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LA TAPIA COMO APLICACIÓN BIOCONSTRUCTIVA: MONITORIZACIÓN Y SIMULACIÓN DE UN EDIFICIO OCUPADO EN
CLIMA MEDITERRÁNEO Y EXPERIMENTACIÓN CON ADITIVOS NATURALES USANDO (ENERGY PLUS?)
PROYECTO DE TESIS DOCTORAL
Autor: Míguel Ángel Mellado Mascaraque
Director: Francisco Javier Castilla Pascual
UCLM – Junio2016
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índice__________________________
pg 2_________ Presentación
4_________ Estado de la Cuestión
10_________Objetivos
10_________Ámbito de Estudio
11_________ Plan de Trabajo
13_________Necesidades y Medios
14_________Bibliografía
1 BRAUNGART, M. AND W. MCDONOUGH Cradle to Cradle. Re-making the way we
make things. Edition EEUU: North Point Press, 2002. 2 Sir Ebenezer Howard (1850-1928), fundador del movimiento urbanístico de la
Ciudad Jardín.
Presentación___________________
“Rather than being designed around a natural and cultural landscape,
most modern urban areas simply grow, as has often been said, like a
cancer, spreading more and more of themselves, eradicating the living
environment in the process, blanketing the natural landscape with layers
of asphalt and concrete” 1
Braungart y McDonough ilustran así su idea de las grandes urbes en la
actualidad. Da igual donde vayas, pues es muy probable que te encuentres
con el panorama descrito en estas líneas: ciudades que cada vez colaboran
menos en su entorno, que se aíslan como antiguas aldeas medievales tras
muros de ladrillo y hormigón llamados PAUs. La pesadilla de Howard2. El
sector de la construcción es responsable del 40% de las emisiones mundiales
de CO23. Esto es: en la producción de materiales como el aluminio, el acero,
el hormigón y diversos plásticos. También la polución está ocasionada por
el necesario transporte para el traslado de estos materiales. En los últimos
años hemos empezado a medir estos valores y a incluirlos en el concepto
de “Energía embebida, gris o incorporada”, y así medir la huella ecológica
de todos los materiales. Ésta parece ser excesivamente alta para la gran
mayoría… hasta que ponemos nuestra atención en la tierra.
3 Informe Energy Efficiency in Buildings en 2009 del Consejo Empresarial Mundial
para el Desarrollo Sostenible. En Francia, por ejemplo, el 23,5% de los gases
invernaderos son debidos a la construcción según un informe del Ministerio de
Ecología, Desarrollo y Energía en 2013.
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La tierra es la Tierra. La llamamos así porque brota de nuestro planeta.
Más que abundante es omnipresente. Tanto que la encontramos en cualquier
lugar del mundo. Tan natural que es uno de los cuatro elementos de la
naturaleza. Sin la tierra podríamos decir que la arquitectura no existiría4.
Su uso se pierde en la historia del tiempo, durante milenios.
La tierra es económica, es ecológica, aguanta incólume el paso del tiempo.
Así los ejemplos que se conservan mundialmente en pie avalan su calidad
como elemento en la construcción. Desde la arquitectura popular, que puede
verse allá donde vayas, hasta la arquitectura defensiva, como las
maravillosas murallas de la Alhambra. Cuando nos centramos en Castilla-La
Mancha, la mayoría de las construcciones son de tierra. Aunque en los
últimos años estamos intentando reconciliarnos con el material y diversos
expertos trabajan en su rehabilitación y su difusión, el público lo considera
arquitectura para pobres, ignorando sus demostradas buenas propiedades
sostenibles y su indudable amistad con el Paisaje.
La tierra no tiene tan buenas propiedades de aislamiento térmico como se
ha dicho legendariamente (Maldonado et al., 2001). De hecho, es un material
muy efectivo cuando analizamos su capacidad de absorción y expulsión
térmica (Ip y Miller, 2009), y su idoneidad para mantener las temperaturas
relativamente estables debido a su efecto como masa térmica. Aun así, este
método pasivo queda eclipsado por la demanda energética necesaria para
4 . De acuerdo con la ONU, se estima que un 30% de la población mundial todavía
vive en casas construidas con tierra cruda. (Parra-Saldivar et al. 2006). 5 Los adobes pueden llegar a tener un coeficiente de transmisión térmica hasta
tres veces menor, debido a su combinación con fibras vegetales.
alcanzar el confort térmico en la gran mayoría de las provincias españolas
(Maldonado et al., 2001; Cavero et al. 2012; Jové, 2013), haciendo
imprescindible el uso de instalaciones mecánicas que, a su vez, contaminan.
Conseguir que los edificios de tierra cumplan con las exigencias de la
normativa no es tarea fácil, y, además del color y de la orientación también
podemos usar aditivos para así reducir su coeficiente de transmisión
térmica5. De esta manera evitaríamos el uso de aislamientos artificiales que
provocan una gran proporción de las emisiones de CO2 y son necesarias
grandes cantidades de energía para su producción.6
Fig. 1 Comportamiento higrotérmico de un muro (Fuente: Allinson & Hall, 2010)
6 Pg. 14 de este documento: tabla que muestra la energía embebida, las emisiones
de CO2 y la densidad media de los materiales más importantes.
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Y son diversos los estudios que recientemente han demostrado que la tierra,
así como otros materiales naturales, tiene un gran potencial higrotérmico,
concepto en el que también se tiene en cuenta la capacidad para regular la
humedad en un interior. No solo eso, pues la absorción y adsorción7 de
moléculas de agua inducen cierto calor latente que puede tener un impacto
en el comportamiento térmico del material (McGregor et al., 2016).
Por eso, se hace evidente la realización de una demostración más exhaustiva
de las propiedades higrotérmicas de la tierra (Woloszyn et al., 2015)8. A
través de herramientas informáticas de simulación energética como Energy
Plus, Power Domus o Wufi Plus podemos averiguar estos valores. Los
ensayos en el laboratorio del Edificio Politécnico de Ciudad Real y la
monitorización de un ejemplo construido y en uso en Castilla-La Mancha nos
permitirán contrastar parámetros con la simulación y proponer mejoras
usando aditivos naturales.
7 En inglés se habla de “sorption” para englobar el proceso simultáneo de
absorción y adsorción.
Estado de la Cuestión________
En la siguiente tabla expongo una buena parte de las investigaciones que
se han realizado durante el siglo XXI y se asemejan al tema en cuestión,
presentadas por orden cronológico. Así, se muestran los estudios que han
realizado ensayos, monitorizaciones y/o simulaciones, sin reparar en el
material de construcción principal. Entre todos los datos expuestos sobre
los estudios, nos centramos en:
- Los que se realizan sobre edificios ocupados y de tierra
- Los que hacen uso de aditivos
- El clima en el que se situaban los ejemplos
- La herramienta informática utilizada
De esta forma, puedo concluir que no existe ninguna monitorización sobre
edificios ocupados de tierra en el clima de Castilla-La Mancha. Así mismo,
ninguna de las investigaciones contempla la posibilidad de incluir datos de
laboratorio del estudio con aditivos en una simulación informática.
Tras la tabla, creo necesario incluir otras publicaciones. Éstas hablan de
Energía Embebida, aditivos y otras materias que ayudan a la comprensión
del material y a su profundización. También incluyo una selección de grupos
de investigación, asociaciones, organizaciones, nacionales e internacionales,
que se dedican a la construcción con tierra y a su exploración y difusión.
8 “It appears clearly that additional researches are needed to analyze and quantify precisely the hygrothermal behavior of rammed earth walls, and their
impact on indoor conditions”. Cita que aparece en el abstract del artículo.
_5
TÍTULO + AUTOR/A/ES AÑO –
UNIVERSIDAD
TIPO
CONSTRUC.
TIPO
ESTUDIO
TIPOS
ENSAYO
DURACIÓN CLIMA SOFTWARE O
MÉTODO
FUENTE
Rendimiento y coste energético en la construcción de
cerramientos de fábrica de adobe y tierra comprimida.
L. Maldonado, F.J. Castilla, F. Vela Cossío
2001 – UPM BTC y adobe Ensayos Construc. 1:1
muros en
lab.
Continental /
Mediterráneo
(Segovia)
Informes de la
Construcción
Vol 53, nº473
pg 27-37
Energy efficiency and thermal comfort analysis using the
Powerdomus hygrothermal simulation tool.
N. Mendes, R. Oliveira, G. H. dos Santos
2005 – Univ
Católica de
Paraná (Brasil)
ladrillo Simulación Subtropical
(Curitiba,
Brasil)
Power Domus 2.0 9th International
IBPSA
Conference
Thermal behavior of adobe constructions.
M.L Parra Saldivar, W. Batty
2006 –
Cranfield Univ
(UK)
Adobe Simulación Simulac.
Edificio
ocupado
Días
sueltos
Tres
diferentes
de México
TAS (Thermal
Analysis
System)
Building and
Environment
Vol 41, nº12,
pgs 1892-1904
Comparison of the summer thermal performance of three
test buildings.
K. Heathcote
2007 – UTS
(Sidney,
Australia)
1. ladrillo
2. adobe
3. sol. ligera
Ensayos +
monitoriz.
Construc. 1:1
4,5m2
9Enero07
13dic-
22ene..
Templado
(Sidney,
Australia)
Admittance
method //
DS19121
Thermocron
Autor: Dr. Kevan
Heathcote
Energy use and thermal comfort in a rammed earth
office building.
P. Taylor, R.J. Fuller, M.B. Luther
2008 – CSU
Australia
Tapial Monitoriz. Edificio
ocupado
Ver: 28d
Inv: 38d
en 2001
Templado
(Thurgoona
Australia)
TRNSYS
//
Betatherm y
Campbell
Energy and
Buildings
Vol 40, nº5
Pgs 793-800
Building leakage, infiltration, and energy performance
analyses for Finnish detached houses.
J. Jokisalo, J. Kurnitski, M. Korpi, T. Kalamees, J. Vinha
2009 – HTU
(Finlandia)
Casa aislada
en parcela,
madera
Monitoriz. +
Simulación
Simulac.
Edificio
ocupado
3 semanas Continental
Frío
(Finlandia)
IDA-ICE Building and
Environment
Vol 44, nº2,
pgs 377-387
Thermal behaviour of an earth-sheltered autonomous
building: The Brighton Earthship.
K. Ip, A. Miller
2009 – UdB
(Brighton)
Earthship Monitoriz. Earthship
Brighton
(ocupado)
1 año
(2005)
Atlántico
(Brighton,
Reino Unido)
Renewable
Energy
Vol 34, nº9
Pgs 2037-2043
Hygrothermique du bâtiment: expérimentation sur une
maison à ossature bois en conditions climatiques
naturelles et modélisation numérique.
A. Piot
2009 – INSA
Lión
Estructura de
madera
Monitoriz. +
Simulación
Casa
prefabricada
desocup.
6-17
noviembre
2008
Atlántico
(Lión,
Francia)
HAM-TOOLS Tesis Doctoral
On coupling 1D non-isothermal heat + transfer in porous
materials with a multizone building energy sim. Model
M. Steeman, A. Janssens, H.J. Steeman, M. Van
Belleghen
2010 – Univ.
Gante (Bélgica)
Techo con
yeso
Simulación Atlántico
(Uccle,
Bélgica)
TRNSYS-HAM Building and
Environment
Vol 45, nº4,
pgs 865-877
The thermal performance of earth buildings.
K. Heathcote
2010 – UTS
(Sidney,
Australia)
1. adobe
2. ladrillo
Ensayos +
monitoriz.
Construc. 1:1
4,5m2
Enero,
Marzo,
Mayo
Templado
(Sidney,
Australia)
Admittance
method //
DS19121
Thermocron
Informes de la
Construcción
Vol 63, nº523
pg 117-126
_6
Hygrothermal analysis of stabilised rammed earth test
building in the UK.
D. Allinson, M. Hall
2010 – Univ.
Loughborough
y Nottingham
(Reino Unido)
Tapial
(Stabilised
Rammed Earth)
Monitoriz. +
simulación
Lab + edificio
desocupado
10 meses
monitor.
Atlántico
(Leicestershi
re, Reino
Unido)
WUFI Plus
//
TinyTag Sensors
Hilton B480
Energy and
Buildings
Vol. 42, nº6
Pgs 845-852
Comportamento térmico de construçoes em alvenaria de
adobe: ensaios experimentais sobre 3 células escala 1:4
T. Meneses, R. Vicente, A. Costa, A. Figueiredo, H
Vartum, N. Soares
2010 – UA
(Aveiro,
Portugal)
1. BTCs lab
2. BTCs
cortados
3.BTCs +
corcho
Monitoriz. Lab (metidas
en cajas
adiabáticas)
1 mes
(mayo)
Atlántico
suave
(Aveiro,
Portugal)
//
Data logger ICP
PT100 sensores
VII Congreso de
Tierra en Cuenca
de Campos
(Valladolid)
Comportamiento termodinámico de muros de BTC en
función del clima.
D. Cavero, F. Jové
2012 – UVA
(Valladolid)
1. BTC 40cm
2. Cannabric
3. sol. Ligera
4. convenc.
Monitoriz. Construc.
Muros 1:1 en
lab.
Continental /
Mediterráneo
(España)
Energy Plus IX Congreso de
Tierra en Cuenca
de Campos
(Valladolid)
Análisis del comportamiento térmico de los muros de BTC
aplicado a programas de vivienda social y sostenible.
F. Jové
2013 – UVA
(Valladolid)
1. BTC 40cm
2. Cannabric
3. sol. Ligera
4. convenc.
Monitoriz. Construc.
Muros 1:1 en
lab.
Continental /
Mediterráneo
(España)
Energy Plus Libro: Habitat
social digno,
sostenible…
pgs169-178
Simulating combined heat and moisture transfer (HAMT)
with Energy Plus: An uncertainty study and comparison
with experimental data.
C. Spitz, M. Woloszyn, C. Buhé, M. Labat
2013 – UdS
(Savoya)
Estructura de
madera
Monitoriz. +
simulación
Lab + edificio
desocupado
21 días (1-
22 feb
2012)
Atlántico /
Mediterráneo
(Grenoble,
Francia)
Energy Plus
// Campbell
data loggers +
RHT sensors
13th Internat.
IBPSA
Conference
Thermal comfort of global model earthship in various
European climates.
M. Freney, V. Soebarto, T. Williamson
2013 – Univ.
Adelaide
(Australia)
Earthship Monitoriz. +
simulación
Earthship
Taos
(ocupado)
1 año
(2012)
Diversos
climas
Energy Plus
+ ecuaciones
13th Internat.
IBPSA
Conference
Simulation of coupled hear, air and moisture transfers in
an experimental house exposed to natural climate.
M. Labat, M. Woloszyn, G. Garnier, A. Piot, J-J. Roux
2013 – CETHIL
Y CSTB
(Francia)
Estructura de
madera
Monitoriz. +
simulación
Edificio vacío
20m2
15 días Atlántico /
Mediterráneo
(Grenoble,
Francia)
HAM-Tools 13th Internat.
IBPSA
Conference
Tapial de Corcho Natural.
F. Massó Ros
2014 – UdG
(Gerona)
Tapial / BTC +
corcho
Ensayos Probetas Ecohabitar nº41
primavera 2014
A procedure to Measure the in-situ hygrothermal
behavior of earth walls.
P-A. Chabriac, J-C. Morel, A. Fabbri, J-P. Laurent
2015 – varias
univs Francia +
Reino Unido
Tapial Monitoriz. Construc.
Muro en lab.
130 días TDR Principle
(Time Domain
Reflectometry)
Materials
Vol. 7, nº4
Pgs 3002-3020
Hygrothermal behavior of hemp concrete; Experimental
evidences and modelling.
A. Fabbri, H.K. Wong, F. Sallet, J-C. Morel
2015 – UdL
(Lyon)
Cannabric
(Tradical PF70)
Monitoriz. Construc.
Muro en lab.
A 10 días
B 20 días
VII International
Conference on
Computational
Methods…
Effect of wall construction materials over indoor air
quality in humid and hot climate.
M.K. Nematchoua, R. Tchinda, J.A. Orosa, W.A. Andreasi
2015 -
Camerún,
España, Brasil
Parpen wall
(piedra) +
adobe
Monitoriz. 15 edificios
oficinas
1 año
(2012)
Tropical
Húmedo
(Camerún)
Termoanemómetr
o (C.A 1226) y
más
Journal of
Building Eng.
Vol 3 (2015),
Pgs 16-23
_7
Tabla 1. Investigaciones relacionadas: monitorización y simulación de edificios
(Fuente: Elaboración propia)
Thermal performance summary of four rammed earth
walls in Canadian climates.
C. MacGougall, K.J. Dick, T.J. Krahn, T.Wong
2015 - Canadá 1.paja+tapia
2.paja+BTC
3.tapia + aisl.
Monitoriz. Edificios
ocupados
5 meses
(ene-may
2012)
Continental
ártico
(Ontario,
Canadá)
Termopares y
otros
First Internat.
Conference on
rammed earth
construction
(Australia)
Investigation of energy performance of a rammed earth
built commercial office building in three different climate
zones of Australia.
M.M. Hasan, K. Dutta
2015 -
Australia
10 distintos,
incluyendo
tapial
Simulación Subtropical
Tropical
Templado
(Australia)
Energy Plus
First Internat.
Conference on
rammed earth
construction
(Australia)
General methodology applied to monitoring a building to
assess its energy performance.
R. Felices, C. Viñas, J-C. Losada
2015 – ETSEM
UPM
Tapial Monitoriz. Centro
Educación
Medioam.
Pozuelo
Continental /
Mediterráneo
(Madrid)
//
Data logger
OPUS208
III Internat.
Congress on
Construction &
Building
Research(UPM
Madrid)
Energy Simulation of Bioclimatic strategies in vernacular
arch.: solar rad. and thermal mass…
B. Montalbán
2015 – UNEx.
14-16dic2015
Madera y
piedra
Simulación
(intercamb.
Calor +
solar)
Montaña
(El Valle,
Cáceres)
Energy Plus
III Internat.
Congress on
Construction…
(UPM Madrid)
Experimental design, monitoring and analysis of the
thermal behavior of ETCS in retrofitting...
S. Varela, C. Viñas, A. Rodríguez
2015 – UPM
Sistema ETICS
restauración
Monitoriz.
(comp.
Térmico)
Edificio en
San Cristóbal
(Madrid)
Un mes
(marzo)
Continental /
Mediterráneo
(Madrid)
III Internat.
Congress on
Construction…
(UPM Madrid)
Tierra y arquitectura sostenible en el Alto Atlas de
Marruecos
J.M. López Osorio
2016 – UMA
(Málaga)
Hormigón y
tierra
(comparación)
Monitoriz. Viviendas
habitadas y
no habitadas
3 meses
(abril-junio)
Montaña
(Alto Atlas,
Marruecos)
II Seminario
Internac.
SOSTierra (UPM)
_8
Otras publicaciones relacionadas
- “Embodied energy assessment of rammed earth construction in Pozuelo de
Alarcón” – F.J. Castilla, A. Baño
Este artículo aparece en el libro “Rammed Earth Conservation” y fue parte
del Congreso organizado por RESTAPIA en Valencia en 20129. Además de
explicar la construcción de los muros de tapia en el Aula de Educación
Ambiental de Pozuelo, se realiza un análisis de la Energía Embebida de
estos muros, cuyo valor es 2755MJ/m3, tres veces menor que la del
hormigón. También nos da algunos datos sobre estudios anteriores que
tratan este mismo tema:
“Former studies show that the embodied energy of earth buildings is
between 30% (Trealor 2001) and 50% (Pachecho & Jalali 2012) less than
conventional brick cavity wall and/or reinforced concrete structures”.
- “Stabilized Rammed Earth Incorporating PCM: Optimization and Improvement
of thermal properties and Life Cycle Assessment” – S. Serrano, C.
Barreneche, L. Rincón, D. Boer, L.F. Cabeza
Artículo en la revista Energy Procedia, publicado en 2012 y que fue parte
de un congreso celebrado en San Francisco (EEUU)10. La mayoría de los
autores pertenecen al Grupo de Investigación GREA de la Universidad de
9 MILETO, C., VEGAS, F., CRISTINI, V. Rammed Earth Conservation, 1st
International Conference on Rammed Earth Conservation. 2012. Pg481-486. 10 1st International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and
Industry (Shc 2012). 11 CIANCIO, D., BECKETT, C. Rammed Earth Construction: Cutting-edge research on
traditional and modern rammed earth. First International Conference on Rammed
Lleida. Se añaden materiales de cambio de fase (PCM) a tres tipos de tapia
estabilizadas de forma distinta, sobre los cuales se realizan tests a
compresión y térmicos. Tras esto, se realiza un LCA (Life Cycle
Assessment) sobre las tres mezclas, evaluando el impacto medioambiental
durante el proceso de producción de todos los componentes: “The selection
of the stabilizer can increase the embodied energy of rammed earth due
to the extraction and production processes”
- “Improved thermal capacity of rammed earth by the inclusion of natural
fibers” – G. Barbeta y F.X.Massó.
Artículo que aparece en el libro “Rammed Earth Construction” y fue parte
del Congreso organizado en Australia Occidental en 201511. Se realiza una
investigación acerca de la mejora de la capacidad térmica de las tapias a
través de aditivos naturales añadidos a la mezcla de tierra.
Se efectúan tests de contracción lineal, rotura a compresión y numerosos
tests térmicos. Estos se hacen sobre los siguientes aditivos: virutas de
corcho, arlita y otras arcillas expansivas como la perlita y la vermiculita,
cáscaras de almendra, huesos de aceituna y fibras marrones. Una idea para
la presente tesis es coger aditivos presentes en el lugar de estudio, de
manera que evitemos el transporte y nos sirvamos de lo local.
Earth Construction. Perth and Margaret River (Australia Occidental), 2015, p. 35-
40.
_9
- “A review on the buffering capacity of Earth Building Materials” –
F. McGregor, A. Heath, D. Maskell, A. Fabbri, J-C. Morel
Publicado en enero de 2016 en la revista Construction Materials. Se centra
en la capacidad de absorción y expulsión de agua de la tierra, propiedad
que, a su vez, induce calor latente, y que puede significar un gran impacto
en el comportamiento térmico del material. E incluso mejorarlo.
En este artículo recordamos algunas ideas como la siguiente. En 1996,
Mahdavi y Kumar critican el acondicionamiento mecánico de los espacios
interiores, pues presentaban en general un rendimiento pésimo. “Los
métodos pasivos están olvidados”. Actualmente, la situación ha mejorado,
pero no lo suficiente. Finalmente, una de las conclusiones dice: “Earth
plasters have a moisture uptake after 8h that ranges from 30 to
70g/m2, and their performance could potentially be improved with the
addition of organic and mineral aggregates such as hemp (cáñamo),
pumice (piedra pómez), or perlite (perlita).” Con estas palabras vuelvo a
hacer énfasis en la investigación con aditivos naturales es importante para
la mejora higrotérmica de la tierra.
Grupos de investigación, asociaciones, organizaciones, etc.
- Medioambiente y Eficiencia Energética en Edificación. Grupo de
Investigación de la Universidad de Castilla-La Mancha cuyo responsable es
el Dr. Fco. Javier Castilla Pascual.
- Materiales y Construcción Sostenible. Grupo de Investigación de la
Universidad de Girona, al cual pertenece el Dr. Gabriel Barbeta.
- GrupoTierra. Grupo de Investigación de la Universidad de Valladolid, cuyo
director es el Dr. Félix Jové Sandoval.
- GREA Innovación concurrente. Grupo de investigación alojado en el Edificio
CREA de la Universidad de Lleida.
- Centro de Investigación de Arquitectura Tradicional (CIAT). Perteneciente
a la UPM y al Ayuntamiento de Boceguillas, en Madrid.
- SOSTierra. Proyecto de Investigación dedicado a la rehabilitación de
arquitectura tradicional de tierra perteneciente a la Universidad Politécnica
de Valencia, cuyos responsables son la Dra. C. Mileto y el Dr. F. Vegas.
- CRAterre, Universidad de Grenoble. Fundado en 1979. Única universidad en
el mundo que ofrece un Posgrado en Arquitectura de Tierra.
- BRE CICM (Centre for Innovative Construction Materials). Universidad de
Bath en el Reino Unido.
- TerraIncognita. Proyecto de Investigación financiado por la Unión Europea
en colaboración con universidades.
- VerSus. Proyecto de Investigación financiado por la Unión Europea en
colaboración con universidades.
- Rammed Earth Consulting. Empresa británica dirigida por R. Keable que se
dedica a la construcción contemporánea de arquitectura de tierra.
- LehmTonErde. MargaArcillaTierra. Empresa austríaca dirigida por M. Rauch
que se dedica a la construcción contemporánea de arquitectura de tierra.
- International Building Performance Simulation Association. Asociación
cuya meta es la mejora del entorno construido a través de la simulación
informática. España tiene su filial.
_10
Objetivos______________________ Ámbito de Estudio______________
Esta investigación tiene tres objetivos principales.
Por un lado, la evaluación de las propiedades higrotérmicas de las
construcciones de tapia a través de la monitorización y el posterior
contraste de los datos obtenidos con una simulación informática. Es muy
posible, como se demuestra en otros estudios, que la demanda energética
para alcanzar el confort térmico sea alta, no cumpliendo normativas vigentes.
La obtención de datos a través de los ensayos de laboratorio con aditivos
y la realización de simulaciones posteriores usando esos mismos datos nos
aportará información para mejorar el material y/o el sistema de construcción.
Por otro lado, realizar un estudio que se centre en la mejor manera para
usar estos aditivos, fijándonos en el posicionamiento, ya sea añadiéndolos a
la mezcla o realizando capeados sólidos.
Finalmente, se demostrarán los bajos costes energéticos, o, en otras
palabras, la poca Energía Embebida de la tierra y del nuevo material y/o
sistema que se pudiera generar a raíz de esta investigación, teniendo lo
local siempre presente. Así, se tendrá en cuenta el ámbito de estudio elegido
a la hora de obtener resultados sobre aditivos específicos de la zona, y se
incorporarán al estudio sobre la huella ecológica del material.
Con todo esto, pretendo aportar mi granito de arena para que volvamos a
tener en cuenta este material como otro cualquiera en la actualidad, e
incluso se tome como un ejemplo bioclimático para los demás materiales.
La bioconstrucción, sostenibilidad y entorno van de la mano. No es
sorprendente que desde el primer momento de empezar a estudiar
arquitectura se tenga en cuenta el lugar como factor primordial, como
generador de condicionantes para proyectar. Las infraestructuras que hemos
creado desde la Revolución Industrial nos han dado numerosas ventajas, pero
también nos confunden al discernir lo que es un capricho de lo que no lo
es. En el ámbito de los materiales, ¿es necesario utilizar caoba brasileña o
mármol de Carrara? ¿Cómo de caro, medioambientalmente hablando, nos sale
una operación de este tipo? Casi todo lo que necesitamos lo podemos
encontrar de manera local, y este es un punto fuerte de la tierra.
Para una correcta definición de todas las partes de esta tesis, es necesario
definir el lugar donde se llevará a cabo la monitorización. Es de vital
importancia tener en cuenta el clima para las simulaciones que se realizarán
a continuación, así como para la elección del posible aditivo con el que
podríamos lograr una mejoría en las propiedades de la tierra.
Como ya he mencionado en la presentación, Castilla-La Mancha presenta un
gran número de ejemplos de arquitectura con tapial. Campo de Criptana,
pueblo de Ciudad Real famoso por sus molinos quijotescos, es el pueblo
elegido para la realización de este trabajo. Debo reconocer el fuerte apego
personal hacia este pueblo, siendo muchos de mis antepasados de allí y
teniendo el apoyo del Ayuntamiento. Sin embargo, no debemos olvidar que el
Laboratorio de Materiales, donde realizaré los ensayos, está en Ciudad Real.
_11
Plan de Trabajo______________
A continuación, explicaré el desarrollo de la investigación en cuestión. La
dificultad en la obtención de Contratos Predoctorales o Becas para su
financiación provoca un planteamiento a media jornada, por lo que el Plan de
Trabajo será de cinco años, como expone la vigente normativa. Si en un
futuro el proyecto fuera financiado de alguna manera, este desarrollo se
adaptaría a tres años.
Primer año – Recopilación de datos; lectura de artículos de investigación y
otros recursos necesarios; búsqueda de edificios ocupados que podrían ser
sujetos de monitorización. Toma de contacto con el lugar.
Segundo año – Monitorización y Simulación Informática
Las monitorizaciones que he expuesto anteriormente tienen duraciones muy
distintas. Por eso, la duración en esta investigación no está determinada
por el momento, pero siempre será más fiable cuanto mayor sea el periodo
de tiempo abarcado. Será el usuario del edificio el que predetermine este
factor. La recolección de aparatos e instrumental está contemplada durante
los primeros meses de este año.
Una vez instalado todo el equipo para la monitorización, solo será necesario
realizar visitas puntuales al lugar de estudio para comprobar que todo está
en orden. Esto me permite realizar otra parte de la investigación de forma
simultánea: el diseño virtual de un edificio que tenga las mismas
características que el monitorizado y se asemeje lo más posible al original.
Una vez hecho esto, tendré que esperar a la finalización de la monitorización
para poder hacer la simulación y comprobar que es correcta y que no
presenta diferencias importantes como para obtener resultados irreales.
Fig. 2 Colocación de los sensores en el muro de tapia (Fuente: Meneses et al., 2010)
Es necesario explicar que, previa a la simulación, tendré que formarme en
el uso del programa elegido. Energy Plus, que a su vez contiene una
herramienta de diseño llamada DesignBuilder, es el programa que más se ha
utilizado en los últimos años para llevar a cabo investigaciones parecidas.
Sin embargo, no descarto la posibilidad de utilizar otros programas como
WUFI Plus o HAM-Tools.
La comparación con edificios de materiales distintos a la tierra es
interesante. A pesar de esto, es muy complicado encontrar dos edificios que
_12
presentan materiales de construcción distintos pero cuyas características
formales y condiciones climáticas sean exactamente iguales. Se podrían
realizar pequeñas construcciones y compararlas, pero no estarían ocupadas
y los resultados no serían los mismos. Por eso, me ciño a un edificio habitado
de tierra y profundizo en sus propiedades sin necesidad de comparar.
Tercer año – Experimentación con aditivos y Estancias
Teniendo los resultados de la simulación y habiéndolos contrastado con la
monitorización, llegará el momento de los ensayos de laboratorio. La
construcción de muros a escala 1:1 será conveniente para poder estudiar los
aditivos naturales planteados. Éstos los encontraremos en Campo de
Criptana y sus alrededores, ciñéndonos a la premisa “siempre local”.
Lo interesante no serán los aditivos en sí, ni cual funciona mejor o peor,
pues ya existen investigaciones que van por este camino (Barbeta et al.
2015). Lo interesante será el posicionamiento. Por eso probaremos un máximo
de tres aditivos, de las siguientes maneras: mezclado con la tierra o en
masa, que implicaría realizar tests de resistencia; proyectado al muro por
el interior y por el exterior, o solo por uno de los lados; y realizando un
capeado sólido, independiente al muro. Es posible que se consideren otros
posicionamientos durante el transcurso de la investigación. El grosor de
estas capas también será determinante. Los datos obtenidos a través de
probetas y cajas térmicas serán introducidos en la simulación realizada
anteriormente con el fin de proponer mejoras, ya sea al material o a un
sistema de construcción como el tapial.
Cuarto año – Energía Embebida
Uno de los objetivos primordiales de esta tesis es demostrar las buenas
propiedades que tiene la tierra y dar un paso más para volver a situar la
tierra como uno de los materiales de construcción principales, al lado de
otros como el hormigón, el acero, el plástico, etc. Una vez estudiadas las
propiedades higrotérmicas se dará paso a la Energía Embebida.
El estudio de la Energía Embebida, que supone el coste energético de todas
las etapas de vida de los materiales, es una demostración más de que la
tierra juega con mucha ventaja respecto a los demás materiales. Algunas de
estas ventajas son:
- no es necesario transportarla pues se encuentra allá donde construyas
- es ultra-abundante
- no hay que cocerla ni usar otros medios energéticos para su uso
- se puede reutilizar infinitas veces.
Creo necesario profundizar en este tema, ya que escojo un lugar, exploro
las características de una construcción, y experimento con aditivos
pertenecientes a este municipio. Todo está relacionado con “lo local”, y por
eso es importante definir el coste energético estimado de la construcción
del edificio monitorizado originalmente y de las mejoras propuestas con
aditivos. Además, es interesante hacer una estimación de la energía que
supondría utilizar otros materiales para construir ese mismo edificio,
señalando la situación de las fábricas de otros materiales y la Energía
Embebida que supondría utilizarlos para esa misma construcción.
_13
Material Energía
MJ/kg
Carbón
kg CO2/kg
Densidad
kg /m3
Conglomerado 0.083 0.0048 2240
Hormigón (1:1.5:3 ej. Losas in-situ, estruct.) 1.11 0.159 2400
Ladrillos (comunes) 3.0 0.24 1700
Bloque Hormigón (densidad media 10 N/mm2)) 0.67 0.073 1450
Tapial (sin cemento añadido) 0.45 0.023 1460
Mármol 2.00 0.116 2500
Acero (general – contenido reciclado medio) 20.10 1.37 7800
Acero Inox. 56.70 6.15 7850
Madera (general) 10.00 0.72 480 - 720
Aislamiento fibra vidrio (lana de vidrio) 28.00 1.35 12
Aislamiento poliuretano (rígido) 101.50 3.48 30
Baja de paja 0.91 100
Aluminio (general & incl 33% reciclado) 155 8.24 2700
Vidrio 15.00 0.85 2500
PVC (general) 77.20 28.1 1380
Tabla 2: Energía embebida, emisiones de carbono y densidad media de varios materiales (Fuente: SERT, Univ. De Bath, 2011)12
Quinto año – Redacción de tesis
Al ser un proyecto a media jornada, puede que algunos de los apartados
citados anteriormente puedan expandirse en el tiempo. Por eso cuento con
un año para la redacción de la tesis como tiempo más que suficiente para
reunir todo lo investigado.
12 Inventory of Carbon & Energy (ICE) v2.0, Sustainable Energy Research Team
(SERT), Universidad de Bath, 2011. Responsables: Profesores G. Hammond y C. Jones.
Necesidades y Medios_________
1. Edificio ocupado de tierra, probablemente de tapial al ser el sistema
que más encontramos en Campo de Criptana – Medio: Apoyo por
parte del Ayuntamiento que facilita la confianza hacia el usuario.
2. Aparatos de monitorización: termopares y data loggers – Medio:
proporcionados por la UCLM.
3. Software para la simulación informática: licencia, proporcionada por
la UCLM y formación. El COAM ofrece cursos de Energy Plus/Design
Builder dos o tres veces al año.
4. Tierra proveniente del lugar y su consecuente transporte al lugar
donde se realizarán los ensayos – Medio: Coche propio.
5. Ensayos de laboratorio – Medio: Laboratorio de Materiales en el
Edificio Politécnico de la UCLM en Ciudad Real.
6. Asistencias a Jornadas, Seminarios, Congresos…
7. Estancias en uno o varios de los centros que investigan sobre
arquitectura de tierra, aditivos y energía embebida:
a. CRAterre, en la Universidad de Grenoble en Francia.
b. BRE CICM, en la Universidad de Bath en Reino Unido.
c. Universidad de Girona, en el Grupo de Investigación
“Materiales y Construcción Sostenible”.
d. Universidad de Lleida, en el GREA.
_14
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