módulos de lámina delgada, como el silicio amorfo (Si-a), el seleniuro de cobre e indio
(CIS) o el telurio de cadmio, se conseguirán superficies de aspecto homogéneo. Los de Si-a presentan un
tono más rojizo y se han fabricado para su integración arquitectónica también en versión
semitransparente (hasta un 50%). Hay que tener en cuenta que las características eléctricas del
módulo empeoran al aumentar la transmitancia de éste, y habrá que encontrar un equilibrio óptimo entre
grado de transparencia y rendimiento eléctrico.
Si se opta por la tecnología cristalina convencional, las células que componen el módulo serán
totalmente opacas (de aspecto homogéneo y color azul oscuro, si se trata de silicio monocristalino, y más
inhomogéneas y azuladas si son de silicio multicristalino), pudiéndose jugar con la transparencia y el color
del encapsulante de la cara posterior de las células (transmisividad de luz alta o baja, color parecido al de
las células o contrastado,...) y el espaciado entre ellas.
En muchas aplicaciones es corriente que el fabricante atienda a las peticiones de los arquitectos,
que pueden diseñar los módulos para su integración en edificios u otras construcciones. Actualmente se
fabrican células de Si-m de diferentes colores, variando el espesor de la capa antirreflectante.
En el desarrollo de nuevos materiales para integración en edificios, por un lado, se estudian técnicas
de laminado de células sobre diferentes materiales, especialmente útiles en el mundo de la construcción.
Y, por otro, se obtienen módulos en estado pre-industrial (módulos cristal- cristal, laminados sobre acero,
sobre cerámica, etc.). Además se desarrollan técnicas de instalación para integración en edificios:
repertorio de técnicas de integración adaptadas a diferentes tipologías de edificios (cerramientos
fotovoltaicos, desarrollo de relaciones estables con estudios de arquitectura,...).
Especial atención merecen las técnicas de aprovechamiento de la sinergia energética entre módulos
y edificios: se trata de analizar el comportamiento térmico del generador fotovoltaico en relación a
edificios, para su aprovechamiento en técnicas de arquitectura bioclimática (por ejemplo, desarrollo y
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validación de herramientas informáticas que permitan diseñar y cuantificar la interacción de un generador
fotovoltaico con un edificio).
Las aplicaciones de la energía fotovoltaica se proyectan hoy mucho más allá de las tradicionales
instalaciones de los sistemas fotovoltaicos como "artefactos", tanto en la arquitectura como en la ciudad.
Desde hace una década, al menos, se busca la integración en el diseño mismo; para explicar esto
seguiremos el siguiente esquema de las posibilidades de integración:
Integración en fachada:
En fachada vertical continua o muro cortina. Es una fachada ligera que deja de ser un elemento
portante del edificio. Es un cerramiento colgado, no apoyado. La solución más habitual es la de los
montantes y travesaños donde se integra un doble acristalamiento. Los montantes se fijan a los cantos de
los forjados. En estos muros cortina, el vidrio convencional se puede sustituir por otro que incorpore
células FV. Las juntas entre los vidrios y la perfilaría se resuelven mediante juntas EPDM, de goma, o
aplicando silicona en obra o masilla se poliuretano. Los sistemas de silicona estructural, vidriado
estructural o piel de vidrio es el más novedoso sistema de fachadas acristaladas de la actualidad.
Consisten en eliminar de la cara externa de la fachada el elemento de sujeción metálico para evitar las
líneas de fachada y conseguir un efecto de continuidad en la superficie del vidrio. Para ello los cristales se
fijan a la estructura (generalmente de aluminio) a través de selladores siliconados de características
especiales. En el caso de las fachadas FV, esta solución es muy interesante ya que la superficie vidriada
resultante queda totalmente libre de sombras que se proyecten sobre el mismo, aumentando entonces
sensiblemente la superficie disponible para la instalación de células fotovoltaicas.
Figura 154.- integración en muro cortina.
En fachada vertical discontinua. En este tipo de instalaciones vamos a considerar los módulos
integrados en lamas o parasoles, que son un instrumento ideal para el control solar del espacio interior del
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edificio, facilitando el balance energético, sobre todo en los meses de verano de los países con mucho
soleamiento.
Figura 155.- Integración en forma de parasoles y lamas.
En fachada inclinada. Las fachadas inclinadas no son soluciones habituales en arquitectura, si bien
se pueden resolver con los mismos criterios que las fachadas verticales, tanto continuas como
discontinuas. En cualquier caso habrá que incidir en la solución para evacuación de las aguas de lluvia y
procedentes de la limpieza de los módulos, de forma que dicha evacuación se haga sin obstáculos que
produzcan su acumulación.
Figura 156.- Integración en fachadas inclinadas.
Instalación de módulo inclinado en fachada vertical. Este tipo de instalación responde a la solución
de marquesina o porche. En ella se confecciona una estructura auxiliar con perfiles que forman triángulos
con la fachada vertical y se orienta e inclina el soporte en la posición más favorable posible hacia el sol.
Tienen la ventaja de producir una sombra que se puede aprovechar en los meses de verano. Mediante
estas soluciones se consigue evitar el calentamiento innecesario de la fachada en los meses de verano y
permite la entrada de luz natural.
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Figura 157.- Integración en fachada vertical con los módulos inclinados.
En fachadas de doble piel o fachada ventilada. Las fachadas respirantes están constituidas por una
cámara de aires de dimensiones restringidas y dotadas de una membrana que equipara las presiones
interior y exterior, para evitar de esa forma las condensaciones. Proporcionan buen aislamiento térmico y
acústico y carecen de mantenimiento interno, pero su coste de fabricación es elevado.
Las fachadas ventiladas tienen una cámara de aire abierta por donde circula el aire libremente, lo
cual requiere mayor mantenimiento. Con ellas se obtienen los mejores coeficientes térmicos de verano e
invierno y su construcción es más sencilla que las fachadas respirantes. La ventilación de estas fachadas se
efectúa por convección natural, mixta o forzad. La convección natural se produce por efecto chimenea
evacuando la energía absorbida por los cristales. En consecuencia se disminuye la temperatura superficial
del cristal interior. Cuando la ventilación es forzada se actúa sobre el velocidad del aire, controlando el
flujo dentro de la misma pudiendo incluso recuperar la energía térmica por acumulación pasiva o
mediante intercambiadores de calor.
Otra posibilidades la introducción del aire calentado en la cámara del aire en el interior del edificio.
Consiste en dividir la fachada en dos capas independientes y con usos distintos, separados por una cámara
de aire ventilada. La piel interior es la fachada resistente, estanca y aislada, mientras que la piel exterior
tiene como objetivo proteger la interior de los agentes atmosféricos y cumplen una función estética. En
nuestro caso, la segunda piel nos servirá para instalar los módulos FV mediante anclajes a una perfilería
auxiliar. Con la ventaja que los módulos estarán bien ventilados, lo cual mejora su rendimiento al disipar el
calor generado por los mismos.
En la imagen siguiente perteneciente a la Universidad de Barcelona vemos como la piel de la
fachada actúa como amortiguador térmico generado en la cámara de aire entre el paramento exterior e
interior. En ella se crea una cavidad donde el aire se calienta por insolación. En verano el aire que asciende
desde la base ventilando los módulos solares y evitando que lleguen a un tope de calentamiento. En
invierno el aire caliente se conduce a una planta convencional de calefacción a través de ventiladores o
por corrientes libres de convección. El módulo fotovoltaico-térmico multifuncional está formado por
células fotovoltaicas con las conexiones eléctricas dispuestas entre dos láminas de vidrio. Ello permite
realizar revestimientos opacos o semitransparentes que producen electricidad y aire caliente utilizando la
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tecnología del muro cortina, termo panel. Los módulos semitransparentes incorporan células solares de
silicio amorfo de PHOTOTRONIKS SOLAR TECHNIK GmbH (PST) encapsuladas en doble cristal. Esta
innovadora tecnología ha sido desarrollada por TFM (Teulades i Façades Multifuncionals S.A.) dentro del
marco del programa para la difusión del ahorro de energía JOULE II de la Unión Europea. Actualmente
todo el aire caliente producido en la fachada y en los lucernarios se recalienta en un campo de colectores
solares y se introduce en un moderno climatizador, el que aprovecha el aire caliente tanto para el sistema
de calefacción como para el de aire acondicionado de verano, en donde se utiliza como desecante, de
forma que pulverizando agua y fomentando su evaporación en el secado del aire exterior se produce una
absorción de energía creando aire frío. La eficiencia energética del edificio de la Universidad de Barcelona,
en colaboración con el ZSW de Stuttgart, desarrolló un sistema de control informatizado (monitoreado),
que permitía acceder a datos precisos sobre la instalación termo- fotovoltaica combinada con la
climatización del edificio. El análisis de datos corresponde a un período de prueba, indica que el sistema
FV de la Biblioteca trabaja con un coeficiente de eficiencia del 62 %, valor satisfactorio teniendo en cuenta
el estado tecnológico de la FV en nuestros días. El seguimiento ha comprobado que en invierno, con el sol
bajo, la fachada obtiene un rendimiento similar a las lucernas, pero en verano, con el sol alto, la eficiencia
de los paneles de la cubierta casi triplica el rendimiento de sus homólogos en la fachada.
Figura 158.- Esquema Corte Muro. 1) Salida de Aire Caliente. 2) Filtro de Aire 3) Panel Aislante. 4)
Cámara Ventilada. 5) Persiana Veneciana. 6) Doble Cristal Aislante. 7) Cristal Interior Normal o
Fotovoltaico Semitransparente. 8) Ventilación por Efecto Chimenea o Forzada. 9) Cristal exterior
Fotovoltaico Opaco. 10) Filtro de Aire. 11) Entrada de Aire. Catálogo TFM.
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Integración en cubierta.
Podemos diferenciar las siguientes variantes:
-
En cubierta inclinada.
Figura 159.- Integración en cubiertas inclinadas.
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Estructura inclinada en cubierta plana.
Figura 160.- Integración en cubiertas planas.
- "Dientes de Sierra" sobre cubierta plana.
Figura 161.- Integración en cubiertas de dientes de sierra.
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- En cubierta curva.
Figura 162.- Integración en cubiertas curvas.
Ventajas integración FV en fachadas
- Se pueden aprovechar superficies destinadas a otros usos para la incorporación de células
fotovoltaicas para la producción de electricidad (ventanas, paneles de fachada o fachadas completas).
- Ahorro de materiales exteriores de revestimiento del edificio y en la estructura de soporte de la
instalación.
- Posibilidad de recuperar la energía térmica que se produce en la superficie de captación y
aprovecharla en climatizar el edificio.
- Reducción de las pérdidas por transporte de la energía eléctrica, ya que la misma se produce en el
sitio de consumo (generación distribuida).
- La posibilidad de reducir la luminosidad o el soleamiento interior del edificio a niveles óptimos. El
excedente de energía lumínica no se rechaza, sino que se capta para la producción de electricidad.
- La cámara ventilada, al mismo tiempo de mejorar las condiciones de aislamiento térmico,
constituye una barrera eficaz para proteger a los usuarios de la instalación eléctrica del campo de paneles:
cajas de conexiones, cableados, superficie posterior de las células y otros elementos eléctricos.
- La misma cámara ventilada permite una temperatura de trabajo de la célula más adecuada y
controlada y permite trabaja con módulos de cristal/tedlar de escaso espesor ya que el cristal fotovoltaico
se ve liberado de las funciones de seguridad y fortaleza física.
- Ahorro en iluminación producido por el hecho de que con la células FV se pueden provocar unas
sucesión de huecos y sombras que permiten tener más espacios abiertos (ventanas) en la pared interior,
provocando la entrada de iluminación natural en el interior del edificio.
- En los casos en que los módulos se integran en lucernario basados en montantes y travesaños, se
sustituyen los vidrios de doble acristalamiento de las cubiertas por los paneles con cierto grado de
transparencia montados sobre un doble acristalamiento para no perder prestaciones térmicas. Su fijación
es exactamente igual a las de los vidrios sustituidos.
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Sistemas en edificios históricos y/o protegidos.
La instalación de sistemas FV en centros históricos de grandes ciudades está cada vez más en los
programas municipales de medio ambiente, ejemplo de ello es el proyecto REBUILD (Energías
Renovables para Ciudades Europeas con Centros Históricos, FEDER N° 91/00/29/019) del programa RECITE
de la D.G. XVI de la CE. Este proyecto, en el que participaron varias ciudades Europeas fue presentado al
programa RECITE (Redes de cooperación entre regiones y ciudades de Europa) y nació con una meta muy
ambiciosa: Investigar la posibilidad de integrar las energías renovables en edificios ya existentes dentro de
los cascos históricos.
En los centros históricos en nuestro país y sobre todo en Andalucía, es muy importante tener en
cuenta la tipología de las edificaciones, considerando que los
edificios suelen ser de viviendas
unifamiliares y por lo general, de más antigüedad que la media habitual. Normalmente se
distribuyen en dos o tres pisos, poseen fachadas blanqueadas, algunas ventanas exteriores, tejas árabes
cubriendo el tejado y un patio. En su mayor parte, las calles mantienen el trazado musulmán original con
la que esta zona de la ciudad se construyó.
A la hora de emplazar el GFV sobre los edificios, se asumen las siguientes premisas:
a) No se consideran las fachadas como superficies útiles para instalar módulos fotovoltaicos. La
ocultación recíproca de fachadas, heredada en esta zona de la época generalmente musulmana y
encaminada a conseguir una refrigeración natural, produce un sombreado inaceptable para el GFV. Por
otra parte, la colección de la irradiación incidente sobre superficies verticales presenta pérdidas muy
elevadas respecto de la captación de energía que se conseguiría sobre una superficie óptimamente
orientada en la zona de cubierta,
b.) Únicamente se consideran útiles aquellos tejados cuyo acimut a esté comprendido entre
90°(Este) y 90° (Oeste): se evita así la orientación Norte.
c) Los módulos fotovoltaicos sobre terrazas estarán orientados al sur e inclinados según la latitud de
la ciudad. Si se denomina FR a la superficie de terrazas disponibles,/y debido a la necesidad de un ángulo
libre de visión igual a 70° entre las líneas de módulos fotovoltaicos dispuestos en esta clase de superficie a
efectos de minimizar el sombreado, únicamente podrán ser instalados 0.41-FR m2 de módulos
fotovoltaicos. El factor 0.41 se deduce de una serie de sencillas relaciones trigonométricas. La figura
siguiente aclara las consideraciones expuestas más arriba.
Figura 163.- Inclinación de los módulos fotovoltaicos instalados sobre terrazas. Se respetaría un
ángulo libre de visión igual a 70° entre las líneas de módulos fotovoltaicos a fin de reducir al
mínimo los sombreados
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Esta energía no es competitiva respecto de la energía convencional, sin embargo, los costes externos
incurridos a lo largo del ciclo de generación de electricidad de la red por medios convencionales están
escondidos tras el precio mencionado. La cuantificación de algunos costes externos sociales, como pueden
ser los daños medioambientales y a la salud humana, no se cuantifican. De todos modos está claro que los
costes de generación no incluidos en las energías renovables son mucho más bajos que los de la energía
convencional. Algunos estudios en este campo muestran que los costes sociales de la producción
convencional de electricidad doblan, al menos, a los incurridos en la generación de electricidad solar.
Otros proponen añadir unos céntimos de euro al precio del mercado del kWh de electricidad generada
convencionalmente en países de la Unión Europea al objeto de incorporar los aludidos costes externos.
Una solución típica en edificios históricos son las llamadas tejas TechTile tienen el aspecto óptico de
una teja tradicional de arcilla, pero contienen en su interior células fotovoltaicas o bien módulos solares
térmicos para calentar agua. A diferencia de los paneles solares convencionales, las superficies de los
colectores de las tejas son algo más pequeñas, ya que sólo manteniendo la impresión óptica se pueden
aprovechar los tejados históricos para la obtención de energía a pesar de las normas de protección de
monumentos. Un tejado orientado al sur con un tamaño de 18 metros cuadrados y un ángulo de
inclinación de 30 grados produce 1.650 kilovatios-hora de electricidad al año bajo el sol del sur de Italia.
Esto cubre unos cinco sextos del consumo de electricidad anual de un hogar unifamiliar en Alemania.
Figura 164.- Tejas TechTile
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Figura 165. -Tejas TechTile
Gracias a la sencilla conexión por enchufe, se pueden instalar las tejas solares fotovoltaicas sin
necesidad de un electricista. Para tejar rápidamente una casa, las tejas solares también están disponibles
como módulos de tejado prefabricados con capa aislante y soporte de tejado. No obstante, cada una de
las tejas solares funciona independientemente de las tejas contiguas. Si una teja se cae, todas las demás
continúan produciendo electricidad.
Integración arquitectónica.
Sistemas existentes.
El conocimiento exhaustivo de los diversos tipos de los módulos disponibles en el mercado, así como
su comprobación (dimensiones, peso, sistemas de anclaje, estructuras auxiliares, opacidad y
transparencia) es el primer paso hacia la integración de sistemas fotovoltaicos en arquitectura, y que tiene
en cuenta los aspectos económicos y funcionales pero también los problemas tales como simplicidad de
la instalación, durabilidad, o la propia estética de la instalación.
El uso de módulos estándar así como de los especiales se analiza para alcanzar los requisitos
particulares de los edificios, de forma que la integración arquitectónica sea lo mejor posible, desde los
puntos de vista estético y funcional.
Existen diferentes tipos o grados de integración. Desde el punto de vista “tradicional” de la tipología,
la integración en edificios y en alrededores urbanos se podría clasificar según el tipo de superficie que
tendrá la instalación fotovoltaica. Las clasificaciones comunes en resumen son:
a) Integración de módulos fotovoltaicos en tejados inclinados o módulos que conformando una
cubierta sellada con los módulos fotovoltaicos, o que sobrepone los módulos sobre el tejado existente.
Instalación simple (sobre marco metálico – aluminio o acero galvanizado). Generalmente la inclinación de
los módulos es la del tejado. Esta solución, aparte de ser simple, produce sombra permanente sobre el
tejado, lo cual es una ventaja para combatir la insolación en climas calientes o usando los módulos
como láminas sobre estructuras de aluminio que se utilizarán como tejados de cristal estándar, o usando
los módulos de BIOSOL, en el cual el generador es también un tejado en el cual cada uno los módulos son
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una teja de techumbre. Estas dos tecnologías permiten que sustituyamos tejado o partes de él, lo cual
hay que tener en cuenta para su evaluación económica y su mantenimiento.
b) Integración de módulos fotovoltaicos en tejados planos: integración de los paneles inclinados,
mediante estructuras apoyadas simplemente o ajustándose a una superficie paralela a la superficie de
la cubierta. Instalación simple (sobre estructuras metálicas – de aluminio o el acero galvanizado). Éstos
están disponibles con un ángulo fijo adecuado por la latitud y la época del año, o ajustable. Tienen
generalmente contrapeso para evitar el efecto de la vela que se produce con el viento. Las estructuras y el
contrapeso se deben diseñar según las regulaciones básicas de la normativa española. Cuando la hoja de
la techumbre no resiste el peso de las estructuras o del contrapeso se pueden fijar a las caras o a las
paredes del perímetro.
c) Integración de módulos fotovoltaicos en fachadas: proyecciones, fachadas ventiladas, ventanas
grandes, muros cortina, pieles de cristal ventiladas. Como elementos para el control solar: Parasoles,
toldos, alas de los listones. Para estas soluciones se debe tener en cuenta que la superposición de los
módulos debe no sólo generar energía sino también actuar como sombra y control solar, así se minimiza
el calor y la insolación solar en verano y maximiza la luz en invierno. Estos sistemas de control solares
son generalmente horizontales en las fachadas orientados al sur y verticales en las fachadas orientadas al
oeste.
d) Paredes ciegas, fachadas ventiladas, fachadas y ventanas de cristal, sustituyendo elementos
estándar de la construcción usados como capa. La cámara ventilada evita la entrada del sol directa en el
interior de edificios, mejorando la eficacia térmica en el verano. La corriente convectiva del aire que es
generado dentro de la fachada ventilada se podría utilizar para soluciones enérgicas integradas. Otra
opción es colocar los módulos inclinados levemente para que mejoren la captación solar. Fachadas de
cristal y ventanas sustituyendo el por los módulos con diversos grados de la transparencia.
Sistemas en vías de desarrollo.
La ciencia ha permitido aventurar nuevas tecnologías revolucionando los dispositivos foto
electroquímicos como son los polímeros conductores y las nanoestructuras sensitivizadas que han
permitido a la industria fotovoltaica iniciar recientemente la diversificación de la oferta. Además de las
tradicionales células de silicio dopado monocristalino o amorfo que conforman los paneles, se han
desarrollado nuevos productos y técnicas. Hoy se han patentado las revolucionarias células solares en
dióxido de titanio (TiO2) nanoestructurado sensitivizado con colorante presentándose como una nueva
alternativa para generación fotovoltaica. Los resultados son: células solares flexibles, transparentes, y en
diferentes colores.
Sin lugar a dudas, estamos frente a nuevos dispositivos que podrían generar aplicaciones
innovadoras y promover nuevos mercados. Se pueden fabricar en cualquier color deseado para una
aplicación concreta. En particular, se podría utilizar un colorante con absorción en el infrarrojo que sería
transparente para el ojo humano y, aun así, absorbería una fracción substancial de la luz solar; por esto
se contempla la incorporación de células de color en ventanas inteligentes que regulan el paso de luz y
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calor al interior de los edificios. La célula de TiO2 con colorante encuentra un mercado potencial de
reciente evolución y competencia si se desea aprovechar las ventajas para producir electricidad.
Figura 166. –Nuevos productos y técnicas para la integración de la energía fotovoltaica en
edificación.
Los módulos de silicio amorfo flexible están formados por un sistema de tres elementos de silicio
superpuesto que genera electricidad aprovechando los diferentes espectros de la luz solar. Se trata de
un sistema que está colocado entre dos electrodos conductores, consiguiendo un módulo que integra
directamente en las membranas poliméricas.
En la actualidad esta joven y reciente tecnología se perfecciona, mejorando la eficiencia y la
estabilidad del colorante que a mediano o largo plazo inutilizaría la célula ante otras más competitivas en
el mercado solar.
Las esferas que componen la lámina, debido a su forma, tienen la capacidad de absorber luz solar
desde cualquier ángulo, y pueden ser de diferentes colores para las más diversas aplicaciones en
arquitectura. La flexibilidad del producto deja a la imaginación múltiples aplicaciones. La durabilidad y
resistencia de los materiales empleados no requiere de sistemas de protección como marco y vidrio aun
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para caminar sobre ellos, lo que los hace más ligeros. Se pueden alcanzar tamaños mayores (actualmente
15 cm. x 60 cm.), y pueden ser cortadas en tamaños pequeños según la necesidad. Los costos de
producción son menores comparados a la tecnología solar FV tradicional, por una capacidad de
producción en serie y un menor uso de materia prima.
Figura 167. –Módulos de silicio amorfo integrados en cubiertas de edificios.
Los parámetros, por tanto, a tener en cuenta para el desarrollo tecnológico futuro de los sistemas se
basan en los siguientes conceptos:
Materiales:
- No tóxicos y fácilmente reciclables.
- Sustitutivos de elementos de construcción (Integración).
Vida media de los módulos:
- Superior a 40 años.
Proceso:
- Consumo eléctrico reducido drásticamente (silicio, célula).
- Energía necesaria para proceso, devuelta por la propia generación en un periodo inferior a 12
meses.
Sistemas:
– Mini redes locales con distintas fuentes energéticas.
– Energía convencional como complemento para asegurar suministro.
– Autogestión energética en Ayuntamiento o mancomunidades.
– Edificios autosuficientes.
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Paneles HIBRIDOS.
Es un hecho cierto, que los paneles fotovoltaicos son enemigos del calor. Como es habitual, en las
hojas de características de los fabricantes, la potencia del panel está especificada en base a unas
condiciones de prueba estándar, (Irradiancia 1000 W/m2, temperatura de la célula 25ºC,AM 1.5, etc.). En
la vida real, la temperatura de la célula es muchísimo más elevada, con lo cual, la eficiencia de las mismas
cae al aumentar la temperatura en una proporción aproximada de TK=-0.44% ºC, reduciendo la potencia
del panel aproximadamente un 15%.
Lo mencionado anteriormente a modo de introducción es algo que casi todos conocemos, pero
¿existe otra alternativa? La respuesta es sí.
En la Oficina Española de Patentes y Marcas está registrado un invento llamado Panel Solar Híbrido,
dicho invento es un Panel que integra la energía solar fotovoltaica y Térmica en un único Módulo Solar.
En el Panel Solar Híbrido, utilizado en edificaciones, el calor existente en las células fotovoltaicas,
que era un problema, es transferido a un absorbedor de calor integrado en el mismo. El serpentín o similar
del absorbedor es recorrido por un fluido calor-portante, que transfiere su energía térmica en el
intercambiador del acumulador solar, para ser usada en agua caliente sanitaria. u otros usos. Con este
sistema conseguimos aumentar la producción de electricidad un 15% y reducir el espacio necesario para
instalar ambos sistemas, ya que obtenemos una cogeneración, mediante la cual se obtiene
simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil.
El Panel Solar Híbrido usado en Huertas Solares funciona de una forma similar, pero se sustituye el
acumulador solar por un sistema de refrigeración basado en disipadores que enfrían el fluido calorportante por convección de aire. De esta forma el Panel Solar Híbrido se usa como un Módulo Fotovoltaico
Refrigerado, concentrando su función en la producción de electricidad.
La vida útil de la instalación es más prolongada, debido a que la temperatura de trabajo de las
células es más idónea para los semiconductores.
En edificaciones, actualmente es obligatorio instalar un mínimo de energía solar, pero... ¿Hay
espacio suficiente?, ¿Se puede instalar módulos fotovoltaicos y colectores térmicos en el mismo espacio?
Los sistemas híbridos son una respuesta parcial a esta pregunta.
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Figura 168.- Esquema de funcionamiento con panel solar híbrido con
recuperador/intercambiador de calor.
Por otro lado, tenemos ejemplos de desarrollos urbanísticos promovidos por la comunidad de
Madrid, que empezará a ser ecológicos por dos colonias del distrito Puente de Vallecas, San Francisco
Javier y Nuestra Señora de los Ángeles. El “ecobarrio” de la Empresa Municipal de Vivienda y Suelo (EMVS)
es un área de propiedad municipal donde se van a levantar dos colonias con 2069 viviendas de protección
oficial (VPO
La seña de identidad de esta nueva zona residencial será el District Heating o calefacción urbana,
“una fuente de abastecimiento de energía convencional de alta eficiencia, basada en la tecnología de
condensación y baja temperatura, energía solar térmica y pilas de combustible que transforman el gas en
calor y electricidad”.
Bajo el suelo de la colonia de San Francisco Javier y Nuestra Señora de los Ángeles se extenderá toda
una planta de producción termoeléctrica basada en una tecnología puntera que utilizará un sistema no
contaminante, con una veintena de pilas de combustible y el biogás procedente de la planta
biometanizadora del vertedero de Valdemingómez, con el valor añadido que presenta la valorización de
los Residuos Urbanos de la Comunidad de Madrid. El biogás, una vez comprimido, desulfurado y
humidificado se inyectará en los correspondientes procesadores de combustible; el hidrógeno resultante
alimentará la sección anódica de las pilas de combustible, reaccionando con el aire comprimido del
cátodo y produciendo así corriente continua. Toda la corriente continua producida será convertida en
alterna en el inversor y exportada en su totalidad a la red eléctrica general de la compañía distribuidora. El
importe de venta de esta electricidad generada permitirá amortizar la inversión en unos seis años si el
mercado energético continúa al ritmo actual.
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Otro sistema a tener en cuenta son los híbridos de concentración, como el sistema desarrollado por
ABSOLICON, que es un concentrador solar cilindro parabólico, el cual concentra la luz en un receptor
ubicado en la línea focal del concentrador. El receptor puede ser un tubo de vacío que produce calor, o un
receptor con DOBLE TECNOLOGÍA SOLAR (Double Solar Technology (TM) )que produce calor y electricidad
simultáneamente.
Double Solar Technology (TM) es una tecnología que fue desarrollada en el año 2002 por Absolicon.
En pocas palabras, la idea tras Double Solar Technology es combinar un concentrador térmico y un
concentrador fotovoltaico en uno solo, y de esta manera aumentar la producción energética un 40-50%
con respecto a un panel fotovoltaico plano con un 10-20% de eficiencia. El resultado es evidente: se
consigue optimizar el espacio disponible y la inversión económica necesaria.
Los rayos del sol inciden sobre el colector, el cual enfoca y por tanto concentra la luz del sol 10 veces
sobre un elemento receptor ubicado en el centro del colector. En la superficie del receptor se encuentran
unas células fotovoltaicas especialmente diseñadas para soportar altos niveles de concentración, de
hecho, son capaces de soportar el doble de concentración que aquélla a la que le sometemos en Absolicon
x10. Tales células fotovoltaicas se calientan debido a la incidencia de la luz concentrada, y con el objeto de
mantener dichas células a temperaturas óptimas para la producción eléctrica, el sistema ajusta el caudal
de fluido refrigerante que circula por el interior del receptor consiguiendo así mantener la temperatura
adecuada, produciendo así, de manera simultánea calor y electricidad.
El sistema viene preparado de fábrica con un seguidor solar astronómico en altura solar. El seguidor
también actúa como mecanismo de protección para controlar que no se produzcan sobrecalentamientos,
alejando el receptor del foco de concentración cuando se dan temperaturas por encima de cierto valor
prefijado, y volviendo a su posición focal cuando se recuperan las temperaturas correctas.
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3.- CONCLUSIONES.
Como vemos en el recorrido realizado a lo largo de este documento, el abanico de tecnologías
implantadas por empresas del sector en los mercados internacionales es muy amplio, y todas ellas están
orientadas a buscar una mejora en la productividad, aumentar el valor del producto final puesto en el
mercado mediante una mayor calidad, menores costes de mantenimiento y extender la durabilidad del
edificio, la reducción del impacto del sector en el medioambiente, una reducción en los consumos de los
recursos naturales y mejorar las condiciones de trabajo para atraer a trabajadores jóvenes y preparados.
El documento tiene una extensión limitada, pero se detecta claramente una madurez en la
implantación de las tecnologías del concreto orientadas a reducir los consumos de cemento, mejorar su
durabilidad y prestaciones especialmente a edades tempranas. También vemos como existe un largo
recorrido en la implantación de sistemas constructivos más racionales tendentes a reducir residuos en
obra, reducir los plazos de ejecución, reducir los defectos de construcción y aumentar la calidad del
edificio. Quizás se podría argumentar que algunas de estas tecnologías también fueron aplicadas alguna
vez en Colombia. Precisamente esa es la diferencia con otros países; mientras en Colombia la tecnología se
aplicó “alguna vez”, en Europa, Canadá, EEUU o Japón estos procesos constructivos han tenido una
aplicación mucho más generalizada lo que ha permitido la creación de una mano de obra familiarizada con
dichas tecnologías, haciéndolas mucho más competitivas.
Los nuevos materiales ligeros, multifuncionales están irrumpiendo con fuerza en la construcción a
nivel internacional, con realizaciones concretas que han demostrado su buen comportamiento y un gran
potencial de crecimiento.
Por otro lado podemos decir que las TICs llevan más de 10 años de introduciéndose en la gestión de
la empresa en todos sus Departamentos cubriendo el ciclo de valor del negocio y en los proyectos de
construcción, en las diferentes etapas de gestión del diseño, proyecto y construcción. Las TiCs en
construcción, tanto hardware como software han dejado de ser un prototipo experimental para
convertirse en una herramienta de trabajo.
Por último las tecnologías de ahorro energético y la integración de renovables, así como los nuevos
negocios que surgen de su consideración como elemento importante del edificio, se están convirtiendo en
uno de los pilares sobre el que se asentará el futuro crecimiento del negocio de la construcción que
deberá abarcar también la gestión energética del edificio como su conexión con la inminente llegada del
coche eléctrico.
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