Optimizaci³n y propuesta de sistema opaco de cerramiento multicapa ligero con estructura de light

Universidad Politécnica de Madrid

Escuela Técnica Superior de Arquitectura

Optimización y propuesta de sistema opaco de cerramiento multicapa ligero con estructura de light steel frame como

alternativa competitiva a los sistemas de cerramientos tradicionales

Tesis Doctoral

Autor

Dña. Letzai del Valle Ruiz Valero

Arquitecto

Marzo de 2013

Departamento de Construcción y Tecnología Arquitectónicas

Escuela Técnica Superior de Arquitectura

Optimización y propuesta de sistema opaco de cerramiento multicapa ligero con estructura de light steel frame como

alternativa competitiva a los sistemas de cerramientos tradicionales

Autor

Dña. Letzai del Valle Ruiz Valero

Arquitecto

Codirectores

D. Fco. Javier Neila González

Doctor Arquitecto

D. Sergio Vega Sánchez

Doctor Arquitecto

Marzo de 2013

Tribunal nombrado por el Sr. Rector Magfco. de la Universidad Politécnica de Madrid, el día...............de.............................de 20....

Presidente:

Vocal:

Vocal:

Vocal:

Secretario:

Suplente:

Suplente:

Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el día..........de........................de 20… ......

en la E.T.S.Arquitectura de Madrid.

Calificación ...................................................

EL PRESIDENTE LOS VOCALES

EL SECRETARIO

Agradecimientos

i |

AGRADECIMIENTOS

La realización de esta tesis no hubiera sido posible sin el apoyo desinteresado de muchas personas que han colaborado tanto desde la perspectiva científica-técnica como humana, a las cuales les doy mis más sinceros agradecimientos.

A mis directores de tesis, Javier y Sergio, por haber confiado en mí y en el tema de esta investigación, aportando su gran experiencia y guía a lo largo del desarrollo de la misma.

Al profesor César Díaz Sanchidrián, quien ha accedido con gran interés a revisar el trabajo y mejorándolo con sus aportaciones y sugerencias.

A D. Ignacio Robles (DuPont) y D. Alberto Coloma (Saint Gobain), que han colaborado en este trabajo desinteresadamente proporcionando de manera gratuita el material necesario para llevar a cabo los distintos ensayos experimentales.

A mis compañeros y amigos del Grupo de Investigación TISE (Técnicas Innovadoras y Sostenibles en la Edificación), por toda la ayuda, el interés mostrado y por sus inestimables consejos durante todo el desarrollo de la tesis.

A Angelo, por la paciencia que ha tenido y ser mi apoyo incondicional durante todo el camino recorrido para llevar a término esta tesis, y con quien espero recorrer mil caminos más.

A mis hermanos Laura, Juan Javier, Lisbeth y Alexis, quienes han sido uno de mis pilares para llevar a buen término esta tesis doctoral.

A mis sobrinos Valeria Sofía y Juan Diego, quienes con su ternura me han dado fuerzas para disfrutar este camino.

Y por último a mis padres, quienes me han enseñado a luchar y esforzarme por conseguir mis metas, además de sus apoyos incondicionales a lo largo de toda la tesis.

Optimización y propuesta de sistema opaco de cerramiento multicapa ligero con estructura de light steel frame como alternativa competitiva a los sistemas de cerramientos tradicionales

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Índice

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ÍNDICE

RESUMEN ................................................................................................................ ix

ABSTRACT ............................................................................................................... xi

ÍNDICE DE FIGURAS Y TABLAS ............................................................................... xiii

PARTE I: OBJETIVOS Y JUSTIFICACIÓN DE INVESTIGACIÓN

1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 1

1.1. Justificación de la investigación ............................................................................ 4

1.2. Objetivos .......................................................................................................... 12

1.3. Hipótesis ......................................................................................................... 12

1.4. Metodología ..................................................................................................... 13

PARTE II: ESTADO DEL ARTE 2. ANTECEDENTES TEÓRICOS ............................................................................... 17

2.1. El Cerramiento / La Fachada ............................................................................ 19

2.1.1. Definición……………………………………………………….…………. .. 19

2.1.2. Funciones de la envolvente…………………….…………. ....................... 20

2.1.3. Antecedentes y evolución de la fachada……………………….…………. .. 22

2.1.4. Fachada multicapa ligera…………………………………….…………. ..... 28

2.2. La transmisión de calor en los cerramientos ........................................................ 32

2.2.1. Fundamentos de transmisión de calor………………………….…………. . 32

2.2.2. Confort térmico…………………….…………. ........................................ 35

2.2.3. Marco normativo……………………….…………. ................................... 39

2.3. La transmisión del sonido en los cerramientos ..................................................... 40

2.3.1. Fundamentos de transmisión de sonido…………………….…………. ...... 40

2.3.2. Confort acústico…………………….…………. ....................................... 43

2.3.3. Marco normativo……………………….…………. ................................... 48

3. CARACTERIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO TÉRMICO DE FACHADAS MULTICAPAS LIGERAS. .......................................................................................... 49

3.1. Selección de la muestra .................................................................................... 51

3.2. Estudio de la composición de fachadas .............................................................. 54

3.3. Métodos de análisis .......................................................................................... 55

3.3.1. Termografía Infrarroja (IR)…………………….…………. ......................... 55


iv |

3.3.2. Simulaciones con AnTherm 3_64……………………….…………. .......... 56

3.4. Resultados ...................................................................................................... 57



3.5. Análisis comparativo ......................................................................................... 61



3.6. Conclusiones de la caracterización del comportamiento térmico de FML ............... 85

4. LIGHT STEEL FRAME. ......................................................................................... 89

4.1. Hitoria de la construcción con LSF .................................................................... 91

4.2. Ventajas del LSF .............................................................................................. 94

4.3. Desventajas del LSF ........................................................................................ 95

4.4. Proceso de fabricación de LSF ......................................................................... 96

4.5. Ejemplos de aplicación ..................................................................................... 98

4.6. Estado del arte en el campo de la investigación ................................................ 102

4.6.1. Térmico……………………………………………………….…………. .. 102

4.6.2. Acústico…………………….…………. ................................................ 115

4.6.3. Económico……………………….…………. ......................................... 123

4.6.4. Estructural…………………………………….…………. ....................... 126

4.6.5. En caso de incendio…………………….…………. ............................... 140

4.6.6. Industrialización……………………….…………. .................................. 149

4.6.7.Medioambiental / Sostenibilidad…………………………….…………. .... 152

4.7. Clasificación de los sistemas de cerramiento con LSF ....................................... 155

4.8. Ventajas e inconvenientes de los sistemas según clasificación ........................... 162

4.9. Matriz comparativa de la clasificación de sistemas con LSF ............................... 166

4.10. Conclusiones de los sistemas con LSF .......................................................... 168

PARTE III: DEFINICIÓN Y SELECCIÓN DE LA MUESTRA

5. CRITERIOS COMPARATIVOS. ............................................................................ 171

5.1. Criterios de selección de los cerramientos tradicionales ..................................... 173

5.2. Composición de las muestras .......................................................................... 174

5.2.1. Opción A: CT_A……………………………………………….…………. . 174

5.2.2. Opción B: CT_B…………………….…………. .................................... 174

5.2.3. Opción C: CT_C……………………….…………. ................................. 175

5.3. Características de los materiales de construcción a utilizar ................................. 176

6. DISEÑO DE LA MUESTRA. ................................................................................ 179

Índice

v |

6.1. Criterios de diseño del cerramiento multicapa ligero ........................................... 181

6.2. Elementos / Componentes constructivos ......................................................... 185

6.3. Otras condicionantes ..................................................................................... 189

6.4. Diseño de propuestas de CML ........................................................................ 190

6.5. Muestras seleccionadas ................................................................................. 192

6.5.1. Opción A: CML_A…………………………………………….…………. .. 192

6.5.2. Opción B: CML_B…………………….…………. .................................. 192

6.5.3. Opción C: CML_C……………………….…………. .............................. 193

6.6. Características de los materiales de construcción a utilizar .................................. 194

6.7. Estimación del comportamiento de las muestras ............................................... 195

PARTE IV: ANÁLISIS TEÓRICO – EXPERIMENTAL. COMPARACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE LAS MUESTRAS 7. INVESTIGACIÓN TÉRMICA CON SISTEMA DE LSF............................................. 197


7.1.1. Cerramientos Multicapas Ligeros …………………………….…………. . 199

7.1.2. Cerramientos Tradicionales …………………….…………. .................... 200

7.2. Desarrollo del análisis teórico .......................................................................... 201

7.2.1. AnTherm ……………………………………………………….…………. 201

7.2.1.1. El Software …………………….…………. ................................ 201

7.2.1.2. Metodología empleada y condiciones generales …….…………. .. 202

7.2.1.3. Resultados …………………….…………. ................................. 203

7.2.1.4. Análisis Comparativo …………………….…………. ................... 211

7.2.2. Design Builder ……………………….…………. ................................... 213

7.2.2.1. El Software …………………….…………. ................................ 213

7.2.2.2. Metodología empleada y condiciones generales …….…………. .. 214

7.2.2.3. Resultados …………………….…………. ................................. 216

7.2.2.4. Análisis Comparativo …………………….…………. ................... 216

7.3. Análisis experimental en módulos (Monitorización) ............................................. 216

7.3.1. Localización de los módulos experimentales……………….…………. ..... 216

7.3.2. Diseño y Construcción de módulos de experimentación ….…………. ..... 217

7.3.2.1. Descripción de la célula de ensayo ……………….…………. ...... 217

7.3.2.2. Construcción de los módulos experimentales …….…………. ...... 221

7.3.3. Plan de Monitorización de los módulos ….…………. ............................. 223

7.3.3.1. ¿Qué se quiere caracterizar?……………….…………. ................ 223


vi |

7.3.3.2. Disposición de las muestras en los módulos …….…………. ....... 223

7.3.3.3. Montaje ……………….…………. ............................................ 225

7.3.3.4. Construcción de las muestras de ensayo en módulos .………….. 226

7.3.3.4.1. Cerramientos multicapas ligeros.…………. ..................... 226

7.3.3.4.2. Cerramientos tradicionales.…………. ............................. 228

7.3.3.5. Sensores.…………. ................................................................ 230

7.3.3.5.1. Descripción de sensores a utilizar.…………. ................... 231

7.3.3.5.2. Ubicación de los sensores.…………. ............................. 232

7.3.3.5.3. Instalación de dispositivos.…………. .............................. 234

7.3.3.5.4. Tiempo de monitorización.…………. .............................. 237

7.3.3.6. Sistema de adquisición de datos.…………. ............................... 238

7.3.3.6.1. ¿Qué es la Plataforma LONWORKS?.…………. ............ 239

7.3.3.6.2. Esquema de conexión del sistema.…………. .................. 241

7.3.3.6.3. Programación y Almacenamiento de datos.…………. ...... 242

7.3.4. Obtención de Resultados ….…………. ................................................ 245

7.3.4.1. Criterio de selección de los datos ……………….…………. ....... 245

7.3.4.2. Resultados gráficos …….…………. ......................................... 248

7.3.5. Análisis comparativo ….…………. ....................................................... 255

7.3.5.1. Cerramientos Multicapas Ligeros vs Cerramientos Tradicionales. . 256

7.3.5.2. Cerramientos Multicapas Ligeros entre sí …….…………. ........... 284

7.3.5.3. Consumos Energéticos por Cerramiento (M vs S) ………………. 319

7.3.5.4. Consumos Energéticos por Ciudad.…………. ............................ 334

7.3.6. Conclusiones del análisis experimental ….…………. ............................. 341

7.4. Análisis termográfico en módulos experimentales ............................................. 345

7.4.1. La Termografía Infrarroja (TIR)……………….…………. ....................... 345

7.4.2. Metodología Empleada y Condiciones Generales ….…………. .............. 345

7.4.3. Resultados ….…………. .................................................................... 347

7.4.4. Análisis comparativo ….…………. ....................................................... 349

7.4.4.1. Cerramientos Multicapas Ligeros vs Cerramientos Tradicionales. . 349

7.4.4.2. Cerramientos Multicapas Ligeros entre sí …….…………. ........... 355

7.4.5. Conclusiones del análisis termográfico ….…………. ............................. 358

8. INVESTIGACIÓN ACÚSTICA CON SISTEMA DE LSF. .......................................... 359

8.1. Condiciones Generales .................................................................................. 361



Índice

vii |


8.2.3. Fachadas Ligeras del Catálogo de Elementos Constructivos del CTE…. .. 369

8.3. Análisis de Aislamiento a Ruido Aéreo ............................................................. 370

8.3.1. Método de Medida …………………………….…………. ...................... 370

8.3.2. Condiciones de Medida …………………….…………. .......................... 371

8.3.3. Equipos empleados y conexionado …. .................................................. 371

8.3.3.1. Equipos ................................................................................... 371

8.3.3.2. Conexionado …….…………. ................................................... 372

8.3.4. Resultados ….…………. ..................................................................... 372

8.3.4.1. Cerramientos Multicapas Ligeros. .............................................. 372

8.3.4.2. Cerramientos Tradicionales …….…………. ............................... 374

8.3.4.3. Fachadas Ligeras del CEC-CTE …….…………. ........................ 375

8.3.5. Análisis comparativo con cerramientos tradicionales ………….…………. 376

8.3.6. Comparativa con fachadas ligeras del CEC-CTE………….…………. ...... 378

8.3.7. Conclusiones del aislamiento a ruido aéreo …........................................ 378

8.4. Análisis mediante Intensimetría Sonora ............................................................ 381

8.4.1. Método de Medida …………………………….…………. ...................... 381

8.4.2. Condiciones de Medida …………………….…………. .......................... 381

8.4.3. Equipos empleados y conexionado …. .................................................. 383

8.4.3.1. Equipos ................................................................................... 383

8.4.3.2. Conexionado …….…………. ................................................... 383

8.4.4. Resultados ….…………. ..................................................................... 384

8.4.5. Análisis comparativo …. ....................................................................... 386

8.4.6. Conclusiones de la investigación acústica …. ......................................... 387

9. ANÁLISIS ECONÓMICO CON SISTEMA DE LSF. ................................................ 389

9.1. Variables del coste ......................................................................................... 391

9.2. Estimación de costes de las muestras ............................................................. 391



9.3. Análisis comparativo ....................................................................................... 396

9.3.1. Coste de construcción …………………………….…………. ................. 396

9.3.2. Consumos Energéticos …………………….…………. .......................... 398

9.3.2.1. Consumos módulos experimentales. .......................................... 398

8.3.2.2. Consumos en edificios …….…………. ...................................... 404

9.3.3. Masa …. ............................................................................................ 414

9.3.4. Espacio - Espesor ….…………. .......................................................... 418


viii |

9.4. Conclusiones del análisis económico ............................................................... 421

PARTE V: CONCLUSIONES 10. CONCLUSIONES ............................................................................................ 429

10.1. Conclusiones .............................................................................................. 431

10.2. Futuras líneas de investigación ..................................................................... 440

10.3. Rendimiento científico – tecnológico ............................................................. 440

10.4. Bibliografía ................................................................................................. 441

11. ANEXOS ........................................................................................................ 455

11.1. A1. Fichas Casas Solares 2007 ................................................................... 457

11.2. A2. Fichas Composición de Fachadas Multicapas Ligeras SD2007 .................. 469

11.3. A3. Fichas Análisis Termográfico. Fachadas Norte, Sur, Este y Oeste ............. 483

11.4. A4. Fichas Análisis Térmico – AnTherm ........................................................ 525

11.5. A5. Ejemplo de datos originales plantilla Módulo 1 .......................................... 539

11.6. A6. Ejemplo de datos originales plantilla Módulo 2 .......................................... 545

11.7. A7. Datos de CML – CT ............................................................................... 553

11.8. A8. Resultados Monitorización ..................................................................... 1131

11.9. A9. Fichas Imágenes Infrarrojas (IR) ............................................................ 1195

11.10. A10. Resultados de Intensimetría Sonora ................................................... 1215

Resumen

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RESUMEN

En la actualidad, el crecimiento de la población y el desarrollo tecnológico de nuestros tiempos han originado novedosas formas de confort para los habitantes, lo cual a su vez se traduce en una demanda creciente de energía. No obstante, el concepto energético está llegando a la conciencia y es necesario adaptarse a la nueva situación, por lo tanto, es imprescindible el estudio y el aprovechamiento de nuevos sistemas constructivos de cerramientos, como pueden ser los cerramientos multicapas ligeros, que presentan características favorables para el ahorro en el consumo energético, y a su vez pueden ser industrializados, obteniendo beneficios, como la mejora de la calidad, el acortamiento de plazos constructivos, mayor seguridad, altas prestaciones, mayor ligereza, más espacio habitable, entre otros.

El desarrollo de esta tesis doctoral esta centrado en definir tres propuestas de Cerramientos Multicapas Ligeros (CML) con estructura de light steel frame, analizando el comportamiento térmico y acústico, así como también el coste económico de las mismas, con el objetivo de demostrar que este tipo de sistema constructivo es una alternativa competitiva a los sistemas de Cerramientos Tradicionales y, que a su vez se puedan implementar en cualquier sistema constructivo y se puedan adaptar a los distintos ambientes climáticos que existen en España. Por otro lado, se han seleccionado tres Cerramientos Tradicionales, para llevar a cabo las distintas comparativas propuestas.

La investigación se desarrolla en cinco grandes partes:

La primera parte está formada por la justificación de la investigación y el planteamiento de los objetivos, así como también la hipótesis de partida y la metodología empleada.

En la segunda parte se definen los antecedentes teóricos, divididos en tres temas: el cerramiento – la fachada, la transmisión del calor y la transmisión del sonido en los cerramientos. También se realiza una síntesis del trabajo de investigación previo que he realizado “Caracterización del comportamiento térmico de fachadas multicapas ligeras”, el cual sirve de base de partida para el desarrollo de esta tesis. Y por último, se desarrollan distintos temas relacionados con el Light Steel Frame (LSF), en donde se lleva a cabo una búsqueda de la documentación disponible sobre las investigaciones científico-tecnológicas, desde distintos puntos de vista: térmico, acústico, económico, estructural, en caso de incendio, industrialización y medioambiental – sostenibilidad. Una vez realizados todos los puntos anteriores y para sintetizar la información, se lleva a cabo una clasificación de los sistemas de cerramientos que tienen como estructura el light steel frame, se analizan las ventajas e inconvenientes de cada uno de estos sistemas de la clasificación, llegando a unas conclusiones que sirven de base para definir las propuestas de Cerramientos Multicapas Ligeros.

En la tercera parte, se definen los tres cerramientos tradicionales que se utilizan para realizar las comparativas con los cerramientos multicapas ligeros, definiendo las características de cada uno de los materiales y, también se desarrollan los criterios de diseño que deben


x |

cumplir los cerramientos multicapas ligeros, definiendo cada una de las tres muestras de ensayo de cerramientos multicapas ligeros.

En la cuarta parte se lleva a cabo el análisis teórico – experimental de las seis muestras de estudio, en donde, se realiza una investigación térmica basada en simulaciones y experimentaciones en células de ensayo e implementación de la termografía infrarroja. Por otro lado, se realiza también una investigación acústica desarrollando ensayos en laboratorio de aislamiento a ruido aéreo e intensimetría sonora. Y por último, se hace un análisis económico, tomando en cuenta las variables del coste de construcción, el consumo energético, el ahorro que supone la masa a la estructura y el espacio adicional que aporta este tipo de sistema constructivo a la superficie útil, para ello se plantean distintos escenarios de estudio. Una vez obtenidos los resultados de las diferentes investigaciones (térmica, acústica y económica), se llevan a cabo una serie de comparativas entre los cerramientos multicapas ligeros y los cerramientos tradicionales, y los cerramientos multicapas ligeros entre sí.

En la quinta parte, se exponen las conclusiones derivadas de las distintas investigaciones y se realiza la comprobación de los objetivos propuestos y de la hipótesis de partida, destacando los hallazgos principales para cada situación y se presentan las líneas futuras de investigación que han ido surgiendo en el desarrollo de la tesis doctoral.

Abstract

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ABSTRACT

At present, innovative comfort ways involving an increasing energy demand have arisen as a result of the population increase along with the technological development of our society. Nevertheless, as the energetic concept is raising awareness, it is necessary to adapt to this new situation, becoming essential the study and use new constructive closing systems. Therefore, for example, light multilayered façades characteristics enhance energy consumption savings. Moreover, industrialized solutions of these, give further benefits such as quality increase, shorter construction periods, extra security, higher performances, lightness and larger habitable spaces, among others.

The present PhD Thesis aims to demonstrate that light multilayered façades with light steel frame structure is a competitive alternative to traditional closing systems, being as well possibly implemented in any type of constructive system and adapted to the different climatic conditions existing in Spain. For this end, three light multilayered closings proposals are defined, in order to be compared with three traditional enclosures selected, from a triple point of view: thermic, acoustic and economical.

The research is developed in five different sections:

The first part includes the investigation justification, the targets exposition, as well as the initial hypothesis and the methodology used.

The second part describes the theoretical background, structured in three topics: the enclosure-façade, and the heat and sound transmission through the closings. A summary of the previous research work done is also included, constituting the “Thermal performance characterization of light multilayered façades” the departure basis for this thesis development. Furthermore, items related to light steel frame (LSF) are developed, carrying out a thorough search of the available documentation concerning the scientific and technological investigations, from different approaches: thermal, acoustic, economic, structural, in case of fire, industrialization and sustainable. Once already realized the aforementioned and to synthesize the information compiled, a classification of the façades systems with light steel frame structure is introduced, defining advantages and disadvantages, and emerging with conclusions that are the basis for the definition of the three light multilayered façades proposals.

On one hand, the third section includes the definition of the three traditional façades selected for the comparison with light multilayered façades, describing the characteristics of each component-material. On the other hand, the design criteria demanded for the light multilayered façades is stated, coming up to the definition of each one of the three proposals of light multilayered façades selected for analysis.

Section four develops the theoretical and experimental analysis of the six enclosure type’s samples from the triple perspective. Firstly, realizing a thermal investigation based on simulations and experimentations on test cells and implemented with infrared thermography.


xii |

Secondly, an acoustic investigation is realized carrying out laboratory measurements of airborne sound insulation and sound intensimetry. Finally, an economic analysis is done, setting out various study situations, taking into consideration the variables of the construction cost, the energy consumption, the weight saving gained to the structure and the additional area provided by this type of constructive system to the usable space. Comparisons were done, as soon as the results of the investigations (thermal, acoustic and economic) were obtained, among the traditional façades and light multilayered façades, as well as between the different multilayered façades themselves

Conclusions are disclosed in the final section, after realizing a cross-check of the proposed targets and the initial hypothesis, emphasizing the main results for each situation and introducing the future research lines arisen from the PhD thesis development.

Índice de Figuras y Tablas

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ÍNDICE DE FIGURAS

Capítulo 1: INTRODUCCIÓN

Figura 1-1. Emisiones de CO2 por sectores

Figura 1-2. Evolución de las emisiones de GEI en España desde 1990

Figura 1-3. Consumos de Energía

Figura 1-4. Consumo energético del sector Edificación en los escenarios base y eficiente

Figura 1-5. Consumos energéticos

Capítulo 2: ANTECEDENTES TEÓRICOS

Figura 2-1. Membranas

Figura 2-2. Yurta de las tribus nómadas de Asia Central. Construcción en madera, cuerda y lona.

Figura 2-3. Abadía de Westminster. Capilla de Enrique VII

Figura 2-4. Palacio de cristal de Munich, 1854.

Figura 2-5. Reliance Building de Chicago. 1985.

Figura 2-6. Casa Dymaxion.

Figura 2-7. Casa en Santa Mónica. California

Figura 2-8. Edificio para Olivetti. Haslemere.

Figura 2-9. Sainsbury Arts Center. Norwich.

Figura 2-10. Sección vertical de un tramo de fachada del Archivo Regional de Castilla-La Mancha, Toledo

Figura 2-11. Junta horizontal entre dos placas de Alucobond.

Figura 2-12. Cámara ventilada mostrando la subestructura que aloja en su interior. Proesga.

Figura 2-13. Bastidor de fachada de steel frame.

Figura 2-14. Montantes de la hoja exterior

Figura 2-15. Mecanismos de transmisión de calor

Figura 2-16. Variación de temperatura de un equipo controlado con un termostato

Figura 2-17. Líneas de igual temperatura efectiva estándar y zonas de confort para invierno y verano

Figura 2-18. Climograma de Olgyay


xiv |

Figura 2-19. Diagrama de influencia de masa térmica en los flujos de calor periódicos.

Figura 2-20. Fuentes de Ruido en el Interior de los Edificios

Figura 2-21. Niveles de presión sonora típicos para diferentes fuentes sonoras

Capítulo 3: CARACTERIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO TÉRMICO DE FACHADAS MULTICAPAS LIGERAS

Figura 3-1. Villa Solar

Figura 3-2. 20 prototipos que participaron en el Solar Decathlon 2007

Figura 3-3. Modelo de Ficha Casas Solares

Figura 3-4. Modelo de Ficha tipo de la Composición de fachadas

Figura 3-5. Ficha con la composición de la fachada tradicional

Figura 3-6. Modelo de ficha para el análisis termográfico

Figura 3-7. Modelo de ficha para el análisis térmico con AnTherm

Figura 3-8. Imágenes térmicas de la Fachada Sur de la UPM

Figura 3-9. Fotografía de la Fachada Sur de la UPM

Figura 3-10. Perfil de temperatura. Fachada Sur UPM

Figura 3-11. Histograma. Fachada Sur UPM

Figura 3-12. Reporte de datos. Fachada Sur UPM

Figura 3-13. Isotermas de fachada de la UPM.

Figura 3-14. Flujo de calor de fachada de la UPM.

Figura 3-15. Reporte de datos de fachada de la UPM.

Figura 3-16. Coeficiente de acoplamiento térmico de fachada de la UPM

Figura 3-17. Termogramas e imagen visual de las fachadas sur

Figura 3-18. Imágenes termográficas y visual de las fachadas norte

Figura 3-19. Imágenes termográficas y visual de las fachadas este

Figura 3-20. Imágenes termográficas y visual de las fachadas oeste

Figura 3-21. Termogramas Día -Noche

Figura 3-22. Valor U (W/m2K)

Figura 3-23. Porcentaje de pérdidas de energía de los cerramientos

Figura 3-24. Efecto Energético de las fachadas

Figura 3-25. Influencia de puentes térmicos sobre el Bienestar


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Capítulo 4: LIGHT STEEL FRAME

Figura 4-1. Balloon Framing y Platform Framing

Figura 4-2. Porcentajes de utilización de estructuras tipo “steel framing” para construcción de viviendas

Figura 4-3. Diagrama del proceso de obtención de los perfiles de steel framing

Figura 4-4. Perfiles utilizados en el sistema con LSF

Figura 4-5. Ejemplos viviendas unifamiliares

Figura 4-6. Ejemplo de vivienda multifamiliar

Figura 4-7. Ejemplos de edificios comerciales y oficinas

Figura 4-8. Ejemplos de hoteles

Figura 4-9. Ejemplos de hospitales, clínicas, educacionales e iglesias

Figura 4-10. Ejemplo de unidades modulares

Figura 4-11. Ejemplos de remodelación de edificios

Figura 4-12. Configuraciones de cerramientos y estudio de puentes térmicos

Figura 4-13. Comparativa de consumos durante Verano

Figura 4-14. Estudio en caja caliente de distintos tipos de montantes

Figura 4-15. Comparativa de consumo: SF y Madera

Figura 4-16. Estudio en caja caliente. Caracterización de los puentes térmicos del LSF

Figura 4-17. Caracterización de los puentes térmicos

Figura 4-18. Estudio en caja caliente. Caracterización del comportamiento térmico del LSF

Figura 4-19. Comparativa de consumo en dos sistemas constructivos en Argentina

Figura 4-20. Comportamiento térmico de cerramientos con SF. Ensayos experimentales y computacionales

Figura 4-21. Método de termografía infrarroja para puentes térmicos. Uso en caja caliente

Figura 4-22. Mitigación de puentes térmicos con nuevos desarrollos

Figura 4-23. Efecto de las capas de yeso en la pérdida de transmisión sonora de particiones

Figura 4-24. Ensayos experimentales de Cerramientos Multicapa. Índice de reducción sonora calculado y medido para lana de roca de 40 kg/m2 y de 70 kg/m2

Figura 4-25. Resultados de predicción y de ensayos experimentales del índice de reducción sonora

Figura 4-26. Resultados de ensayos sobre influencia de tornillos en particiones ligeras


xvi |

Figura 4-27. Resultados de cálculos y de ensayos experimentales del índice de reducción sonora

Figura 4-28. Resultados de ensayos experimentales del índice de reducción sonora de particiones de doble marco de Steel Frame

Figura 4-29. Resultados del índice de reducción sonora de cerramientos de control y los ensayados

Figura 4-30. Sistema estructural para edificios

Figura 4-31. Sistema de construcción modular de edificios

Figura 4-32. Panel de Construcción Modular

Figura 4-33. Estructura de cerramiento para la construcción

Figura 4-34. Panel de cerramiento y casas de acero

Figura 4-35. Paneles de Cerramiento de Concreto Ligero con Montantes de Acero

Figura 4-36. Panel modular autoportante para la construcción de paramentos verticales

Figura 4-37. Estructura y módulo para la construcción modular de edificios

Figura 4-38. Marco prefabricado estructural

Figura 4-39. Clasificación de los cerramientos que emplean el LSF

Figura 4-40. Matriz comparativa de la clasificación de los sistemas con LSF

Capítulo 5: CRITERIOS COMPARATIVOS

Figura 5-1. Características similares o comunes para realizar comparativas

Figura 5-2. Composición CT_A

Figura 5-3. Composición CT_B

Figura 5-4. Composición CT_C

Figura 5-5. Cerramientos Tradicionales

Capítulo 6: DISEÑO DE LA MUESTRA

Figura 6-1. Irradiación media diaria en España según zonas climáticas

Figura 6-2. Diseño de Propuestas de Cerramientos

Figura 6-3. Composición CML_A

Figura 6-4. Composición CML_B

Figura 6-5. Composición CML_C


xvii |

Figura 6-6. Cerramientos Multicapas Ligeros

Figura 6-7. Estimación del comportamiento de las muestras seleccionadas

Capítulo 7: INVESTIGACIÓN TÉRMICA







Figura 7-7. Esquema general del análisis teórico

Figura 7-8. Espacio de trabajo en el software AnTherm. Versión 6.99

Figura 7-9. Dibujo Base de la muestra CML_A.

Figura 7-10. Descripción del modelo de la muestra CML_A.

Figura 7-11. Isotermas de la muestra CML_A.

Figura 7-12. Flujo de calor de la muestra CML_A.

Figura 7-13. Reporte de datos generados por el AnTherm para la muestra CML_A.

Figura 7-14. Coeficiente de acoplamiento térmico de la muestra CML_A

Figura 7-15. Resultados del CML_A

Figura 7-16. Resultados del CML_B

Figura 7-17. Resultados del CML_C

Figura 7-18. Resultados del CT_A

Figura 7-19. Resultados del CT_B

Figura 7-20. Resultados del CT_C

Figura 7-21. Resultados de la transmitancia térmica de las muestras

Figura 7-22. Comparativa entre espesor y transmitancia térmica

Figura 7-23. Comparativa del flujo de calor

Figura 7-24. Espacio de trabajo en el Design Builder. Versión 3.0.0.003

Figura 7-25. Resultados numéricos de los consumos energéticos del CML_A – 08 Febrero

Figura 7-26. Ubicación de la Plataforma de Investigación en el Campus UPM Montegancedo


xviii |

Figura 7-27. Sección y Planta de la Plataforma de Investigación en Montegancedo

Figura 7-28. Vista de la Ubicación de los Módulos Experimentales en la Plataforma de Investigación

Figura 7-29. Detalle de la composición del cerramiento adiabático de los módulos

Figura 7-30. Planta, Sección y Alzado de los módulos

Figura 7-31. Isotermas del cerramiento del módulo

Figura 7-32. Flujo de calor del cerramiento del módulo

Figura 7-33. Estructura principal del módulo

Figura 7-34. Detalle de la fachada de ensayo y disposición de puerta

Figura 7-35. Construcción de la estructura principal y detalle de plataforma móvil

Figura 7-36. Subestructura de steel frame y montaje del OSB

Figura 7-37. Definición de la fachada de ensayo en el módulo experimental

Figura 7-38. Montaje de los distintos tipos de aislamientos

Figura 7-39. Vista de los módulos experimentales

Figura 7-40. Comparativa de CML con CT

Figura 7-41. Comparativas de CML_A

Figura 7-42. Montaje en Módulos 1 y 2

Figura 7-43. Montaje en Módulo 3

Figura 7-44. Construcción de CML_A

Figura 7-45. Construcción de CML_B

Figura 7-46. Construcción de CML_C

Figura 7-47. Construcción de CT_A

Figura 7-48. Construcción de CT_B

Figura 7-49. Construcción de CT_C

Figura 7-50. Sensores en las muestras con cámara de aire ventilada

Figura 7-51. Sensores en las muestras sin cámara de aire ventilada

Figura 7-52. Sensores en el interior de los módulos

Figura 7-53. Sensores en el exterior de los módulos

Figura 7-54. Sensores en las muestras de ensayo

Figura 7-55. Organización de las comparativas de los cerramientos

Figura 7-56. Plan de monitorización en las tres estaciones (Verano / Otoño / Invierno)


xix |

Figura 7-57. Esquema de conexión de sistema LONWORKS

Figura 7-58. Conexión del sistema en los módulos

Figura 7-59. Ejemplo de salida de datos generados en el Módulo 1

Figura 7-60. Ubicación de los sensores

Figura 7-61. Ejemplo de plantilla excel para Módulo 1

Figura 7-62. Ejemplo de plantilla excel para Módulo 2 y 3

Figura 7-63. Ejemplo de plantilla con datos finales del CML_B en Invierno

Figura 7-64. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B. Día-Invierno

Figura 7-65. Humedad Relativa. CML_B. Día-Invierno

Figura 7-66. Consumos Energéticos. CML_B. Día-Invierno

Figura 7-67. Consumos Acumulados. CML_B. Día-Invierno

Figura 7-68. Resumen de Resultados. CML_B. Día-Invierno

Figura 7-69. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_B. Día-Invierno

Figura 7-70. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_B. Día-Invierno

Figura 7-71. Temperatura Superficial del Acabado Exterior. CML_B. Día-Invierno

Figura 7-72. Temperatura Superficial de la hoja principal. CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-73. Humedad Relativa. CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-74. Consumos Energéticos. CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-75. Consumos Acumulados. CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-76. Resumen de Resultados. CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-77. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-78. Temperatura del aire en la Cámara Ventilada. CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-79. Temperatura Superficial del Acabado Exterior. CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-80. Esquema de análisis comparativo

Figura 7-81. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CT_A. Día-Verano

Figura 7-82. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CT_A. Día-Otoño

Figura 7-83. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CT_A. Día-Invierno

Figura 7-84. Humedad Relativa. CML_A-CT_A. Día-Verano

Figura 7-85. Humedad Relativa. CML_A-CT_A. Día-Otoño

Figura 7-86. Humedad Relativa. CML_A-CT_A. Día-Invierno

Figura 7-87. Consumos Energéticos. CML_A-CT_A. Día-Invierno


xx |

Figura 7-88. Consumos Acumulados. CML_A-CT_A. Día-Invierno

Figura 7-89. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Día-Verano

Figura 7-90. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Día-Otoño

Figura 7-91. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Día-Invierno

Figura 7-92. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Día-Verano

Figura 7-93. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Día-Otoño

Figura 7-94. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Día-Invierno

Figura 7-95. Temperatura Superficial del Acabado Exterior. CML_A-CT_A. Día-Verano

Figura 7-96. Temperatura Superficial del Acabado Exterior. CML_A-CT_A. Día-Otoño

Figura 7-97. Temperatura Superficial del Acabado Exterior. CML_A-CT_A. Día-Invierno

Figura 7-98. Temperatura Superficial de la hoja principal. CML_A-CT_A. Semana-Verano

Figura 7-99. Temperatura Superficial de la hoja principal. CML_A-CT_A. Semana-Otoño

Figura 7-100. Temperatura Superficial de la hoja principal. CML_A-CT_A. Semana-Invierno

Figura 7-101. Humedad Relativa. CML_A-CT_A. Semana-Verano

Figura 7-102. Humedad Relativa. CML_A-CT_A. Semana-Otoño

Figura 7-103. Humedad Relativa. CML_A-CT_A. Semana-Invierno

Figura 7-104. Consumos Energéticos. CML_A-CT_A. Semana-Invierno

Figura 7-105. Consumos Acumulados. CML_A-CT_A. Semana-Invierno

Figura 7-106. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Semana-Verano

Figura 7-107. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Semana-Otoño

Figura 7-108. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Semana-Invierno

Figura 7-109. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Semana-Verano

Figura 7-110. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Semana-Otoño

Figura 7-111. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Semana-Invierno

Figura 7-112. Temperatura superficial del Acabado Exterior. CML_A-CT_A. Semana-Verano

Figura 7-113. Temperatura superficial del Acabado Exterior. CML_A-CT_A. Semana-Otoño

Figura 7-114. Temperatura superficial del Acabado Exterior. CML_A-CT_A. Semana-Invierno


xxi |

Figura 7-115. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B-CT_B. Día-Otoño

Figura 7-116. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B-CT_B. Día-Invierno

Figura 7-117. Humedad Relativa. CML_B-CT_B. Día-Otoño

Figura 7-118. Humedad Relativa. CML_B-CT_B. Día-Invierno

Figura 7-119. Consumos Energéticos. CML_B-CT_B. Día-Invierno

Figura 7-120. Consumos Energéticos Acumulados. CML_B-CT_B. Día-Invierno

Figura 7-121. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B-CT_B. Semana-Otoño

Figura 7-122. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B-CT_B. Semana-Invierno

Figura 7-123. Humedad Relativa. CML_B-CT_B. Semana-Otoño

Figura 7-124. Humedad Relativa. CML_B-CT_B. Semana-Invierno

Figura 7-125. Consumo Energético. CML_B-CT_B. Semana-Invierno

Figura 7-126. Consumo Energético Acumulado. CML_B-CT_B. Semana-Invierno

Figura 7-127. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_C-CT_C. Día-Verano

Figura 7-128. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_C-CT_C. Día-Otoño

Figura 7-129. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_C-CT_C. Día-Invierno

Figura 7-130. Humedad Relativa. CML_C-CT_C. Día-Verano

Figura 7-131. Humedad Relativa. CML_C-CT_C. Día-Otoño

Figura 7-132. Humedad Relativa. CML_C-CT_C. Día-Invierno

Figura 7-133. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_C-CT_C. Semana-Verano

Figura 7-134. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_C-CT_C. Semana-Otoño

Figura 7-135. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_C-CT_C. Semana-Invierno

Figura 7-136. Humedad Relativa. CML_C-CT_C. Semana-Verano

Figura 7-137. Humedad Relativa. CML_C-CT_C. Semana-Otoño

Figura 7-138. Humedad Relativa. CML_C-CT_C. Semana-Invierno

Figura 7-139. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CML_B. Día-Verano

Figura 7-140. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CML_B. Día-Otoño

Figura 7-141. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CML_B. Día-Invierno

Figura 7-142. Humedad Relativa. CML_A-CML_B. Día-Verano

Figura 7-143. Humedad Relativa. CML_A-CML_B. Día-Otoño

Figura 7-144. Humedad Relativa. CML_A-CML_B. Día-Invierno

Figura 7-145. Consumo Energético. CML_A-CML_B. Día-Otoño


xxii |

Figura 7-146. Consumo Energético. CML_A-CML_B. Día-Invierno

Figura 7-147. Consumo Energético Acumulado. CML_A-CML_B. Día-Otoño

Figura 7-148. Consumo Energético Acumulado. CML_A-CML_B. Día-Invierno

Figura 7-149. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CML_B. Día-Verano

Figura 7-150. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CML_B. Día-Otoño

Figura 7-151. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CML_B. Día-Invierno

Figura 7-152. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CML_B. Día-Verano

Figura 7-153. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CML_B. Día-Otoño

Figura 7-154. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CML_B. Día-Invierno

Figura 7-155. Temperatura superficial del Acabado Exterior. CML_A-CML_B. Día-Verano

Figura 7-156. Temperatura superficial del Acabado Exterior. CML_A-CML_B. Día-Otoño

Figura 7-157. Temperatura superficial del Acabado Exterior. CML_A-CML_B. Día-Invierno

Figura 7-158. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CML_B. Semana-Verano

Figura 7-159. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CML_B. Semana-Otoño

Figura 7-160. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-161. Humedad Relativa. CML_A-CML_B. Semana-Verano

Figura 7-162. Humedad Relativa. CML_A-CML_B. Semana-Otoño

Figura 7-163. Humedad Relativa. CML_A-CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-164. Consumo Energético. CML_A-CML_B. Semana-Otoño

Figura 7-165. Consumo Energético. CML_A-CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-166. Consumo Energético Acumulado. CML_A-CML_B. Semana-Otoño

Figura 7-167. Consumo Energético Acumulado. CML_A-CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-168. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CML_B. Semana-Verano

Figura 7-169. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CML_B. Semana-Otoño

Figura 7-170. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-171. Temperatura del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CML_B. Semana-Otoño

Figura 7-172. Temperatura del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CML_B. Semana-Invierno


xxiii |

Figura 7-173. Temperatura superficial del Acabado Exterior. CML_A-CML_B. Semana-Verano

Figura 7-174. Temperatura superficial del Acabado Exterior. CML_A-CML_B. Semana-Otoño

Figura 7-175. Temperatura superficial del Acabado Exterior. CML_A-CML_B. Semana-Invierno

Figura 7-176. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CML_C. Día-Verano

Figura 7-177. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CML_C. Día-Otoño

Figura 7-178. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CML_C. Día-Invierno

Figura 7-179. Humedad Relativa. CML_A-CML_C. Día-Verano

Figura 7-180. Humedad Relativa. CML_A-CML_C. Día-Otoño

Figura 7-181. Humedad Relativa. CML_A-CML_C. Día-Invierno

Figura 7-182. Consumo Energético. CML_A-CML_C. Día-Verano

Figura 7-183. Consumo Energético. CML_A-CML_C. Día-Otoño

Figura 7-184. Consumo Energético. CML_A-CML_C. Día-Invierno

Figura 7-185. Consumo Energético Acumulado. CML_A-CML_C. Día-Verano

Figura 7-186. Consumo Energético Acumulado. CML_A-CML_C. Día-Otoño

Figura 7-187. Consumo Energético Acumulado. CML_A-CML_C. Día-Invierno

Figura 7-188. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CML_C. Semana-Verano

Figura 7-189. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CML_C. Semana-Otoño

Figura 7-190. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CML_C. Semana-Invierno

Figura 7-191. Humedad Relativa. CML_A-CML_C. Semana-Verano

Figura 7-192. Humedad Relativa. CML_A-CML_C. Semana-Otoño

Figura 7-193. Humedad Relativa. CML_A-CML_C. Semana-Invierno

Figura 7-194. Consumo Energético. CML_A-CML_C. Semana-Verano

Figura 7-195. Consumo Energético. CML_A-CML_C. Semana-Otoño

Figura 7-196. Consumo Energético. CML_A-CML_C. Semana-Invierno

Figura 7-197. Consumo Energético Acumulado. CML_A-CML_C. Semana-Verano

Figura 7-198. Consumo Energético Acumulado. CML_A-CML_C. Semana-Otoño

Figura 7-199. Consumo Energético Acumulado. CML_A-CML_C. Semana-Invierno


xxiv |

Figura 7-200. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B-CML_C. Día-Verano

Figura 7-201. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B-CML_C. Día-Otoño

Figura 7-202. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B-CML_C. Día-Invierno

Figura 7-203. Humedad Relativa. CML_B-CML_C. Día-Verano

Figura 7-204. Humedad Relativa. CML_B-CML_C. Día-Otoño

Figura 7-205. Humedad Relativa. CML_B-CML_C. Día-Invierno

Figura 7-206. Consumo Energético. CML_B-CML_C. Día-Otoño

Figura 7-207. Consumo Energético Acumulado. CML_B-CML_C. Día-Otoño

Figura 7-208. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B-CML_C. Semana-Verano

Figura 7-209. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B-CML_C. Semana-Otoño

Figura 7-210. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B-CML_C. Semana-Invierno

Figura 7-211. Humedad Relativa. CML_B-CML_C. Semana-Verano

Figura 7-212. Humedad Relativa. CML_B-CML_C. Semana-Otoño

Figura 7-213. Humedad Relativa. CML_B-CML_C. Semana-Invierno

Figura 7-214. Consumo Energético. CML_B-CML_C. Semana-Otoño

Figura 7-215. Consumo Energético Acumulado. CML_B-CML_C. Semana-Otoño

Figura 7-216. Consumos Acumulados. CML_A. Semana-Verano

Figura 7-217. Consumos Acumulados. CML_A. Semana-Invierno


Figura 7-219. Consumos Acumulados. CML_C. Semana-Verano

Figura 7-220. Consumos Acumulados. CML_C. Semana-Invierno

Figura 7-221. Consumos Acumulados. CT_A. Semana-Invierno

Figura 7-222. Consumos Acumulados. CT_B. Semana-Invierno

Figura 7-223. Consumo Anual Acumulado CML_A

Figura 7-224. Consumo Anual Madrid CML_A

Figura 7-225. Consumo Anual Sevilla CML_A

Figura 7-226. Consumo Anual Burgos CML_A

Figura 7-227. Consumo Calefacción CML_A

Figura 7-228. Consumo Refrigeración CML_A


xxv |

Figura 7-229. Consumo Anual Acumulado CML_B

Figura 7-230. Consumo Anual Madrid CML_B

Figura 7-231. Consumo Anual Sevilla CML_B

Figura 7-232. Consumo Anual Burgos CML_B

Figura 7-233. Consumo Calefacción CML_B

Figura 7-234. Consumo Refrigeración CML_B

Figura 7-235. Consumo Anual Acumulado CML_C

Figura 7-236. Consumo Anual Madrid CML_C

Figura 7-237. Consumo Anual Sevilla CML_C

Figura 7-238. Consumo Anual Burgos CML_C

Figura 7-239. Consumo Calefacción CML_C

Figura 7-240. Consumo Refrigeración CML_C

Figura 7-241. Consumo Anual Acumulado CT_A

Figura 7-242. Consumo Anual Madrid CT_A

Figura 7-243. Consumo Anual Sevilla CT_A

Figura 7-244. Consumo Anual Burgos CT_A

Figura 7-245. Consumo Calefacción CT_A

Figura 7-246. Consumo Refrigeración CT_A

Figura 7-247. Consumo Anual Acumulado CT_B

Figura 7-248. Consumo Anual Madrid CT_B

Figura 7-249. Consumo Anual Sevilla CT_B

Figura 7-250. Consumo Anual Burgos CT_B

Figura 7-251. Consumo Calefacción CT_C

Figura 7-252. Consumo Refrigeración CT_B

Figura 7-253. Consumo Anual Acumulado CT_C

Figura 7-254. Consumo Anual Madrid CT_C

Figura 7-255. Consumo Anual Sevilla CT_C

Figura 7-256. Consumo Anual Burgos CT_C

Figura 7-257. Consumo Calefacción CT_C

Figura 7-258. Consumo Refrigeración CT_C

Figura 7-259. Comparativa Consumo Anual en Madrid


xxvi |

Figura 7-260. Comparativa Consumo Calefacción en Madrid

Figura 7-261. Comparativa Consumo Refrigeración en Madrid

Figura 7-262. Consumo Anual en Madrid

Figura 7-263. Resumen Consumo Anual en Madrid

Figura 7-264. Comparativa Consumo Anual en Sevilla

Figura 7-265. Comparativa Consumo Calefacción en Sevilla

Figura 7-266. Comparativa Consumo Refrigeración en Sevilla

Figura 7-267. Consumo Anual en Sevilla

Figura 7-268. Resumen Consumo Anual en Sevilla

Figura 7-269. Comparativa Consumo Anual en Sevilla

Figura 7-270. Comparativa Consumo Calefacción en Sevilla

Figura 7-271. Comparativa Consumo Refrigeración en Sevilla

Figura 7-272. Consumo Anual en Sevilla

Figura 7-273. Resumen Consumo Anual en Burgos

Figura 7-274. Consumo Anual

Figura 7-275. Consumo Calefacción

Figura 7-276. Consumo Refrigeración

Figura 7-277. Espacio de trabajo en el software ThermaCAM

Figura 7-278. Termograma del CML_A tomado a las 15:42 - 19 Enero 2012

Figura 7-279. Imagen visual del CML_A

Figura 7-280. Perfil de temperatura del CML_A

Figura 7-281. Histograma del CML_A

Figura 7-282. Reporte de datos del CML_A

Figura 7-283. Modelo de ficha de las imágenes IR

Figura 7-284. Imagen visual CML_A – CT_A

Figura 7-285. Imágenes Infrarrojas CML_A – CT_A

Figura 7-286. Imagen visual CML_B – CT_B

Figura 7-287. Imágenes Infrarrojas CML_B – CT_B

Figura 7-288. Imagen visual CML_C – CT_C

Figura 7-289.Imágenes Infrarrojas CML_C – CT_C

Figura 7-290. Imagen visual CML_A - CML_B – CML_C


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Figura 7-291. Imágenes Infrarrojas CML_A – CML_B – CML_C

Capítulo 8: INVESTIGACIÓN ACÚSTICA

Figura 8-1. Detalles de la composición de los Cerramientos Multicapas Ligeros

Figura 8-2. Construcción de la muestra CML_A

Figura 8-3. Construcción de la muestra CML_B

Figura 8-4. Construcción de la muestra CML_C

Figura 8-5. Detalles de la composición de los cerramientos tradicionales

Figura 8-6. Detalles de la composición de las fachadas ligeras del CEC-CTE.

Figura 8-7. Diagrama de conexionado para ensayo de aislamiento a ruido aéreo

Figura 8-8. Resultados de los CML

Figura 8-9. Resultados de los cerramientos tradicionales

Figura 8-10. Comparativa de los distintos cerramientos

Figura 8-11. Esquema de los valores de aislamiento a ruido aéreo de todas las muestras seleccionadas

Figura 8-12. Proceso de medida de intensimetría sonora

Figura 8-13. Diagrama de conexionado para ensayo de intensimetría sonora

Figura 8-14. Mapa de intensidad del CML_B a 250 Hz

Figura 8-15. Resultados de intensidad a 500 Hz

Figura 8-16. Mapa de intensidad CML_A - Steel Frame

Figura 8-17. Mapa de intensidad CML_B - Steel Frame

Figura 8-18. Mapa de intensidad CML_A - Steel Frame

Figura 8-19. Resultados de intensidad a 2 kHz

Capítulo 9: ANÁLISIS ECONÓMICO

Figura 9-1. Comparativa del Coste Material CML - CT

Figura 9-2. Porcentaje de Consumo Anual CML – CT en Madrid – Módulos Experimentales

Figura 9-3. Comparativas del Coste Energético Anual en Madrid. Módulo Experimental

Figura 9-4. Comparativas del Coste de Calefacción en Madrid. Módulo Experimental

Figura 9-5. Comparativas del Coste de Refrigeración en Madrid. Módulo Experimental

Figura 9-6. Porcentaje de Consumo Anual CML – CT en Burgos – Módulos Experimentales


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Figura 9-7. Comparativas del Coste Energético Anual en Burgos. Módulo Experimental

Figura 9-8. Comparativas del Coste de Calefacción en Burgos. Módulo Experimental

Figura 9-9. Comparativas del Coste de Refrigeración en Burgos. Módulo Experimental

Figura 9-10. Porcentaje de Consumo Anual CML – CT en Sevilla – Módulos Experimentales. Módulo Experimental

Figura 9-11. Comparativas del Coste Energético Anual en Sevilla. Módulo Experimental

Figura 9-12. Comparativas del Coste de Calefacción en Sevilla. Módulo Experimental

Figura 9-13. Comparativas del Coste en Refrigeración en Sevilla. Módulo Experimental

Figura 9-14. Edificios Simulados 4 plantas

Figura 9-15. Porcentaje de Consumo Anual CML – CT en Madrid – Edificio 4P

Figura 9-16. Comparativas del Coste Energético Anual en Madrid. Edificio 4P

Figura 9-17. Comparativas del Coste de Calefacción en Madrid. Edificio 4P

Figura 9-18. Comparativas del Coste en Refrigeración en Madrid. Edificio 4P

Figura 9-19. Porcentaje de Consumo Anual CML – CT en Burgos – Edificio 4P

Figura 9-20. Comparativas del Coste Energético Anual en Burgos. Edificio 4P

Figura 9-21. Comparativas del Coste de Calefacción en Burgos. Edificio 4P

Figura 9-22. Comparativas del Coste de Refrigeración en Burgos. Edificio 4P

Figura 9-23. Porcentaje de Consumo Anual CML – CT en Sevilla – Edificio 4P

Figura 9-24. Comparativas del Coste Energético Anual en Sevilla. Edificio 4P

Figura 9-25. Comparativas del Coste de Calefacción en Sevilla. Edificio 4P

Figura 9-26. Comparativas del Coste en Refrigeración en Sevilla. Edificio 4P

Figura 9-27. Edificios simulados 8 plantas

Figura 9-28. Porcentaje de Consumo Anual CML – CT en Madrid – Edificio 8P

Figura 9-29. Comparativas del Coste Energético Anual en Madrid. Edificio 8P

Figura 9-30. Comparativas del Coste de Calefacción Anual en Madrid. Edificio 8P

Figura 9-31. Comparativas del Coste en Refrigeración en Madrid. Edificio 8P

Figura 9-32. Porcentaje de Consumo Anual CML – CT en Burgos – Edificio 8P

Figura 9-33. Comparativas del Coste Energético Anual en Burgos. Edificio 8P

Figura 9-34. Comparativas del Coste de Calefacción en Burgos. Edificio 8P

Figura 9-35. Comparativas del Coste en Refrigeración en Burgos. Edificio 8P

Figura 9-36. Porcentaje de Consumo Anual CML – CT en Sevilla – Edificio 8P


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Figura 9-37. Comparativas del Coste Energético Anual en Sevilla. Edificio 8P

Figura 9-38. Comparativas del Coste de Calefacción en Sevilla. Edificio 8P

Figura 9-39. Comparativas del Coste en Refrigeración en Sevilla. Edificio 8P

Figura 9-40. Comparativa del Masa de CML - CT

Figura 9-41. Modelos de edificios para cálculo de estructura

Figura 9-42. Comparativa del Espesor de CML - CT

Figura 9-43. Superficie de espacio útil adicional

Figura 9-44. Comparativas del Consumo Anual. Edificio 4P

Figura 9-45. Comparativas del Consumo de Calefacción. Edificio 4P

Figura 9-46. Comparativas del Consumo en Refrigeración. Edificio 4P

Figura 9-47. Comparativas del Consumo Anual. Edificio 8P

Figura 9-48. Comparativas del Consumo de Calefacción. Edificio 8P

Figura 9-49. Comparativas del Consumo en Refrigeración. Edificio 8P

Figura 9-50. Comparativa ahorro económico respecto a la masa de estructura

Figura 9-51. Ahorro Económico superficie útil 3.76 cm extra

Figura 9-52. Ahorro Económico por superficie útil 4.56 cm extra

Capítulo 10: CONCLUSIONES



Figura 10-3. Cerramiento CML_A

Figura 10-4. Cerramiento CML_B

Figura 10-5. Cerramiento CML_C


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ÍNDICE DE TABLAS

Capítulo 2: ANTECEDENTES TEÓRICOS

Tabla 2-1. Tabla 1.4.1.1 RITE. Condiciones interiores de diseño

Tabla 2-2. Tabla 2.1 del CTE DBHR. Exigencias de aislamiento acústico en fachada

Tabla 2-3. Niveles de Ruido y sus Efectos en la Salud

Tabla 2-4. Valores límites recomendados por la OMS

Capítulo 3: CARACTERIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO TÉRMICO DE FACHADAS MULTICAPAS LIGERAS

Tabla 3-1. Valores de U

Tabla 3-2. Valores del espesor ordenados de mayor a menor

Tabla 3-3. Valores del flujo de calor y porcentaje de pérdidas de energía

Tabla 3-4. Efecto Energético de los cerramientos

Tabla 3-5. Valores del Efecto sobre el Bienestar

Capítulo 4: LIGHT STEEL FRAME

Tabla 4-1. Resumen de la Clasificación de los Sistemas de Cerramiento con LSF

Tabla 4-2. Ventajas e inconvenientes de los sistemas de LSF

Tabla 4-3. Sistema de valoración

Capítulo 5: CRITERIOS COMPARATIVOS

Tabla 5-1. Características de los materiales de los cerramientos

Capítulo 6: DISEÑO DE LA MUESTRA

Tabla 6-1. Transmitancia térmica máxima U

Tabla 6-2. Valores límite de los parámetros característicos de la transmitancia térmica

Tabla 6-3. Valores de aislamiento acústico a ruido aéreo

Tabla 6-4. Radiación solar Global


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Tabla 6-5. Severidades Climáticas

Tabla 6-6. Zonas Climáticas

Tabla 6-7. Características de los materiales de los Cerramientos Multicapas Ligeros

Capítulo 7: INVESTIGACIÓN TÉRMICA

Tabla 7-1. Valores de la transmitancia térmica de las muestras

Tabla 7-2. Espesores de las muestras

Tabla 7-3. Valores del flujo de calor

Tabla 7-4. Ciudades Seleccionadas

Tabla 7-5. Listado de sensores

Tabla 7-6. Tiempos de monitorización

Tabla 7-7. Elementos para el sistema de adquisición de datos

Tabla 7-8. Programación de los sensores Módulo 1

Tabla 7-9. Programación de los sensores Módulo 2 y 3

Tabla 7-10. Diferencias de temperaturas entre el interior y el exterior CML_A – CT_A

Tabla 7-11. Diferencias de temperaturas entre el interior y el exterior CML_B – CT_B

Tabla 7-12. Diferencias de temperaturas entre el interior y el exterior CML_C – CT_C

Tabla 7-13. Diferencias de temperaturas entre el interior y el exterior CML_A – CML_B

Tabla 7-14. Diferencias de temperaturas entre el interior y el exterior CML_A – CML_C

Tabla 7-15. Diferencias de temperaturas entre el interior y el exterior CML_B – CML_C



Tabla 7-18. Diferencias de temperaturas entre el interior y el exterior CML_C – CT_C

Tabla 7-19. Diferencias de temperaturas entre el interior y el exterior CML_A – CML_B

Tabla 7-20. Diferencias de temperaturas entre el interior y el exterior CML_A – CML_C

Tabla 7-21. Diferencias de temperaturas entre el interior y el exterior CML_B – CML_C

Tabla 7-22. Consumos Monitorización

Tabla 7-23. Datos monitorización CML_A – CT_A

Tabla 7-24. Datos monitorización CML_B – CT_B

Tabla 7-25. Datos monitorización CML_C – CT_C

Tabla 7-26. Datos monitorización CML_A – CML_B - CML_C


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Capítulo 8: INVESTIGACIÓN ACÚSTICA

Tabla 8-1. Composición de las fachadas multicapas ligeras

Tabla 8-2. Composición de los cerramientos tradicionales

Tabla 8-3. Composición de las fachadas ligeras

Tabla 8-4. Características específicas del entorno de medida

Tabla 8-5. Equipos empleados para ensayo de aislamiento a ruido aéreo

Tabla 8-6. Valores de los resultados de las fachadas ligeras del CEC-CTE.

Tabla 8-7. Resultados de los cerramientos siguiendo la opción simplificada del CTE.

Tabla 8-8. Comparativa de los resultados de aislamiento a ruido aéreo

Tabla 8-9. DB-HR Tabla 2.1. Exigencias de aislamiento acústico en fachada

Tabla 8-10. DBHR Tabla 3.4. Opción simplificada

Tabla 8-11. Equipos empleados para ensayo de intensimetria sonora

Tabla 8-12. Densidad y Aislamiento a Ruido de Tráfico de las distintas muestras seleccionadas

Capítulo 9: ANÁLISIS ECONÓMICO

Tabla 9-1. Datos del CML_A

Tabla 9-2. Consumos del CML_A

Tabla 9-3. Datos del CML_B

Tabla 9-4. Consumos del CML_B

Tabla 9-5. Datos del CML_C

Tabla 9-6. Consumos del CML_C

Tabla 9-7. Datos del CT_A

Tabla 9-8. Consumos del CT_A

Tabla 9-9. Datos del CT_B

Tabla 9-10. Consumos del CT_B

Tabla 9-11. Datos del CT_C

Tabla 9-12. Consumos del CT_C

Tabla 9-13. Coste de Ejecución Material CML - CT

Tabla 9-14. Coste de Cerramientos en Edificio 4P


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Tabla 9-15. Coste de Cerramientos en Edificio 8P

Tabla 9-16. Coste Consumo Anual CML – CT en Madrid – Módulos Experimentales

Tabla 9-17. Coste Consumo Anual CML – CT en Burgos – Módulos Experimentales

Tabla 9-18. Coste Consumo Anual CML – CT en Sevilla – Módulos Experimentales

Tabla 9-19. Coste Consumo Anual CML – CT en Madrid – Edificio 4P

Tabla 9-20. Coste Consumo Anual CML – CT en Burgos – Edificio 4P

Tabla 9-21. Coste Consumo Anual CML – CT en Sevilla – Edificio 4P

Tabla 9-22. Coste Consumo Anual CML – CT en Madrid – Edificio 8P

Tabla 9-23. Coste Consumo Anual CML – CT en Burgos – Edificio 8P

Tabla 9-24. Coste Consumo Anual CML – CT en Sevilla – Edificio 8P

Tabla 9-25. Masa de CML - CT

Tabla 9-26. Ahorro de la masa a la estructura. Edificio 4 plantas



Tabla 9-29. Ahorro CML respecto a CT

Tabla 9-30. Espesor de CML - CT

Tabla 9-31. Ahorro Económico por superficie útil en Madrid

Tabla 9-32. Ahorro Económico por superficie útil en Sevilla

Tabla 9-33. Ahorro Económico por superficie útil en Burgos

Tabla 9-34. Ahorro Económico Edificio 4P

Tabla 9-35. Ahorro Económico Edificio 8P

Capítulo 10: CONCLUSIONES

Tabla 10-1. Verificación de criterios


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Capítulo 1 Introducción

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01. INTRODUCCIÓN

En este apartado se realiza la justificación de esta tesis doctoral, empezando por una introducción general, luego la justificación de la investigación, se plantea el objetivo general y los objetivos específicos, la hipótesis de partida y se describe la metodología empleada dividida en cinco grandes partes: Parte I: justificación de la investigación, Parte II: estado del arte, Parte III: definición y selección de la muestras, Parte IV: análisis teórico – experimental, comparación y optimización de las muestras, Parte V: conclusiones.


2 | P á g i n a


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1. INTRODUCCIÓN

Esta investigación se desarrolla dentro de los Grupos de Investigación TISE (Técnicas Innovadoras y Sostenibles en la Edificación) y ABIO (Arquitectura Bioclimática en un Entorno Sostenible), del Departamento de Construcción y Tecnología Arquitectónicas de la ETSAM, a partir de una beca homologada financiada por los grupos de investigación en el marco de proyectos I+D.

En la actualidad, el crecimiento de la población y el desarrollo tecnológico de nuestros tiempos han originado novedosas formas de confort para los habitantes, lo cual a su vez se traduce en una mayor variedad de instalaciones y equipos y, en consecuencia, en una demanda creciente de energía difícilmente satisfecha por la oferta convencional. Estudios y aproximaciones recientes (como las conclusiones de la Cumbre de Río de Janeiro en junio de 1992, el Protocolo de Kioto en diciembre de 1997, la Cumbre de Johannesburgo en 2002, el Objetivo 20/20/20 en2010, entre otros), han identificado la necesidad de reducir el consumo de energía en el mundo, y de esta manera reducir así las emisiones de gases al ambiente. También, se ha concentrado la mirada en el tema de las edificaciones, responsables del consumo de alrededor del 40% de la energía en las ciudades. En consecuencia, disciplinas como la Arquitectura e Ingeniería se han visto en la necesidad de repensarse en una mayor armonía con el ambiente y en consecuencia una reducción del consumo de energía.

Tomando en consideración el planteamiento anteriormente expuesto, y la situación en la que se encuentran los sistemas tradicionales de fachadas, que garantizan las condiciones de confort de un techo de calidad, pero presentando deficiencias del comportamiento higrotérmico que se solventan en parte con un mayor consumo energético en calefacción y/o refrigeración, con el consiguiente aumento de las emisiones de CO2 a la atmósfera, lo cual va en detrimento de los aspectos medioambientales que se propugnan actualmente a través de la mayoría de las directivas, específicamente la Directiva Europea de Eficiencia Energética, además del Código Técnico de la Edificación.

Con el panorama que se ha dibujado en líneas anteriores, el concepto energético está llegando a la conciencia, por lo tanto, es necesario adaptarse a la nueva situación y por eso, es imprescindible el estudio y el aprovechamiento de nuevos sistemas constructivos de cerramientos, como pueden ser los cerramientos multicapas ligeros, que presentan características favorables para el ahorro en el consumo energético, y a su vez pueden ser industrializados, obteniendo con todo esto beneficios, como la mejora de la calidad, el acortamiento de plazos constructivos, mayor seguridad, altas prestaciones, mayor ligereza, más espacio habitable, entre otros.

El desarrollo de esta tesis doctoral estará centrado en definir propuestas de cerramientos multicapas ligeros, que puedan implementarse en cualquier sistema constructivo, además de adaptarse a los distintos ambientes climáticos que existen en España, sin que esto suponga un alto incremento en el coste para su fabricación y ejecución, con la finalidad de que sea una alternativa competitiva a los cerramientos tradicionales existentes.


4 | P á g i n a

Para ello, el sistema de cerramiento multicapa ligero debe ofrecer unas prestaciones similares o superiores al de un cerramiento tradicional, tanto en la parte energética, acústica como económica, para que cumpla satisfactoriamente con la actual normativa española.

No obstante, lo que se pretende es demostrar que este sistema de cerramiento multicapa ligero es competitivo en el mercado, por lo tanto, para llevar a cabo el desarrollo de esta tesis doctoral se ha enfocado en tres grandes áreas principalmente:

∙ Eficiencia Energética, se realizarán simulaciones para verificar las transmitancias térmicas y el consumo anual de los cerramientos, además de llevar a cabo el estudio de las muestras en módulos experimentales, para determinar su comportamiento real. Por otro lado, se realizarán imágenes infrarrojas para verificar si se producen puentes térmicos a través de los mismos.

∙ Comportamiento Acústico, se evaluará el aislamiento a ruido aéreo de los cerramientos, para ello, se realizarán ensayos en laboratorio de las distintas propuestas. Por otro lado, se llevará a cabo un estudio mediante intensimetría sonora, para verificar los puentes acústicos que se puedan producir en los cerramientos.

∙ Coste Económico, se estudiará la repercusión económica de los multicapas ligeros, estudiando distintas variables que pueden influir en el coste, además de cuantificar cada uno de los costes de ejecución material, los consumos energéticos, la repercusión del peso en la estructura y el espesor.

Merece la pena mencionar que existen otros temas a tener en consideración que se pudieran estudiar, entre los que se encuentran: industrialización, medioambiental – sostenibilidad, estructural, en caso de incendio, entre otros. Sin embargo, después de haber realizado una búsqueda del estado del arte de la tecnología, se ha encontrado que varios de estos temas han sido suficientemente estudiados, por lo que se descartan para esta tesis doctoral, sin menoscabo de emplearse para futuras investigaciones, además de acotar la extensión de la investigación.

1.1 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Los combustibles fósiles no están disponibles sin fin y las consecuencias de la combustión del carbón, petróleo y gas representan un peligro serio para el medio ambiente y el ser humano; todo esto llevó consigo un cambio en el pensamiento de los proyectistas. En toda Europa se consume aproximadamente la mitad de la energía primaria empleada, para la construcción y el funcionamiento de edificios. Por eso la disminución drástica de la demanda de energía, acoplada al aprovechamiento creciente de energías renovables y la utilización de soluciones óptimas de altas prestaciones en los cerramientos, representan las únicas salidas razonables de la problemática de escasez de energía y de la destrucción del medio ambiente.

Desde la década de los setenta, ha surgido una creciente demanda social por un crecimiento sostenible, originado una parte por la crisis energética iniciada por el aumento


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de los precios del petróleo y, por otra parte por un cada vez mayor y mejor análisis de la repercusión en el ambiente de nuestras actividades.

Aunque inicialmente las medidas de ahorro estaban encaminadas a reducir el consumo en el sector industrial, a partir de los años noventa se empezaron a tomar medidas en el campo de la eficiencia energética en edificios, y es que basta con hacer un desglose del consumo anual por sectores en un país para tomar conciencia de la importancia que tiene el ahorro energético en el sector de la edificación.

El ahorro de energía y el control de las emisiones de CO2 son dos indicadores del progreso hacia la optimización del nivel de confort y los servicios requeridos por los usuarios a costes razonables, sin olvidar el minimizar el impacto ambiental inmediato del uso de la energía.

La importancia de la reducción de las emisiones de CO2 radica en que este gas inoloro es el principal causante del efecto invernadero, que produce el fenómeno de calentamiento global del planeta con las consecuencias suficientemente conocidas y difundidas.

Las fuentes de los gases de efecto invernadero (GEI) son múltiples: quema de combustibles para generación de electricidad, transporte, procesos industriales, agricultura, turismo, vivienda,… Las emisiones de estos gases están profundamente ligadas a nuestro modelo de sociedad y nuestro consumo energético y no solemos ser conscientes de la multitud de actos cotidianos asociados a emisiones de gases de efecto invernadero.

El principal emisor mundial de gases de efecto invernadero en 2004 es Estados Unidos, con el 22% de las emisiones globales. El siguiente es China, con el 17%. Estos dos países, que suman casi 40% de las emisiones globales no han asumido un compromiso de reducción o limitación de sus emisiones en el contexto del Protocolo de Kioto. Los siguientes grandes emisores son la Comunidad Europea, Rusia, Japón e India, el segundo país del ranking en cuanto a países en desarrollo. España ocupa el lugar número 18, con el 1,3% de las emisiones globales.

Figura 1-1. Emisiones de CO2 por sectores Fuente: Informe de síntesis. Cambio Climático 2007


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En la lista de países y emisiones de CO2, España es el duodécimo en la lista de países que participan en el IPCC y el sexto en Europa, y es al país que más se aleja, tanto en números relativos como absolutos del año base, de sus objetivos del protocolo de Kioto para controlar las emisiones de CO2.

El inventario nacional cubre todas las fuentes de emisión de gases de efecto invernadero y recoge también la absorción de CO2 por parte de los sumideros forestales. Las principales categorías del inventario son: energía, procesos industriales, agricultura, residuos, y actividades forestales.

España tiene el perfil emisor típico de un país industrializado, donde dominan las emisiones procedentes del manejo de la energía, industria (en parte energía) y el transporte (también energía) en cuanto a sectores, y el CO2 en cuanto a gases. En 2006 el sector energético fue responsable del 78,5% de las emisiones de GEI, presentando un aumento del 60% respecto a las de 1990. Las emisiones en España muestran una tendencia de crecimiento significativo desde el año 1990, con ligeros descensos puntuales para algunos años como el 1993 y 1996. Esto ha llevado a unas emisiones totales en CO2 equivalente de 440,7 Mt en 2005, frente a las 289,6 Mt de 1990 (un incremento del 52%).

No obstante, la internacionalización de los sistemas constructivos hace que la edificación en las áreas urbanas sea derrochadora de recursos energéticos, debido a que las necesidades de confort térmico se gestionan mediante sistemas de apoyo (calefacción, refrigeración,…), manifestándose el edificio como un contenedor cerrado al aprovechamiento de las condiciones climáticas del entorno.

Fuente: Informe El Cambio Climático en España. Estado de Situación. Documento resumen. Noviembre 2007

Figura 1-2. Evolución de las emisiones de GEI en España desde 1990 (2006 dato provisional)


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Mike Barker [1] señala, “A escala mundial está previsto que la demanda energética mundial aumente más de 50 % en los próximos 25 años, según el Instituto Internacional de la Energía. En gran parte esta demanda es y será satisfecha por las fuentes de energía convencionales predominantes: carbón, gas natural, y petróleo con los consecuentes y conocidos impactos medioambientales”.

Combatir el cambio climático no significa solo reducir o limitar las emisiones de los gases de efecto invernadero. Antes bien, la lucha contra el cambio climático requiere una perspectiva integrada, considerando tanto las actuaciones de mitigación como las de adaptación. En pocas palabras conviene que todos los sectores contribuyan a disminuir su consumo energético. En el caso del sector de la construcción la implementación de captadores solares para la producción de energía eléctrica, captadores para agua caliente sanitaria, así como también el empleo de cerramientos de altas prestaciones, ayudan al ahorro energético.

Mike Barker [1] explica, “El sector de la construcción consume el 40 % aproximadamente del consumo final de energía de España y la demanda energética en edificios crece a más de 4 % al año y está previsto que la demanda energética suba aproximadamente un 30 % en los próximos 10 años”.

1 Barker, Mike. (2005) El ahorro energético, CO2 y el desarrollo sostenible. Hacia una arquitectura sostenible. ICARO CTAV Colegio Territorial de Arquitectos de Valencia. España.

Fuente: Hacia una arquitectura sostenible

Consumo total de energía previsto (por región) Fuente: Hacia una arquitectura sostenible

Futuro Consumo de Energía

Figura 1-3. Consumos de Energía

Fuente: Hacia una arquitectura sostenible

Figura 1-4. Consumo energético del sector Edificación en los escenarios base y eficiente


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Si se estudia el consumo energético en las edificaciones, se puede ver que el mayor consumo se genera en climatización con un 47.8% (calefacción + refrigeración), seguido por los electrodomésticos con 21.7%, agua caliente sanitaria con 18.9%, cocina 7.4% e iluminación 4.10%.

Millones de Toneladas Equivalentes de Petróleo (TEP) Consumo Promedio en Edificación

Fuente: IDAE Consumos energéticos en España (2007)

Fuente: IDAE. Informe Final Proyecto SECH-SPAHOUSEC Consumos según usos energéticos (2011)

Figura 1-5. Consumos energéticos

No obstante, Werner Lang [2] explica, “En el caso de edificios convencionales de oficinas aproximadamente un 40 % de la energía se gasta para la calefacción, otro 40 % le corresponde a la función de instalaciones técnicas de aire ambiental y del enfriamiento del edificio. La necesidad restante de 20 % es empleada para la iluminación artificial... La necesidad promedia de calefacción en edificios viejos, construidos antes de 1968 es de aproximadamente 260 kWh/m2a, mientras el valor comparable en edificios nuevos de modo de construcción de baja energía es de aproximadamente 60 kWh/m2a”

La edificación contribuye de manera importante al consumo energético global y a sus consecuencias, tanto por la demanda energética necesaria para la fabricación y colocación de sus componentes, como por la demanda de energía que necesitará durante el periodo que esté en servicio, ya que los ciudadanos demandan niveles crecientes de confort, lo que generalmente supone mayor consumo energético y, después, para su rehabilitación o su demolición.

Por lo anteriormente dicho, es imprescindible que se consiga controlar el consumo energético, para que la transición hacia un desarrollo más sostenible sea posible en un plazo de tiempo no muy largo y, con ello generar una economía mucho más eficiente, porque existe una preocupación por el suministro de energía en Europa, además de anticipar la tendencia de directivas europeas y normativas de cumplimiento obligatorio en este ámbito.

2 Lang, Werner. (2003)¿Nada más que fachada? Sobre los aspectos funcionales, energéticos y constructivos de la envolvente de edificio. Pieles nuevas. Conceptos. Capas. Materiales. Edición DETAIL. Munich.


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Como se ha comentado anteriormente, todo esto ha llevado a realizar actuaciones de ámbito mundial como son:

El Protocolo de Montreal, AGENDA 21, firmado el 16 de septiembre de 1987, plantea el desarrollo sostenible como una prioridad de la comunidad internacional. En materia energética, entre otros, plantea, los objetivos de mayor eficiencia energética, el desarrollo de las energías renovables, disminuir los impactos sobre la salud y el medio ambiente de la producción y consumo de energía y el fomento de una educación hacia el desarrollo sostenible. En este entorno se encuentran los programas AGENDA 21 adoptados por numerosos ayuntamientos españoles.

El Programa 21 de la ONU, firmado en 1987 tiene por objetivo el control de aquellas substancias que producen el agotamiento de la capa de ozono, incluso llegando a la prohibición del uso de ciertas substancias como son los CFC (clorofluorocarburados).

La Cumbre de Río de Janeiro o “Cumbre de la Tierra”, en junio de 1992, en donde se definen los deberes y derechos de los Estados respecto de principios básicos sobre el medio ambiente y el desarrollo.

El Protocolo de Kioto, aprobado en el año 1997 durante la tercera Conferencia de las Partes del Convenio y entró en vigor el 16 de febrero de 2005. Fue firmado entre otros por la UE y ratificado por España, cuyo objetivo es la disminución de las emisiones de Gases de Efecto Invernadero, en especial del CO2. La Unión Europea en su conjunto se comprometió a reducir sus emisiones en un 8% para el año 2010 respecto a los niveles de 1990. Para España, dada su situación de desarrollo, se permitió un incremento del 17% para el mismo período de tiempo. Hay que tener en cuenta que en este momento el nivel de España de emisiones se encontraba en un 47% por encima de los niveles del 1990.

La Cumbre de Johannesburgo, celebrada en 2002, en donde se pretendía ofrecer un discurso ecologista como parte de la labor de concienciación sobre la importancia del desarrollo sostenible, por lo tanto, se definieron las medidas concretas y metas cuantificables para una mejor implementación del Programa 21. Esta Cumbre tenía cinco áreas prioritarias, y una de ellas era el tema de la Energía.

Así mismo, dando respuesta a estas actuaciones mundiales la Unión Europea ha desarrollado normativas, tendentes a la mejora de la eficiencia energética y a la seguridad y diversificación de los suministros. Así ha desarrollado:

La Directiva 93/76 de 13.09.93 (SAVE), que tiene por objetivo conservar la calidad del medio ambiente y garantizar el uso racional de los recursos energéticos, estableciendo cuatro puntos de actuación básica: la certificación energética de los edificios, la facturación individualizada de la energía, la mejora en los aislamientos y la inspección periódica de las calderas.

El Libro Verde, 2001, “Hacia una estrategia europea de seguridad del abastecimiento energético”, se han planteado tres retos:


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1. Seguridad de abastecimiento: los objetivos que se pretenden alcanzar son: Equilibrio y diversificación de fuentes de energía (por productos y por regiones); Diálogo permanente con los países productores, con el objeto de mejorar los mecanismos de formación de los precios y establecer acuerdos preferenciales; Reforzar las redes de abastecimiento entre diferentes países.

2. Cambio Climático: el crecimiento económico, así como la evolución de la estructura de consumo energético, principalmente la electricidad y el transporte, contribuyen al aumento de emisiones de gases de efecto invernadero y en particular del CO2.

3. Equilibrio entre Oferta y Demanda, que pretende reequilibrar la política de la oferta a través de acciones claras a favor de una política de demanda. Para ello y con respecto a la demanda, preconiza un auténtico cambio de hábitos de los consumidores para orientar esta demanda hacia consumos más controlados y respetuosos con el medio ambiente y con respecto a la oferta, da prioridad a la lucha contra el cambio climático, mediante el desarrollo de las energías nuevas y renovables, con el objetivo de duplicar su cuota del 6 % al 12 % en el balance energético y pasar de una cuota del 14 % al 22 % en su uso para la producción de electricidad, todo ello de aquí al año 2010.

La Directiva 2002/91, que fue aprobada el 16 de Diciembre de 2002, como un instrumento jurídico complementario, que instaure acciones más concretas que las indicadas en la Directiva SAVE (la 93/76/CE), para aprovechar el gran potencial de ahorro energético todavía sin desarrollar y para armonizar las actuaciones de los distintos Estados miembros de la UE.

Objetivo 20/20/20, propuesto en 2010, cuyo tema principal es en materia de clima y energía, cuyo objetivo es reducir las emisiones de gases de efecto invernadero al menos en un 20% en comparación con los niveles de 1990, o en un 30% si se dan las condiciones establecidas, además de incrementar el porcentaje de las fuentes de energía renovables en el consumo final de energía hasta un 20% y en un 20 % la eficacia energética.

Mientras que en España las actuaciones se han presentado con, el Código Técnico de la Edificación (CTE), Documento Básico “Ahorro de Energía”, el objetivo primordial consiste en conseguir un uso racional de la energía necesaria para la utilización de los edificios, reduciendo a límites sostenibles su consumo y conseguir asimismo que una parte de este consumo proceda de fuentes de energía renovable, como consecuencia de las características de su proyecto, construcción, uso y mantenimiento.

Además, el Real Decreto 47/2007, por el que se aprueba el procedimiento básico para la Certificación de Eficiencia Energética de Edificios. Este certificado deberá incluir información objetiva sobre las características energéticas de los edificios de forma que se pueda valorar y comparar su eficiencia energética, con el fin de favorecer la promoción de edificios de alta eficiencia energética y las inversiones en ahorro de energía.

Teniendo en cuenta todos los objetivos planteados en las distintas cumbres, directivas y protocolos, además de todo lo comentado respecto a la demanda energética de los


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edificios, cada vez más es importante el tema de la envolvente de los edificios, particularmente en el campo de la investigación, a base de la consciencia elevada respecto a los modos de vivir de manera compatible con el medio ambiente y el ser humano.

Además de los problemas expuestos anteriormente, para iniciar esta tesis doctoral se ha buscado información en diversas bases de datos de universidades españolas, europeas, centros de investigación, revistas científicas, entre otros, para valorar si el tema que se propone como tesis doctoral está siendo estudiado por la comunidad científica investigadora.

Sin embargo, se puede decir una vez analizada toda la información recopilada, el tema propuesto como TESIS DOCTORAL es original y merece la pena hacer la investigación en esta dirección para hacer una pequeña aportación al mundo de la comunidad científica investigadora de temas de construcción.

Merece la pena resaltar las conclusiones de uno de los antecedentes que se han encontrado en sistemas similares (enfocado principalmente al tema de la industrialización), que han sido presentadas por el Catedrático R. Marc Lawson de Sistemas de Construcción SCI (Steel Construction Institute) de University of Surrey. UK. [3], en donde expone lo siguiente de sistemas de cerramientos ligeros:

⋅ El peso de los materiales se reduce en un 80 %. ⋅ Los materiales nuevos necesarios se reducen en un 43 %, mayor sostenibilidad. ⋅ Los residuos generados son la décima parte que en la construcción tradicional. ⋅ La energía embebida de los materiales se reduce en un 33 %. ⋅ La cantidad de agua empleada en la construcción es despreciable. ⋅ La energía necesaria para la construcción se reduce en un 32 %. ⋅ El período de construcción se reduce en un 60 %, con la consiguiente disminución de

gastos generales, estimados en más de un 9 %. ⋅ El coste material de la obra actualmente supera entre un 10 y 15 % los costes de la

construcción tradicional. ⋅ La reciclabilidad de los materiales se incrementa nueve veces. ⋅ El transporte de materiales se reduce en un 70 %.

Con todo esto se puede decir que, el sistema opaco de cerramientos multicapas ligeros que se propone para el desarrollo de esta tesis doctoral va encaminado a buscar nuevas soluciones innovadoras, que sirvan para mejorar las prestaciones energéticas, acústicas, además de presentar precios similares o competitivos a un cerramiento tradicional, así como también que tengan fácil montaje, sean más ligeras, consuman menos energía durante su fabricación, generar más espacio libre en las edificaciones, entre otros.

3 Lawson, R. Marc. (2008). Industrialization in Construction- Housing and Residential Buildings. La innovación en el sector de la construcción. Gobierno Vasco. Departamento de Vivienda y Asuntos Sociales.


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1.2 OBJETIVOS

1.2.1 General

Estudiar el comportamiento de los cerramientos multicapas ligeros con estructura de light steel frame desde el punto de vista de la eficiencia energética, aislamiento acústico y coste económico, para demostrar que este sistema constructivo es una alternativa competitiva a los sistemas tradicionales y, que a su vez se puedan implementar en cualquier sistema constructivo y en cualquier clima de España.

1.2.2 Específicos

∙ Clasificar los distintos sistemas de cerramientos ligeros que emplean light steel framing, con el propósito de tenerlos en consideración a la hora de diseñar las propuestas que se van a emplear en esta investigación.

∙ Generar los criterios de diseño del cerramiento multicapa ligero, tomando en consideración diversos temas, entre los que se encuentran el aislamiento térmico y acústico, coste económico, espesor, peso, entre otros.

∙ Definir los criterios comparativos que se van a tomar como referencia para seleccionar los cerramientos tradicionales, que se van a utilizar para realizar el análisis comparativo con los cerramientos multicapas ligeros.

∙ Analizar el comportamiento energético real de los cerramientos multicapas ligeros, mediante técnicas experimentales como la monitorización en células de ensayo y toma de imágenes infrarrojas durante los períodos de verano, otoño e invierno.

∙ Evaluar el comportamiento acústico de los cerramientos multicapas ligeros, mediante ensayos experimentales en laboratorio de aislamiento a ruido aéreo e intensimetría sonora.

∙ Valorar el coste económico de las distintas propuestas de cerramientos multicapas ligeros, mediante análisis comparativos, tomando en cuenta las distintas variables que puedan influir en el tema.

1.3 HIPÓTESIS

Los Cerramientos Multicapas Ligeros con estructura de light steel frame, son una alternativa competitiva a los Cerramientos Tradicionales, ya que ofrecen similares o mejores prestaciones en temas de eficiencia energética, aislamiento acústico a ruido aéreo y coste de construcción, cumpliendo satisfactoriamente con todos los requisitos exigidos en el Código Técnico de la Edificación.


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1.4 METODOLOGÍA

La metodología se orienta básicamente en dos direcciones complementarias, en una primera fase se plantea una recopilación documental, mientras que en la segunda fase un estudio experimental para validar el comportamiento real de los cerramientos multicapas ligeros. Por lo tanto, esta tesis doctoral se organiza en cinco grandes partes:

1.4.1. Parte I: Objetivos y Justificación de la Investigación

Esta parte está formada por el Capítulo 1 de Introducción, en donde se lleva a cabo la justificación de la tesis doctoral, se plantean los objetivos, la hipótesis de partida y se describe la metodología empleada y la organización de cada una de las partes en que se ha desarrollado la investigación.

1.4.2. Parte II: Estado del Arte

El estado del arte consta del Capítulo 2, 3 y 4, en donde, en el Capítulo 2 se definen los Antecedentes Teóricos, divididos en tres temas: el cerramiento – la fachada, que incluye definiciones, funciones de la envolvente, antecedentes y evolución de la fachada; la transmisión del calor, en donde se describen los fundamentos de la transmisión de calor, el confort térmico y el marco normativo; y por último la transmisión del sonido en los cerramientos, que contiene los fundamentos de la transmisión del sonido, el confort acústico y el marco normativo.

Mientras que en el Capítulo 3, se realiza una síntesis del trabajo de investigación titulado “Caracterización del comportamiento térmico de fachadas multicapas ligeras”, el cual está estructurado en seis partes: Selección de la muestra en la cual se seleccionan 20 prototipos de casas solares que participaron en el concurso Solar Decathlon 2007 en Estados Unidos, a su vez se elige un cerramiento tradicional empleado en España que sirva de referencia para realizar las comparativas. Luego, el Estudio de la composición de las fachadas en la cual se describen cada una de las capas que componen el cerramiento, Métodos de análisis en donde se describe el proceso que se ha empleado en cada uno bien sea empleando imágenes infrarrojas y simulaciones con el programa AnTherm. Después se tienen los Resultados, de los cuales se realiza el Análisis Comparativo y finaliza con las Conclusiones preliminares de este estudio, las cuales sirven de base para iniciar esta tesis doctoral.

Y por último en el Capítulo 4, se desarrollan distintos temas relacionados con el Light Steel Frame (LSF), desde la historia de la construcción con este sistema constructivo, las ventajas y desventajas, estado de la tecnología, ejemplos de aplicación y estado del arte en el campo de la investigación desde distintos puntos de vista: térmico, acústico, económico, medioambiental – sostenibilidad, industrialización, estructural y en caso de incendio. Una vez realizados todos los puntos anteriores, se lleva a cabo una clasificación de los sistemas de cerramientos que tienen como estructura el LSF, se analizan las ventajas e inconvenientes de cada uno de estos sistemas de la clasificación, llegando a unas conclusiones


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preliminares que servirán de base para definir las propuestas que se desarrollarán en esta tesis doctoral.

1.4.3. Parte III: Definición y Selección de la Muestra

Consta del Capítulo 5 y 6, en donde, en el Capítulo 5 – Criterios Comparativos, está enfocado a definir los cerramientos tradicionales que servirán para realizar las comparativas con los cerramientos multicapas ligeros. Por lo tanto, en este capítulo se definen los criterios que sirven para seleccionar los cerramientos tradicionales, llegando a especificar cada una de las características de los cerramientos tradicionales seleccionados.

Mientras que el Capítulo 6 – Diseño de la Muestra, se definen los criterios de diseño del cerramiento multicapa ligero, para llegar a definir los sistemas que se emplearán para la definición de las propuestas de cerramientos. Se toman en cuenta los elementos o componentes constructivos que integrarán las propuestas, llegando a desarrollar las propuestas de cerramientos multicapas ligeros (CML), especificando cada una de las capas que las conforman para concretar las características de los materiales que se van a utilizar.

1.4.4. Parte IV: Análisis Teórico – Experimental. Comparación y Optimización de las Muestras

Esta parte está formada por el Capítulo 7 – Investigación Térmica, Capítulo 8: Investigación Acústica y Capítulo 9: Análisis Económico, en donde, en estos capítulos se lleva a cabo la metodología de análisis teórico basado en simulaciones, la metodología experimental o de ensayos y por último la discusión de resultados.

En el Capítulo 7, se lleva a cabo toda la Investigación Térmica y se divide en tres grandes puntos: el desarrollo del análisis teórico, en donde, se emplea el programa de simulación AnTherm para calcular las transmitancias térmicas de cada una de las muestras, además, se emplea el Design Builder para simular los módulos experimentales, para ello, se toman los consumos energéticos obtenidos en la monitorización, los cuales sirven de referencia para ajustar los valores del programa, para obtener valores similares en los consumos de la simulación, con la finalidad de realizar la simulación del consumo anual en Madrid. Una vez obtenidos estos resultados, se realiza la misma simulación para Sevilla y Burgos, para comparar en climas cálido y frío, al final se realizan las comparativas con todos los datos obtenidos.

Por otro lado, se tiene el análisis experimental en los módulos, en donde, se lleva a cabo la monitorización de las distintas muestras de ensayo, tanto multicapas ligeros como tradicionales durante los períodos de verano, otoño e invierno, llegando a obtener datos reales, los cuales se organizan, se analizan y se realizan dos análisis comparativos: el primero entre los cerramientos multicapas ligeros con los cerramientos tradicionales y el segundo es de los cerramientos multicapas ligeros entre sí. Siendo una de las comparativas los consumos energéticos de la simulación vs monitorización de cada uno de los


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cerramientos y los consumos por ciudad. Y por último, durante la monitorización, se llevan a cabo toma de imágenes infrarrojas para evaluar los posibles puentes térmicos, que se puedan producir en los cerramientos.

Mientras que el Capítulo 8 – Investigación Acústica, se divide básicamente en dos grandes temas, el análisis de aislamiento a ruido aéreo de los cerramientos, en donde, se realizan ensayos en laboratorio de las distintas muestras de cerramientos multicapas ligeros, las cuales luego se analizan y se comparan con los cerramientos tradicionales seleccionados y con las fachadas ligeras del catálogo de elementos constructivos del CTE. Y por último, se realizan intensimetrías sonoras a cada una de las muestras de cerramientos multicapas ligeros, las cuales se analizan y se comparan entre sí, para verificar si se producen puentes acústicos en las mismas.

Respecto al Análisis Económico – Capítulo 9, se definen las distintas variables que pueden afectar el coste económico de las muestras, seleccionando cuatro de las mismas para estudiarlas con más detalle: precio de construcción, consumos energéticos, peso y espacio libre - espesor, las cuales se valoran cuantitativamente planteando distintos escenarios en cada una de ellas, para llegar a definir la estimación de costes de cada una de las muestras, con los resultados obtenidos se llevan a cabo una serie de comparativas entre ellas.

1.4.5. Parte V: Conclusiones

Está formado por el Capítulo 10, en donde se exponen las Conclusiones de cada uno de los capítulos y por último se realizará la comprobación de los objetivos propuestos y de la hipótesis de partida, destacando los hallazgos principales para cada situación y presentando líneas para futuras investigaciones que hayan ido surgiendo en el desarrollo de la presente tesis doctoral.

Además en esta parte se incorpora el Capítulo 11, que serían los Anexos, en los cuales se insertan por ejemplo los datos originales de la monitorización, así como también los resultados gráficos de cada uno de los cerramientos, entre otros.


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Capítulo 2 Antecedentes Teóricos

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02. ANTECEDENTES TEÓRICOS

Este apartado está formado por tres temas principalmente: el cerramiento - la fachada, la transmisión de calor y la transmisión del sonido en los cerramientos.

En el primer punto se incluye la definición de la fachada, las funciones de la envolvente, antecedentes y evolución de la fachada y, por último la definición y composición de lo que es una fachada multicapa ligera.

En el segundo tema la transmisión de calor en los cerramientos se tratan los fundamentos de transmisión, el confort térmico y el marco normativo.

Y por último, en el tercer tema la transmisión del sonido, se estudian los fundamentos de la transmisión del sonido, el confort acústico y el marco normativo.


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2. ANTECEDENTES TEÓRICOS

2.1. EL CERRAMIENTO / LA FACHADA

2.1.1. Definición

El Profesor Juan Monjo [1] define la fachada como: “El cerramiento arquitectónico por excelencia ya que, además de definir básicamente los espacios interiores, constituye la envolvente más aparente de la obra arquitectónica, a través de la cual se puede expresar la funcionalidad del edificio y definir el valor escultórico – arquitectónico del mismo con todos los aspectos históricos, creativos y sociales que esto conlleva. No en balde la palabra fachada deriva etimológicamente del latín facies, faz, cara, y por tanto, imagen y expresión de lo que envuelve.”

El tema del cerramiento exterior, sobre todo el cerramiento vertical, es decir, la fachada; la convergencia de conflictos es abrumadora: la fachada es la imagen que el edificio ofrece a la ciudad y eso sugiere intereses relacionados con la composición, la coherencia urbana o el prestigio. Además y, sobre todo, es un límite protector de diseño cada vez más sofisticado. Hasta hace pocos años todo se resolvía con el espesor: más frío exterior, más grosor del cerramiento; más carga, más grosor; más lluvia, más grosor,… Hoy se superponen delicados e inteligentes materiales para resolver una fachada cien veces más eficaz con un espesor escaso.

Sin embargo, Cristina Pardal e Ignacio Paricio [2], en su libro La Fachada Ventilada y Ligera, señalan que el biólogo Ramón Folch insistía que, “A los arquitectos les cuesta aceptar que la fachada es una sofisticada membrana que tiene que diseñarse como tal. Una membrana a la que se le encomienda el control de los más diversos aspectos”: Control del flujo térmico, Control del flujo de aire, Control del flujo de vapor de agua, Control del movimiento del agua, Durabilidad de los materiales, Comportamiento frente al fuego, Resistencia y rigidez.

En las imágenes se muestran la membrana celular y la membrana del edificio, en donde se puede comparar que nuestra piel es similar en cuanto a funciones, que la que realiza un cerramiento en una edificación.

1 Monjo Carrió, Juan y Otros. (2003). Tratado de Construcción. Fachadas y Cubiertas. Editorial Munilla-Lería. Madrid. 2 Pardal, Cristina y Paricio, Ignacio. (2006). La fachada Ventilada y Ligera. Bisagra. Barcelona.


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2.1.2. Funciones de la envolvente

Como indica el profesor Antonio Rolando Ayuso [3],” La envolvente sirve como interface entre el espacio interior y exterior. Aire y calor pueden ser ganados por los cerramientos pero a su vez pueden ser disipados. Para proveer al usuario de un ambiente cómodo, un cerramiento debe realizar muchas funciones. Si la envolvente no puede garantizar las exigencias funcionales por sí misma, componentes adicionales deben ser añadidos en la capa exterior.”

En general, los cerramientos constituyen la envolvente (cerramientos opacos y transparentes) de los espacios habitables, definiendo su geometría (forma y volumen) tanto exterior como interior. La envolvente tiene que ser capaz, por una parte, de proteger y aislar, de los agentes exteriores los ambientes que delimita y, por otra, de definir espacios interiores con el suficiente nivel de confort obteniendo la función habitabilidad. A su vez, también puede tener la capacidad de almacenar la energía.

Según el Profesor Juan Monjo [1], “Dicho confort, resulta definido por unas condiciones ambientales de humedad, temperatura, luminosidad y ruido que se deben obtener, bien por medios naturales, bien por medios mecánicos. Los medios naturales son los que proporciona el ambiente exterior, matizado y controlado por el cerramiento envolvente de

3 Rolando Ayuso, Antonio. (1999). Cerramientos Ligeros y pesados en los edificios. BELLISCO Ediciones Técnicas y Científicas. Madrid.

http://enfenix.webcindario.com/biologia/celula/membrana.html

Membrana celular Fuente: La Fachada Ventilada y Ligera

Membrana del edificio Figura 2-1. Membranas


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dicho espacio… El cerramiento crea el espacio interior y lo condiciona en esos cuatro aspectos”

La envolvente además de ofrecer protección contra la intemperie, delimitar la propiedad y crear una esfera privada; tiene que cumplir una función estética y cultural que es de igual importancia, ya que la envolvente del edificio y muy en especial la fachada es la tarjeta de visita de una casa o un edificio y de su diseñador, y en el contexto define el aspecto de la ciudad.

Juan Monjo Carrió [1], comenta “…la seguridad de los ocupantes frente a agentes naturales como al resultado de las acciones del hombre, también depende de los cerramientos. En efecto, éstos actúan como barrera que protege a los ocupantes de, por lo menos, las siguientes acciones mecánicas, físicas y químicas”, las cuales forman parte de la protección de las acciones exteriores. De esta manera, a continuación se indican las principales funciones de la envolvente:

PROTECCIÓN de las acciones exteriores: ⋅ Acciones mecánicas: resistencia al viento y transferencia a la estructura, el peso propio

de los cerramientos, la nieve, las personas, dilataciones y contracciones higrotérmicas. ⋅ Acciones físicas: el agua de lluvia, el vapor de agua, la radiación solar: la luminosa, la

infrarroja; el ruido, las vistas a través del cerramiento. ⋅ Acciones químicas: la contaminación atmosférica, la corrosión, los organismos animales

y vegetales, el fuego

AISLAMIENTO, la fachada debe actuar como filtro de los agentes naturales para facilitar la obtención de un adecuado nivel de confort en los locales que encierra. Ello implica las siguientes condiciones: ⋅ Resistencia térmica, relacionada con la calefacción y la refrigeración (proporcionar

abrigo y aislamiento y moderar los cambios bruscos de temperatura mediante el uso de hojas aislantes y cámaras de aire ventiladas), para favorecer el confort termohigrométrico.

⋅ Resistencia al ruido, para garantizar el confort acústico. ⋅ Ventilación natural, a través de las ventanas practicables, para obtener la necesaria

higiene. ⋅ Iluminación natural, control de soleamiento para evitar calor y deslumbramiento. ⋅ Control de vistas: desde el interior y el exterior. ⋅ Control de paso de personas: usuarios, a los que hay que facilitar el paso. Intrusos, a

los que hay que impedir el paso, para garantizar la seguridad. ⋅ Resistencia a las personas, para que no se caigan al vacío. ⋅ Condiciones de durabilidad del cerramiento. ⋅ Condiciones de limpieza, mantenimiento, etc.

ALMACENAMIENTO, uso de materiales que tengan las propiedades de inercia térmica, capacidad del cerramiento para almacenar y devolver la energía calorífica. Empleo de materiales de cambio de fase, tanto en forjados como en cerramientos verticales.


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A su vez, Werner Lang [4] señala los aspectos funcionales, energéticos y constructivos de la envolvente del edificio, diciendo lo siguiente: “La envolvente de edificio no representa solamente el sistema dominante en cuanto a la estructura configurativa. Tiene que asumir además un gran número de funciones centrales y además de esto determina el consumo de energía de un edificio de manera decisiva”… “A estas funciones pertenecen entre otras cosas: iluminación, ventilación, protección contra humedad, protección térmica, protección contra viento, protección antisolar, protección antideslumbrante, protección visual, vista transparente, protección contra robo con fractura, protección contra deterioro mecánico, aislamiento acústico, protección contra incendios y obtención de energía”.

2.1.3. Antecedentes y evolución de la fachada

Existen construcciones milenarias que nacen del concepto de la necesidad de crear una mayor protección contra la intemperie, contra la lluvia y frío, contra el calor y sol, y un ámbito de privacidad. Estas construcciones son realizadas por algunos pueblos primitivos de forma literal, empleando la propia piel de los animales en la creación de habitáculos, como hacen los tuaregs en el Sahara, los indios americanos, los beduinos del desierto, las yurtas de los pueblos turcos o de los Gerde Mongolia, que tejen sus tiendas con pelo de cabra o de camello. También las fibras vegetales en forma de tallos, hojas o ramas, sirven al hombre en sus estados primarios para hacer chozas o cabañas.

Como considera Vicente Patón [5], “Todas estas técnicas de construcción ligera tienen, no obstante, poco papel en el desarrollo de la arquitectura mundial por su fragilidad, y lo que se hace durante muchos años es una arquitectura de muros de carga compuesta por materiales pesados que forman el sistema estructural a la vez que el cerramiento”.

4 Lang, Werner. (2003)¿Nada más que fachada? Sobre los aspectos funcionales, energéticos y constructivos de la envolvente de edificio. Pieles nuevas. Conceptos. Capas. Materiales. Edición DETAIL. Munich. 5 Patón, Vicente. (1996) Una historia superficial. Tectónica. Envolventes (I). Fachadas Ligeras.

Fuente: Arquitectura Bioclimática en un entorno sostenible. F. Javier Neila González. Pág-118.

Figura 2-2. Yurta de las tribus nómadas de Asia Central. Construcción en madera, cuerda y lona.

Fuente: Revista Tectónica. Fachadas Ligeras. Envolventes (I)

Figura 2-3. Abadía de Westminster. Capilla de Enrique VII


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Esta arquitectura con cerramientos pesados, se genera con el uso de la piedra que cumplía con la función de dar estabilidad al muro, además de proteger al individuo de las inclemencias del clima, sin embargo la función de aislar se pone en duda si cumplía con las condiciones de confort que actualmente se deberían tener; no obstante, la función de almacenar la energía se cumple por las propiedades del material. Así mismo, en paralelo se desarrolla también el adobe y el ladrillo como cerramientos.

Sin embargo es a finales de la Edad Media cuando la arquitectura evoluciona hacia el gótico, que separa las funciones protectoras de la piel de las sustentantes de la osamenta; es decir, en donde grandes partes de la pared exterior están liberadas de su función estática y desde ahora libres para ventanas gigantes articuladas por tracerías: el espacio se abre a la luz.

Este sistema constructivo del Medioevo desapareció y fue sustituido por otros estilos. No obstante tras tantos siglos de arquitectura masiva vuelve a aparecer las construcciones ligeras con un nuevo gótico, ahora replanteado por el teórico Viollet Le Duc, contando con un material que viene a revolucionar la historia de la construcción como es el hierro. Los muros desaparecen como tales, para convertirse en rejas formadas por vigas y soportes que propician la idea de crear fachadas ligeras. El primer gran ejemplo de construcción ligera del siglo XIX es el Crystal Palace de Joseph Paxton, gigantesco invernadero creado para la Exposición de Londres de 1851.

Con la aparición de las fachadas de vidrio y metal, se empiezan a generar el sistema de fachadas ligeras, inicialmente como una solución de unas necesidades muy concretas y presentes únicamente en edificios singulares; sin embargo hoy día constituyen un elemento común del paisaje urbano de las ciudades.

A principios del siglo XIX con el nacimiento tecnológico del cemento Portland se desarrollan los cerramientos de hormigón, teniendo como origen las obras de fábrica de piedra. Pero es durante la segunda mitad del siglo XX donde la fábrica de bloque se consolida como un sistema constructivo, alternativo a los tradicionales de arcilla o piedra.


Figura 2-4. Palacio de cristal de Munich, 1854.


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A su vez, en el siglo XIX se suceden una serie de innovaciones tecnológicas en los procesos de producción industrial del vidrio y del metal, que conllevan a un gran salto conceptual en la arquitectura de las fachadas, dejando éstas de ser unas fachadas ciegas y macizas para convertirse en un sistema general de fachadas donde la transparencia es normal.

En la edificación residencial e industrial se generalizan las estructuras de hormigón, de manera que los entrepaños delimitan las barreras estructurales apareciendo zonas diáfanas entre ellas, creando de esta forma la necesidad de utilizar soluciones de cerramientos no estructurales. Sin embargo, es la propia edificación industrial la que presenta las primeras fachadas de paneles ligeros metálicas, como señala Vicente Patón [5] que, “El primer edificio conocido que utiliza la chapa de hierro en sus fachadas es el almacén naval de Sheerness, construido en 1858 por el ingeniero G.T. Greene. Tiene unos cerramientos sencillos en los que alternan cuatro niveles de bandas de vidrio con sus respectivos antepechos de planchas nervadas”. Cabe destacar que las primeras envolventes separadas de la estructura portante más tarde calificadas como “Curtain Wall” nacen en la construcción industrial y sin participación visible de arquitectos.

En Estados Unidos no se buscaba la creación de una nueva tipología de muro sino una imitación de la apariencia de las construcciones en piedra, como es el caso de la factoría de James Bogardus en Nueva York, de 1848, en donde consiguen sintetizar las líneas de unas fachadas ligeras de chapa y vidrio. Ejemplos de ello son el Reliance Building de Burnham y Root, rascacielo de 15 pisos construido en Chicago en 1895.

Vicente Patón [5] comenta, “El concepto de fachada ligera, como se puede ver, ya estaba creado al finalizar el siglo XIX, pero se asociaba exclusivamente con el vidrio,”... “Tienen que pasar varias décadas para que se clarifique la idea de la moderna construcción reticular, en la que se dispone un esqueleto estructural cerrado y compartimentado, con piezas superficiales que actúan como membranas y que pueden ser transparentes u opacas” A lo largo del siglo XX se crean nuevos productos químicos por la necesidad de cumplir las funciones de aislamiento térmico y acústico, que permite reducir gruesos de fachadas.

En 1922 Le Corbusier habla de su casa Citrohan, que fue realizada en la Weissenhof en 1927 mediante técnicas convencionales. En el mismo lugar Walter Gropius proyecta su casa con muros exteriores de fibrocemento de 6 cm de ancho rellenos de corcho prensado

Fuente: Revista Tectónica. Fachadas Ligeras. Envolventes (I) Figura 2-5. Reliance Building de Chicago. 1985.


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y enlazados por perfiles metálicos. En 1939 Le Corbusier presenta otro proyecto de casas en el que habla de “montaje en seco”, es decir, a base de elementos constructivos prefabricados que se montan sin necesidad de argamasa.

Ya en 1938 el constructor arquitecto Jean Prouvé levanta la Maison du People en Clichy con paneles concebidos como elementos monobloc de chapa plegada y soldada, unidos mediante juntas elásticas que se adaptan a las dilataciones. En ese mismo año plantea unas naves desmontables ligeras en las que emplea paneles de madera que después se comercializan como “Paneles Rosseau” y que se aplican en sus casas prefabricadas.

En 1956, idea Prouvé una casa para un programa de alojamiento social, naciendo de este modo la conocida Maison de l´Abbé Pierre. Esta casa usaba paneles con marco de madera endurecida, alma aislante de espuma plástica y paramentos de contrachapado baquelizado, similares a los empleados en las casas Dollander, Prouvé, Bosquet, Saint Dié, Sorcy y Beauvallon, que por las mismas fechas fueron construidas con paneles sándwich semiportantes de madera – metal, en los que la cara interior es de madera de okume y la exterior de chapa de aluminio estriada, alojándose entre ellas un relleno de 6 cm de poliéster expandido. Jean Prouvé detecta problemas que se centran en temas como juntas, puentes térmicos, plegado de chapa o ensamblaje de las piezas.

Richard Rogers proyectó en 1969 una casa para el concurso DuPont, formada por un caparazón de paneles autoportantes de espuma de PVC, similares en paredes y techo, redondeado los ángulos.

En Estados Unidos Richard Buckminster Fuller en 1929 inventa un prototipo de casa experimental Dymaxion, en el que emplea paneles huecos de doble vidrio, transparentes u opacos.


Figura 2-6. Casa Dymaxion.


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En 1931, Kocher y Frei levantan la Aluminaire House, en donde sus paredes no son estructurales y están formadas por unos perfiles de acero y madera a los que se adosan dos tableros aislantes, estando el exterior cubierto con papel embreado y chapa de aluminio ondulado. Cuatro años después, los mismos arquitectos construyen otra casa en Long Island, pero esta vez con tablas machihembradas de madera de secoya que se revisten interiormente de una membrana aislante de papel de aluminio y exteriormente con un lienzo de lona pintada.

En los Años 40 se desarrollan las casas de la United States Armco Steel Corporation, construidas con paneles nervados de acero galvanizado y prelacado, reforzados interiormente con perfiles del mismo material, y con el interior revestido con espuma de vidrio.

Cabe destacar lo que señala Vicente Patón [5] al respecto, “Un caso singular fue la casa de los diseñadores Charles y Ray Eames, levantada en Santa Mónica dentro del programa de casas experimentales patrocinado por la revista Arts and Architecture. Sus autores emplearon para los cerramientos paneles de contrachapado lacados, amianto-cemento y vidrio. Tras estos inicios y experiencias aisladas surgen las patentes y los paneles sándwich se generalizan”.

Sin embargo, a partir de 1940 la reglamentación y normativas aplicadas influyen en la evolución de las soluciones de doble hoja en los cerramientos, ya que dichas normas contemplaban el análisis del comportamiento higrotérmico de los cerramientos como niveles mínimos exigibles de calidad y la realización de los documentos gráficos precisos en el dimensionamiento del proyecto constructivo.

Estas soluciones van acompañadas por una sucesión de factores relacionados con la historia que permitieron el desarrollo hacia un modelo técnico estandarizable, del sistema de doble hoja en los cerramientos, es decir, el que se refiere a la diferenciación de capas de distintos materiales como solución compositiva moderna cada vez más adoptada por los modelos de aquella arquitectura contemporánea realizada aproximadamente hasta 1960.

En los años 70, en el norte de Europa, surge un amplio debate técnico por la nueva problemática inherente del consumo energético, haciendo una revisión del sector, en relación a esta tecnología. De todo ello surge en aquel período el sistema tecnológico de pared externa que contiene: una serie de capas funcionales atadas al edificio mediante una subestructura metálica y consistente en un aislamiento térmico adherida a la pared efectiva del edificio, y además de una cámara de ventilación después del paramento exterior de revestimiento.

En 1972, James Stirling proyecta el centro de Adiestramiento de Olivetti en Haslemere, construido con piezas prefabricadas de resina de poliéster reforzado con fibra de vidrio, éste es uno de los ejemplos más conocidos de edificios con cobertura de plástico.


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En 1974 Norman Foster construye el Sainsbury Arts Center para la Universidad de East Anglia, que se cierra mediante paneles modulares de aluminio estriado con junta drenante.

Fuente: Revista Tectónica. Fachadas Ligeras. Envolventes

Figura 2-9. Sainsbury Arts Center. Norwich.

En la actualidad el uso de cerramientos multicapa ligeros es cada vez más usado, por lo que poseen una serie de características que son favorables en la edificación; como es el caso de que tienen mejores prestaciones energéticas, crean las condiciones de confort requeridas por el Código Técnico de la Edificación, son muy ligeros y con la posibilidad de industrializarlos contribuyendo al acortamiento de los plazos de construcción. Con todo lo anteriormente expuesto se ayuda a contribuir con el ahorro energético y evitar el crecimiento de las emisiones de CO2 a la atmósfera.

Fuente: Revista Tectónica. Fachadas Ligeras

Figura 2-7. Casa en Santa Mónica. California. Fuente: Revista Tectónica. Fachadas Ligeras

Figura 2-8. Edificio para Olivetti. Haslemere.


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2.1.4. Fachada Multicapa Ligera

Las fachadas multicapas ligeras son una tecnología muy flexible y completa que permite al proyectista personalizar el estilo arquitectónico y así expresar de forma concreta su creatividad. Están siempre fijadas a la estructura resistente del edificio, y suelen contribuir a aumentar la resistencia propia de la estructura. No obstante, ha de estar diseñada para poder resistir por sí misma, las acciones que inciden sobre sus componentes, en particular la presión y sobre todo la succión producida por el viento, y posteriormente trasladar éstos empujes a la estructura general del edificio.

Se caracterizan principalmente por su poco espesor y/o por su poco peso, a la vez que están formados por una multiplicidad de capas especializadas, separadas o no por una cámara de aire, que en algunos casos puede estar trasdosada por un muro realizado con un material más pesado. La optimización de su eficacia energética está condicionada por las características climáticas exteriores.

Como comenta el Profesor Antonio Rolando [3], “Los nuevos materiales permiten reducir espesores, consiguiendo ligereza en sentido de peso. Su especialización funcional posibilita optimizar la disposición de componentes. Son versátiles, aíslan o comunican incluso con adaptación cambiante con las necesidades”

La utilización de estos sistemas ligeros con temperaturas exteriores inferiores a las de confort, se basa en la correcta utilización de todas las capas de los materiales que componen el cerramiento, en especial, los aislantes térmicos (baja conductividad térmica).

El cerramiento multicapa ligero, está compuesto principalmente de:

Hoja exterior o cara exterior del panel

Funciones: Entre las funciones principales que tiene la hoja exterior se encuentran:

1. Dibujar la imagen exterior del edificio. 2. Proteger de los agentes atmosféricos exteriores, ultravioletas, presión y succión del

viento,… 3. Cerrar la cámara ventilada formando una primera barrera de protección. 4. Elimina la radiación directa.

La cara exterior del panel supone una primera barrera entre las condiciones del exterior y el interior del edificio. Además de que no garantiza la estanqueidad pero, evidentemente, supone un primer obstáculo para la gota de agua, que puede penetrar la junta como gota directa o como gota empujada por las diferencias de presión.

Materiales: La hoja exterior, suele estar formada por piezas de tamaño discreto y de materiales diversos. El proyectista dispone de un amplísimo abanico de posibilidades para vestir al edificio, lo que resulta interesante a la hora de integrar en la fachada.


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A la hora de pensar en los materiales de la hoja exterior, se debe conciliar la ligereza y esta resistencia a los esfuerzos de empuje y succión del viento, llevando en algunos casos a la elección de productos compuestos.

Condiciones particulares: La hoja exterior debe poder moverse libremente cuando sea el caso. La frecuencia de juntas entre sus paramentos y las relaciones con la hoja interior debe diseñarse para permitir esos movimientos.

La Cámara

Características: La cámara existe en el caso de ser una fachada transventilada. Por lo que de entre la sucesión de hojas de materiales diversos con un alto grado de especialización que conforman las fachadas hoy en día, la hoja más importante no es de material constructivo alguno, sino el aire que llena la cámara.

Espesor, La cámara deberá tener una anchura suficiente como para agotar la energía cinética de la gota directa y llevar la trayectoria de la misma hasta una perfecta vertical.

El Código Técnico de la Edificación considera cámara ventilada aquella cuyo espesor este comprendido entre 3 y 10 cm y disponga de un área efectiva de ventilación mínima de 120 cm2 (0,012 m2) por cada 10 m2 de paño de fachada entre forjados, repartida al 50 % entre la parte superior y la inferior.

Sectorizaciones, Se recomienda sectorizar horizontalmente dentro de un único plano de fachada, además de realizar sectorizaciones verticalmente entre distintos planos. Estas sectorizaciones tienen un valor añadido que es la función de cortafuegos. Como comenta Pardal y Paricio [2],

“En caso de no haber dispuesto un material de aislamiento térmico ignífugo, un posible incendio que progrese del interior del edificio hasta la cámara se verá retenido en un sector sin avanzar por toda la cámara.”

Condiciones Generales, Los elementos que conectan la hoja exterior y la interior no deben ser puentes por los que el agua se mueva hacia el interior. Para ello, las fijaciones deben tener goterón o tener pendiente hacia afuera. Es básico que ese goterón quede en la cámara, y no oculto en el grueso del aislamiento térmico, ya que de ser así perdería su función.

Cristina Pardal e Ignacio Paricio [2], comentan que la cámara puede ser equipresurizada o no.

“G.K. Garden estableció en 1960 unos criterios de compartimentación. Según estos criterios, la distancia entre elementos separadores no debe superar los 6 m de ancho y alto en el centro del paño de fachada. Será menor, del orden del metro, cerca de las esquinas, rincones y albardillas por ser éstas las zonas donde se prevé que habrá más turbulencias. Para la compartimentación se usarán perfiles de metal o tiras de plásticos aislantes”


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Hoja interior

Funciones, El nuevo material ligero tendrá que asumir nuevas funciones, se señalan a continuación:

⋅ La hoja interior debe soportar las acciones transmitidas por la hoja exterior, el peso propio y el viento.

⋅ La estanqueidad del aire. Hay que recordar que la cámara de aire está sometida a cambios de presión provocados por el viento, con lo que cualquier perforación del tabique interior puede producir intercambios de aire con el espacio habitable.

⋅ La planeidad de la hoja exterior. ⋅ Soportar el aislamiento térmico. ⋅ Aportar inercia térmica. ⋅ Mejorar el aislamiento acústico. ⋅ Facilitar el paso de las instalaciones. ⋅ Proteger del fuego. ⋅ Mejorar la seguridad a la intrusión. ⋅ Contribuir a una tercera barrera al paso del agua previendo el fallo ocasional de las

anteriores.

Composición de los elementos de la hoja interior:

⋅ Montantes verticales, son los elementos verticales fijados a los anclajes. El uso actual de rastreles entre forjados es cada vez más frecuente, con lo que es más fácil asegurar la planeidad general del soporte de la hoja exterior. Esos rastreles tienen que ser

Fuente: La fachada Ventilada y Ligera Figura 2-10. Sección vertical de un tramo de fachada del Archivo Regional de Castilla-La Mancha, Toledo

Figura 2-11. Junta horizontal entre dos placas de Alucobond. El diseño dificulta la entrada de la gota directa pero no la de la impulsada por capilaridad, tensión superficial o diferencias de presión.

Figura 2-12. Cámara ventilada mostrando la subestructura que aloja en su interior. Proesga.


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capaces de aguantar la carga vertical de la hoja exterior y de transmitir a los forjados las acciones de viento y el sismo.

⋅ Travesaños horizontales, son los elementos dispuestos horizontalmente, que generalmente van anclados a los montantes, y dimensionados de tal forma que puedan aguantar la carga de los elementos de relleno que gravitan sobre ellos.

Fuente: La fachada Ventilada y Ligera

Figura 2-13. Bastidor de fachada de steel frame. Figura 2-14. Montantes de la hoja exterior

⋅ Lámina continua (hoja intermedia), debe conseguir la estanqueidad del aire, por lo general esta lámina la conforma en la mayoría de los casos el aislamiento. Los materiales que se utilizan habitualmente son aislamientos vegetales y aislantes minerales (lana de vidrio, poliuretano expandido, poliestireno expandido,…)

⋅ Lámina interior, está formada por subestructuras ligeras para el soporte de los paneles, dentro de estas subestructuras se colocan aislamientos y el paso de instalaciones. Además se pueden disponer de paneles tipo sándwich como único elemento más el acabado interior. Existen diferentes composiciones de paneles interiores, por lo que esta hoja es muy variable.

⋅ Elementos de fijación, la misión de los elementos de fijación es inmovilizar y unir los elementos resistentes de la estructura del edificio. Se distinguen dos tipos de uniones:

o Anclajes, los anclajes son los elementos que conectan la fachada ligera con la estructura portante del edificio, y a través de los cuales, se transmitirán las cargas debidas principalmente a la acción del viento; es por ello que han de dimensionarse adecuadamente para responder a estas solicitaciones.

o Uniones (mechas), las uniones pueden ser fijas o deslizantes. Las uniones fijas se utilizan para anclar los travesaños a los montantes Las uniones deslizantes tienen su aplicación en las juntas de dilatación. En las fachadas panel, se utiliza un anclaje fijo o deslizante en el forjado superior e inferior, combinándolos alternativamente, es decir, si se coloca fijo en el forjado superior, debe ser deslizante en el inferior o viceversa.


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2.2. LA TRANSMISIÓN DE CALOR EN LOS CERRAMIENTOS

2.2.1. Fundamentos de transmisión de calor

La física nos enseña que entre dos cuerpos a diferente temperatura se produce un flujo de energía desde el más caliente hacia el más frío, a través de mecanismos de transferencia energética. Como explica J.P. Holman [6], la transferencia de calor trata,

“De predecir el intercambio de energía que puede tener lugar entre cuerpos materiales, como resultado de una diferencia de temperatura. La termodinámica enseña que esta transferencia de energía se define como calor. La ciencia de la transferencia de calor pretende no sólo explicar cómo la energía térmica puede ser transferida, sino también predecir la rapidez con la que, bajo ciertas condiciones específicas, tendrá lugar esa transferencia”

En invierno el calor se transmite hacia el exterior y por lo tanto hay que compensarlo con calefacción para evitar una disminución de la temperatura ambiente. En verano el calor se transmite hacia el interior y hay que eliminarlo por medio de refrigeración con el consecuente consumo de energía.

Los procesos de transmisión del calor que intervienen en este fenómeno se pueden dar conjuntamente o individualmente. Estas tres formas de transmitir el calor se conocen como conducción, convección y radiación.

Desde el punto de vista térmico, el diseño constructivo de los cerramientos debe permitir el control de la temperatura del ambiente interior, incorporando para ello soluciones que consideren los mecanismos de transmisión de calor mencionados anteriormente.

6 Holman, J.P. (1998) Transferencia de Calor. McGRAW-HILL/Interamericana de España, S.A.U. Madrid.

Fuente: Imagen del Manual del Calor

Figura 2-15. Mecanismos de transmisión de calor


33 | Pág ina

Las dos situaciones típicas en transmisión de calor son en condiciones estacionarias y transitorias. En el Manual Nivel 1 del Curso de Termografía impartido en el Infrared Training Center [7] , describen lo siguiente: “Cuando hay condiciones estables, sin cambios de temperatura y con un flujo de calor constante se habla de “estado estacionario”. Esto significa que las potencias de calentamiento y de enfriamiento son iguales (lo que entra es igual a lo que sale). Un proceso transitorio es aquel en el que tienen lugar tanto cambios de temperatura como de flujo de calor. Si la potencia de calentamiento es mayor que la de enfriamiento, el cuerpo se calentará – su temperatura se incrementará. Si la potencia calorífica se anula, el cuerpo comenzará a enfriarse hasta alcanzar de nuevo la temperatura ambiente.”

Se puede suponer condiciones estacionarias para un instante concreto, ó durante un periodo de tiempo promedio. Pero se debe tener bien claro que en cualquier caso se trata de una aproximación, en muchos casos perfectamente razonable.

A continuación se explican cada uno de estos procesos de transmisión de calor:

Conducción: El Profesor Javier Neila [8] explica este mecanismo, comentando lo siguiente, “La Conducción es el método de transmisión de energía térmica interna en los cuerpos puestos en contacto. El calor transmitido por conducción se dirige de las moléculas con energía más elevada, las que se encuentran a mayor temperatura, a las

7 Infrared Trainig Center. (1998). Manual Nivel I Curso de Termografía. Valencia. 8 Neila, F. Javier. (2004). Arquitectura Bioclimática en un entorno sostenible. Editorial Munilla-Lería. Madrid.

Fuente: Infrared Training Center

Figura 2-16. Variación de temperatura de un equipo controlado con un termostato. Cuando el equipo se conecta, se produce un calentamiento hasta que el termostato comienza a controlar la potencia de calentamiento para mantener la temperatura estable, lo que se consigue de forma adecuada entre las dos líneas verticales de puntos. Al final el equipo se desconecta con lo que comienza el proceso de enfriamiento natural.

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que tienen menor temperatura. Se produce mediante el intercambio de energía cinética entre moléculas contiguas. Por tanto, es necesario que para que se produzca la conducción exista continuidad física en la materia, ya sea mediante el contacto de dos cuerpos distintos, o a través de un mismo cuerpo, cuando los extremos se encuentran a distintas temperaturas”…”La ley que regula la transmisión de calor por conducción en un medio sólido isótropo es la ley de Fourier.”

Por lo tanto, la fórmula en el caso de transferencia unidimensional de calor es:

. .

En donde, Q es el Flujo de Calor o transferencia de calor por unidad de área (W/m2), k (W/m.K) es la conductividad térmica, A (m2) es el área de la muestra, dT es la diferencia de temperaturas y dx (m) es el espesor del material.

Convección, El Profesor Javier Neila [8] explica este mecanismo, diciendo lo siguiente:

La Convección, “se define como el mecanismo de transmisión de calor que tiene lugar en un fluido en movimiento, provocado por los movimientos de la masa del mismo. La transferencia de calor que se produce en el interior de ese fluido sigue siendo un proceso de conducción, al ponerse en contacto moléculas del fluido entre sí, pero la energía se transporta de un lado a otro por el desplazamiento de la materia”. …”Todo ello se puede unificar en una única ley que se denomina de Newton o ley de enfriamiento de Newton…”

En aplicaciones de ingeniería para simplificar los cálculos de transferencia de calor, se emplea la siguiente fórmula:

q = hc.∆T.A

En donde, q es el flujo de calor por convección (W/m2), hc (W/m2K) es el coeficiente de transferencia de calor por convección, ∆T es la diferencias de temperaturas (Ts-T∞) entre la de la superficie y el fluido y A (m2) es el área de la superficie a través de la que tiene lugar la transferencia de calor.

Radiación: El Profesor Javier Neila [8] explica este mecanismo, diciendo lo siguiente:

“La Radiación es una emisión de energía en forma de ondas electromagnéticas que se manifiesta en cualquier cuerpo por el simple hecho de encontrarse a una cierta temperatura. Se aprecia la radiación al colocar un cuerpo frente a los rayos solares o frente a una superficie muy caliente. La cantidad de calor que emite un cuerpo por radiación se evalúa por la ley de Stefan-Boltzmann.”

Por lo tanto, el flujo de calor emitido por una superficie real o cuerpo gris está dado por:

E = ε.σ.T4


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En donde, E es la radiación térmica o flujo energético por radiación emitida por unidad de área (W/m2), ε es la emisividad, σ es la constante de Stefan-Boltzmann (σ = 5.67 x 10-8 W/m2.K4) y T (K) la temperatura absoluta de la superficie.

En la práctica la ley de Stefan-Boltzmann resulta complicada de aplicar. Sin embargo, para situaciones constructivas convencionales, en las cuales la diferencia de temperaturas entre los cuerpos que intercambian calor no es muy elevada, la potencia intercambiada por radiación es:

qrad = hr.A.∆T

En donde, qrad es el intercambio neto de calor por radiación (W/m2), hr (W/m2ºK) es el coeficiente de transferencia de calor por radiación, ∆T es la diferencias de temperaturas y A (m2) es el área.

2.2.2. Confort Térmico

La calidad térmica interior de los edificios, están fijados por el Reglamento de las Instalaciones Térmicas en los Edificios – RITE, establecidos en el Real Decreto 1027/2007 según BOE 207 con fecha de 28 de agosto de 2007. En donde, definen que “las instalaciones térmicas permitirán mantener los parámetros que definen el ambiente térmico dentro de un intervalo de valores determinados con el fin de mantener unas condiciones ambientales confortables para los usuarios de los edificios” [9].

Por lo tanto, el RITE en la Parte II - Instrucciones Técnicas, de caracterización y cuantificación de la exigencia de bienestar e higiene, establece las condiciones interiores de diseño, en los que designa los valores de la temperatura operativa y la humedad relativa, para las estaciones de verano e invierno. A continuación la tabla 1.4.1.1 del RITE:

Estación Temperatura Operativa ºC Humedad Relativa % Verano 23…25 40…60 Invierno 20…23 40…60

Fuente: RITE Tabla 2-1. Tabla 1.4.1.1 RITE. Condiciones interiores de diseño

Estos valores son fijados en base a la actividad metabólica de las personas, su grado de vestimenta y el porcentaje estimado de insatisfechos (PPD). Siendo, los datos de la tabla para personas con actividad metabólica sedentaria de 1,2 met, con grado de vestimenta de 0,5 clo en verano y 1 clo en invierno y un PPD entre el 10 y el 15 %.

Según el Prof. Neila [8], comenta que “las temperaturas operativas propuestas en la tabla del RITE para condiciones de verano corresponden a una temperatura seca del ambiente comprendida entre 22 y 24 ºC, y las de invierno a una temperatura seca del ambiente entre

9 Ministerio de la Presidencia. RITE. Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios. Real Decreto 1027/2007. BOE 207 29 Agosto 2001. Artículo 11.


36 | P á g i n a

21 y 24 ºC, en ambos casos para un tipo de edificación convencional, aislada y con un porcentaje de acristalamiento no muy elevado”.

La sensación térmica varía de acuerdo a una serie de parámetros de diversos tipos, los cuales se pueden clasificar de la siguiente manera: ⋅ Parámetros físicos como la temperatura del aire, la humedad, la velocidad del aire y el

entorno radiante. ⋅ Parámetros circunstanciales como la actividad, la vestimenta y el tiempo de

permanencia en el ambiente. ⋅ Parámetros fisiológicos como la edad, el sexo y otras características de las personas. ⋅ Parámetros psicológicos y sociológicos como las expectativas, la condición social y la

nacionalidad. La variación de cada parámetro afecta la manera como se percibe el ambiente, por lo que la posibilidad de lograr confort depende de ellos. Sin embargo, para señalar las zonas de bienestar de mayor o menor amplitud, se han desarrollado los diagramas psicométricos, a continuación se muestra el diagrama de ASHRAE.

Fuente: ASHRAE Fundamentals. 2009

Figura 2-17. Líneas de igual temperatura efectiva estándar y zonas de confort para invierno y verano

Por otro lado existen los climogramas de bienestar y comenta el Prof. Neila [8] que “uno de los diagramas de bienestar que merece ser destacado de entre los existentes es el realizado por los hermanos Olgyay. La zona de confort que aparece en este diagrama se forma delimitándola básicamente por dos humedades relativas, una próxima al 20% (mínimo) y otra al 80% (máximo), y por dos temperaturas. La temperatura máxima y mínima de la zona se obtiene sumando y restando aproximadamente 2,78ºC a la temperatura máxima de las medias mensuales de la localidad para la cual se está realizando el gráfico… El diagrama

Capítulo 2

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Los elementos con inercia térmica se consideran de captación solar indirecta. Presentan la ventaja que hacen de amortiguador del calor de la radiación directa, almacenando la energía, evitando sobrecalentamientos, para liberarla hacia el interior cuando la temperatura ambiental sea baja. Tienen que estar diseñados para que en verano sirva como elemento ventilador o que tenga protecciones solares para evitar la captación de calor. Hay dos sistemas principales: muros de acumulación de calor (muros inercia, muros trombe, camas de guijarros) y las cubiertas de agua.

Como comenta el Profesor Neila [8], “El modo bioclimático de acumulación de energía óptimo es la utilización de la propia masa del edificio, optimizando por tanto las inversiones constructivas. La masa térmica del edificio será, por tanto, el destino de la acumulación, y la inercia térmica, su consecuencia”

La masa térmica o capacidad de almacenaje de calor de los elementos constructivos de un edificio afectan su comportamiento térmico dinámico.

Las variaciones diurnas de la temperatura exterior (línea verde) producen flujos de calor hacia el interior del edificio durante el día, quedando parte del calor almacenado en el material. Durante la noche, el flujo de calor se invierte, del edificio hacia el exterior.

http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/euleb/es/glossary/index6.html

Figura 2-19. Diagrama de influencia de masa térmica en los flujos de calor periódicos.


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Como resultado las variaciones diarias de la temperatura interior varían entre el caso de baja masa térmica (línea azul) y el de alta inercia térmica (línea roja). Al crecer la masa térmica aumenta el retardo y disminuye la oscilación interior en relación con la exterior.

De esta forma se puede decir, que la inercia o masa térmica contribuye a incrementar el confort interior y a reducir valores punta en los sistemas técnicos de acondicionamiento artificial.

2.2.3. Marco normativo

En España las normativas de obligado cumplimiento son:

El Código Técnico de la Edificación, Documento Básico “Ahorro de Energía”, el objetivo primordial consiste en conseguir un uso racional de la energía necesaria para la utilización de los edificios, reduciendo a límites sostenibles su consumo y conseguir asimismo que una parte de este consumo proceda de fuentes de energía renovable, como consecuencia de las características de su proyecto, construcción, uso y mantenimiento.

Real Decreto 47/2007, por el que se aprueba el procedimiento básico para la Certificación de Eficiencia Energética de Edificios. Este certificado deberá incluir información objetiva sobre las características energéticas de los edificios de forma que se pueda valorar y comparar su eficiencia energética, con el fin de favorecer la promoción de edificios de alta eficiencia energética y las inversiones en ahorro de energía.

Real Decreto 1027/2007, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE), en donde se establecen entre otras cosas las exigencias de bienestar e higiene que deben tener los edificios.

La metodología de calificación de eficiencia energética de un edificio se puede realizar mediante una de las dos opciones siguientes:

⋅ La opción simplificada de carácter prescriptivo. ⋅ La opción general de carácter prestacional a través de un programa informático de

referencia, denominado CALENER o bien mediante un programa informático alternativo.

Por otro lado, Mike Barker [10] señala algunos objetivos y planes nacionales de España:

⋅ La “Estrategia De Ahorro y Eficiencia Energética en España 2004 – 2012” marca objetivos concretos para el sector de la construcción en su “escenario eficiente”.

⋅ El Plan de Energía Renovables (PER) 2005 – 2010, prevé un consumo de estas fuentes superior a veinte millones de toneladas equivalentes de petróleo (tep) en el año 2010, revisando así al alza en un 22 % los objetivos del Plan de Fomento de las Energías Renovables aprobado en 1999, al que sustituye.

⋅ Hay un plan nacional de asignación de derechos de emisiones de CO2 que, aunque no afecta directamente al sector de la construcción, afecta a las grandes industrias como

10 Barker, Mike. (2005) El ahorro energético, CO2 y el desarrollo sostenible. Hacia una arquitectura sostenible. ICARO CTAV Colegio Territorial de Arquitectos de Valencia. España.


40 | P á g i n a

las cementeras y la industria eléctrica, lo cual será otro estímulo para mejorar el rendimiento de los edificios.

⋅ Existen iniciativas relevantes como la certificación energética de edificios, programas CEV para edificios residenciales y CALETAR para otros tipos de edificios relacionados con la implementación de directivas europeas.

⋅ El nuevo código técnico de la edificación aumenta y/o establece estándares en términos de demanda energética, rendimiento de las instalaciones térmicas, eficiencia energética de las instalaciones eléctricas y el uso de la energía solar para calentar agua y generar electricidad en edificios.

2.3. LA TRANSMISIÓN DEL SONIDO EN CERRAMIENTOS

2.3.1. Fundamentos de la transmisión del sonido

Los problemas que causan el ruido en los edificios son principalmente molestias, trastornos en el sueño, disminución del rendimiento, interferencias en la conversación y en la escucha de la televisión y la radio. Estos problemas están derivados fundamentalmente de niveles altos de ruido de fondo.

El nivel de ruido en un recinto es la suma del ruido producido por las diversas fuentes de ruido, que pueden ser exteriores o interiores a la edificación.

Los ruidos que aparecen en la edificación provienen de focos emisores con origen diverso:

⋅ Ruido exterior: Procedente del tráfico rodado, trenes, aviones, actividades comerciales o industriales,…

⋅ Ruido interior procedente de instalaciones: ascensores, equipos de climatización, red de fontanería, red de conductos de aire,…

⋅ Ruido procedente de cualquier actividad de los vecinos: conversaciones, televisión, electrodomésticos,…

⋅ Ruido de impactos: caída de objetos al suelo, pisadas,...

En la siguiente figura 2-20 se pueden observar los distintos tipos de ruidos que se pueden producir en una edificación, desde las instalaciones a ruidos provocados por los propios usuarios.

Capítulo 2

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Aislamiento a Ruido Aéreo

Según Carlos de la Colina y Antonio Moreno [12], definen “el aislamiento acústico específico de un elemento a su capacidad para reducir la intensidad acústica del ruido al interponerle en su propagación. Se mide por la diferencia entre los niveles de intensidad acústica incidente y transmitida a través del elemento constructivo.”

De modo similar el aislamiento acústico entre recintos corresponde a la disminución de la intensidad del ruido al pasar del recinto emisor al receptor.

En la norma UNE-EN ISO 140-3:1995 [13], el aislamiento acústico normalizado a ruido aéreo R, viene dado por la siguiente fórmula:

R = Le – Lr + 10log (S/A) (dB)

Siendo, Le, nivel de presión sonora en la cámara emisora (dB). Lr, nivel de presión sonora en la cámara receptora (dB). S, superficie del material ensayado (m2). A, área de absorción acústica equivalente de la cámara receptora (m2).

12 De la Colina Tejeda, Carlos y Moreno Arranz, Antonio. (1997). Acústica de la Edificación. Fundación Escuela de la Edificación. Madrid.ISBN: 84-86957-71-0. Pág. 100. 13 UNE-EN ISO 140-3:1995. “Acústica. Medición del aislamiento acústico en los edificios y de los elementos de construcción. Parte 3: Medición en laboratorio de aislamiento acústico al ruido aéreo de elementos de fachada y de fachadas”. (1995). Pág. 7.

Fuente: Guía de Aislamiento Acústico

Figura 2-21. Niveles de presión sonora típicos para diferentes fuentes sonoras


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En el libro Steel Framing: Arquitectura [14] explican que “El concepto de la ley de masa no es aplicable a las construcciones con Steel Framing (SF). Los principios de aislamiento termoacústico en SF están basados en los conceptos más actuales de aislamiento multicapa, que consiste en combinar placas livianas de cerramiento separadas entre sí, formando un espacio llenado con material aislante (lana mineral). Es posible optar entre diversas combinaciones para aumentar el desempeño del sistema, a través de la colocación de más capas de placas o aumentando el espesor de la lana mineral.”

Además comentan que “El aislamiento de paneles en Light Steel Frame sigue el principio masa-resorte -masa, en que en lugar de una pared de masa m, se usan capas separadas de masa, en que el espacio entre ellas es llenado con un elemento absorbente, cuyo objetivo es reducir la transmisión de sonido entre las capas de masa.” [14]

Intensimetría Sonora

En la Guía Acústica de la Construcción [15], definen la Intensidad Sonora como “Energía que fluye en la unidad de tiempo a través de una superficie situada perpendicularmente a la dirección de propagación de las ondas sonoras; es decir, potencia acústica radiada por unidad de superficie. Depende de la distancia de la fuente y de las condiciones del lugar donde ésta se encuentre (en campo abierto, sin obstáculos o en un recinto cerrado). La intensidad sonora se expresa en W/m2”.

La intensidad sonora también aporta una medida de dirección, como existirá energía fluyendo en algunas direcciones por no en otras. Por tanto, la intensidad sonora es una magnitud vectorial.

Según los fundamentos teóricos y errores expresados en la tesis doctoral de María Machimbarrena [16], la fórmula para el cálculo de la intensidad acústica es:

I = E S . t

Siendo, E, energía acústica neta que atraviesa la superficie. S, superficie elemental perpendicular a la dirección del flujo de energía. t, intervalo de tiempo en el cual la energía acústica atraviesa la superficie.

2.4. Confort Acústico

Los objetivos de calidad acústica interior, están fijados por la Ley del Ruido, en concreto por el reglamento Real Decreto 1367/200713. 14 Sarmanho Freitas, Arlene y Moraes de Crasto, Renata. (2007). Steel Framing: Arquitectura. Instituto Latinoamericano del Fierro y el Acero – ILAFA. ISBN: 978-956-8181-02-4. Santiago de Chile. Pág. 87 y 89 15 Rodriguez Francisco, De la Puente Javier y Díaz Sanchidrián César. (2008). Guía acústica de la construcción. Cie Inversiones Editoriales Dossat 2000, S.L. Madrid. Pág. 325. 16 Machimbarrena, María. “Estudio comparativo del aislamiento sonoro por los métodos de presión y de intensidad”. Tesis Doctoral. Universidad de Valladolid, 2002. Pág. 47.


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En el Subproyecto 1 del Proyecto BALI “Building Acoustic for Living” [17] se explica lo siguiente: “En el artículo 17 del Real Decreto se especifica el cumplimiento de los objetivos de calidad acústica aplicables al espacio interior:

“Artículo 17. Cumplimiento de los objetivos de calidad acústica aplicables al espacio interior.

1) Se considerará que se respetan los objetivos de calidad acústica establecidos en el artículo 16, cuando:

a) Para cada uno de los índices de inmisión de ruido, Ld, Le, o Ln, los valores evaluados conforme a los procedimientos establecidos en el anexo IV, cumplen, para el periodo de un año, que:

i) Ningún valor supera los valores fijados en la correspondiente tabla B, del anexo II.

ii) El 97 % de todos los valores diarios no superan en 3 dB los valores fijados en la correspondiente tabla B, del anexo II.

b) Los valores del índice de vibraciones Law, evaluados conforme a los procedimientos establecidos en el anexo IV, cumplen lo siguiente:

i) Vibraciones estacionarias:

Ningún valor del índice supera los valores fijados en la tabla C, del anexo II.

ii) Vibraciones transitorias.

1.º Se consideran los dos periodos temporales de evaluación siguientes: periodo día, comprendido entre las 07:00-23:00 horas y periodo noche, comprendido entre las 23:00-07:00 horas.

2.º En el periodo nocturno no se permite ningún exceso.

3.º En ningún caso se permiten excesos superiores a 5 dB.

4.º El conjunto de superaciones no debe ser mayor de 9. A estos efectos cada evento cuyo exceso no supere los 3 dB será contabilizado como 1 y si los supera como 3.

2) Se considerará que, una edificación es conforme con las exigencias acústicas derivadas de la aplicación de objetivos de calidad acústica al espacio interior de las edificaciones, a que se refiere el artículo 20, y la disposición adicional quinta de la Ley 37/2003, de 17 de noviembre, cuando al aplicar el sistema de verificación acústica de las edificaciones, establecido conforme a la disposición adicional cuarta de dicha Ley, se cumplan las exigencias acústicas básicas impuestas por el Código Técnico de la Edificación, aprobado mediante Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo.”

Independientemente de los objetivos de calidad acústica, el aislamiento acústico de los edificios está regulado por el Documento Básico DB HR Protección frente al ruido. El DB HR no contiene objetivos de calidad interiores, sin embargo, sí que define los valores de 17 Ministerio de Ciencia e Innovación. Proyecto BALI. Subproyecto 1. Viabilidad. 2009. Pág. 83


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aislamiento acústico de los edificios, que están muy relacionados con los niveles de ruido interior. Es decir, al fijar un determinado valor de aislamiento acústico, se está fijando implícitamente un nivel de ruido interior. Por ejemplo: Las exigencias de aislamiento acústico entre un recinto y el exterior, se han fijado en función de los niveles de ruido ambiental existentes, de tal forma que a cada nivel de ruido exterior, le corresponde un valor de aislamiento determinado.

En este sentido, es necesario recordar que las exigencias de aislamiento acústico del DB HR se aplican a edificios con los siguientes usos:

⋅ Residencial: Público o privado ⋅ Sanitario: Hospitalario o centros de asistencia ambulatoria ⋅ Docente ⋅ Administrativo

Por lo tanto, el DB HR [18], establece “El aislamiento acústico a ruido aéreo, D2m,nT,Atr, entre un recinto protegido y el exterior no será menor que los valores indicados en la tabla 2.1, en función del uso del edificio y de los valores del índice de ruido día, Ld, definido en el Anexo I del Real Decreto 1513/2005, de 16 de diciembre, de la zona donde se ubica el edificio”.

Ld dBA

Uso del edificio

Residencial y hospitalario Cultural, sanitario (1), docente y administrativo

Dormitorios Estancias Estancias Aulas

Ld ≤ 60 30 30 30 30

60 < Ld ≤ 65 32 30 32 30

65 < Ld ≤ 70 37 32 37 32

70 < Ld ≤ 75 42 37 42 37

Ld ≥ 75 47 42 47 42 (1) En edificios de uso no hospitalario, es decir, edificios de asistencia sanitaria de carácter ambulatorio, como despachos médicos,

consultas, áreas destinadas al diagnóstico y tratamiento, etc. Fuente: CTE_DB HR

Tabla 2-2. Tabla 2.1 del CTE DBHR. Exigencias de aislamiento acústico en fachada

Además de tener en cuenta la reglamentación relativa a los requisitos de aislamiento acústico, es necesario tener en cuenta los estudios sobre percepción del ruido y molestias derivadas de este.

Una exposición constante al ruido puede provocar problemas de audición (incluida la sordera), sueño, estrés relacionado con el trabajo, un mayor riesgo de accidentes laborales derivados de la falta de atención, irritabilidad, efectos somáticos como dolores de cabeza, problemas de rendimiento en el trabajo, entre otros.

18 Ministerio de Vivienda. Código Técnico de la Edificación. Documento Básico HR Protección frente al ruido. (2009). Pág. HR-2.


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Según el informe del Proyecto BALI [17] “España es el segundo país más ruidoso del mundo, después de Japón. Según datos de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico- OCDE, 9 millones de españoles están sometidos a un nivel superior a los 65 dB(A), y según la Mutua de Accidentes de Trabajo y Enfermedades Profesionales- FREMAP, en España existen cuatro millones de personas que trabajan en entornos con unos niveles de ruido superiores a los 85 decibelios. El ruido provocado por el tráfico y el provocado por las obras del vecindario son los que más molestan a los españoles.”

“En Europa, aproximadamente el 65% de la población está expuesta a niveles elevados de contaminación acústica de más de 55 dB LAeq y unos 10 millones de personas sufren niveles inaceptables de contaminación acústica superior a 75 dB LAeq.”

En la siguiente tabla extraída del Libro Blanco sobre el ruido ambiental y su percepción por la ciudadanía [19], se relacionan los diferentes niveles de ruido con los efectos que éstos producen en los organismos sometidos a ellos.

Niveles de ruido y sus efectos en la salud

Decibelios Fuentes emisoras de ruido Efectos en el organismo

0 - 30 Pájaros trinando, biblioteca, rumor de

hojas de árboles No hay

30 - 55 Interior de una casa, ordenador personal, conversación normal

Reacciones psíquicas, dificultad en conciliar el sueño, pérdida de calidad del sueño

55 – 75 Lluvia, interior de un restaurante, ronquidos, aspirador, televisor con

volumen alto, camión

Dificultad en la comunicación verbal, probable interrupción del sueño,

comunicación verbal difícil

75 – 100 Interior de discotecas, motocicletas sin silenciador, vivienda próxima al

aeropuerto, claxon de autobús

Influencias de orden fisiológico en el sistema neurovegetativo, aumento de las reacciones

psíquicas y vegetativas, peligro de lesión auditiva

100 – 130 Taladradoras, avión sobrevolando

edificio Lesiones en células nerviosas, dolor y

trastornos graves

140 Avión despegando a 20 metros Umbral del dolor

Fuente: Libro Blanco

Tabla 2-3. Niveles de Ruido y sus Efectos en la Salud

No obstante, la Organización Mundial de la Salud, tiene los siguientes Criterios sobre Ruido [20] de valores límites recomendados. Las cifras representan los valores máximos a menos que se indique lo contrario. Más abajo se explican las abreviaturas.

19 Libro Blanco sobre el ruido ambiental y su percepción por la ciudadanía. Abril 2008. Publicado por COITT. Pág.12. 20 http://www.fceia.unr.edu.ar/acustica/biblio/omscrit.htm


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Límite Efecto a evitar o situación en la que se aplica

100 - 130 dBA Incomodidad auditiva

130 - 140 dBA Riesgo de daño físico (por ejemplo, perforación del tímpano)

130 dBA Dolor agudo

70 dBA Leq24 Daño auditivo despreciable

30 dBA Leq Excelente inteligibilidad

45 dBA Leq Inteligibilidad completa

40 - 55 dBA Leq Inteligibilidad razonablemente buena

Trev < 0.6 s Adecuada inteligibilidad

Trev = 0.25 - 0.5 s Inteligibilidad adecuada para los hipoacúsicos

S/N > 0 dB Comprensión de la palabra

S/N > 10 dB - 15 dB Comprensión de la palabra extranjera, escuela, teléfono, mensajes complejos

100 dBA Leq4 Conciertos

90 dBA Leq4 Discotecas

140 dB peak Sonidos Impulsivos

ASPL < 80 dBA Juguetes, en el oído del niño

CSPL < 130 dBC Juguetes, en el oído del niño

30 dBA Leq Ruido interior

40 - 45 dBA Lmax (fast) Eventos ruidosos aislados al dormir

45 dBA Leq Ruido externo al dormir (ventanas abiertas, reducción de 15 dB)

35 dBA Leq Salas de hospital

45 dBA Lmax (fast) Eventos ruidosos aislados, salas de hospital

50 - 55 dBA Leq Exteriores de día

40 - 50 dBA Leq Exteriores de noche

Trev = 1 s Buffet de escuela

55 dBA Leq Patios de escuela

Si LeqC - LeqA > 10 dBA y LeqA < 60 dBA Sumar 5 dBA a LeqA

Si LeqC - LeqA > 10 dBA y LeqA > 60 dBA Sumar 3 dBA a LeqA

Tabla 2-4. Valores límites recomendados por la OMS

Abreviaturas:

Leq: Nivel equivalente durante la medición Leq24: Nivel equivalente durante 24 horas Leq4: Nivel equivalente durante 4 horas LeqA: Nivel equivalente con compensación de frecuencia A LeqC: Nivel equivalente con compensación de frecuencia C Lmax: Máximo nivel con una dada respuesta (rápida, lenta o impulsiva) Peak: Máximo nivel instantáneo


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fast: Respuesta con una constante de tiempo de .125 s slow: Respuesta con una constante de tiempo de 1 s SPL: Nivel de presión sonora dBA: Decibel compensación A dBC: Decibel compensación C S/N: Relación señal / ruido, en general en dB Trev: Tiempo de reverberación (tiempo que demora el sonido en extinguirse al cesar la fuente)

2.5. Marco Normativo

En España, el marco normativo que hay que cumplir es el Código Técnico de la Edificación “Protección frente al ruido” CTE DB-HR, cuyo objetivo básico consiste en limitar, dentro de los edificios y en condiciones normales de utilización, el riesgo de molestias o enfermedades que el ruido pueda producir a los usuarios como consecuencia de las características de su proyecto, construcción, uso y mantenimiento.

Ley del ruido, tiene como objetivo “establecer las normas necesarias para el desarrollo y ejecución de la Ley 37/ 2003, de 17 de noviembre, del Ruido en lo referente a zonificación acústica, objetivos de calidad y emisiones acústicas”. [21]

21 Ministerio de la Presidencia. Real Decreto 1367/2007, por el que se desarrolla la Ley 37/2003 del Ruido. Octubre 2007.

Capítulo 3 Caracterización del Comportamiento Térmico de Fachadas Multicapas Ligeras

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03. CARACTERIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO TÉRMICO DE FACHADAS MULTICAPAS LIGERAS

En este capítulo se realiza una síntesis del trabajo de investigación sobre Fachadas Multicapas Ligeras, en la cual se seleccionaron 20 prototipos de casas solares que participaron en el concurso Solar Decathlon 2007 en Estados Unidos, y al mismo tiempo se elige un cerramiento tradicional empleado en España que sirve de referencia para realizar las distintas comparativas.

Una vez seleccionadas las muestras se realizan dos análisis, uno empleando imágenes infrarrojas y otro empleando el programa de simulación AnTherm para calcular la transmitancia térmica de todos los cerramientos, de los cuales se obtienen resultados y se realiza el análisis comparativo. Por último, se llegan a unas conclusiones preliminares que sirvieron de base para diseñar las propuestas de cerramientos que se van a evaluar en esta tesis doctoral.


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3. CARACTERIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO TÉRMICO DE FACHADAS MULTICA PAS LIGERAS

Este capítulo se desarrolla con la información generada para el trabajo de investigación que se presentó para obtener el Diploma de Estudios Avanzados.

3.1. SELECCIÓN DE LA MUESTRA

El estudio parte del Concurso Solar Decathlon 2007 organizado por el Departamento de Energía de Estados Unidos en Washington, en el que participan 20 universidades de todo el mundo. En esta edición participaron dos universidades europeas: la Universidad de Darmstadt y la Universidad Politécnica de Madrid, además de 18 universidades americanas: Canadá, Puerto Rico y Estados Unidos.

El concurso consiste en diseñar y construir un prototipo autosuficiente energéticamente y dotado de todas las tecnologías que permitan la máxima eficiencia energética.

La fase final consistió en construirlo en el National Mall de Washington D.C., donde se ubica la denominada “Ciudad Solar”, y donde se expusieron y compitieron los 20 prototipos seleccionados, sometiéndose a 10 pruebas que son objeto de concurso (Decathlon). Estas pruebas son: 1. Arquitectura, 2. Ingeniería, 3. Capacidad Comercial, 4.Comunicación, 5. Confort, 6 Funcionamiento Electrodomésticos, 7. Agua Caliente, 8. Iluminación, 9. Balance Energético, 10. Movilidad (Coche Eléctrico). En este caso nos centraremos en la prueba de Confort, que consiste en mantener la casa en unos rangos de Temperatura entre 22,2 y 24,4 ºC y la Humedad relativa entre 40 y 55%.

Fuente: http://www.solardecathlon.org/2007/daily_photos.html

Figura 3-1. Villa Solar


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Partiendo de lo anteriormente visto sobre el concurso Solar Decathlon, a continuación se presentan las 20 casas solares que servirán de muestra para el estudio de fachadas multicapas ligeras: Carnegie Mellon University, Technische Universität Darmstadt, Cornell University, Texas A&M University, Georgia Institute of Technology, Kansas Project Solar House (Kansas State and University of Kansas), Universidad de Puerto Rico, Lawrence Technological University, University of Colorado at Boulder, Massachusetts Institute of Technology, University of Cincinnati, New York Institute of Technology, University of Illinois at Urbana – Champaign, Penn State, University of Maryland, Santa Clara University, University of Missouri – Rolla, Team Montreal (École de Technologie Supérieure, Université de Montréal, McGill University), University Texas at Austin y Universidad Politécnica de Madrid.

Fuente: http://www.solardecathlon.org/2007/daily_photos.html Figura 3-2. 20 prototipos que participaron en el Solar Decathlon 2007

Se ha desarrollado un modelo de ficha en la que se encuentra la información referente a cada una de las casas solares, como el plano de planta, sección longitudinal y transversal, además de render e imagen visual.

En el ANEXO 01 se puede ver el resto de las fichas con la información de cada una de las casas solares.

Por otro lado, la fachada tradicional seleccionada es una de las más usadas en las construcciones tradicionales de España. Se ha tomado como referencia la propuesta del Catálogo de Soluciones Cerámicas para el cumplimiento del Código Técnico de la Edificación [1]. La fachada escogida es la que tiene el código FC01.P.a, sin cámara de aire y compuesta por dos hojas, siendo la hoja principal de ½ pie.

1 HISPALYT y el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja. (2008). Catálogo de Soluciones Cerámicas para el cumplimiento del Código Técnico de la Edificación. Editado por HISPALYT Asociación de Fabricantes de Ladrillos y Tejas de Arcilla Cocida. Depósito Legal M-41050-2008. Pág. 51.


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Figura 3-3. Modelo de Ficha Casas Solares


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3.2. ESTUDIO DE LA COMPOSICIÓN DE FACHADAS

Se han desarrollado unas fichas, en las cuales se tiene información sobre cuál es la universidad, tipo de cerramiento, descripción de cada uno de los materiales que componen las capas, detalle del cerramiento y notas.

Se van a analizar las diversas composiciones de las fachadas multicapas ligeras de las casas solares que se han escogido como muestra. Sin embargo, en muchos de los prototipos existe más de un tipo de composición de fachada, no obstante, en este caso se analizará la composición principal, que conforma la mayor parte de los cerramientos verticales. A continuación, el modelo de ficha con la composición de las fachadas. En el ANEXO 2 se pueden ver el resto de las fichas de las fachadas.

Figura 3-4. Modelo de Ficha tipo de la Composición de fachadas

Mientras, que la fachada tradicional que va a servir de referencia es una de las más usadas en España, como se comentaba anteriormente y está formada por las siguientes capas:

° Hoja exterior formada por ladrillo cerámico hueco de ½ pie con mortero cemento. ° Revestimiento intermedio, enfoscado de 15 mm. ° 50 mm de aislamiento térmico de espuma de poliuretano. ° Hoja interior de fábrica de ladrillo cerámico hueco de 50 mm. ° Revestimiento interior, 15 mm enlucido de yeso.

A continuación se muestra la ficha del cerramiento tradicional.


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Figura 3-5. Ficha con la composición de la fachada tradicional

3.3. MÉTODOS DE ANÁLISIS

Para llevar a cabo esta investigación, se utilizaron dos métodos:

3.3.1 Termografía Infrarroja (TIR)

El material de ensayo que se ha empleado para la toma de imágenes ha sido la cámara térmica infrarroja ThermaCAM™ P25 de la casa Flir Systems, además del software utilizado para el análisis de las imágenes ha sido el ThermaCAM™ Researcher Professional 2.8 SR-2, desarrollado bajo soporte Windows®, que hace un análisis en tiempo real.

Por lo tanto, a las 20 casas solares, se tomaron imágenes termográficas a distintas horas del día y en las cuatro orientaciones, para valorar las posibles variaciones del comportamiento superficial de la temperatura que se presentan a lo largo del día.

Una vez obtenidas las imágenes, en el programa se le han colocado en cada imagen 2 líneas verticales, una en los cerramientos opacos y la otra en zonas donde existan cerramientos translúcidos o transparentes, para medir la temperatura superficial en esos puntos que poseen materiales distintos.

Para organizar toda la información generada, además de incluir los datos obtenidos con las mediciones que realizó el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) durante el concurso sobre el comportamiento de la temperatura y humedad relativa de la vivienda, se realizó un modelo de ficha que a continuación se muestra.


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Figura 3-6. Modelo de ficha para el análisis termográfico

En el ANEXO 3 se pueden ver las fichas de todas las casas solares con las distintas orientaciones de fachadas.

3.3.2 Simulaciones con el AnTherm 3_64

El AnTherm es un software que calcula la distribución de la temperatura y los flujos de calor en los edificios, teniendo especial énfasis en los puentes térmicos. Está diseñado para proporcionar información fiable y a fondo del rendimiento térmico de conformidad con las actuales normas europeas (EN).

En la investigación, se ha empleado este software para calcular la transmitancia térmica de cada una de las fachadas y, poder evaluar el comportamiento teórico de todas las capas que conforman el cerramiento.

El programa genera una serie de información que son de utilidad para evaluar el comportamiento térmico de las viviendas, como las isotermas, los flujos de calor, datos sobre los coeficientes de acoplamiento térmico (con estos datos se calcula el valor de U), las condiciones de las superficies,…

Antes de trabajar con este software, se deben generar los dibujos en DXF de cada una de las composiciones de fachada, para luego insertarlos y poder generar toda la información antes mencionada.

Se ha desarrollado un modelo de ficha, para recoger toda la información sobre el comportamiento térmico de los cerramientos. Los datos que componen la ficha son el tipo


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de universidad, el valor de U, dibujo de la composición de la fachada, isotermas, flujos de calor y tabla de datos.

Figura 3-7. Modelo de ficha para el análisis térmico con AnTherm

En el ANEXO 4 se encuentran las demás fichas sobre el análisis térmico de las fachadas, usando el software AnTherm.

3.4. RESULTADOS Los resultados están organizados teniendo en cuenta cada uno de los métodos que se han empleado para la caracterización del comportamiento térmico de las fachadas.


Este método se genera la siguiente información:

⋅ Imágenes termográficas, la cámara termográfica en el momento de capturar la imagen, genera una termografía como la identificada con la letra A. En la misma imagen aparece información referente al lugar donde se hizo la toma, por ejemplo: temperatura reflejada, temperatura atmosférica, humedad relativa, fecha, hora,…Mientras que la imagen B es la que se obtiene en el software ThermaCAM, tomando como base la imagen A que se ha introducido previamente.


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A B Termograma tomado por la autora

Figura 3-8. Imágenes térmicas de la Fachada Sur de la UPM

⋅ Imagen visual, sirve de ayuda para poder identificar cualquier detalle, puente térmico,… que aparezca en las imágenes termográficas.

Imagen tomada por la autora

Figura 3-9. Fotografía de la Fachada Sur de la UPM

⋅ Perfiles de temperatura, la grafica que se genera representa el comportamiento de la temperatura superficial de las líneas que se han colocado como referencia sobre cerramientos opacos y cerramientos traslúcidos o transparentes (línea roja = pasa sobre cerramientos translúcidos o transparentes, línea negra = cerramiento opaco).

Figura 3-10. Perfil de temperatura. Fachada Sur UPM

⋅ Histograma, la gráfica que se genera en forma de barras representa el comportamiento de la temperatura superficial de las fachadas, tanto de los cerramientos opacos como


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traslúcidos o transparentes. (Barras rojas = cerramientos translúcidos o transparentes, barras azules = cerramientos opacos).

Figura 3-11. Histograma. Fachada Sur UPM

⋅ Análisis de Datos, el software hace un reporte de datos en los que señala temperaturas mínimas, máximas y medias de las dos líneas que se han colocado como referencias. A su vez, indica los parámetros del objeto, así como también los valores de la imagen como nombre, fecha en que fue tomada, hora, número de serial, tipo de lente, …

Figura 3-12. Reporte de datos. Fachada Sur UPM


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Este software es capaz de generar resultados que son interesantes para esta investigación, como pueden ser:

⋅ Isotermas, representan las líneas de temperaturas constantes que existen en el cerramiento en una unidad determinada, expresando gráficamente de esta manera, el comportamiento del cerramiento.

Figura 3-13. Isotermas de fachada de la UPM.

⋅ Flujo de calor, en este gráfico se expresa la transmisión de calor del cerramiento, a su vez que se pueden ver los puentes térmicos en las zonas donde se transmite más fácilmente el calor, por ser de diferente material o espesor.

Figura 3-14. Flujo de calor de fachada de la UPM.

⋅ Datos, el programa genera una serie de reportes numéricos, dentro de los que se encuentra las condiciones de la temperatura del aire (mínima y máxima), así como los valores de las temperatura superficiales mínima y máxima tanto en el exterior como en el interior, entre otros.


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Figura 3-15. Reporte de datos de fachada de la UPM.

⋅ Valor U (W/m2K), se genera el coeficiente de acoplamiento térmico L2D, y siguiendo la norma europea UNE EN ISO 10211 para obtener el valor de U se tendría que dividir el valor de L2D por la distancia (X) en horizontal del cerramiento, es decir, U=L2D/X.

Figura 3-16. Coeficiente de acoplamiento térmico de fachada de la UPM

3.5. ANÁLISIS COMPARATIVO

Este análisis se hará al igual que en los puntos anteriores, es decir, por cada uno de los métodos empleados para la caracterización del comportamiento térmico de fachadas. Sin embargo, sólo se realizará la comparativa de las fachadas de las casas solares, ya que no se dispone de termogramas de cerramientos tradicionales en las mismas condiciones.


Las comparativas que se realizaron son de todas las fachadas de las casas solares dependiendo de la orientación, además de cada una de las fachadas pero en diferentes situaciones día – noche.


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⋅ Comparación de Fachadas por Orientación:

A continuación se pueden observar todas las imágenes termográficas de las distintas fachadas ordenadas por orientaciones. Cada termograma está acompañado de la imagen visual para poder apreciar el comportamiento térmico superficial en cada una de ellas.

FACHADAS SUR:

Condiciones Generales:

⋅ Día: 17 Octubre 2007 ⋅ Hora de la toma de imágenes: desde las 8:30 am hasta las 8:45 am. ⋅ Temperatura Exterior: oscilan entre 18,1 ºC a 18,44 ºC. ⋅ Humedad Relativa Exterior: 82,3 a 79,7 % ⋅ Rango de Temperatura Interior (DOE): debían estar entre 22,2 y 24,4 ºC. ⋅ Temperaturas Interiores: la menor temperatura es 22,02 ºC y la mayor 24,11 ºC. ⋅ Rango de Humedad Relativa Interior (DOE): debían estar entre el 40 y 55 %. ⋅ Humedades Relativas Interiores: oscilan entre 51,1 % y 69, 87 %.


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Figura 3-17. Termogramas e imagen visual de las fachadas sur

Es importante destacar que en esta orientación es donde se encuentran ubicados en muchos de los casos paneles fotovoltaicos, térmicos y tubos de vacío como parte de los elementos que componen la fachada, por lo tanto, estos elementos dificultan la lectura correcta de la temperatura superficial de los cerramientos, lo que significa que en muchos casos lo que se aprecia no es el comportamiento real de los cerramientos sino la temperatura de estos elementos, además de posibles reflejos que se producen por el material de los mismos.


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FACHADAS NORTE:

Condiciones Generales:

⋅ Día: 17 Octubre 2007 ⋅ Hora de la toma de imágenes: desde las 9:45 am hasta las 10:00 am. ⋅ Temperatura Exterior: oscilan entre 19,51 ºC a 19,92 ºC. ⋅ Humedad Relativa Exterior: 73,8 a 72,1 % ⋅ Rango de Temperatura Interior (DOE): debían estar entre 22,2 y 24,4 ºC. ⋅ Temperaturas Interiores: la menor temperatura es 21,42 ºC y la mayor 25,92 ºC. ⋅ Rango de Humedad Relativa Interior (DOE): debían estar entre el 40 y 55 %. ⋅ Humedades Relativas Interiores: oscilan entre 43,36 % y 72, 02 %.


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Figura 3-18. Imágenes termográficas y visual de las fachadas norte

En esta fachada al igual que en las demás, el empleo de imágenes infrarrojas es importante a la hora de analizar los puentes térmicos ya que, indican por donde se producen las pérdidas de calor a través de los cerramientos.

Merece la pena destacar que la mayoría de los cerramientos poseen fachadas ventiladas, lo que significa que la interpretación de la termografía no representa el comportamiento térmico real de los cerramientos.

FACHADAS ESTE: Condiciones Generales: ⋅ Día: 18 Octubre 2007 ⋅ Hora de la toma de imágenes: desde las 10:30 am hasta las 11:30 am. ⋅ Temperatura Exterior: oscilan entre 22,2 ºC a 23 ºC. ⋅ Humedad Relativa Exterior: 73,8 a 70,5 % ⋅ Rango de Temperatura Interior (DOE): debían estar entre 22,2 y 24,4 ºC. ⋅ Temperaturas Interiores: la menor temperatura es 22,73 ºC y la mayor 25,42 ºC. ⋅ Rango de Humedad Relativa Interior (DOE): debían estar entre el 40 y 55 %. ⋅ Humedades Relativas Interiores: oscilan entre 49,3 % y 72, 72 %.


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Figura 3-19. Imágenes termográficas y visual de las fachadas este

En estas fachadas al igual que en las fachadas sur, se presentan en algunos casos, el elemento añadido de tener paneles fotovoltaicos o térmicos. Por lo tanto, siendo este factor una de las variables importantes a considerar, a la hora de hacer una toma de imágenes con la cámara termográfica, es imprescindible tener presente que la lectura que se ofrece es en realidad la temperatura superficial de estos elementos y no es la del cerramiento.

FACHADAS OESTE: Condiciones Generales: ⋅ Día: 20 Octubre 2007 ⋅ Hora de la toma de imágenes: desde las 06:00 am hasta las 07:00 am. ⋅ Temperatura Exterior: oscilan entre 23,3 ºC a 23,8 ºC. ⋅ Humedad Relativa Exterior: 87,7 a 85,7 % ⋅ Rango de Temperatura Interior (DOE): debían estar entre 22,2 y 24,4 ºC. ⋅ Temperaturas Interiores: la menor temperatura es 24,03 ºC y la mayor 27,1 ºC. ⋅ Rango de Humedad Relativa Interior (DOE): debían estar entre el 40 y 55 %. ⋅ Humedades Relativas Interiores: oscilan entre 58,65 % y 84,96 %.


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Figura 3-20. Imágenes termográficas y visual de las fachadas oeste

Al observar todas las IR de las fachadas, se puede decir, que es difícil llegar a unos resultados fiables con este método, porque en muchos de los casos existen una cantidad de elementos que influyen a la hora de realizar una imagen infrarroja válida y que se pueda realizar una medida coherente de la temperatura superficial de los cerramientos.

A su vez, es necesario indicar que en estos casos existe un considerable uso de paneles fotovoltaicos o térmicos, tubos de vacío u otra tecnología similar empleadas en fachadas, siendo esto otra de las variables importantes que influye en la apreciación de la temperatura superficial real de los cerramientos, en todo caso, lo que se capta en las imágenes infrarrojas es la temperatura superficial de los paneles fotovoltaicos, térmicos, además de todos los reflejos del entorno que puedan existir en estas superficies.

⋅ Comparación de Fachada Día - Noche

Las imágenes infrarrojas están ordenadas por universidad y orientación, sin embargo, la imagen tomada durante el día es la que se encuentra siempre en el lado izquierdo y la de la noche se ubica del lado derecho (DIA – NOCHE).


70 | P á g i n a

TECHNISCHE UNIVERSITAT DARMTADT NORTE

ESTE

CORNELL UNIVERSITY NORTE

ESTE

TEXAS A&M UNIVERSITY NORTE

ESTE

SUR

OESTE

SUR

OESTE

SUR

OESTE


71 | P á g i n a

GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY NORTE

KANSAS PROJECT

ESTE

UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO NORTE

ESTE

OESTE

SUR

OESTE


72 | P á g i n a

LAWRENCE TECHNOLOGICAL UNIVERSITY NORTE

ESTE

UNIVERSITY OF COLORADO AT BOULDER

ESTE

MASSACHUSETIS INSTITUTE OF TECHNOLOGY NORTE

ESTE

SUR

OESTE

SUR

SUR

OESTE


73 | P á g i n a

UNIVERSITY OF CINCINNATI NORTE

ESTE

NEW YORK INSTITUTE OF TECHNOLOGY NORTE

ESTE

UNIVERSITY OF ILLINOIS AT URBANA-CHAMPAIGN NORTE

ESTE

OESTE

SUR

OESTE

SUR

OESTE


74 | P á g i n a

PENN STA TE NORTE

ESTE

UNIVERSITY OF MARYLAND NORTE

ESTE

SANTA CLARA UNIVERSITY NORTE

ESTE

SUR

OESTE

SUR

OESTE

SUR

OESTE


75 | P á g i n a

UNIVERSITY OF MISSOURI-ROLLA

ESTE

TEAM MONTREAL NORTE

ESTE

UNIVERSITY OF TEXAS AT AUSTIN NORTE

ESTE

SUR

OESTE

SUR

OESTE

SUR

OESTE


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Figura 3-21. Termogramas Día -Noche

Es importante resaltar que la barra de temperatura no se mantiene constante, por lo que hay que tomar en consideración a la hora de analizar los termogramas. Sin embargo, se puede decir que las barras de temperatura estaban durante,

El DÍA oscilaban entre los 6 ºC hasta los 40 ºC.

La NOCHE la temperatura mínima fue de – 11 ºC y la máxima 19 ºC.

Las horas en que fueron tomadas estas imágenes infrarrojas fueron:

DIA están alrededor de las 09:45am y 11:00 am

NOCHE oscilan entre las 5:48 am y 06:53 am

Se puede decir, al estudiar esta comparación, que las fachadas de la mayoría de las casas solares tienen PÉRDIDAS DE CALOR a través de los cerramientos translúcidos o transparentes, bien sea por ventanas, puertas o cualquier elemento similar, ya que se puede observar en los termogramas realizados por la noche, que la temperatura superficial es mayor en esos puntos .


Con este método como se ha explicado anteriormente en los resultados, se ha determinado la transmitancia térmica de los distintos cerramientos de fachadas, además de las isotermas y los flujos de calor que facilitan el estudio de los puentes térmicos.

⋅ U (W/m2K) - Tipo de Cerramiento

A continuación se presentan los valores de U, obtenidos con este software y están ordenados del mayor al menor valor.


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Muestra U (W/m2K) Muestra U (W/m2K)

Cerramiento Tradicional 0,40 Kansas Project 0,176 Santa Clara 0,287 MIT 0,173 New York 0,223 Georgia Tech 0,165 Maryland 0,221 Montreal 0,162 Texas A&M University 0,220 Puerto Rico 0,157 Missouri-Rolla 0,210 Cincinnati 0,143 Texas at Austin 0,190 UPM 0,142 Colorado 0,182 Technische Universität Darmstadt 0,134 Illinois 0,182 Lawrence Technological University 0,113 Carnegie Mellon University 0,179 Cornell University 0,109 Penn State 0,177

Tabla 3-1. Valores de U

La gráfica que se presenta a continuación, muestra todos los valores de U de las fachadas, tanto la tradicional como las multicapas ligeras, para poder comparar el comportamiento de cada una con el conjunto de las demás.

Figura 3-22. Valor U (W/m2K)

En la gráfica se puede observar que se presentan cuatro rangos en el factor U:

1. Uno es el valor del cerramiento tradicional (0,40 W/m2K). 2. De 0,30 a 0,20 W/m2K, de Santa Clara University hasta University of Missouri-Rolla. 3. De 0,20 a 0,15 W/m2K, de University of Texas at Austin a la Universidad Puerto Rico. 4. De 0,15 a 0,10 W/m2K, de University of Cincinnati hasta Cornell University.


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⋅ U (W/m2K) - Espesor de la fachada.

En la tabla se indican los valores del espesor de cada una de las fachadas, para poder comparar estos valores con la transmitancia térmica obtenida en cada uno de los cerramientos. Los datos están organizados del mayor al menor espesor. A continuación se presenta una gráfica, en las que se puede apreciar la relación que existe entre el espesor y la transmitancia térmica de las fachadas.

Muestra U (W/m2K) e (cm) Lawrence Technological University 0.113 27.79 Montreal 0.162 27.67 Technische Universität Darmstadt 0.134 26.3 UPM 0.143 25.32 Cerramiento Tradicional 0.400 24.5 Puerto Rico 0.157 23.47 Cincinnati 0.144 22.86 Carnegie Mellon University 0.179 21.03 Texas at Austin 0.191 20.96 Kansas Project 0.177 20.93 Maryland 0.221 20.37 Georgia Tech 0.165 20.37 MIT 0.174 20.32 Cornell University 0.109 19.63 Missouri-Rolla 0.211 18.42 Colorado 0.182 18.1 Penn State 0.178 18.1 Santa Clara 0.287 17.46 Illinois 0.182 16.57 New York 0.224 16.56 Texas A&M University 0.220 12.69

Tabla 3-2. Valores del espesor ordenados de mayor a menor

Se puede decir que la mayor o menor transmitancia térmica no depende directamente del que se pueden tener unas fachadas de altas prestaciones teniendo poco o mucho espesor, ya que depende directamente de los materiales que forman la fachada y la ubicación de los mismos en el cerramiento.

⋅ Isotermas – Flujo de calor (imágenes-numéricamente) - Puentes térmicos (EE Efecto Energético, EB Efecto sobre el bienestar).

Con el AnTherm se han obtenido las gráficas de las isotermas y los flujos de calor, además de algunos valores para el cálculo del flujo de calor y los puentes térmicos. Para poder hacer este análisis comparativo es necesario calcular el flujo de calor y las comprobaciones del efecto energético y el efecto sobre el bienestar para calcular los puentes térmicos de los cerramientos. Por lo tanto,


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Muestra Q (W/m2) % Cerramiento Tradicional 8 100 Santa Clara 5.742 71.775 New York 4.474 55.925 Maryland 4.43 55.375 Texas A&M University 4.41 55.125 Missouri-Rolla 4.212 52.65 Texas at Austin 3.816 47.7 Colorado 3.646 45.575 Illinois 3.64 45.5 Carnegie Mellon University 3.588 44.85 Penn State 3.55 44.375 Kansas Project 3.53 44.125 MIT 3.47 43.375 Georgia Tech 3.3 41.25 Montreal 3.242 40.525 Puerto Rico 3.148 39.35 Cincinnati 2.872 35.9 UPM 2.852 35.65 Technische Universität Darmstadt 2.68 33.5 Lawrence Technological University 2.26 28.25 Cornell University 2.182 27.275

Tabla 3-3. Valores del flujo de calor y porcentaje de pérdidas de energía

Flujos de Calor (Q),

La fórmula empleada para cuantificar los flujos de calor (Q) es una de los métodos de cálculo de la Sociedad Americana de Ingeniería para Aire Acondicionado, Calefacción y Refrigeración ASHRAE [2],

Q = U * A (Te – Ti)

En donde, U: transmitancia térmica en W/m2K, A: es el área en 1 m2, Te: temperatura exterior, Ti: temperatura interior.

Una vez realizado el cálculo, se han obtenido los siguientes valores y están ordenados del mayor a menor valor, con su respectivo porcentaje de pérdida de energía.

En la gráfica se puede ver las pérdidas del flujo de calor en los distintos cerramientos.

2 ASHRAE. Sociedad Americana de Ingeniería para el Aire Acondicionado, Calefacción y Refrigeración.


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Figura 3-23. Porcentaje de pérdidas de energía de los cerramientos

Puentes térmicos,

Como comentan los Profesores Fco. Javier Neila y César Bedoya [3], que la clasificación que aporta mayor interés de los puentes térmicos es la que, “Se basa en el comportamiento energético global del cerramiento en el que se encuentra, pasando a denominarse puentes térmicos simples o de heterogeneidad superficial simple y puentes térmicos complejos o de heterogeneidad superficial compleja”.

Para hacer las comprobaciones necesarias y poder cuantificar los puentes térmicos en los cerramientos de fachada, se tomará como base la propuesta de los Profesores antes mencionados, que son las siguientes:

1. EE – Efecto Energético

2. EB – Efecto sobre el bienestar

3. EP – Efecto patológico, para este trabajo no se tomará en cuenta, ya que la parte de condensaciones superficiales en los puentes térmicos se tomará en cuenta para la segunda fase.

A continuación el análisis del Efecto Energético y el Efecto sobre el bienestar, 1. EE – Efecto Energético, determina el grado de homogeneidad o heterogeneidad de

un cerramiento y se cuantifica con la siguiente fórmula: ρ = Ti - Tsi

p

Ti - Tsin

En donde, ρ: Coeficiente de heterogeneidad límite, Ti: Temperatura interior, Tsip:

Temperatura superficial interior a la altura del puente térmico, Tsin: Temperatura superficial

interior de la zona normalmente aislada. 3 Neila, F. Javier y Bedoya, César. (2001). Técnicas arquitectónicas y constructivas de acondicionamiento ambiental. Editorial Munilla-Lería. Madrid.


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Es imprescindible conocer el efecto energético de los puentes térmicos para obtener valores y poder cuantificar, lo que a su vez significa analizar el efecto de los mismos sobre el consumo energético del local, ya que son puntos térmicamente débiles por los que se pierde el calor más rápidamente.

Los valores que establecen los profesores Neila y Bedoya [3] como limitaciones son las siguientes,

EE ≤ 1,50 (fachada ligera) EE ≤ 2,00 (fachada pesada)

Dependiendo de los valores obtenidos con la fórmula, las actuaciones que proponen los profesores ante el puente térmico se presentan a continuación,

⋅ “Si el resultado fuera el 1 no habría que tomar ninguna consideración”, ⋅ “Si el resultado fuera el 2 no será necesario actuar constructivamente sobre los

puentes térmicos, ya que su influencia es pequeña, pero será necesario considerar su presencia en el cálculo de las cargas del local. Estas cargas, se deberían incrementar entre un 10 y un 20 %”.

⋅ “Si el resultado fuera el 3 sería necesario corregir constructivamente el puente térmico hasta situar su efecto por debajo del límite crítico y, posteriormente, proceder como en el caso anterior”

⋅ En la tabla 3-4 se presentan los valores del Efecto Energético, obtenidos en cada uno de los cerramientos de fachada, ordenados del mayor al menor valor. Al mismo tiempo, se presenta una gráfica en la que se aprecian estos valores.

Muestra ρCincinnati 4,5Puerto Rico 4,4New York 3,5Maryland 3,5Santa Clara 3,2Missouri‐Rolla 2,9Texas A&M University 2,1Montreal 1,8UPM 1,4Georgia Tech 1,3Texas at Austin 1,2Darmstadt 1,1Cerramiento Tradicional 1,0Colorado 1,0Illinois 1,0Carnegie Mellon University 1,0Penn State 1,0Kansas Project 1,0MIT 1,0Lawrence 1,0Cornell University 1,0

Tabla 3-4. Efecto Energético de los cerramientos


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Figura 3-24. Efecto Energético de las fachadas

Si se toman en cuenta las actuaciones ante el puente térmico antes mencionadas, se puede decir que,

⋅ Las fachadas ubicadas en la Zona 1 (Cornell, Lawrence, MIT, Kansas, Penn State, Carnegie Mellon, Illinois y Colorado) no hay que hacerles ninguna actuación.

⋅ Mientras que las fachadas ubicadas en la Zona 2 (Darmstadt, Texas at Austin, Georgia, UPM, Montreal, Texas A&M y Cerramiento Tradicional) tienen una influencia muy pequeña respecto a los puentes térmicos, por lo que no hay que actuar constructivamente.

⋅ Sin embargo, los cerramientos ubicados en la Zona 3 (Missouri-Rolla, Santa Clara, Maryland, New York, Puerto Rico y Cincinnati) no se encuentran dentro de los límites adecuados, por tanto estos puentes térmicos hay que corregirlos constructivamente, hasta situar su efecto por debajo del límite crítico.

2. EB – Efecto sobre el bienestar, en este punto se pretende cuantificar el efecto que tienen los puentes térmicos sobre el bienestar, el incremento de las pérdidas por radiación hacia el puente.

La expresión empleada para cuantificar este efecto, es la que han propuesto los Profesores Fco. Javier Neila y César Bedoya [3],

EB = Ti - Tsip < 0,25

Ti - Te

En donde, Ti: Temperatura interior, Te: Temperatura exterior, Tsip: Temperatura superficial

interior a la altura del puente térmico.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

1

2

3


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Resultados aceptables: inferiores a 0,25.

Es necesario tener presente lo que comentan los profesores Javier Neila y César Bedoya [3], “Si se alcanzan temperaturas superficiales más bajas que en las zonas normalmente aisladas, se incrementan las pérdidas del cuerpo por radiación y se reduce la temperatura media radiante del local”…

Lo que significa, que “Es necesario aumentar la temperatura ambiente para compensar, mediante la convección, el incremento de pérdidas por radiación que se produce, lo que supone un mayor consumo energético”

En la tabla se muestran los valores de la influencia de los puentes térmicos sobre el bienestar interior, obtenidos en cada uno de los cerramientos de fachada.

En la siguiente gráfica, se puede apreciar la ubicación de cada uno de los cerramientos de fachada, respecto al valor límite. Es necesario conocer estos valores ya que afectan directamente la habitabilidad de los espacios, influyendo directamente en el bienestar interior.

Figura 3-25. Influencia de puentes térmicos sobre el Bienestar

Muestra EBCerramiento Tradicional 0,31UPM 0,23Darmstadt 0,18Santa Clara 0,09New York 0,07Maryland 0,07Cincinnati 0,06Missouri‐Rolla 0,06Puerto Rico 0,06Texas A&M University 0,05Cornell University 0,03Montreal 0,03Texas at Austin 0,03Georgia Tech 0,03Colorado 0,02Illinois 0,02Carnegie Mellon University 0,02Penn State 0,02Kansas Project 0,02MIT 0,02Lawrence 0,01

Tabla 3-5. Valores del Efecto sobre el Bienestar

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

< 0,25


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Observando la gráfica, se puede decir que a excepción del cerramiento tradicional todas las demás composiciones de fachadas se encuentran por debajo del valor límite, lo que significa que no existe influencia del puente térmico sobre el bienestar interior. En el caso del cerramiento tradicional, en donde el valor sobre el bienestar se encuentra por encima del resultado aceptable, es decir, mayor de 0,25, se puede decir que existen pérdidas por radiación, generando a su vez un aumento del consumo energético.

Una vez visto cada uno de los cerramientos multicapas y el cerramiento tradicional, tomando como base las isotermas, los valores y gráficas del flujos de calor, además de la influencia de los puentes térmicos estudiándolos desde el punto de vista del efecto energético y el efecto sobre el bienestar, se puede decir que el SISTEMA CONSTRUCTIVO es un factor clave y la composición de cada una de las capas, porque influyen directamente en el comportamiento térmico de las viviendas, generando menores o mayores pérdidas de calor a través de los puentes térmicos. Dependiendo del sistema constructivo se encuentran los siguientes,

⋅ Tipología del cerramiento tradicional, usado como referencia. En esta fachada los flujos de calor se producen unidireccionalmente, ya que atraviesan los cerramientos de las fachadas perpendicularmente.

⋅ Sistema constructivo empleando estructura de madera, los flujos de calor se generan bidireccionalmente porque los flujos tienden a curvarse buscando las zonas en donde existan puentes térmicos. En este caso se encuentran los cerramientos de las siguientes casas solares: Santa Clara University, New York Institute of Technology, University of Maryland, University of Missouri – Rolla, University of Texas at Austin, University of Illinois at Urbana-Champaign, University of Cincinnati, Technische Universität Darmstadt y Cornell University.

⋅ Sistema constructivo con estructura metálica, al igual que en el sistema constructivo de madera, los flujos de calor se dan de forma bidireccional, ya que siempre están buscando las zonas con mayor conductividad térmica. Se presentan dos sistemas, dependiendo del material, es decir, usando acero conformado en frío (steel frame) y/o acero laminado. Dentro de este grupo se encuentran: Texas A&M University, Carnegie Mellon University, Georgia Institute of Technology, Team Montreal, Universidad de Puerto Rico y Universidad Politécnica de Madrid.

⋅ SIP (Structural Insulated Panel), varias casas solares han empleado este sistema que consiste en un panel sándwich, de dos capas de tablero estructural con una capa de aislamiento en medio, bien sea espuma de poliestireno expandido (EPS), espuma de poliestireno extruido (XPS) o espuma de poliuretano. Los flujos de calor en este caso se dan de forma unidireccional por no existir ningún elemento en medio que pueda crear zonas de mayor facilidad para las pérdidas de calor. En este grupo están: University of Colorado at Boulder, Penn State, Kansas Project Solar House, Massachusetts Institute of Technology y Lawrence Technological University.


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A su vez, si se analizan las casas solares, dependiendo de las PÉRDIDAS DE CALOR que se producen a través de sus fachadas, se pueden clasificar de la siguiente manera,

⋅ La fachada con cerramiento tradicional pierde alrededor de unos 8 W/m2, lo que significa el 100 % y servirá como referencia para este estudio.

⋅ Fachadas que tienen pérdidas de calor entre un 50 – 70 %: la fachada multicapa ligera con mayor pérdida es la de Santa Clara University, con 5,74 W/m2, siendo el 71,77 %. Siguiendo la fachada de New York Institute of Technology (55,92 %), University of Maryland (55,37 %), Texas A&M University (55,12 %) y University of Missouri-Rolla (52,65 %).

⋅ Fachadas que tienen pérdidas entre un 25 – 50 %: se encuentran en este rango University of Texas at Austin (47,7 %), University of Colorado at Boulder (45,57%), University of Illinois at Urbana-Champaign (45,5 %), Carnegie Mellon University (44,85 %), Penn State (44,37 %), Kansas Project (44,12 %), MIT (43,37 %), Georgia Institute of Technology (41,25 %), Team Montreal (40,52 %), Universidad de Puerto Rico (39,35 %), University of Cincinnati (35,9 %), UPM (35,65 %), Darmstadt (33,5 %), Lawrence Technological University (28,25) y con la menor pérdida de calor está Cornell University (27,27 %).

3.6. CONCLUSIONES DE LA CARACTERIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO TÉRMICO DE FACHADAS MULTICAPAS LIGERAS

⋅ Las casas solares estudiadas han sido una muestra representativa de fachadas multicapas ligeras, ya que además de presentar un sinfín de composiciones, están formadas por diferentes materiales que sirven para hacer comparaciones y poder evaluar su comportamiento.

⋅ La composición de los cerramientos multicapas ligeros es variada, esto significa que a la hora de evaluar su composición, unas casas poseen más capas que otras, lo cual no representa que tengan los mejores resultados energéticos. No obstante, el mejor o peor comportamiento de las fachadas, dependerá de numerosas variables, como por ejemplo la forma de cómo se realiza la construcción, las propiedades de cada uno de los materiales, la correcta ubicación de los mismos, entre otros.

⋅ La aplicación de la termografía infrarroja (TIR) a grandes y pequeñas superficies arquitectónicas se muestra eficaz en la detección de elementos ocultos, si éstos tienen unas dimensiones suficientemente grandes y sus diferencias constructivas con el entorno son suficientemente altas. Lo que se traduce en una ayuda primordial, para la detección y valoración descriptiva de los puentes térmicos en cualquier edificación, obteniendo resultados documentados en la definición de procesos de análisis térmicos y en el estudio de la evolución temporal de las temperaturas superficiales de los cerramientos.


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⋅ El análisis térmico con el programa de simulación AnTherm, es uno de los principales análisis a la hora de estudiar el comportamiento térmico de cualquier edificación, ya que el programa de simulación calcula la distribución de la temperatura y los flujos de calor a través de los cerramientos en forma teórica, teniendo especial énfasis en los puentes térmicos, generando información fiable y a fondo del rendimiento térmico de conformidad con las actuales normas europeas.

⋅ Analizando los valores, gráficas y composiciones de las diferentes fachadas, se puede decir que los cerramientos multicapas ligeros presentan un comportamiento térmico de altas prestaciones, comparándolo con el cerramiento tradicional. La mayor transmisión de calor que se produce en las fachadas multicapas ligeras es de 0,2871 W/m2K, en comparación con el de la fachada tradicional de 0,40 W/m2K, lo que significa que estas fachadas cumplen satisfactoriamente con las exigencias del Código Técnico de la Edificación.

⋅ El espesor de los cerramientos no influye directamente en una transmitancia térmica con valores bajos, ya que se pueden tener fachadas con buen comportamiento térmico teniendo mucho o poco espesor. Sin embargo, lo que más influye es la composición del cerramiento, la correcta ubicación de los materiales y la conductividad térmica de cada material.

⋅ Las pérdidas de calor que se producen en un cerramiento tradicional son de 8 W/m2, lo que correspondería al 100 %. No obstante, la mayor pérdida que se presenta en las fachadas multicapas ligeras es del 71,77 %, mientras que la menor pérdida es del 27,27 %. Todo esto está directamente relacionado con las diferentes capas que componen la fachada y el tipo de sistema constructivo, ya que éste último es un factor clave por presentar zonas con mayor facilidad para el paso de los flujos de calor, convirtiéndose en zonas de puentes térmicos.

⋅ De todos los cerramientos analizados los cuatro que tienen mejor comportamiento térmico son Cornell, Lawrence, Darmstadt y UPM; sin embargo, Cornell y Lawrence que tienen los mejores valores de U, la composición de sus cerramientos se basan en un panel tipo sándwich con espesores de 145cm y 265cm respectivamente. No obstante, el comportamiento de Darmstadt y UPM son similares porque presentan una composición de multicapas de diversos materiales, presentando también comportamientos muy buenos tanto desde el punto de vista acústico como térmico, lo cual no pasa con las fachadas de Cornell y Lawrence que sólo ofrecen un buen comportamiento térmico pero el problema acústico no está resuelto.

⋅ De igual manera se ha podido observar que el cerramiento de Darmstadt y el de la UPM también tienen un comportamiento similar en el Efecto sobre el Bienestar, ubicándose ambos por debajo del valor límite < 0,25, lo que significa que no se aumentan las pérdidas por radiación y por consiguiente no se produce un mayor consumo energético.

⋅ Una vez analizados todos los cerramientos que se han seleccionado como muestra, se puede decir que existen además del cerramiento tradicional, tres tipos de sistemas


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constructivos empleados en los cerramientos: sistema con estructura de madera, con estructura metálica y con SIP (Structural Insulated Panel).

⋅ A igualdad de espesores entre un cerramiento tradicional y un multicapa ligero, se puede conseguir mejorar en un 65 % el valor de la transmitancia térmica (valor U) y los flujos de calor, lo que significa un ahorro en el consumo energético, superando las condiciones que exige el Código Técnico de la Edificación, además de disminuir en aproximadamente un 80% el peso en las edificaciones por ser un sistema ligero, aumentando como consecuencia la zona útil y habitable.

Una vez realizado este trabajo de investigación sobre Fachadas Multicapas Ligeras, surge la necesidad de seguir estudiando los sistemas de cerramientos que tienen como estructura el steel framing, ya que presentan una serie de ventajas, además que estos sistemas pueden emplearse perfectamente en España. Por lo tanto, en el siguiente capítulo se realiza un estudio con más detalle de estos sistemas que emplean el acero conformado en frío.


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Capítulo 4 Light Steel Frame

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04. LIGHT STEEL FRAME (LSF)

En este capítulo se describe el sistema de Light Steel Framing, desde sus orígenes en la construcción, así como las ventajas y desventajas que tiene el sistema constructivo. Al mismo tiempo se explica el proceso de fabricación del light steel frame y se presentan distintos ejemplos de aplicación.

Por otro lado, se realiza una búsqueda del estado del arte en el campo de la investigación de estos sistemas, desde el punto de vista térmico, acústico, económico, medioambiental – sostenibilidad, industrialización, estructural y en caso de incendio.

Por último se lleva a cabo una clasificación de los distintos sistemas constructivos de cerramiento con LSF, las ventajas e inconvenientes que suponen y las conclusiones finales de esta clasificación, que sirven de base para diseñar las propuestas de cerramientos multicapas ligeros que se van a analizar en esta tesis doctoral.


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4. LIGHT STEEL FRAME

El sistema de Light Steel Framing (LSF), es un sistema constructivo formado por perfiles de acero galvanizado conformados en frío, que son utilizados para la composición de paneles estructurales y no estructurales, vigas y otros componentes. Por ser un sistema industrializado, posibilita una construcción en seco de gran rapidez de ejecución.

En el libro Steel Framing: Arquitectura [1], comentan que “La interpretación de la expresión inglesa “Steel Framing”, “steel = acero” y “framing” que deriva de “frame = estructura, esqueleto, disposición, construcción “(Diccionario Michaelis, 1987), puede ser definida como: Proceso por el que se compone un esqueleto estructural en acero formado por diversos elementos individuales unidos entre sí, que así funcionan en conjunto para resistir las cargas que solicitan al edificio y a la estructura y le dan su forma. Así, el sistema SF no sólo está restringido a su estructura. Como un sistema destinado a la construcción de edificios, abarca varios componentes y “subsistemas”. Estos subsistemas incluyen además el estructural, aislamiento termo acústico, de cierres interno y externos y de instalaciones eléctricas e hidráulicas”.

El concepto principal del sistema Light Steel Framing se basa en dividir la estructura en gran cantidad de elementos, de manera que cada uno resista una porción de la carga total. Con este criterio, es posible utilizar partes más livianas y fáciles de manipular. Así, una pared tradicional de ladrillos se convierte, al construirla con el sistema de Light Steel Framing, en un panel compuesto por una cantidad de perfiles “C”, denominados montantes, que transmiten las cargas verticalmente y soportan además las cargas de flexión producidas por el viento actuante.

4.1. HISTORIA DE LA CONSTRUCCIÓN CON LSF

El origen de la construcción con el sistema de Light Steel Frame se remonta al inicio del siglo XIX. De hecho, en el Manual de Procedimiento Construcción con Steel Framing[2] explican que “Para definir los antecedentes históricos del Framing tenemos que remontarnos alrededor del año 1810, cuando en los E.E.U.U. comenzó la conquista del territorio, y hacia 1860, cuando la migración llegó hasta la costa del Océano Pacifico. En aquellos años la población se multiplico por diez, y para solucionar la demanda de viviendas se recurrió a la utilización de los materiales disponibles en el lugar (madera), y a conceptos de practicidad, velocidad y productividad originados en la Revolución Industrial. La combinación de estos conceptos y materiales gestaron lo que hoy conocemos como Balloon Framing (1830).”

“El concepto básico del “Balloon Framing” es la utilización de Studs (Montantes) que tienen la altura total del edificio (generalmente dos plantas), con las vigas del entrepiso sujetas en 1 Sarmanho Freitas, Arlene y Moraes de Crasto, Renata. (2007). Steel Framing: Arquitectura. Instituto Latinoamericano del Fierro y el Acero – ILAFA. ISBN: 978-956-8181-02-4. Santiago de Chile. Pág. 12 2 Consul Steel. Manual de Procedimiento Construcción con Steel Framing. Argentina. www.consulsteel.com. Pág. 17 del Capítulo I.


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forma lateral a los studs, quedando así, contenido dentro del volumen total del edificio. Esta forma constructiva evolucionó hacia lo que hoy se conoce como “Platform Framing”, que se basa en el mismo concepto constructivo que el “Balloon Framing”, con la diferencia que los studs tienen la altura de cada nivel o piso, y por lo tanto el entrepiso que los divide es pasante entre los montantes.” [2]

Fuente: Manual de Procedimiento Construcción Steel Frame. ConsulSteel

Figura 4-1. Balloon Framing y Platform Framing

A partir de ahí, las construcciones en madera, conocidas como “Wood Frame”, se convirtieron en la tipología residencial más común en los Estados Unidos. Aproximadamente un siglo más tarde, en 1933, producto del gran desarrollo de la industria del acero en los Estados Unidos, se lanzó en la Feria Mundial de Chicago el prototipo de una residencia en Steel Framing que utilizó perfiles de acero en lugar de la estructura de madera.

En el libro Steel Framing: Arquitectura [1] indican que “El crecimiento de la economía norteamericana y la abundante producción de acero en el período post-Segunda Guerra contribuyó al desarrollo de los procesos de fabricación de perfiles conformados en frío, y el uso de los perfiles de acero en substitución de los de madera, que ofrecían las ventajas de la mayor resistencia y eficiencia estructural del acero y la capacidad de la estructura de resistir a catástrofes naturales, tales como terremotos y huracanes. En la década de los años 90, las fluctuaciones en el precio y en la calidad de la madera para construcción civil estimularon el uso de los perfiles de acero en la edificación residencial.”

En Japón, las primeras construcciones en Light Steel Frame comenzaron a aparecer después de la Segunda Guerra Mundial cuando hubo que reconstruir cuatro millones de viviendas destruidas por los bombardeos. La madera, material usado en la estructura de las casas, había sido un factor agravante de los incendios que se propagaron durante los ataques. Luego, el gobierno japonés restringió el uso de la madera en construcciones


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autoportantes a fin de proteger los recursos forestales que de otro modo se habrían podido agotar y también para promover la construcción con materiales no inflamables.

“La industria japonesa del acero, viendo en esas restricciones un nicho de mercado, comenzó a producir perfiles livianos de acero para la construcción como un substituto de los productos estructurales de madera. En consecuencia, Japón presenta un mercado y una industria altamente desarrollados en lo que respecta a la construcción con perfiles livianos de acero”. [1]

Según la National Association of Steel-Framed Housing (NASH) en Australia [3], comentan que el sistema de Steel Framing ha estado en Australia por más de 50 años. Kit de casas con marcos de hierro fundido han sido importados de Gran Bretaña a Australia en la década de 1850. Así que después de la Segunda Guerra Mundial la escasez de materiales de construcción condujo al desarrollo de un sistema de steel framing llamado Econosteel.

En la década de 1960 un constructor de Estados Unidos construyó alrededor de 50 casas en terrenos recuperados alrededor de la Gold Coast en Queensland, usando marcos galvanizados fabricados de manera similar a la madera y acabado en estuco. En 1968 la primera de las casas de la “new era” construida con steel framing fue construida en Sydney Thornleigh.

La próxima ronda de desarrollo comenzó a principios de la década de 1980. En este momento una serie de avances tecnológicos se produjo y que influyó mucho en el desarrollo del sistema de steel framing hasta el día de hoy. Por lo tanto, a finales de la década de 1980, Australia encabezó el mundo con el uso de G550 de acero en estructuras para casas. Con el desarrollo de formas más complejas y estructuralmente más eficiente, la ventaja del acero de resistencia superior podría ser utilizada y en consecuencia la masa de acero en una casa se redujo.

Hoy en día la industria de steel framing en Australia es altamente innovador con muchos sistemas diferentes. Este ambiente creativo y competitivo ha convertido al steel framing en una opción frecuente para construir casas y estructuras similares.

Al igual que en Australia en Nueva Zelanda también existe la National Association of Steel-Framed Housing (NASH) [4] en donde comentan que el sistema de steel framing se utilizó por primera vez en Nueva Zelanda a finales de 1960 y el primer constructor de steel framing Stuart Thmpson, comenzó operaciones en Wellington en 1970. En 1980 la disponibilidad de alta resistencia de los sistemas alentó el desarrollo de nuevos sistemas. En la actualidad la incorporación de la tecnología hace que el sistema constructivo con steel framing sea cada vez más usado en Nueva Zelanda.

Por otra parte, en zonas de influencia de Estados Unidos, el empleo de esta tecnología parece estar afianzándose. Una muestra de ello es su uso en Canadá y en algunos países sudamericanos como Brasil, Chile y Argentina.

3 http://www.nash.asn.au/nash/nash-and-steel-framing/history-of-steel-framing.html. Consulta: 29/02/2012. 4 http://www.nashnz.org.nz/nash_in_nz/history_of_steel_framing.html. Consulta: 29/02/2012.


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En Europa, la construcción del tipo Steel Frame es más frecuente en los países nórdicos (Finlandia, Suecia, Dinamarca), Francia, Alemania y Gran Bretaña. En España, en cambio nos es hasta los años 90 cuando se introduce al mercado, y sigue siendo un sistema poco utilizado en la actualidad.

Fuente: European Lightweight Steelframed Construction

Figura 4-2. Porcentajes de utilización de estructuras tipo “steel framing” para construcción de viviendas

Según el Southerm African Institute of Steel Construction [5] la llegada del light steel frame en Sudáfrica es uno de los acontecimientos más emocionantes de los últimos tiempos en las industrias del acero y la construcción. Si bien este método de construcción se ha utilizado en los EE.UU., Europa y Australia desde hace décadas, se ha introducido recientemente en Sudáfrica. Este sistema constructivo se ha empleado tanto para edificios residenciales y no residenciales, del mismo modo ha evolucionado hasta convertirse en un medio cada vez más popular de la construcción para la vivienda doméstica.

4.2. VENTAJAS DEL SISTEMA DE LSF

⋅ Ligero: supone para el transporte y montaje ahorro por el bajo peso, lo que trae rapidez y facilidad.

⋅ Bajo Coste: la construcción con LSF históricamente ha sido menos costosa que las otras formas de construcción. Esto varía de acuerdo a la ubicación geográfica y la demanda de mercado.

⋅ Producción en Masa: debido a que el proceso de fabricación de LSF es rápido a través de maquinaria especializada, aporta velocidad y control de calidad a la producción, es decir, el sistema se puede industrializar fácilmente, además de que la ejecución sea fiel a los planos.

⋅ Eficiente Energéticamente: el sistema permite aislar adecuadamente el edificio, ya que en el interior de los montantes se pueden instalar los aislamientos, además de colocar un aislamiento por el exterior.

⋅ Fiable y Duradero: el steel framing no presenta hinchazón, descomposición, las termitas, los hongos y los roedores no le afectan gracias al proceso de galvanización de las chapas a partir de las que se obtienen los perfiles.

⋅ Incombustible y Resistente al Fuego: el acero conformado en frío cumple con todos los requisitos para que sea no combustible. Sin embargo, para valorar la resistencia al

5 http://www.steelframeconstruction.co.za/. Consulta: 29/02/2012.

15% 15%

6%

3% 2% 1%

0%

5%

10%

15%

20%

Japón Suecia USA Gran Bretaña Francia Alemania


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fuego es del conjunto del cerramiento, por lo que se requiere la colocación de paneles de yeso para lograr el grado necesario.

⋅ Resistente a la Transmisión del Sonido: la combinación del steel frame con otros materiales forman un conjunto de cerramiento, el cual, garantiza el cumplimiento del aislamiento que los códigos exigen.

⋅ Perforaciones para Instalaciones: los montantes de steel framing están fabricados con agujeros regularmente espaciados para servir de paso a las instalaciones, además que son resistentes a la corrosión. Electricistas y fontaneros no tiene que perforar o cortar para instalar su trabajo, reduciendo al mínimo el tiempo de construcción, el costo y la posibilidad de daño. Arandelas de plástico están disponibles para adaptarse a los tamaños de tornillo estándar de los orificios para evitar vibraciones.

⋅ Rápido y Fácil Montaje: la producción en masa de la fabricación del steel framing garantiza el suministro constante y rápido, lo que significa que los plazos de ejecución se acortan, reduciendo los gastos generales y gastos de personal. Además, no existe la necesidad de emplear maquinaria pesada.

⋅ Arquitectura Atractiva y Flexible: se pueden emplear infinidad de formas y materiales como acabados interiores y exteriores por ser un sistema abierto. En caso de remodelaciones este sistema aporta la facilidad para llevar a cabo los trabajos.

⋅ Estructuralmente Eficiente: el sistema de light steel frame puede ser estructural o no, lo que significa que paneles de cerramiento se pueden integrar perfectamente en cualquier sistema constructivo. Además que se tienen un buen comportamiento frente a huracanes y terremotos.

⋅ Construcción en seco: minimiza el uso de recursos naturales y los desperdicios. ⋅ Poco espesor: con estos sistemas se pueden conseguir cerramientos de muy poco

espesor pero que garantizan las prestaciones que exige la normativa. ⋅ Reciclabilidad: los perfiles de steel frame pueden ser reciclados muchas veces sin

perder sus propiedades. ⋅ Estabilidad: el steel framing no absorbe la humedad, ya que el acero tiene una

excelente estabilidad dimensional para mantener la forma indefinida. ⋅ Bajo mantenimiento: bajo costo y esfuerzo para mantener las cualidades de

diseño intacto.

4.3. DESVENTAJAS DEL LSF ⋅ Puentes Térmicos: se pueden producir puentes térmicos a través de la estructura de

light steel frame ya que tiene una elevada conductividad, lo que podría producir humedades y hongos, por lo tanto se debe emplear aislamiento por el exterior para evitar este problema.

⋅ Inercia Térmica: el cerramiento al ser tan ligero no tiene inercia térmica, pero se podría solucionar colocando paneles que tengan PCM (Materiales de Cambio de Fase).

⋅ Coste: en los países donde el sistema de light steel frame casi no se emplea, el coste por lo general es superior al de un sistema tradicional.

⋅ Acción Galvánica: Por ser la estructura de acero conformado en frío, tener especial cuidado con otros metales.


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⋅ Operarios: de acuerdo al sitio donde se desarrolle el proyecto la mano de obra especializada y la falta de empresas con experiencias puede resultar un inconveniente.

⋅ Cultura: dependiendo de la cultura constructiva donde se implemente el sistema, puede ser una dificultad, ya que la percepción sicológica de que es un sistema ligero pueden verlo como una debilidad.

⋅ Corrosión: tener cuidado si se va a emplear el steel frame cerca de ambiente marinos, se debe emplear un recubrimiento especial para evitar la corrosión.

4.4. PROCESO FABRICACIÓN PERFILES DE LSF

Las estructuras de acero están compuestas de dos familias de elementos estructurales. Una es la de perfiles laminados en caliente y la otra es la de los perfiles conformados en frío. Los perfiles de acero conformado en frío se obtienen por perfilado a partir de bobinas de acero revestidas con cinc o una aleación de cinc-aluminio en el proceso continuo de inmersión en caliente, cuyo producto es conocido como acero galvanizado.

De este modo se pueden fabricar secciones de diversa forma y/o dimensión. Estas operaciones ocurren con el acero a la temperatura ambiente, de ahí el término “conformado en frío”.

Fuente: Sistema Constructivo “Steel Frame” y su utilización en climas tropicales. Pág. 10

Figura 4-3. Diagrama del proceso de obtención de los perfiles de steel framing


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Una de las empresas españolas que producen perfiles de acero conformado en frío Titan Steel [6] emplean “chapa de acero galvanizado S280GD Z275 y S350GD Z275, Según UNE EN 10326:2007, “Chapas y bandas de acero estructural recubiertas en continuo por inmersión en caliente. Condiciones técnicas de suministro (antes UNE EN 10147)” cuyas características mecánicas son:

⋅ Límite elástico: 280 N/mm2. ⋅ Resistencia a tracción: 360 N/mm2. ⋅ Alargamiento porcentual en rotura A

80 ≥ 16%

⋅ Límite elástico: 350 N/mm2. ⋅ Resistencia a tracción: 420 N/mm2. ⋅ Alargamiento porcentual en rotura A

80 ≥ 14%

Mientras que la empresa Teccon en su DITE [7] de un kit de construcción de edificios prefabricados con estructura metálica, para viviendas unifamiliares aisladas o adosadas y plurifamiliares hasta cuatro plantas, comentan que “Los perfiles delgados conformados en frío, están realizados en acero S250GD+Z según EN 10326, con un límite elástico básico de fyb= 250 N/mm2, una resistencia última de tensión de fu= 330 N/mm2 y una elongación = 19%. Estos perfiles de acero se clasifican de clase 4 de acuerdo con su sección transversal y según EN 1993-1-1.”

Otro tema importante es la protección frente a la corrosión, por lo que Titan Steel [6] comenta “En nuestro sistema la protección para la corrosión es Z-275 (275gr zinc /m2). Con un espesor del recubrimiento de 20µm por cara.”

En el libro Steel Framing: Arquitectura [1] establecen que “Las masas mínimas de revestimiento se encuentran entre los 100 y los 150 gramos por m2 computado en ambas caras. El espesor de la chapa varía entre 0,8 y 3,2 mm para los perfiles del steel frame y perfiles de hasta 0,4 mm para tabiques no portantes. Las secciones más comunes para la construcción en Steel Framing son las en forma de “C” para montantes y vigas y el perfil “U” que es usado como solera en la base y en el tope de los paneles.”

Las dimensiones del alma de los perfiles C varían generalmente entre 40 y 300 mm (medidas externas), a pesar de que es posible usar otras dimensiones. Los perfiles U presentan un ancho de alma mayor que el del perfil C, a fin de permitir el encaje en el perfil guía solera o U.

Las alas pueden variar entre 25 y 50 mm, según el fabricante y el tipo de perfil. Los otros perfiles que pueden ser necesarios para estructuras de steel frame son los perfiles L, perfiles omega y chapa o fleje.

A continuación se presentan los distintos perfiles que pueden existir de steel framing, desde perfil en U, perfil en C, perfil omega, entre otros.

6 Titan Steel. Memoria del Sistema Industrializado Titan Steel. Madrid. Pág. 7 7 Instituto de Tecnología de la Construcción de Cataluña. Documento de Idoneidad Técnica Europeo DITE 08/0349. Teccon Evolution. Kit de construcción de edificios prefabricados con estructura metálica, para viviendas unifamiliares aisladas o adosadas y plurifamiliares hasta cuatro plantas. 2009. Pág. 8.


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H: Altura del Alma B: Ancho del Ala T: Espesor D:Ancho de pestaña

Fuente: Steel Framing: Arquitectura. Pág. 23 Figura 4-4. Perfiles utilizados en el sistema con LSF

4.5. EJEMPLOS DE APLICACIÓN

Este tipo de sistema constructivo Light Steel Framing, se puede emplear en diversidad de tipologías constructivas, desde viviendas unifamiliares, multifamiliares, edificios de oficinas, comerciales, educacionales, hoteles, hospitales, de tipo religioso, unidades modulares e incluso para la remodelación de edificios, tal y como se muestra en las siguientes figuras.


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Residencias Unifamiliares:

Obra: Apartamento. Ubicación: Nueva Zelanda Fuente: http://www.frametek.co.nz/4/pages/29-residential-apartment

Obra: Vivienda Unifamiliar Jacaranda. 2008 Ubicación: Cádiz. España. Fuente: http://www.bluecoast.com/obras_2008-01.html

Obra: Vivienda Unifamiliar. Ubicación: Bahía. Brasil. Fuente: http://www.construtorasequencia.com.br/obra_comercial_trancoso_life.asp

Obra: Dormitorios. Ubicación: África Fuente: http://www.internationalsteelframes.com/overview/project-photos.html#Kalia

Obra: Vivienda Unifamiliar Ubicación: Argentina Fuente: http://www.nuevaeraconstrucciones.com/web20/index.php?option=com_content&task=view&id=47&Itemid=44

Figura 4-5. Ejemplos viviendas unifamiliares Edificios residenciales multifamiliar:

Obra: Vivienda Multifamiliar Ubicación: Manchester. UK. Fuente: Eurobuilt in Steel. Best Practice for Residential Buildings. Pág. 18

Figura 4-6. Ejemplo de vivienda multifamiliar


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Edificios Comerciales, Oficinas:

Obra: Almacenes Ubicación: Nueva Zelanda Fuente: http://www.frametek.co.nz/4/pages/22-commercial-storage-units

Obra: Pizza Hut Ubicación: Brasil. Fuente: http://www.construtorasequencia.com.br/obra_comerciais_pizza.asp

Obra: Oficinas. 2010 Ubicación: Valdebebas. España. Fuente: http://www.bluecoast.com/obras.html

Figura 4-7. Ejemplos de edificios comerciales y oficinas

Hoteles:

Obra: Hotel Embassy Suites. Ubicación: Columbus, OH. USA Fuente: http://www.steelframing.org/PDF/cycletime/EmbassySuites.PDF

Obra: Holiday Inn Express & Suites Ubicación: Ontario. Canadá Fuente: http://www.cssbi.ca/Eng/_pdf/CS-00-02.pdf . Consulta:02/03/12

Figura 4-8. Ejemplos de hoteles


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Hospitales, clínicas, establecimientos educacionales, iglesias:

Obra: Centro Médico Ubicación: Nueva Zelanda. Fuente: http://www.frametek.co.nz/4/pages/23-commercial-medical-centre

Obra: Parroquia SJM. 2009 Ubicación: Aravaca, Madrid. España. Fuente: http://www.bluecoast.com/obras_2009-03.html

Obra: Escuela. Ubicación:Redbridge, LondonUK Fuente: http://www.metekbuildingsystems.co.uk/residential/education

Figura 4-9. Ejemplos de hospitales, clínicas, educacionales e iglesias.

Unidades modulares. En lo que respecta a unidades modulares existen módulos individuales prefabricados de baños, cocinas, y otras dependencias para la construcción de edificios residenciales, comerciales, hoteles, etc.

Obra: Hotel Extension. Ubicación: Guildford. UK Fuente: Case stadies on Modular Steel Framing. Case study 8.

Figura 4-10. Ejemplo de unidades modulares

Remodelación de edificios. Para el caso de remodelación de edificios puede utilizarse el sistema Steel Framing para el revestimiento de fachadas, la construcción de altillos, entreplantas y techos, entre otros.

Obra: Entreplanta. 2007 Ubicación: Alcalá de Henares, Madrid. España. Fuente: http://www.bluecoast.com/obras_2007-05.html


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Obra: Cubierta Ubicación: Brasil. Fuente: http://www.construtorasequencia.com.br/telhados_campobelo.asp

Figura 4-11. Ejemplos de remodelación de edificios

4.6. ESTADO DEL ARTE EN EL CAMPO DE LA INVESTIGACIÓN

En los últimos años, el número de sistemas constructivos con steel frame utilizados en la edificación residencial y comercial ha ido en aumento en muchos países, por lo tanto, se han realizado y se siguen realizando estudios sobre las distintas características que comprende el sistema constructivo con light steel framing.

Por esta razón en este apartado se realiza un análisis del estado del arte de estos sistemas constructivos, los cuales se presentan divididos por temas: desde el punto de vista térmico, acústico, económico, estructural, en caso de incendio, industrialización y medioambiental – sostenible. A continuación se exponen los trabajos más representativos encontrados en las distintas bases de datos de artículos, patentes, tesis doctorales, tesinas de máster y otros organizados por tema y por fecha de publicación:

4.6.1. Térmico:

En relación a los estudios térmicos, varios análisis se han llevado a cabo en distintas partes del mundo, desde la caracterización de diversos cerramientos con estructura de light steel framing mediante la utilización de métodos de cálculo y simulaciones con distintos softwares, incluso en algunos casos realizan modelos de cálculo de elementos finitos para calcular este tipo de cerramientos ya que no son cerramientos homogéneos. Además, realizan experimentaciones en células de ensayo en laboratorio mediante el empleo de la caja caliente de diversas soluciones de cerramientos, para obtener los flujos de calor que se producen además de las transmitancias térmicas y a su vez realizan simulaciones para realizar comparativas y validar su comportamiento térmico, en algunos casos emplean la termografía infrarroja para realizar el análisis de puentes térmicos mediante el uso de esta herramienta. Por lo tanto, en ciertas investigaciones al final se lleva a cabo una metodología para el desarrollo de nuevos diseños de sistemas que incorporen el light steel framing.

También se realizan estudios de viviendas reales comparando el sistema de light steel framing vs sistemas de madera o convencional dependiendo de cada país, obteniendo los consumos reales, los cuales los emplean para verificar los ahorros energéticos que se producen. Por lo tanto, a continuación se comentan los trabajos encontrados relacionados con este tema, organizados por fecha de publicación.


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Jan Kosny y Jeffrey E. Christian [8] desarrollan en Estados Unidos en 1995 un artículo en donde comentan que desafortunadamente los sistemas con steel framing presentan puentes térmicos, además comentan que varios autores estiman que la reducción del valor de R debido a los perfiles de steel frame es de 30-50% de la resistencia térmica de las capas de los materiales usados en el cerramiento. Por lo tanto, han realizado simulaciones con el software HEATING 7.2 desarrollado por el Oak Ridge National Laboratory, para varios cerramientos en donde emplean distintas configuraciones de aislamiento y varios tamaños del perfil del steel framing. Con todo esto se generan mapas de la distribución de la temperatura en los cerramientos, sus componentes y áreas donde la fachada intercepta con otra estructura del edificio. Estos mapas fueron usados para estimar las áreas afectadas por los puentes térmicos y para calcular los valores de R para esas áreas. Estos valores de R fueron usados para calcular el promedio de R para el cerramiento entero y estimar los efectos térmicos de los detalles del cerramiento.

Fuente: Jan Kosny y Jeffrey E. Christian

Figura 4-12. Configuraciones de cerramientos y estudio de puentes térmicos 8 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0378778894009135. Jan Kosny y Jeffrey E. Christian. Thermal evaluation of several configurations of insulation and structural materials for some metal stud walls. Energy and Building. Volume 22, Issue 2. Elsevier.1995. Pages 157-163


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T. Höglund y H. Burstrand [9] (Suecia) en 1998 en su artículo “Perfiles de acero con ranuras para reducir los puentes térmicos en cerramientos aislados”, comentan que el uso de cerramientos con steel framing en países de climas fríos se hizo posible gracias a las ranuras que presentan los perfiles de acero. Este artículo considera principalmente los métodos de diseño para cerramientos con steel framing con ranuras. Para realizar el estudio han seleccionado tres cerramientos más usados en Suecia, a los cuales les han calculado el valor de la transmitancia térmica, el flujo de calor y los han comparado con un cerramiento que dispone de montantes de madera colocados en la misma posición.

Mark Gorgolewski [10] UK en 2000 realiza un estudio del comportamiento térmico y acústico de light steel framing en el que realiza una comparativa de los valores de U calculados, de las pruebas de infiltración de aire y de las normas actuales de la industria. Los resultados demuestran que los sistemas analizados tienen bajos valores de transmitancia térmica muy por debajo de los actuales requisitos del Reino Unido. Al final concluye que el light steel frame provoca puentes térmicos con el exterior, el movimiento del aire dentro del espesor de la pared externa puede aumentar la pérdida de calor localizado. Los valores de la transmitancia térmica medidos se comparan favorablemente con los valores teóricos. Algunas fugas de aire parece que se produce a través de la pared de steel frame, por lo que necesita mejorar los detalles.

Ian R. Cox-Smith [11] en 2001 en Nueva Zelanda realiza un análisis de la resistencia térmica de las paredes cuando los métodos de cálculo se extienden a dos dimensiones que incluyen los efectos de las zonas perimetrales, como la unión entre la pared y el techo o la unión entre la pared y los cimientos. Para realizar el estudio seleccionan tres cerramientos particulares uno con steel framing con aislamiento entre los perfiles y dos con timber framing, a uno de estos sistemas de timber framing le colocan aislamiento entre los montantes y a otro le colocan aislamiento térmico por el exterior (SATE) y no entre los montantes. El modelado se realiza usando una combinación de una y dos dimensiones para obtener el R-Value, teniendo como conclusiones que en el caso de cerramientos con timber framing el nivel actual de aislamiento es a menudo por encima del requisito mínimo y puede ser suficiente para satisfacer el cumplimiento del Código. Sin embargo, para el cerramiento con steel framing el R-Value está por encima del mínimo exigido en las regiones más cálidas, pero no cumple con el mínimo para las regiones más frías de Nueva Zelanda.

9 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823198000287. T. Höglund y H. Burstrand. Slotted steel studs to reduce thermal bridges in insulated walls. Thin-Walled Structures. Elsevier. Septiembre 1998. doi:10.1016/S0263-8231(98)00028-7 10 http://www.irb.fraunhofer.de/CIBlibrary/search-quick-result-list.jsp?A&idSuche=CIB+DC5006. Gorgolewski, Mark. Thermal and Acoustic Performance of Light Steel Framing. The Steel Construction Institute. 2000. Berks, UK. 11http://www.branz.co.nz/cms_show_download.php?id=e3131a1703d9c3c53fd6871d68fcba5096484d87. Ian R. Cox-Smith. Whole Wall R-Values. CIB World Building Congress. Wellington, New Zealand. April 2001. ISSN: 0111-7505.


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También en 2001 en Reino Unido P.J. Grubb, M.T. Gorgolewski y R.M. Lawson [12] presentan la publicación “Diseño Constructivo usando Secciones de Acero Conformado en Frío. Light Steel Framing en Construcciones Residenciales” en donde presentan una tabla con resultados de cerramientos de distintas viviendas, las cuales las comparan con los valores exigidos por la normativa británica.

En Enero de 2002 el U.S. Department of Housing and Urban Development. Office of Policy Development and Research, North American Steel Framing Alliance y la National Association of Home Builders [13] publican “Acero vs. Madera. Comparativa del Rendimiento Térmico a largo plazo. Demostración Casas en Valparaiso” en donde, realizan una comparativa del uso de la energía a largo plazo (mayo 2000-abril 2001) en dos casas en Valparaiso – Indiana casi idénticas, una de ellas está construida con madera convencional y la otra con acero conformado en frío. Realizaron pruebas de infiltración de aire y pruebas de calor, para ello monitorizaron el uso eléctrico, uso de gas, temperatura y humedad de toda la casa, sótano, ático, paredes y exterior. En donde, empleaban gas natural para calefacción y electricidad para refrigeración y ventilador, obteniendo como resultados que la casa con steel framing tenía ligeramente más consumo que la de estructura en madera, es decir, un 3,9 % más de consumo invernal de gas natural y un 10,7 % de electricidad en verano.

Fuente: Acero vs Madera

Figura 4-13. Comparativa de consumos durante Verano

American Iron and Steel Institute, Steel Framing Alliance and The U.S. Deparment of Energy [14] en 2002 presentan un reporte de investigación en el que el objetivo es mejorar el rendimiento térmico en la envolvente del edificio con estructuras de steel framing, 12 P.J. Grubb, M.T. Gorgolewski y R.M. Lawson. Building Design Using Cold Formed Steel Sections. Light Steel Framing in Residential Construction. The Steel Construction Institute. Reino Unido. 2001. Publication Number SCI P301. ISBN 185942121 0. 13 http://www.pathnet.org/sp.asp?id=1046. U.S. Department of Housing and Urban Development. Office of Policy Development and Research, North American Steel Framing Alliance y National Association of Home Builders. Steel vs. Wood. Long-Term Thermal Performance Comparison. Valparaiso Demonstration Homes. NAHB Research Center. Contract Nº H-21216CA. Estados Unidos. Enero 2002. 14 http://www.steelframing.org/PDF/research/RP02-8.pdf. American Iron and Steel Institute, Steel Framing Alliance and The U.S. Department of Energy. Development of Cost-Effective, Energy Efficient Steel Framing: Thermal Performance of Slit-Web Steel Wall Studs. Research Report RP-02-9. NAHB Research Center Inc. Estados Unidos. September 2002 Revisión 2006.


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desarrollando y analizando nuevos “montantes de acero térmicamente eficiente”. Esta evaluación se ha llevado a cabo en docenas de tipos de sistemas de cerramientos que tienen componentes tales como rotura de puente térmico, montantes modificados, materiales nuevos y nuevas técnicas de construcción. Cada una de las muestras fue testada en el Oak Rigde National Laboratory (ORNL) en la caja caliente, además de evaluarse cuantitativamente usando análisis térmico de elementos finitos y otras técnicas.

Fuente: Energy Efficient Steel Framing

Figura 4-14. Estudio en caja caliente de distintos tipos de montantes

En Septiembre 2002 el Canadian Sheet Steel Building Institute [15] presenta la publicación “Guía de Diseño Arquitectónico de Lightweight Steel Framing” en donde presentan cuatro tipologías de cerramientos con su resistencia térmica, los valores son de cada cerramiento con dos tamaños de montantes de 92 y 152 mm.

En Julio de 2003 el U.S. Department of Housing and Urban Development. Office of Policy Development and Research, North American Steel Framing Alliance y National Association of Home Builders [16] publican “Acero vs. Madera. Comparativa del Rendimiento Térmico a largo plazo. Demostración Casas Beaufort, SC” en donde, realizan una comparativa del uso de la energía a largo plazo (abril 2001-marzo 2002) en dos casas en Beaufot – Carolina del Sur casi idénticas, una de ellas está construida con madera convencional y la otra con acero conformado en frío. Realizaron pruebas de infiltración de aire y pruebas de calor, para ello monitorizaron el uso eléctrico, uso de gas, temperatura y humedad de toda la casa, sótano, ático, paredes y exterior. En donde, empleaban gas natural para calefacción y electricidad para refrigeración y ventilador. Los resultados se comparan bien con las pruebas térmicas de las casas de demostración en Valparaiso-Indiana, en donde la casa construida con steel framing tiene ligeramente más consumo que la de madera. Los resultados de Beaufort parecen ser razonablemente coherentes con Valparaíso, ya que tanto Valparaíso y lugares de Beaufort muestran una susceptibilidad de los áticos con steel framed de las ganancias solares mucho más que los áticos de estructura de madera.

15 Lightweight Steel Framing Architectural Design Guide. Canadian Sheet Steel Building Institute. CSSBI 57-2002. Canada. September 2002. ISBN 1-895535-33-6. 16 http://www.steelframing.org/PDF/research/02-Final_Report_Thermal-Beaufort.pdf. U.S. Department of Housing and Urban Development. Office of Policy Development and Research, North American Steel Framing Alliance y National Association of Home Builders. Steel vs. Wood. Long-Term Thermal Performance Comparison. Beaufort, SC Demonstration Homes. NAHB Research Center. Contract Nº H-21216CA. Estados Unidos. Julio 2003.


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Figura 4-15. Comparativa de consumo: SF y Madera Fuente: Acero vs Madera

European Light Steel Construction Association [17] también en 2005 presentan en el libro “European Lightweight Steelframed Construction” valores de distintas tipologías de cerramientos exteriores en donde exponen datos de la transmitancia térmica.

Aitor Amundarain et al [18] 2006 en Reino Unido, publican “Light Steel Frame: Mejora del Diseño Integral”, en donde, evalúan y desarrollan la forma en que las estructuras de steel framing están diseñadas. Así, el objetivo principal del estudio es establecer una metodología de diseño integral que pueda llevar a un mejor comportamiento integral, en este estudio el enfoque se da sólo en la evaluación de las herramientas utilizadas para determinar la eficiencia térmica y resistencia al fuego de las paredes exteriores de LSF. Para ello, han llevado a cabo trabajos experimentales y computacionales en orden de optimizar el diseño del sistema de light steel framing. El aparato principal que se utiliza para determinar experimentalmente el coeficiente de transmisión térmica es la caja caliente. Una serie de pruebas se llevaron a cabo usando una de estas cajas que satisfacen cerca los criterios establecidos por la British Standards. La caja caliente se compone de dos cámaras, una caliente y otra fría. Una muestra de ensayo representativa se intercala entre estas

17 European Light Steel Construction Association (LSK) (2005). European Lightweight Steelframed Construction. Bruselas: Arcelor. Pág. 38 y 42. ISBN 2-9523318-2-0 18 http://www.era.lib.ed.ac.uk/handle/1842/1409. A. Amundarain, J.L. Torero, A. Usmani, A.M. Al-Remal, "Light Steel Framing: Improving the Integral Design", Global Built Environment: Towards an Integrated Approach for Sustainability, Lancashire (UK), September 2006, pp. 190-198. Consultado: 12 Marzo 2012.


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cámaras y el objetivo es que el calor fluirá desde una cámara a la otra sólo a través de la muestra. Esto permite una cuantificación precisa del flujo de calor. Sobre la base de las conclusiones que obtuvieron, han establecido una metodología para el desarrollo de nuevos diseños de light steel framing.

Fuente: Light Steel Frame: Mejora del Diseño Integral

Figura 4-16. Estudio en caja caliente. Caracterización de los puentes térmicos del LSF

Fuente: Light Steel Frame: Mejora del Diseño Integral

Figura 4-17. Caracterización de los puentes térmicos

En 2007 Aitor Amundarain [19] en su tesis doctoral “Evaluación de la eficiencia térmica, estructural y resistencia al fuego de los sistemas de construcción ligera para el diseño optimizado” describe en el capítulo dos la eficiencia térmica del sistema ligero con

19 http://www.era.lib.ed.ac.uk/handle/1842/2128. Aitor Amundarain. (2007). Assessment of the thermal efficiency, structure and fire resistance of lightweight building systems for optimized design PhD. The University of Edinburgh. UK. Consultado: 12 Marzo 2012.


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steel framing, en el cual utiliza dos modelos de composición de cerramientos, a los cuales les realiza una serie de experimentos en la caja caliente expuesta anteriormente, además de hacer simulaciones. Obteniendo como conclusiones que los diseñadores pueden confiar en los resultados de los valores de transmitancia térmica obtenidos a través de las simulaciones. Sin embargo, el resultado final de las metodologías de eficiencia térmica es el valor de la transmitancia térmica, que da una idea de la pérdida de calor que se produce por cualquier configuración de las construcciones ligeras.

Fuente: Aitor Amundarain

Figura 4-18. Estudio en caja caliente. Caracterización del comportamiento térmico del LSF

Mark Gorgolewski [20] (Canadá) también en 2007 comenta en su artículo que ha habido un considerable debate sobre el desarrollo de métodos de cálculo simplificados para la resistencia y transmitancia térmica de construcciones con estructuras de steel frame que los

20 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360132306001776. Mark Gorgolewski. Developing a simplified method of calculating U-values in light steel framing. Building and Environment. Elsevier. Enero 2007. doi:10.1016/j.buildenv.2006.07.001.


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diseñadores puedan emplear fácilmente. Estos métodos simplificados han presentado dificultad para estas construcciones ya que deben adaptarse a capas no homogéneas y puentes térmicos. Por lo tanto, en su trabajo describe el desarrollo de un método simplificado basado en los principios de elementos finitos para calcular los valores de U de construcciones con steel frame y los compara con las predicciones realizadas por los métodos simplificados desarrollados anteriormente. Para llevar a cabo los estudios utiliza tres diseños genéricos de cerramientos: a. un cerramiento caliente con todo el aislamiento ubicado en el exterior de la estructura de steel frame, b. cerramiento con steel frame y con aislamiento dentro de los montantes, c. construcción híbrida con aislamiento entre los montantes de acero y aislamiento por el exterior. Los resultados de la modelización de elementos finitos se compararon con un número de métodos de cálculo simplificados, como el método descrito en la norma BS EN 6946 y otros tres métodos experimentales que también se ensayaron sistemáticamente. Por lo tanto, concluye que se ha encontrado que el uso de la relación Rmin/Rmax es una base útil para la estimación de los valores de U para las construcciones con steel framing. Además se ha incorporado en el software de cálculo un algoritmo más complejo para encontrar la ponderación entre Rmin/Rmax y ahora el software incluye rutinas separadas para el cálculo de construcciones con steel framing para que sea fácil de calcular.

Gustavo San Juan y Esteban Jáuregui [21] en 2008 en Argentina realizan en su ponencia una comparación en cuanto al consumo y ahorro energético destinado a climatización, entre dos sistemas constructivos: el sistema tradicional, con muros de mampostería de ladrillo hueco y cubiertas de chapas metálicas, y el sistema industrializado de entramado con perfiles metálicos galvanizados livianos, es decir el Steel Framing. Para ello, han adoptado un prototipo de vivienda de interés social, en el cual realizan los cálculos de cargas térmicas de calefacción y la potencia de refrigeración, llegando a la conclusión de que con ese ensayo se pueden lograr reducciones de la capacidad aislante de la envolvente del 38,4% hasta 50,5%.

21 http://www.casas-steelframing.cat/aislamiento%20-%20ahorro%20energia.pdf. Gustavo San Juan y Esteban Jáuregui. Ahorro de Energía para Climatización. Comparación entre un sistema constructivo tradicional y el sistema steel framing. Congreso Regional de Tecnología de la Arquitectura. Facultad de Arquitectura y Urbanismo – Universidad Nacional de La Plata. 24 y 25 Abril 2008. Argentina. Consultado: 12 Marzo 2012.


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Fuente: Gustavo San Juan y Esteban Jáuregui

Figura 4-19. Comparativa de consumo en dos sistemas constructivos en Argentina

También en Agosto 2008 el Steel Stud Manufacturers Association SSMA, el American Iron and Steel Institute y el Steel Framing Alliance [22] publica una Guía de Diseño titulada “Diseño Térmico y Cumplimiento de Código para Cerramientos de Acero Conformado en Frío”, en donde presentan tablas con valores de resistencia térmica y transmitancia térmica de distintos cerramientos con steel framing, los cuales comparan con la normativa americana.

En 2009 en España la empresa Teccnon Evolution a través del Instituto de Tecnología de la Construcción de Cataluña [23] presentan el Documento de Idoneidad Técnica Europeo DITE “Kit de construcción de edificios prefabricados con estructura metálica, para viviendas unifamiliares aisladas o adosadas y plurifamiliares hasta cuatro plantas” en donde desarrollan cuatro configuraciones de fachadas con entramado modular de steel framing y presentan una serie de tablas en donde indican los valores de la transmitancia térmica para cada uno de los cerramientos.

Gisele Cristina Antunes Martins et al [24] de la Universidade Federal de Ouro Preto de Brasil en 2009 evalúan el rendimiento térmico de una residencia con ventilación natural, mediante simulación numérica con el software EnergyPlus. Para llevar a cabo el análisis seleccionan dos sistemas constructivos diferentes uno es el steel framing y otro con mampostería tradicional, además utilizan los datos climáticos de la ciudad Belo Horizonte. Dentro de los resultados se puede observar que en ambos casos el perfil de temperatura se presenta

22 http://www.steelframing.org/PDF/FinalDesignGuideSept82008.pdf. Steel Stud Manufacturers Association SSMA, American Iron and Steel Institute y Steel Framing Alliance. Thermal Design and Code Compliance for Cold-Formed Steel Walls. Design Guide. Estados Unidos. August 2008. 23 http://www.itec.cat/nouDite.c/files/DITE_08_0349_e_30_01_2009.pdf. Instituto de Tecnología de la Construcción de Cataluña y Teccon Evolution. Documento de Idoneidad Técnico Europeo DITE 08/0349. Kit de construcción de edificios prefabricados con estructura metálica, para viviendas unifamiliares aisladas o adosadas y plurifamiliares hasta cuatro plantas. Organización Europea para la Idoneidad Técnica. Enero 2009. 24http://www.unilestemg.br/pic/sic_10/resumos/pes/engenharia_tecnologia/estudo_do_comportamento_termico_do_sistema_light_steel_framing.pdf. Gisele Cristina Antunes Martins, Henor Artur Souza y Adriano Pinto Gomes. Estudo do Comportamento Térmico do Sistema Light Steel Framing. 10ª Semana de Iniciação Científica e 1ª Semana de Extensão - UnilesteMG "Iniciação Científica e Extensão: diferenciais acadêmicos." Coronel Fabriciano-MG – 21-23/09/2009. Brasil.


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fuera del rango de confort, sin embargo, en la noche el sistema con light steel frame mostró un mejor desempeño en comparación con la mampostería. Por otro lado, se observó durante el día que el sistema con steel framing proporciona una mayor proporción de personas insatisfechas en comparación con la albañilería convencional. Con todo esto concluyen que el sistema con steel framing puede ser trabajado como multicapa, por lo que se le pueden incluir más capas de aislante u otros materiales para que mejoren los resultados aquí presentados.

También en 2009 en Nueva Zelanda la National Association of Steel-Framed Housing (NASH) [25] publica la “Guía de Aislamiento de Viviendas” en donde presentan una serie de tablas y gráficos con la resistencia térmica de distintas tipologías de cerramientos con estructura de light steel framing. El estudio lo han realizado tomando en cuenta dos separaciones de los montantes a 600 y 400 mm, distintos espesores de la cámara y diferentes tipos de revestimientos.

Jan Kosny et al [26] en 2010 en Florida US describe en su artículo la evaluación del comportamiento térmico de cerramientos con steel frame, en donde, realizan ensayos experimentales de dos configuraciones de cerramientos utilizando la caja caliente teniendo en cuenta la norma ASTM Standard C1363. En estos ensayos le colocan “stud-snugglers foam” (aislamiento en las aletas de los montantes) sobre los perfiles verticales para evitar los puentes térmicos. Por otro lado, realizan cálculos teóricos de cinco cerramientos, en donde hay dos de estructura de madera y tres con estructura de steel framing. En los cálculos también colocan espuma en los perfiles tanto de madera como de acero conformado en frío, por lo tanto, tienen como conclusiones que la mejora de los estudios de la resistencia térmica de los cerramientos con perfiles de madera debido a la adición de la espuma era relativamente pequeña. Mientras que ocurre todo lo contrario en los cerramientos con steel frame, ya que reduce los puentes térmicos.

Fuente: Jan Kosny

Figura 4-20. Comportamiento térmico de cerramientos con SF. Ensayos experimentales y computacionales

25 http://www.nashnz.org.nz/publications/NASH11_House_insulation_guide.pdf. National Association of Steel-Framed Housing. N-11 House insulation guide. Version1.0. Nueva Zelanda. Noviembre 2009. 26 http://www.ornl.gov/sci/buildings/2010/B11%20papers/196_Kosny.pdf. Jan Kosny, Kaushik Biswas y Phillip Childs. Steady-State Thermal Performance Evaluation of Steel-Framed Wall Assembly with Local Foam Insulation. Thermal Performance of the Exterior Envelopes of Whole Buildings XI International Conference. Florida. US. 2010.


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Laurent Zalewski et al [27] (Francia – Canadá) 2010 presentan en su artículo el primer método de termografía infrarroja que se utiliza para visualizar los puentes térmicos, el cual es complementario para determinar los aspectos cuantitativos de las pérdidas de calor a través de los cerramientos. Este estudio está basado en dos partes principalmente, la primera basada en análisis experimentales y la segunda un estudio numérico basado en simulaciones. La muestra de ensayo es un cerramiento con estructura de light steel framing, el cual se coloca en una célula experimental de laboratorio con temperaturas controladas. Para realizar el análisis térmico se generan termogramas y se comparan con las temperaturas medidas con los termocuplas instalados en el cerramiento. Por otro lado, emplean tres sensores de flujo de calor durante 48 horas, dos de ellos ubicados en la sección estándar y otro sobre el perfil de acero, obteniendo como resultados que la mayor pérdida de calor que se produce es en el sensor que está encima del steel frame. Esta simple experimentación demuestra que las pérdidas de calor causados por puentes térmicos pueden ser evaluados. También confirma lo que se observa en las imágenes infrarrojas. Respecto al segundo estudio el objetivo es proponer una herramienta de predicción adecuada que le permita al diseñador identificar las peores zonas de pérdidas de calor y en consecuencia realizar las correcciones necesarias. Las simulaciones se realizan con el software térmico comercial TRISCO, el cual se limita al estado estacionario y tridimensionalmente, las muestras han sido la misma que se empleo para el estudio experimental y la segunda le colocan aislamiento térmico en las zonas donde se disponen los perfiles de steel frame. Los resultados cualitativos que se obtienen confirman claramente la presencia de puentes térmicos, tal cual los presenta el termograma, ubicados principalmente en las zonas verticales donde se ubican los perfiles. Por lo tanto, concluyen que las mediciones muestran que las pérdidas de calor en frente del steel framing son dos veces más importantes que en otros lugares. La medición de flujo local y no destructiva demostró también ser muy útil para establecer y validar el modelo de simulación.

27 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890410002384. Laurent Zalewski et al. Experimental and numerical characterization of thermal bridges in prefabricated building walls. Energy Conversion and Management. Elsevier. Diciembre 2010. doi:10.1016/j.enconman.2010.06.026


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Fuente: Laurent Zalewski

Figura 4-21. Método de termografía infrarroja para puentes térmicos. Uso en caja caliente

Peter Engelmann, Bryan Urban y Jan Kosny [28] US publican en 2011 en su artículo “Nuevos desarrollos en mitigación de puentes térmicos generados por componentes del light steel framing”, ya que en el sistema constructivo con steel framing una de las desventajas que se produce son los puentes térmicos, por lo tanto, han desarrollado varias configuraciones de cerramientos para mejorar el rendimiento térmico, en donde exponen que la manera más común de superar estos puentes térmicos es bloquear el paso del flujo de calor o reducir el contacto del área entre el perfil y sus componentes. Los autores desarrollan cinco cerramientos diferentes, los cuales los simulan térmicamente en tres dimensiones usando el software HEATING 7.3 desarrollado por el Oak Ridge National Laboratory. El estudio analiza los diferentes métodos y materiales para optimizar el rendimiento térmico del cerramiento con steel frame, con cualquiera de las capas de aislamiento convencional, o mediante la utilización de aislamiento de alto rendimiento (aerogel y VIP) el efecto de los puentes térmicos en los perfiles puede reducirse significativamente. Además comentan que si el espacio es limitado o la instalación de aislamiento por el exterior está prohibida, materiales como el aerogel puede ser empleado con la desventaja de que supone un coste más caro. Por otro lado, el uso de los paneles de 28 http://cse.fraunhofer.org/publications/light-gauge-steel-framing/. Peter Engelmann, Bryan Urban y Jan Kosny. New Developments in Mitigation of Thermal Bridges Generated by Light Gage Steel Framing Components. Publicaciones del Fraunhofer Center for Sustainable Energy Systems USA. 9th Nordic Symposium on Building Physics. Tampere, Finland. Mayo 2011.


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aislamiento al vacío presenta una conductividad térmica muy baja y están disponibles a un precio aceptable.

Fuente: Peter Engelmann et al

Figura 4-22. Mitigación de puentes térmicos con nuevos desarrollos

4.6.2. Acústico:

Respecto al tema acústico, también se han realizado estudios respecto a cerramientos que tienen estructura de light steel frame, llevando a cabo principalmente ensayos en laboratorio, para caracterizar y evaluar la pérdida de transmisión sonora de las distintas tipologías de cerramientos, analizando el efecto de las cámaras de aire, de las distintas capas de yeso, la influencia de las separaciones de los tornillos, el efecto de la mano de obra, entre otros. En algunos de los estudios realizan cálculos de modelos teóricos, los cuales los comparan con los resultados de los ensayos experimentales, al mismo tiempo que los comparan con la normativa. Mientras que en otras investigaciones, prácticamente realizan sólo cálculos de predicción del índice de reducción acústico.

Existen estudios en edificios reales que emplean el light steel framing, en donde realizan ensayos, los cuales comparan con la normativa vigente en ese país. Por otro lado, presentan estudios comparativos de sistemas que emplean el steel framing vs el Wood framing.

También, hay estudios en los que presentan guías de datos de distintos ensayos de tipologías de cerramientos, mientras que en otros dan criterios y recomendaciones de diseño, al igual que ejemplos de montaje. Por lo tanto, a continuación se comentan las investigaciones respecto a este tema, organizadas por fecha de publicación.


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Wayne Loney [29] Estados Unidos en1973 publica el artículo “Efecto de la cavidad de absorción y múltiples capas de yeso en la pérdida de transmisión sonora de particiones con montantes de acero” en donde realizan ensayos de particiones con una o dos placas de yeso a cada lado de los montantes. Estos resultados se utilizan para investigar el efecto sobre el rendimiento acústico debido al número de capas de placas de yeso, la instalación de la cámara de absorción de diferentes tipos y espesores, el tamaño del montante y los espesores del yeso utilizados. Los resultados se pueden resumir en dos maneras, en primer lugar, para ofrecer un método de cálculo del cambio en la pérdida de transmisión del sonido, debido a los cambios en los componentes y en segundo lugar una tabla que muestra el efecto de los tipos de capas, debido a los valores de cada uno de los cambios.

En 1993 R.H. Clough y R.G. Ogden [30] en Reino Unido publican “Diseño de Edificaciones Usando: Acero Conformado en Frío: Aislamiento Acústico” en donde presentan tablas de ejecución, las cuales incluyen una recomendación general sobre aislamiento acústico de gran variedad de paredes exteriores con el uso de chapado de acero o sistemas de estructuras metálicas.

P.P. Narang [31] Australia en 1994 en su artículo “Transformación de los montantes de acero para cortar el efecto resonador de los perfiles para la mejora del aislamiento acústico en paredes”, comenta en su estudio que se investiga el potencial de la mejora de pérdida de transmisión del sonido de las paredes se produce mediante la modificación de los perfiles de acero convencionales mediante ranuras. Los resultados muestran que sólo se produce

29 http://asadl.org/jasa/resource/1/jasman/v53/i6/p1530_s1. Loney Wayne. Effect of cavity absorption and multiple layers of wallboard on the sound-transmission loss of steel-stud partitions. Acoustical Society of America. Volume 53, Issue 6. 1973. Estados Unidos. doi.org/10.1121/1.1913497 30http://www.steelbiz.org/ResourceIndexing_ExternalUltraseek/SteelbizResourceDetails_non_BlueBook_related_UltraseekIndexing.asp?id=12801. R.H. Clough y R.G. Ogden. Building Design Using: Cold Formed Steel Section: Acoustic Insulation. The Steel Construction Institute. SCI Publication P128. ISBN 1 870004 93 0. Reino Unido. 1993. 31 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0003682X94900434. P.P.Narang. Transforming wall studs to slit resonator studs for improving sound insulation in walls. Applied Acoustic. Elsevier. Volume 43, Issue 1. 1994. Consultado: 16 Marzo 2012.

< Fuente: Wayne Loney

Figura 4-23. Efecto de las capas de yeso en la pérdida de transmisión sonora de particiones


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una mejora marginal en las bandas de frecuencia centradas alrededor de la frecuencia de resonancia de la ranura. Mayores mejoras fueron observadas por la adición de tiras de espuma de absorción de sonido en los mismos perfiles, lo que ofrece una forma barata de mejorar el sistema de paredes ligeras.

Light Gauge Steel Engineers Association and American Iron and Steel Institute [32] en 1999 (US) en su nota técnica “Aislamiento acústico y transmisión sonora en construcciones con acero conformado en frío”, comentan que el propósito de esta publicación es revisar los criterios del diseño acústico de forjados, fachadas y particiones interiores, para presentar los requerimientos del comportamiento acústico para diferentes tipos de edificios y proveer un listado de recursos y disponer de datos de ensayos. Por lo tanto, realizan una recomendación del aislamiento a ruido aéreo e impacto requerido entre los espacios, además comentan las normativas y los métodos de pruebas de la ASTM, los cuales son los métodos más reconocidos y por último colocan unos ejemplos de montaje de un cerramiento de fachada o partición interior y de un forjado.

A.Uris Martinez, A. Llopis Reyna y J. Llinares Galian [33] también en 1999 (España) presentan en su trabajo “Aislamiento Acústico de Cerramientos Multicapa. Comprobación Experimental” los resultados del índice de aislamiento acústico de una partición doble con material absorbente en el interior de la cavidad y con perfiles metálicos. Los resultados han sido obtenidos mediante ensayo en cámara de transmisión y mediante cálculos de un modelo teórico. Los valores calculados muestran gran concordancia con los obtenidos mediante ensayo en frecuencias bajas y medias.

Fuente: A. Uris Martinez et al Figura 4-24. Ensayos experimentales de Cerramientos Multicapa. Índice de reducción sonora

calculado y medido para lana de roca de 40 kg/m2 y de 70 kg/m2

32http://www.livingsteel.org/images/library/acoustic%20insulation%20and%20sound%20transmission%20in%20cfs%20construction.pdf. Light Gauge Steel Engineers Association and American Iron and Steel Institute. Acoustic Insulation and Sound Transmission in cold-formed steel construction. Technical Note On Cold-Formed Steel Construction. Estados Unidos.1999. Consultado: 16-03- 2012. 33 A. Uris Martinez, A. Llopis Reyna y J. Llinares Galian. Aislamiento Acústico de Cerramientos Multicapa. Comprobación Experimental. Revista de Acústica. Sociedad Española de Acústica. Vol. XXX. Nº 1 y 2. 1999.


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En Reino Unido también en 1999 R.M. Lawson et al [34] publican “Construcción Modular usando Light Steel Framing: Una Guía para Arquitectos” en donde incluyen una tabla con los valores del comportamiento acústico de dos edificios testados, los cuales comparan con la normativa británica para verificar su cumplimiento.

Mark Gorgolewski [10] UK en 2000 realiza un estudio del comportamiento térmico y acústico del light steel framing, en donde realiza una comparativa de los ensayos acústicos del aislamiento a ruido aéreo con los requerimientos acústicos de la actual normativa Inglesa, para generar una nueva propuesta de norma acústica mejorada para Reino Unido. Las pruebas muestran que el sistema con light steel framing puede alcanzar niveles de aislamiento acústico muy por encima de las necesidades actuales y, en general cumplir con la nueva norma de acústica mejorada. La zona principal donde se pueden producir transmisiones es en los flancos, esto requiere de detalles apropiados para reducir el efecto.

José María Bravo et al [35] (Valencia – España) en 2002 presenta el artículo “Influencia de las capas de aire y las capas de amortiguación entre las placas de yeso en la transmisión del sonido”, en donde muestra la influencia en el índice de reducción sonora de una cámara de aire entre los paneles de yeso en las particiones ligeras. Para ello, ha realizado ensayos experimentales y una predicción del índice de reducción acústica de tres series de particiones ligeras con steel frame: una con paneles individuales, la segunda con un panel doble con una cámara de aire y la tercera doble pared con cámara de absorción de sonido. Con esto demuestran que la cámara de aire entre las placas de yeso causa una disminución en el índice de reducción sonora debido a la resonancia masa-aire-masa. Cuando la cámara de aire se llena con una capa de amortiguación, el índice de reducción sonora se incrementa para frecuencias alrededor de las frecuencias críticas. Las predicciones muestran efectos similares a los medidos.

Fuente: José María Bravo et al Figura 4-25. Resultados de predicción y de ensayos experimentales del índice de reducción sonora

34 R.M. Lawson et al. Modular Construction using Light Steel Framing: An Architect´s Guide. The Steel Construction Institute. SCI P272. Reino Unido.1999. ISBN 1 85942 096 6. 35 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003682X02000282. José Maria Bravo et al. Influence of air layers and damping layers between gypsum boards on sound transmission. Applied Acoustic. Elsevier. Volume 63, Issue 10. Octubre 2002. doi:10.1016/S0003-682X(02)00028-2.


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Antonio Uris, José María Bravo et al [36] (Valencia – España) también en 2002 publican el artículo “Influencia de las separaciones de los tornillos en el índice de reducción sonora en las particiones ligeras” en donde el objetivo es cuantificar el efecto del número de tornillos en el índice de reducción sonora a través de una variedad de particiones ligeras comúnmente utilizadas en los edificios. Para ello, han realizado ensayos experimentales a tres series de particiones ligeras con steel frame: la primera serie está formada por tres particiones en donde se disponen placas de yeso por uno de los lados del steel frame, con una, dos y tres placas; la segunda serie también está formada por tres particiones pero se disponen placas de yeso a ambos lados del steel frame y se coloca aislamiento entre los perfiles de SF y la tercera serie está formada por dos particiones compuestas de dos paneles de steel frame con aislamiento entre los perfiles y una cámara de aire entre los paneles de SF, en las que se dispone una y dos capas de yeso. Los resultados demuestran que las particiones con separaciones de los tornillos, son más importantes en los cerramientos de una hoja con placas de yeso a ambos lados, que en las particiones que tienen doble pared de SF debido a la transmisión estructural a través del marco. En las paredes de una hoja con paneles de yeso a ambos lados, el índice de reducción sonora medido es mayor cuando los tornillos son de 600 mm entre centros que cada 300 mm. Las diferencias en el índice de reducción sonora aumentarán, al aumentar las capas de placas de yeso. En las particiones con una capa de yeso en ambos lados, las diferencias para frecuencias de hasta 160 Hz son alrededor de 2 dB, mientras que estas diferencias son de aproximadamente 4 dB para las particiones con dos o tres capas de placas de yeso en cada lado. En las paredes dobles de Steel Framing medidas no hay diferencias entre los tornillos a 600 mm y tornillos a 300 mm, excepto para las frecuencias hasta 2000 Hz.

Fuente: Antonio Uris et al

Figura 4-26. Resultados de ensayos sobre influencia de tornillos en particiones ligeras

Al mismo tiempo en 2002 el Canada Mortgage and Housing Corporation (CMHC) [37] presenta el Reporte de Investigación “Sistemas Alternativos de Cerramientos para Vivienda de Baja Altura” en donde hacen una comparativa de un sistema con steel frame y otra con wood framed, dando como resultados que el sistema con steel framing es considerablemente mejor que el sistema con wood framed. 36 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003682X0100072X. Uris Antonio et al. Influence of screw spacings on sound reduction index in lightweight partitions. Applied Acoustics. Elsevier. Volume 63, Issue 7. July 2002. doi:10.1016/S0003-682X(01)00072-X 37https://www03.cmhcschl.gc.ca/catalog/productDetail.cfm?cat=38&itm=2&lang=en&fr=133249327465. Canada Mortgage and Housing Corporation (CMHC). Alternative Wall Systems for Low-Rise Housing. Canada. June 2002. ISBN 0-662-32562-1. Cat. Nº NH15-391/2002E.


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En Septiembre 2002 el Canadian Sheet Steel Building Institute [15] presenta la publicación “Guía de Diseño Arquitectónico de Lightweight Steel Framing” en donde presentan 14 variantes de cerramientos con los valores del aislamiento acústico, para ello han realizado variaciones de la distancia entre montantes, distintos tipos de aislamientos y diferentes espesores de las placas de yeso.

Antonio Uris, José María Bravo et al [38] (Valencia – España) en 2004 publican el artículo “La influencia de las ranuras en la transmisión del sonido a través de particiones ligeras”, en donde el objetivo es estudiar el efecto sobre el índice de reducción sonora, de la longitud de las fugas de sonido en el perímetro de las particiones ligeras, por medio de los resultados teóricos y experimentales. Para ello, han empleado particiones con estructura de steel frame con una y dos capas de yeso a ambos lados y aislamiento en el interior, a cada muestra se le realizaron 4 medidas experimentales con distintas ranuras perimetrales, además de realizar predicciones del índice de reducción sonora. Los resultados demuestran que la disminución más importante en el índice de reducción sonora es causada por la primera ranura entre la partición ligera y uno de los miembros estructurales. Cuando la longitud de la ranura se incrementa, la disminución en el índice de reducción sonora es menos significativa. Los resultados calculados muestran los mismos efectos que los medidos.

Fuente: Antonio Uris et al

Figura 4-27. Resultados de cálculos y de ensayos experimentales del índice de reducción sonora

38 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003682X03001713. Uris Antonio et al. The influence of slits on sound transmission through a lightweight partition. Applied Acoustics. Elsevier. Volume 65, Issue 4. April 2004. doi:10.1016/j.apacoust.2003.11.006. Consultado: 22 Marzo 2012


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También en 2004 en Estados Unidos el U.S. Department of Housing and Urban Development. Office of Policy Development and Researh y la Steel Framing Alliance [39] publican el reporte “Steel Framing Residencial. Guía de Datos de Fuego y Acústica para el Constructor” en donde exponen los requerimientos que deben cumplir las estructuras con steel framing respecto al código de la edificación. También indican en una serie de tablas la clase de transmisión de sonido, de todas las tipologías de cerramientos que presentan, tanto portantes como no portantes y por último dan recomendaciones para la buena práctica constructiva para mejorar el aislamiento acústico.

J. Wang et al [40] (Reino Unido) en 2005 publica el artículo “La transmisión del sonido a través de particiones ligeras de doble hoja: modelos teóricos”, en donde el objetivo general es desarrollar herramientas de análisis, centrándose en el funcionamiento de componentes individuales y validar con los datos experimentales, que pueden proporcionar una mejor comprensión física de los mecanismos de pérdida de transmisión de sonido en particiones de doble hoja. Para ello, han utilizado dos modelos, el modelo manchado y el modelo periódico. En el primero, se supone que el efecto de los montantes puede ser reemplazado con resortes elásticos, distribuidos uniformemente entre los paneles de revestimiento y en el segundo, la teoría de la estructura periódica se utiliza para desarrollar un modelo más preciso, teniendo en cuenta la colocación discreta de los montantes. Ambos modelos tratan ondas sonoras incidentes en el plano horizontal, por simplicidad. Las predicciones de los dos modelos se comparan para revelar los mecanismos físicos, que determinan la transmisión sonora y estos datos se comparan con valores de pruebas existentes, para placas de acero con refuerzos de madera, obteniendo buenos resultados.

La European Light Steel Construction Association [17] también en 2005 presentan en el libro “European Lightweight Steelframed Construction” resultados de distintas tipologías de cerramientos en donde exponen el índice de aislamiento a ruido aéreo.

Antonio Uris, José María Bravo et al [41] (Valencia – España) en 2006 presentan en su artículo “Aislamiento acústico de las particiones de doble marco de steel frame con una capa interna de placa de yeso”, en donde estudian la influencia sobre el índice de reducción sonora al insertar, una capa de yeso en el medio de una partición de doble marco. Se muestra también que la posición donde se inserta la placa de yeso afecta fuertemente el índice de reducción sonora de toda la partición. Para ello, han realizado ensayos experimentales de dos tabiques de doble steel frame y tres divisiones de placa de yeso con doble SF y entre los perfiles disponen de aislamiento. Los resultados demuestran que al 39 http://www.toolbase.org/PDF/DesignGuides/residential_steel_framing_fire.pdf. U.S. Department of Housing and Urban Development. Office of Policy Development and Researh y la Steel Framing Alliance. Residential Steel Framing. Builder´s Guide to Fire and Acoustic Details. NAHB Research Center. Contract No. H-21310CA. Estados Unidos. Junio 2004. Consultado: 29 Marzo 2012 40 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022460X04008429. J. Wang et al. Sound transmission through lightweight double-leaf partitions: theoretical modelling. Journal of Sound and Vibration. Elsevier. Volume 286, Issues 4–5. September 2005. doi:10.1016/j.jsv.2004.10.020 41 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003682X05001799. Uris, Antonio et al. Sound insulation of double frame partitions with an internal gypsum board layer. Applied Acoustics. Elsevier. Volume 67, Issue 9. September 2006. doi:10.1016/j.apacoust.2005.11.006


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insertar una capa de yeso en el medio de una partición doble, disminuye el índice de reducción sonora para frecuencias en y por debajo de la frecuencia de resonancia (alrededor de 170 Hz), debido a que la capa interna reduce la profundidad de la partición y, luego las particiones de triple hoja se comportan como una sola hoja de partición que tiene una masa igual a la suma de las masas de las hojas individuales. Dado que el índice de reducción sonora ponderado es, en la mayoría de los casos controlados por las bandas de 100-200 Hz, la inserción de una capa de yeso en el centro del bastidor doble provoca una disminución notable en el índice de reducción sonora ponderado, que puede ser tan alta como 7.8 dB. Estas degradaciones son ciertamente mayores que, los obtenidos cuando los efectos de las penetraciones alrededor de las cajas de los enchufes son evaluados. Por lo tanto, la inserción de una capa de yeso en el medio de una partición doble no es una solución adecuada a los efectos indeseables de sellado defectuoso de cajas de enchufes.

Fuente: Antonio Uris et al Figura 4-28. Resultados de ensayos experimentales del índice de reducción sonora de particiones de

doble marco de Steel Frame

J.W. Trevathan y J.R. Pearse [42] (Nueva Zelanda) también en 2006 publican el artículo “El efecto de la mano de obra en la transmisión del ruido a través de los cerramientos de entramado ligero”, en donde evalúan doce cerramientos de un edificio que tienen estructura de steel frame con aislamiento entre los montantes y dos placas de yeso a ambos lados de la estructura para verificar la influencia de la mano de obra en relación a la pérdida de transmisión sonora. Se hicieron mediciones y se ha demostrado que, los elementos que son nominalmente idénticos no tienen el mismo rendimiento acústico. Se ha observado que parte de esta variación en el rendimiento se puede atribuir a las diferencias en las construcciones que se pueden observar visualmente. Parte de la variación no puede explicarse, sin embargo, se concluyó que esta variación se debió a la mano de obra. El nivel de esta variación se observó en aproximadamente 1 dB para una construcción con light steel framed.

42 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003682X06001940. J.W. Trevathan y J.R. Pearse. The effect of workmanship on the transmission of airborne sound through light framed walls. Applied Acoustics. Elsevier. Volume 69, Issue 2. February 2008. doi:10.1016/j.apacoust.2006.09.001. Versión on-line Noviembre 2006.


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Fuente: J.W. Trevathan y J.R. Pearse

Figura 4-29. Resultados del índice de reducción sonora de cerramientos de control y los ensayados

En 2009 en España la empresa Teccnon Evolution a través del Instituto de Tecnología de la Construcción de Cataluña [23] presentan el Documento de Idoneidad Técnica Europeo DITE “Kit de construcción de edificios prefabricados con estructura metálica, para viviendas unifamiliares aisladas o adosadas y plurifamiliares hasta cuatro plantas”, en donde desarrollan cuatro configuraciones de fachadas con entramado modular de steel framing y presentan una tabla con el índice global de reducción acústica de cada uno de los cerramientos.

También en 2009 en Estados Unidos la Steel Framing Alliance [43] publica “Una Guía de Resistencia al Fuego & Datos Acústicos para Forjados, Paredes & Cubiertas de Acero. Montajes”, en donde, presentan resultados de la clase de transmisión de sonido de una serie de composiciones de cerramientos con steel framing, tanto portantes como no portantes.

4.6.3. Económico

Respecto a estudios económicos de sistemas que empleen el steel framing en cerramientos, se han localizado pocas publicaciones, sin embargo, en los estudios encontrados realizan comparativas del sistema de steel framing vs sistema de madera convencional en construcciones residenciales. Mientras, que en otro estudio también realizan comparativas pero de la productividad medida en horas hombre y del precio global, en el caso de una vivienda, en donde comparan distintos sistemas constructivos y uno de ellos es el steel framing.

Existe también un estudio en el que realizan un estudio del coste, con distintas opciones de cerramientos, llevando a cabo un estudio pormenorizado de los materiales y al mismo tiempo realizan un análisis con diferentes tipos de aislamientos.

Se ha incluido además, un estudio comparativo que puede servir de referencia, en donde, el caso que presentan es de forjados mixtos, siendo uno de ellos de steel framing y el otro

43 http://www.steelframing.org/PDF/fire/SFAFire-Acoustic-Guide-Version-8-August-2009.pdf. Steel Framing Alliance. A Guide to Fire & Acoustic Data for Steel Floor, Wall & Roof Assemblies. Estados Unidos. Agosto 2009.


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convencional. Por lo tanto, a continuación se comentan los trabajos relacionados con este tema, organizados por fecha de publicación.

En 1997 en Estados Unidos, Bruce W. Bateman [44] publica “Marcos de acero ligero versus madera convencional en construcción residencial”, en donde, examina el light steel framing en construcción residencial con énfasis a las diferencias económicas y las implicaciones de su uso comparándolas con la construcción convencional de madera. El uso de madera para construcciones residenciales en los Estados Unidos es influenciado por varios factores externos, como el incremento de los precios afecta directamente las decisiones del mercado residencial, además de presiones medioambientales para cambiar los métodos y la política pública concerniente a la recolección de la madera, ha precipitado altamente los precios de la misma y reducido la disponibilidad del producto. Estos cambios en el mercado están causando desarrollos, constructores y arquitectos están considerando seriamente métodos alternativos de construcción: dos formas alternativas de marcos residenciales para construcciones convencionales de madera son estructuras utilizando principalmente madera de ingeniería y acero ligero, desafortunadamente, estos sistemas también tienen sus deficiencias. La construcción residencial se puede hacer por simple substitución con perfiles de acero, que son fabricados con un mismo ancho y espesor nominal. También el light steel framing ha sido usado bastante en las construcción comercial e industrial, principalmente para particiones no estructurales debido a su resistencia al fuego; sin embargo, sólo recientemente empezó como una alternativa seria a la madera para la construcción residencial. El steel framing es más comúnmente usado en localizaciones geográficas que tienen más frecuentemente experiencias relacionadas con daños climáticos o desastres naturales como huracanes o terremotos. La cantidad de ventajas del acero comparándolo con la madera indica que el acero tiene un futuro muy optimista en el futuro cercano, incluso en caso de caída por debajo de las predicciones de la cuota de mercado que anticipa la industria del acero. Por lo tanto, concluye basado en la información disponible en ese momento que es discutible probablemente que el light steel framing es más barato que la construcción convencional con madera, ya que muchas de las declaraciones de literatura concerniente en la economía de las construcciones de light steel frame son comparadas con maderas que aparecen con dos medidas diferentes, cuando se dice “steel framing es más barato que los paneles de madera”, se está diciendo que los paneles de steel framing (24 pulgadas o.c. o más) son más baratos que paneles de madera convencional (16 pulgadas o.c). Desafortunadamente, muchos de los artículos disponibles de light steel framing son publicados en revistas comerciales con una perspectiva de marketing que en revistas literarias que expliquen los métodos científicos utilizados para desarrollar estos resultados.

American Iron and Steel Institute, Steel Framing Alliance and The U.S. Deparment of Energy [14] en 2002, presentan en su reporte de investigación RP-02-9 “Development of Cost-Effective, Energy Efficient Steel Framing: Thermal Performance of Slit-Web Steel Wall

44 Bruce W. Bateman. Light-Gauge Steel Verses Conventional Wood Framing In Residential Construction. Journal of Construction Education. Associated Schools of Construction. Vol. 2, No. 2. 1997.


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Studs”, en el Anexo B, un estudio del coste de las distintas opciones de cerramientos que estudiaron térmicamente. Para ello, realizan un estudio pormenorizado de cada uno de los materiales y del coste de la mano de obra de las cinco opciones que evalúan, además de realizar una comparativa de distintos tipos de aislamiento, empleando el steel framing como base.

En 2004 en Turquía, Mürüde Celikag [45] publica el artículo “Aspectos Económicos del Uso en Edificios de Steel Framed en Forjados Mixtos: Caso de Estudio desde los Emiratos Árabes Unidos” aunque el tema principal de este artículo no es de fachadas, sirve como referencia para valorar el uso de steel framing en la construcción de una edificación. Por lo tanto, se plantean dos casos de estudio para comparar dos posibles usos de forjados con acero, uno es un forjado compuesto con steel framing y el segundo con encofrado permanente, ambos fueron llevados a cabo en los Emiratos Árabes Unidos, para proporcionar algunos datos sobre las ventajas y las economías de la utilización de la construcción del forjado compuesto. En el artículo se presenta una tabla, donde se muestra las diferencias de costes de un forjado para un desarrollo de tipo hipermercado minorista, mientras en otra tabla realiza una comparativa de dos presupuestos proporcionados por dos contratistas internacionales para ejecutar el metro cuadrado de construcción del área del forjado. Al final concluye que los presupuestos dependen altamente de la disponibilidad del material, la experiencia profesional y la mano de obra cualificada. Además, comenta que es evidente a partir de estos estudios, forjados de acero cuando se utilizan sistemas compuestos con la losa y vigas, entonces podría proporcionar un ahorro considerable para las estructuras con steel framing. Por otro lado, hay una falta de detalles técnicos sobre el comportamiento de los forjados con material compuesto disponibles localmente. Esto significa que los ingenieros de los Emiratos Árabes Unidos deberían considerar el material importado para forjados para la construcción compuesta. Sin embargo, son reacios a hacerlo, ya que el coste de adquisición del forjado de acero importado es muy alto, tanto como 200% más alto que el forjado local. No obstante, este estudio muestra que el costo inicial de un material específico o método no debe ser una gran preocupación para los ingenieros. Siempre hay que mirar los costes y ventajas generales a largo plazo, mientras se decide sobre qué material y sistemas a utilizar para la construcción en general. Y por último comenta que, todos los costes proporcionados en este artículo se refieren a la construcción del forjado y esto por sí solo no es suficiente para juzgar el coste global de un edificio.

En 2009 en Brasil, Conrado Sanches Domarascki y Lucas Sato Fagiani [46] realizan el trabajo para recibir el título de ingeniero civil titulado “Estudio comparativo de sistemas constructivos: Steel Frame, Concreto PVC y Sistema Convencional”, en donde, estudian las

45 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061804000327. Celikag Mürüde. Economic aspects of using steel framed buildings with composite floors: case studies from United Arab Emirates. Construction and Building Materials. Elsevier. Volume 18, Issue 6. July 2004. doi:10.1016/j.conbuildmat.2004.03.001 46 Conrado Sanches Domarascki y Lucas Sato Fagiani. Estudo Comparativo dos Sistemas Construtivos: Steel Frame, Concreto PVC e Sistema Convencional. Centro Universitário da Fundação Educacional de Barretos. Curso de Engenharia Civil. Brasil. 2009.


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características de cada uno de los sistemas constructivos: fundaciones, estructura, revestimientos, instalaciones sanitarias, eléctricas, entre otros, y luego realizan la comparativa entre los tres sistemas constructivos desde el punto de vista de la productividad y el precio. En el tema de la productividad valoran las horas hombre que se necesita para construir un metro cuadrado de construcción y esto lo aplican al caso de una vivienda de 200 m2, y en la comparativa del precio comentan que no fue posible obtener datos detallados de los sistemas industrializados, sin embargo, obtienen el valor global para una residencia económica con un área de construcción igual a 200 m2. Por lo tanto, concluyen respecto a los índices de productividad que no podían ser más expresivos, ya que el Concreto PVC posee una productividad (2.20 días) casi ocho veces mayor que el sistema convencional (16.13 días) y casi dos veces que el sistema de steel frame (4.31 días), pero resaltan que estos índices pueden mejorar si la producción es a gran escala. En relación a los valores indicados en las tablas de precios, se observa que el sistema convencional tiene el precio más barato (49.01 R$) que el steel frame (108.31 R$) y que el concreto PVC (124.26 R$), pero destacan que los sistemas industrializados se tornan cada vez más viables a partir de cierto número de unidades construidas, y que cuanto mayor sea el número de unidades menores serán los índices de productividad y de precio.

4.6.4. Estructural

El comportamiento estructural de cerramientos con light steel framing, ha sido estudiado ampliamente por muchas organizaciones y centros de investigación, incluso existen patentes a nivel mundial, de distintos sistemas de estructuras de cerramientos de steel framing bien sea en paneles 2D o sistemas modulares 3D. Además existen numerosos estudios experimentales y de cálculos numéricos de este sistema para zonas con o sin riesgo sísmico, bien sea el estudio de solo los montantes, solo paneles, paneles con tableros o placas de yeso por un lado o por ambos lados, así como también, el análisis de los rigidizadores, arriostramientos o diagonales, las conexiones mediante tornillos entre placas y estructura, entre otros. Todos estos elementos estructurales o no estructurales, han sido evaluados a cortante, pandeo, fuerza puntual, etc., para valorar las deformaciones y modos de fallo que tienen estos cerramientos, los resultados obtenidos los han comparado con los valores establecidos en las normativas de cada país. No obstante, en algunos de los estudios validan las metodologías informáticas que permiten evaluar el comportamiento estructural, con ayuda de los resultados experimentales.

Por otro lado, realizan guías de diseño, basados en los ensayos experimentales, además de definir los parámetros para el diseño sísmico de cerramientos con steel framing, los cuales comparan los valores testados según normativa, con sistemas de entramado de madera. Por lo tanto, a continuación se comentan los trabajos relacionados con el tema, los cuales están organizados por fecha de publicación.


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En marzo de 1993 en Estados Unidos, Edward R. diGirolamo et al [47], presentan la patente US5195293A “Sistema estructural para soportar un edificio utilizando light steel framing para cerramientos y losas alveolares para forjados y método para construirlo”, en donde, describe que el sistema de soporte estructural está formado principalmente por elementos prefabricados: light steel framing y losas alveolares para forjados, los cuales son interconectados positivamente a través de empalmes o pletinas que sirven de tope a las losas, disponiendo entre ellos elementos pasantes para evitar el movimiento de las mismas.

Hoang Nguyen, Georgi Hall y Reynaud Serrette [48] (Universidad de Santa Clara) en Estados Unidos en 1996 publican el reporte “Valores a cortante de cerramientos con Light Steel Framing” en donde, el propósito de esta investigación experimental es estudiar el comportamiento de cerramientos de light steel framing a cortante, que incorporan madera contrachapada, OSB y paneles de yeso. Fueron contempladas 42 muestras, a las cuales se les realizan ensayos estáticos y cíclicos. Los resultados se presentan en gráficos y tablas en donde se expone la resistencia y rigidez de los cerramientos, además de esto indican los modos de falla que se presentaron.

También Reynaud Serrette et al [49] en 1997, presentan el reporte “Valores adicionales a cortante para cerramientos con light steel framing”, como continuación del reporte mencionado anteriormente, para este reporte fueron testados un total de 44 cerramientos en el programa: a 28 se realizaron ensayos cíclicos y a 16 ensayos estáticos. Para cada prueba, las medidas seguidas fueron monitorizadas y grabadas. Los resultados se presentan en gráficos y tablas en donde se indica la resistencia y rigidez de los cerramientos, además colocan los modos de falla en cada uno de los ensayos realizados. 47 Edward R. diGirolamo et al. Patente: Structural system for supporting a building utilizing light weight steel framing for walls and hollow core concrete slabs for floors and method of making same. US5195293A. United States Patents. Marzo 1993. 48 http://www.steelframing.org/PDF/research/RP96-1.pdf. Hoang Nguyen, Georgi Hall y Reynaud Serrette. Shear Wall Values for Light Weight Steel Framing. American Iron and Steel Institute y Steel Framing Alliance. Research Report RP96-1. Febrero 1996 – Revisión 2007. Consultado 29 Marzo 2012. 49 http://www.steelframing.org/PDF/research/RP97-2.pdf. Reynaud Serrette et al. Additional Shear Wall Values for Light Weight Steel Framing. American Iron and Steel Institute y Steel Framing Alliance. Research Report RP97-2. Marzo 1997 – Revisión 2007. Consultado: 29 Marzo 2012

Fuente: Patente US5195293A

Figura 4-30. Sistema estructural para edificios


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T. Höglund y H. Burstrand [9] (Suecia) en 1998 en su artículo “Perfiles de acero con ranuras para reducir los puentes térmicos en cerramientos aislados”, en uno de sus apartados realizan un estudio del perfil de steel framing con ranuras desde el punto de vista estructural. Evalúan su resistencia identificando sus modos de fallo, además estudian los métodos de diseño, en donde, analizan las deformaciones a cortante, pandeo lateral, fuerza puntual y el pandeo de los rigidizadores de la pestaña del borde. Por otra parte, realizan pruebas en el Instituto Tecnológico Danés y las comparan con los métodos de cálculo, comprenden tres series: sólo momentos, sólo fuerza normal y la acción combinada de ambos haciendo un total de 33 pruebas. Los cálculos fueron realizados usando el programa informático SVE. También se realizan ensayos en el Instituto Real de Tecnología en Estocolmo.

También en 1998 en Estados Unidos el North American Steel Framing Alliance [50] publica “Guía de Diseño de Cerramientos a Cortante” en donde, el documento incluye información sobre la construcción de paredes con contrachapado y OSB en la superficie de la pared exterior, con o sin placa de yeso sobre la superficie de la pared interior. Placas de yeso en ambas superficies, revestimiento de acero en un lado y arriostramiento en un lado. Por lo tanto, este documento ofrece un resumen en tablas de los resultados obtenidos en las pruebas de cerramientos llevadas a cabo por Serrette (1997, 1996 y 1994) y Tissell (1993) de ensayos estáticos y cíclicos.

Mientras que en España en Julio de 1998, Pablo Morales Osete [51] presenta su patente ES 2 079 999 B1 “Sistema de construcción modular de edificios”, que es un sistema de construcción modular de edificios, compuesto por una estructura modular metálica autoportante, recubierta por sus dos caras, y entre las que se incorpora el aislante térmico y acústico, así como las instalaciones, constituida por postes de sección en C colocados paralelos a intervalos regulares, unidas por los extremos a largueros de sección en U en los que se introducen y

50 http://www.toolbase.org/pdf/designguides/shearwalldesignguide.pdf. North American Steel Framing Alliance. Shear Wall Design Guide. American Iron and Steel Institute. Publication RG-9804. Estados Unidos. Febrero 1998. 51 Pablo Morales Osete. Patente: Sistema de construcción modular de edificios. ES 2 079 999 B1. Oficina Española de Patentes y Marcas. España. Julio 1998.0

Fuente: Patente ES 2 079 999 B1

Figura 4-31. Sistema de construcción modular de edificios


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fijan con tornillos, remaches o soldaduras, para integrar una estructura rígida de construcción de módulos básicos de cerramiento o con huecos de ventanas o pórticos normalizados y que sirve de base para la determinación de todas las medidas en planta, obteniéndose un diseño flexible con un número reducido de piezas básicas, especialmente adecuado para la construcción en seco.

En 2000 en Australia, Selwyn Reed [52] presenta la patente W02002020916 “Panel de Construcción Modular”, en donde, relata la invención de un panel de construcción modular y describe la composición de estos paneles prefabricados para construcciones de estructuras de casas, edificios industriales, entre otros. Relata una alternativa de panel modular que incluye montantes, una piel exterior prefabricada o material en capas, además incluye en el panel elementos para llevar a cabo las instalaciones eléctricas y sanitarias. La invención relata varios métodos de construcción del panel modular en que el panel puede ser construido en fábrica y luego llevado al sitio, el cual requiere pequeños trabajos para fijarlos en su posición definitiva.

En 2001 en Reino Unido P.J. Grubb, M.T. Gorgolewski y R.M. Lawson [12] presentan la publicación “Diseño Constructivo usando Secciones de Acero Conformado en Frío. Light Steel Framing en Construcciones Residenciales” en donde, presentan unas tablas y gráficos con resultados de la capacidad de carga, que tienen distintas secciones de perfiles en C resistiendo una carga axial. Las figuras están basadas en los detalles requeridos por la normativa británica.

También en 2001 en Australia, Yaip Telue y Mahen Mahendran [53] publica “Comportamiento de paredes con estructura de acero conformado en frío con placas de yeso”, en donde, comenta que la placa de yeso es un revestimiento comúnmente usado, en combinación con los paneles de estructuras de acero conformado en frío. Sin embargo, el diseño de estos paneles no utiliza los efectos de refuerzo de las placas de yeso, respecto a las cargas axiales. Por lo tanto, lleva a cabo un estudio experimental para investigar el comportamiento local y global de pandeo de los montantes, usando un total de 40 pruebas a escala real del panel y de los montantes. Las pruebas se realizaron en paneles sin placas, con placas a ambos lados y a un solo lado de la estructura. Los resultados del ensayo los

52 Selwyn Reed. Patente: Modular Building Panel. W02002020916. Oficina de Patentes de Australia. Septiembre 2000. 53 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143974X00000249. Yaip Telue y Mahen Mahendran. Behaviour of cold-formed steel wall frames lined with plasterboard. Journal of Constructional Steel Research. Elsevier. Volume 57, Issue 4, April 2001. Doi: 10.1016/S0143-974X(00)00024-9. Consultado: 14 Agosto 2012.

Fuente: Patente W02002020916

Figura 4-32. Panel de Construcción Modular


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compararon con las predicciones de la Norma Australiana AS 4600 (1996) y las especificaciones Americanas AISI (1996).

Kelly Morgan, Mark Sorhouet y Reynaud Serrette [54] (Universidad de Santa Clara) presentan en Estados Unidos en 2002 un reporte de investigación titulado “Comportamiento a Cortante de Cerramientos de Acero Conformado en Frío: Configuraciones Alternativas”, en donde, presentan los resultados de veinte pruebas a cortante de cerramientos que se realizaron, para evaluar el desempeño de las configuraciones de la pared, que no están permitidas en los actuales códigos de construcción. Diez paredes fueron evaluadas bajo carga cíclica invertida y las otras diez bajo carga monotónica. Cada muestra fue testada en posición horizontal. Los resultados los muestran en tablas y gráficos en donde, indican la carga máxima aplicada y los modos de fallo de cada prueba. En general, las pruebas con OSB mostraron que el tornillo Nº8 en 54-mil y Nº10 en 68-mil permite un modo dúctil de fallo en la conexión. En las pruebas de la pared doble (revestimiento de cada lado), la carga de demanda en montantes en 54-mil excedió la capacidad de los perfiles y la carga de demanda en la inserción presionando a los acordes en montantes de 68-mil excedió la capacidad de los tornillos. Como resultado, la capacidad de la pared de doble cara era inferior a dos veces la capacidad de la pared de una sola cara. Por lo tanto, los datos obtenidos de las pruebas proporcionan una base para ampliar las opciones de diseño actuales y debe permitir un diseño más eficiente en los cerramientos con acero conformado en frío.

En 2004 en Reino Unido, Y.S. Tian, J. Wang, T.J. Lu y C.Y. Barlow [55] publican “Un estudio experimental sobre el comportamiento axial de montantes y paneles de acero conformado en frío”, en donde, llevan a cabo un estudio experimental a gran escala, sobre el comportamiento estructural de los paneles hechos con marcos de acero conformado en frío y tablas. Seis diferentes tipos de montantes en C, siendo un total de 20 paneles con un montante en medio y 10 paneles con dos montantes en medio ensayaron bajo compresión vertical hasta que falla. Las medidas de las cargas de fallo concuerdan con la predicción analítica. La capacidad de carga de un montante, aumenta significativamente cuando se emplea uno o dos montantes, aunque es más eficaz cuando se emplean dos perfiles. Mientras que los paneles, ya sea con OSB o placa de cemento con partículas (CPB) de revestimiento, tiene una carga casi idéntica de capacidad de carga, mientras que si se emplean paneles con CSB (silicato de calcio) como revestimiento, son considerablemente más débiles. La separación de los tornillos afecta a la capacidad de carga de una viga. Cuando la separación de tornillo en el perfil del medio, en el caso de paneles con un lado de

54 http://www.steelframing.org/PDF/research/RP02-7.pdf. Morgan Kelly Mark Sorhouet y Reynaud Serrette. Performance of Cold-Formed Steel-Framed Shear Walls: Alternative Configurations. Research Report RP02-7. American Iron and Steel Institute and Steel Framing Alliance. Estados Unidos. 2002 Revisión 2006. 55 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823103001484. Y.S. Tian, J. Wang, T.J. Lu and C.Y. Barlow. An experimental investigation on the lateral behavior of knee-braced cold-formed steel shear walls. Thin-Walled Structures. Elsevier. Volume 42, Issue 4, April 2004. Doi: doi.org/10.1016/j.tws.2003.09.004. Consultado: 14 Agosto 2012.


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revestimiento se reduce de 600 a 300 mm, la capacidad de carga del perfil se incrementa por 14.5, 20.6 y 94.2% para los revestimientos de OSB, CPB y CSB, respectivamente.

En Estados Unidos en Agosto 2005 el AISI Committee on Framing Standards y la Steel Framing Alliance [56] publican el reporte de investigación “Principales Parámetros de Diseño Sísmico: Cerramientos Ligeros a Cortante de Acero y Madera”, en donde, describen una serie de diferencias en los requisitos de diseño entre la madera y el acero a cortante en cerramientos de edificios. Además, realizan comparativas de las estructuras de steel framing con las estructuras de madera, de los valores testados con los valores asignados por la normativa.

En Septiembre de 2005 en Estados Unidos y Canadá la American Iron and Steel Institute y Steel Framing Alliance [57] publican el reporte de investigación “Evaluación Experimental de la Resistencia y el Comportamiento de Perfiles 16 y 18 de Acero Conformado en Frío Perfil de Borde del Sistema”, en donde, el objetivo principal era investigar cómo los perfiles estándar de acero conformado en frío, se comportan cuando se utilizan como estructuras de carga principales. Para ello, construyen cinco serie de pruebas, doce en cada serie haciendo un total de sesenta muestras, construidas de diferentes tamaños y con y sin elementos de madera que emplean como tope. Estas muestras las analizan para determinar la resistencia y rigidez, es decir, la carga máxima admisible.

Mientras que en octubre de 2005 en España, Carlos Fradera Pellicer [58] presenta la patente ES 1 060 653 U “Estructura de cerramiento para la construcción”, en donde, su invención se refiere a una estructura de cerramiento para la construcción, especialmente una destinada a la instalación de paneles prefabricados de mortero de cemento bidimensionalmente pretensados, destinados al cerramiento de fachadas exteriores de edificios, y/o paneles

56 http://www.steelframing.org/PDF/research/RP05-5.pdf. AISI Committee on Framing Standards y la Steel Framing Alliance. Key Seismic Design Parameters: Steel and Wood Light-Frame Shear Walls. American Iron and Steel Institute y Steel Framing Alliance. Research Report RP05-5. Estados Unidos. Agosto 2005 – Revisión 2006. 57 http://www.smdisteel.org/~/media/Files/SMDI/Construction/CFSD%20-%20Report%20-%20RP05-4.ashx. Experimental Evaluation of the Strength and Behaviour of 16- and 18-Gauge Cold Formed Steel Top Track Systems. American Iron and Steel Institute y Steel Framing Alliance. Research Report RP05-4. Estados Unidos. Septiembre 2005 - Revisión 2006. 58 Carlos Fradera Pellicer. Patente: Estructura de cerramiento para la construcción. ES 1 060 653 U. Oficina Española de Patentes y Marcas. España. Octubre 2005.

Fuente: Patente ES 1 060 653 U Figura 4-33. Estructura de cerramiento para la

construcción


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prefabricados de viruta, aserría, etc. de madera aglomerados con cemento, destinados al cerramiento de fachadas interiores de patios de edificaciones, o como intermediarios en la instalación de los citados paneles de fachada exterior. Sin embargo, emplea como montantes el sistema de steel framing con perfiles en C, tal y como se observa en la imagen de la patente.

En diciembre de 2005, en Estados Unidos T.A. Stone y R.A. LaBoube [59] publican “Comportamiento de secciones I de acero conformado en frío”, en donde, llevan a cabo una investigación experimental, para estudiar el comportamiento de las edificaciones construidas con montantes de acero conformado en frío y evaluar las disposiciones de diseño actual de la North American Specification, para el diseño de elementos estructurales de acero conformado en frío. Las aplicaciones típicas incluyen la elaboración de ventanas, puertas, muros de cerramiento, entre otros, representando los elementos de planta baja que son los elementos que van a soportar la carga. El estudio consistió en construir un montante con dos secciones C orientadas una contra otra formando una I de sección transversal. Para cada muestra, los perfiles se conectan entre sí con dos tornillos autoperforantes espaciados en un intervalo establecido. Una sección de acero conformado en frío fue conectada perpendicularmente a cada extremo construido con un solo tornillo autotaladrante. Como resultado de la investigación obtuvieron que, los requisitos de diseño actuales se encontraran conservadores en la predicción de la capacidad última de los montantes.

En 2006 en Alemania, Jörg Lange y Bernd Naujoks [60] publican “Comportamiento de paredes de acero conformado en frío bajo cargas horizontales y verticales”, en donde, realizan ensayos de paneles de steel frame con revestimiento a uno o ambos lados, sometiéndolos a cargas horizontales y verticales. Una vez realizados los experimentos, y basándose en los resultados obtenidos, desarrollan un procedimiento de diseño que, permite el diseño de las paredes que llevan cargas horizontales y verticales. Además de esto, un modelo es introducido para evaluar el efecto estabilizador de los tableros, para las secciones de steel frame.

En Japón en noviembre 2006, Koike Hideki et al [61] presentan la patente JP2006307484A “Panel de cerramiento estructural y casas de acero”, en donde, describen los paneles de cerramientos en los que utilizan

59 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823105001333. T.A. Stone, R.A. LaBoube. Behavior of cold-formed steel built-up I-sections. Thin-Walled Structures. Elsevier. Volume 43, Issue 12, December 2005. Doi: 10.1016/j.tws.2005.09.001. Consultado: 14 Agosto 2012 60 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823107000225. Jörg Lange, Bernd Naujoks. Behaviour of cold-formed steel shear walls under horizontal and vertical loads. Thin-Walled Structures. Elsevier. Volume 44, Issue 12, December 2006. Doi: 10.1016/j.tws.2007.01.007. Consultado: 14 Agosto 2012. 61 Koike Hideki et al. Patente: Bearing wall panel and steel house. JP2006307484A. Japón. Nov. 2006.

Fuente: Patente JP2006307484 A

Figura 4-34. Panel de cerramiento y casas de acero


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perfiles de steel framing para las construcciones de las viviendas.

En 2007 Aitor Amundarain [19] en Reino Unido en su tesis doctoral “Evaluación de la eficiencia térmica, estructural y resistencia al fuego de los sistemas de construcción ligera para el diseño optimizado”, describe en el capítulo cuatro el comportamiento estructural de los sistemas ligeros con steel framing, en donde el objetivo principal era, determinar la validez de las metodologías informáticas que permitan evaluar el comportamiento estructural de los sistemas de construcción ligera con steel framing, teniendo en cuenta la resistencia al fuego. El uso de modelos computarizados para predecir la resistencia al fuego, ha sido analizado con la ayuda de resultados experimentales reales. Se han registrado desviaciones en la estructura de steel framing y se han comparado en dos escenarios diferentes, la prueba de inflamabilidad y las pruebas de fuego Dalmarnock, en donde, se ha observado un comportamiento estructural satisfactorio, la optimización del diseño se espera que mejore la forma, en que estos sistemas se comportan en el ambiente y en temperaturas elevadas.

También en Mayo de 2007, Y.S. Tian, J. Wang, T.J. Lu [62] publican el artículo “Capacidad de carga axial de paredes de acero conformado en frío con revestimiento”, en donde, llevan a cabo estudios teóricos y experimentales de paneles de steel frame con revestimiento por uno o dos lados. Por lo tanto, durante los ensayos observan que el comportamiento axial de un panel, es significativamente diferente de la de un montante individual. En el modelo analítico, predicen la carga de rotura axial del panel de cerramiento con revestimiento. El revestimiento se simplifica como apoyo elástico continuo en el montante. La rigidez del resorte del soporte elástico, es calculada por métodos de elementos finitos y analíticos. Los resultados previstos son comparados con las mediciones de pruebas a escala real. Para el rango de parámetros considerados, se encuentra que: (a) el ratio de Poisson del material de revestimiento, así como el espaciamiento del tornillo tiene una influencia despreciable sobre la carga de fallo del panel, (b) el módulo de elasticidad del material de revestimiento, tiene una influencia significativa en la carga de rotura, sólo si es más pequeño que 1000 N/mm2; (c) aunque en general el espesor de revestimiento afecta a la carga de rotura del perfil, un revestimiento más delgado se puede usar sin cambiar considerablemente la capacidad de carga del perfil; (d) la separación de montantes modera la influencia de la carga de fallo. Y por último comentan que los resultados pueden ser utilizados como guía para diseños de paneles de cerramiento.

En septiembre de 2007 en Estados Unidos, Harold G. Messenger y Thuan Bui [63] presentan la patente “Paneles de Cerramiento de Concreto Ligero con Montantes de Acero” – W02008006034, en donde, describen su cerramiento, el cual está formado por montantes de steel framing que aportan al panel rigidez para soportar las cargas, entre estos perfiles se dispone aislamiento y hacia el exterior una capa de concreto ligero o al

62 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823107000948. Y.S. Tian, J. Wang and T.J. Lu. Axial load capacity of cold-formed steel wall stud with sheathing. Thin-Walled Structures. Elsevier. Volume 45, Issue 5, May 2007. Doi: doi.org/10.1016/j.tws.2007.02.017. Consultado: 14 Agosto 2012. 63 Harold G. Messenger y Thuan Bui. Patente: Lightweight concrete wall panel with metallic stud”. W02008006034. United States Patents and Trademark Office. Septiembre 2007.


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interior una placa de yeso. Además la disminución del peso del cerramiento exterior permite la omisión del refuerzo interno estructural sin el cerramiento exterior que es encontrado como el arte principal, así proveen un ligero y fácil cerramiento para fabricar.

Fuente: Patente W02008006034 Figura 4-35. Paneles de Cerramiento de Concreto Ligero con Montantes de Acero

Fuente: Patente ES 2 292 266 A1 Figura 4-36. Panel modular autoportante para la construcción de paramentos verticales

En Marzo de 2008 en España, Juan Antonio Hereza Lebrón [64] presenta su patente ES 2 292 266 A1 “Panel modular autoportante para la construcción de paramentos verticales”, que consiste en un cuerpo que presenta en su zona anterior y posterior, láminas y de metal desplegado, sobre las que se sitúa revestimientos apropiados para actuar en la zona externa o interna de la vivienda construida, estando situada la lámina de metal desplegado sobre rastreles verticales que se adosan internamente a una barrera térmico-reflectiva fabricada en una lámina de aluminio, presentando a continuación un cuerpo constitutivo de una barrera acústica que presenta en su zona interna, una barrera de viento y agua situada sobre el extremo de un perfil de acero conformado en frío –steel framing- que por el extremo opuesto se acopla sobre una lámina constitutiva de una barrera de vapor, situada adyacentemente sobre un cuerpo constitutivo de una barrera acústica adyacentemente fijado a una pieza constitutiva de una barrera térmico-reflectiva posicionado adyacentemente a rastreles horizontales situados en la zona adyacente interna de la lámina constituida por metal desplegado, sobre la cual se incorpora el revestimiento interno de la edificación solicitada.

En Agosto de 2008 en Rumanía, Dan Dubina [65] publica el artículo “Comportamiento y rendimiento de casas bajo la acción sísmica con marcos de acero conformado en frío”, en donde, comenta que casi todos los estudios realizados, abordan el problema del comportamiento sísmico mediante la caracterización, experimentación y cálculos numéricos de los paneles. Sin embargo, el rendimiento de los paneles, como un todo, está regido por el comportamiento de los conectores. Por otra parte, el comportamiento global de la 64 Juan Antonio Hereza Lebrón. Patente: Panel modular autoportante para la construcción de paramentos verticales. ES 2 292 266 A1. Oficina Española de Patentes y Marcas. España. Marzo 2008. 65 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143974X0800028X. Dan Dubina. Behavior and performance of cold-formed steel-framed houses under seismic action. Journal of Constructional Steel Research. Elsevier. Volume 64, Issues 7–8, July–August 2008. Doi: d doi.org/10.1016/j.jcsr.2008.01.02 9. Consultado: 14 Agosto 2012.


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estructura 3D de la casa está significativamente influenciada por elementos no estructurales, tradicionalmente no considerados en los procedimientos de diseño. Por lo tanto, realizan ensayos monotónicos y cíclicos a escala real de paneles, ensayos de los detalles de conexión, y pruebas de vibración ambiental in situ en una casa en construcción. Concluyendo que las casas con steel framing representan quizás, la mejor solución estructural para este tipo de construcción ubicada en zonas sísmicas.

En 2009 en España la empresa Teccnon Evolution a través del Instituto de Tecnología de la Construcción de Cataluña [23] presentan el Documento de Idoneidad Técnica Europeo DITE “Kit de construcción de edificios prefabricados con estructura metálica, para viviendas unifamiliares aisladas o adosadas y plurifamiliares hasta cuatro plantas” en donde, desarrollan cuatro configuraciones de fachadas con entramado modular de steel framing, sin embargo, para realizar los ensayos estructurales toman como referencia un panel ciego de 1,2 m y otro de 0,60 m. Los resultados de la resistencia característica del entramado modular de pared en compresión axial se presentan en una tabla.

También en 2009 en Australia, Hassan Moghimi y Hamid R. Ronagh [66] publican “Detalles de la mejor conexión de las diagonales en los paneles de acero conformado en frío en regiones sísmicas”, en donde, comentan que existen preocupaciones acerca del comportamiento lateral de las diagonales en regiones con alta actividad sísmica. Por lo tanto, la investigación que realizan se centra en los modos de fallo de los diferentes sistemas y de los factores principales que contribuyen a la respuesta dúctil de los paneles de steel framing, teniendo como objetivo el asegurar que las diagonales responden plásticamente con una desviación significativa, evitando así cualquier riesgo de rotura frágil como el fallo de conexión o columna deformable. Para ello, proponen varios detalles de conexión superiores, que proporcionan un rendimiento fiable lateral incluso en grandes deformaciones laterales. El rendimiento de los sistemas propuestos lo evaluaron mediante pruebas experimentales a gran escala 2.4m x 2.4m y 1.2m x 2.4m sometiéndolas a un régimen cíclico de carga particular. El método B de norma ASTM E2126-05 fue el que seleccionaron como régimen de carga lateral, que introduce una carga cíclica progresivamente creciente con dos ciclos estabilizado en cada amplitud de desplazamiento. Con el fin de maximizar la precisión del resultado, cada muestra se conecta al dispositivo de prueba por tornillos de alta resistencia. Las pruebas mostraron que todos los sistemas propuestos puede proporcionar una respuesta fiable con buena ductilidad y mantener sus laterales y verticales de soporte de carga hasta unos desplazamientos relativos laterales de 3,3%, que era el límite de la plataforma de pruebas.

66 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823108001808. Hassan Moghimi y Hamid R. Ronagh. Better connection details for strap-braced CFS stud walls in seismic regions. Thin-Walled Structures. Elsevier. Volume 47, Issue 2, February 2009. Doi: 10.1016/j.tws.2008.07.003. Consultado: 14 Agosto 2012.


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En Junio de 2009 en España, Antonio, Pellicer Figueras, Rafael Bertomeu Casanova, y Guillermo Müller Zappettini [67] presentan la patente ES 2 303 394 B1 “Estructura y módulo para la construcción modular de edificios”, que comprende un armazón formado por una pluralidad de perfiles horizontales inferiores y superiores conectados por una pluralidad de perfiles verticales principales, y una pluralidad de paneles de cerramiento interior y paneles de cerramiento exterior, verticales, fijados al menos a dichos perfiles verticales principales.

Además comprende una pluralidad de perfiles verticales secundarios de steel framing unidos por sus extremos a dichos perfiles horizontales inferiores y superiores, y unos perfiles de sujeción dispuestos paralelamente a los perfiles verticales secundarios, junto a las caras exteriores de los mismos. Unos medios de fijación están adaptados para fijar cada uno de dichos perfiles de sujeción a un respectivo perfil vertical secundario de steel frame presionando entre ambos unos bordes verticales de dos de dichos paneles de cerramiento exterior contiguos.

Fuente: Patente ES 2 303 394 B1 Figura 4-37. Estructura y módulo para la construcción modular de edificios

Fuente: Patente W02011003143 Figura 4-38. Marco prefabricado estructural

En Julio de 2010 Weeks Group PTY LTD [68], presentan en Australia la patente W02011003143 “Marco prefabricado estructural del edificio y el método para construirlo”, en donde, relatan la invención del marco prefabricado estructural de steel framing para que se pueda aplicar en la construcción de viviendas, y describen en particular los paneles estructurales de acero conformado en frío de cerramientos exteriores, que están compuestos por perfiles verticales, dentro de los cuales se dispone el aislamiento espuma de poliestireno expandido, además prevén las aberturas para las ventanas y puertas y en

67 Antonio, Pellicer Figueras, Rafael Bertomeu Casanova, y Guillermo Müller Zappettini. Patente: Estructura y módulo para la construcción modular de edificios. ES 2 303 394 B1. Oficina Española de Patentes y Marcas. España. Junio 2009. 68 Weeks Group PTY LTD. Patente: A prefabricated structural building frame and method of making the same. W02011003143. Commonwealth of Australia. Patent Office. Julio 2010.


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cada panel se incluyen canales interiores de servicio para las instalaciones eléctricas y sanitarias, y la superficie exterior del revestimiento. Además comentan el método de producción de los marcos de acuerdo a los datos relativos al diseño de la estructura.

En Enero de 2011 en Estado Unidos, Cheng Yu y Yujie Chen [69] publican “Recomendaciones detalladas para paredes de 1.83 m de ancho de acero conformado en frío con revestimiento de acero”, en donde, comentan la investigación experimental sobre paneles de steel framing de 1.83 m de ancho y 2.44 m de alto usando láminas de acero como revestimiento. Cuatro configuraciones de cerramientos fueron estudiadas, mediante pruebas monotónicas y cíclicas. Los resultados de las pruebas indicaron que, además del pandeo de la lámina de acero y la salida del tornillo, el pandeo de los perfiles interiores puede ocurrir por las paredes de 1,83 m. Para evitar el fracaso en los montantes, se desarrollaron detalles especiales en esta investigación, descubriendo que estos detalles especiales podrían aumentar tanto la resistencia a la cizalladura y la ductilidad de los paneles. Por lo tanto, concluyen que se puede utilizar para las paredes de forma conservadora una relación de aspecto de 3:2, además basándose en los resultados de la prueba, la resistencia nominal de corte sísmico para paneles de steel frame de 1,83 m de ancho se estableció para fines de diseño.

En Junio de 2011 en India, M. Nithyadharan y V. Kalyanaraman [70] publican el artículo “Estudio experimental de las uniones atornilladas en paneles de acero conformado en frío con tableros de silicato cálcico”, en donde, realizan un estudio experimental sobre el comportamiento y la resistencia de las uniones, con tornillo entre los perfiles de acero conformado en frío y los tableros de silicato de calcio, bajo carga de corte monotónica y cíclica. Por lo tanto, los objetivos del estudio experimental que han planteado han sido: (a) desarrollar un nuevo procedimiento de prueba que representa el comportamiento realista y el fracaso de los tornillos en los paneles de steel frame; (b) para investigar el efecto de la distancia al borde de los tornillos y grosor de las placas en el comportamiento y la fuerza, (c) estudiar el comportamiento bajo carga monotónica y cíclica; (d) desarrollar los valores de los parámetros importantes que determinan el comportamiento carga-deformación de la conexión del tornillo en los paneles, y e () desarrollar la ecuación de diseño para evaluar la resistencia al corte final y su factor de resistencia en el diseño requerido en la carga de diseño.

En Diciembre de 2011, en Australia H.R Ronagh Mehran [71], publica el artículo “Un estudio numérico de las características sísmicas de las diagonales de las estructuras de acero

69 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143974X10001914. Cheng Yu y Yujie Chen. Detailing recommendations for 1.83 m wide cold-formed steel shear walls with steel sheathing. Journal of Constructional Steel Research. Elsevier. Volume 67, Issue 1, January 2011. Doi: 10.1016/j.jcsr.2010.07.009. Consultado: 14 Agosto 2012. 70 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823111000139. M. Nithyadharan y V. Kalyanaraman. Experimental study of screw connections in CFS-calcium silicate board wall panels. Thin-Walled Structures. Volume 49, Issue 6, June 2011. Doi: 10.1016/j.tws.2011.01.004. Consultado: 14 Agosto 2012. 71 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823111001789. Mehran Zeynalian, H.R. Ronagh. A numerical study on seismic characteristics of knee-braced cold formed steel shear walls. Thin-Walled


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conformado en frío de paredes”, en donde, lleva a cabo un análisis no linear de elementos finitos, para evaluar y optimizar las características sísmicas de las diagonales de los marcos de acero conformado en frío, para ello, empleó el software ANSYS. Se tienen en cuenta las diferentes características estructurales que incluyen: la no linealidad de material, la imperfección geométrica, las tensiones residuales y las perforaciones. Los modelos numéricos fueron verificados sobre la base de las pruebas experimentales. De acuerdo a las simulaciones numéricas y los resultados de las pruebas mostraron que el análisis de elementos finitos se puede utilizar con eficacia para predecir la capacidad última de las diagonales de steel framing. Un total de 12 modelos con diferentes gamas de longitudes de elementos de diagonales de refuerzo fueron investigados. De interés particular son la capacidad de los especímenes de máxima carga lateral y comportamiento de deformación, además de una estimación racional del factor de respuesta a la modificación sísmica. Por lo tanto, las conclusiones que presenta, se refieren a las características sísmicas óptimas de las diagonales de arriostramiento con Steel Framing, la configuración y las dimensiones correspondientes.

En Febrero de 2012, H.R Ronagh Mehran [72] publica “Una investigación experimental sobre el comportamiento lateral de la diagonal de arriostramiento en paredes de acero conformado en frío”, en donde, comenta que lleva a cabo investigaciones experimentales para evaluar las características sísmicas laterales de las diagonales que refuerzan las estructuras de acero conformado en frío. En total, ensayan cuatro muestras a gran escala de 2,4 * 2,4 m2 con diferentes configuraciones, estas muestras fueron probadas bajo un régimen cíclico de carga estándar. Por lo tanto, se centra en la capacidad de las muestras de máxima carga lateral y el comportamiento de deformación, además proporciona una estimación racional del factor de disipación de energía sísmica, de la diagonal. El estudio también analiza los modos de fallo del sistema e investiga los factores principales que contribuyen a la respuesta dúctil de las paredes de steel frame. Esto es con el fin de proponer mejoras para que las paredes de acero conformado en frío respondan plásticamente con una desviación significativa y sin riesgo de rotura frágil, como un fallo de conexión o pandeo de tornillo.

También en Febrero de 2012 en Reino Unido, V.B. Nguyen et al [73] publican “Pruebas de compresión de columnas de acero conformado en frío liso y con hoyuelos”, en donde, realizan una serie de ensayos de compresión y tracción sobre perfiles de steel frame liso y con hoyuelos de diferentes geometrías. Para cada grupo de geometrías fue investigado el pandeo y resistencia a la rotura de las columnas. Por lo tanto, comparan los resultados de Structures. Elsevier. Volume 49, Issue 12, December 2011. Doi:10.1016/j.bbr.2011.03.031. Consultado: 14 Agosto 2012. 72 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823111002631. Mehran Zeynalian, H.R. Ronagh. An experimental investigation on the lateral behavior of knee-braced cold-formed steel shear walls. Thin-Walled Structures. Elsevier. Volume 51, February 2012. Doi: doi.org/10.1016/j.tws.2011.11.008. Consultado: 14 Agosto 2012. 73 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143974X11001908. V.B. Nguyen et al. Compression tests of cold-formed plain and dimpled steel columns. Journal of Constructional Steel Research. Elsevier. Volume 69, Issue 1, February 2012. Doi: 10.1016/j.jcsr.2011.07.004. Consultado: 14 Agosto 2012.


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los ensayos a compresión entre los perfiles lisos y con hoyuelos, obteniendo mejoras en pandeo y resistencia a la rotura en los perfiles con hoyuelos debido al proceso en frío del material durante el proceso de formación de hoyuelos. Los resultados mostraron que el pandeo y resistencia a la rotura de las columnas de acero con hoyuelos eran hasta 33% y 26% mayor que las columnas de acero simple, respectivamente.

En Marzo de 2012 en Hong Kong, Jia-Hui Zhang y Ben Young [74] publican “Pruebas de compresión de secciones I abiertas de acero conformado en frío con rigidizadores de borde”, en donde, realizan una serie de pruebas de perfiles de acero conformado en frío con secciones en forma de I abiertas con rigidizadores de borde. Las muestras de ensayo fueron en primer lugar, presionadas a partir de láminas de acero de alta resistencia con recubrimiento de zinc, y dos de los mismos miembros estaban conectados back-to-back por tornillos de rosca cortante para formar una sección en forma de I con rigidizadores de borde. La longitud de la columna de las muestras de ensayo variaron desde 300 hasta 3200 mm, con un incremento de aproximadamente 600 mm. Los ensayos de tracción se realizaron para obtener las propiedades de los materiales en las partes planas y esquinas de las secciones. Por lo tanto, presentan los modos de fallo y la resistencia a rotura de las muestras de columnas. El método de fuerza directa de la North American Specification y las normas de Australia y Nueva Zelanda se utilizaron para calcular las resistencias de diseño de las columnas de sección en forma de I abiertas. Al mismo tiempo, se verificó la fiabilidad del método de fuerza directa para las secciones abiertas en forma de I usando análisis de fiabilidad, teniendo como conclusiones que el método de fuerza directa se puede utilizar para estructuras de acero conformado en frío con secciones de I abiertas con rigidizadores de borde.

También en 2012 en Italia, Luigi Fiorino, Ornella Iuorio y Raffaele Landolfo [75] publican “Análisis sísmico de revestimientos como arriostramientos en estructuras de acero conformado en frío”, en donde, llevan a cabo la caracterización del comportamiento sísmico de revestimientos en estructuras de acero conformado en frío, como respuesta del efecto lateral cortante en los cerramientos, además mencionan que el comportamiento sísmico de estos cerramientos está influenciado fuertemente por las conexiones entre el revestimiento y la estructura de steel frame. Para ello, toman en cuenta un extenso número de configuraciones de paredes tomando en consideración varios parámetros como la tipología del panel de revestimiento, geometría, espaciamiento de los tornillos externos, peso y tipo de suelo sísmico. Por lo tanto, basados en el incremento de análisis dinámico, definieron tres factores de comportamiento: sobrerresistencia, ductilidad y ambos sobrerresistencia y ductilidad, respectivamente. Y finalmente, presentan los resultados para el diseño sísmico de estructura de acero conformado en frío desarrollado sobre las bases de un análisis

74 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823111002618. Jia-Hui Zhang, Ben Young. Compression tests of cold-formed steel I-shaped open sections with edge and web stiffeners. Thin-Walled Structures. Elsevier. Volume 52, March 2012. Doi: doi.org/10.1016/j.tws.2011.11.006. Consultado: 14 Agosto 2012. 75 Luigi Fiorino, Ornella Iuorio y Raffaele Landolfo. Seismic analysis of sheathing-braced cold-formed steel structures. Engineering Structures. Elsevier.


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dinámico no linear, además con esta investigación el autor completa una propuesta de diseño metodológico que viene desarrollando en los últimos años.

4.6.5. En caso de incendio

El tema de la resistencia al fuego de los cerramientos con light steel framing ha sido estudiado en distintas partes del mundo, tanto en grupos de investigación como en instituciones relacionadas con el acero. No obstante, los estudios que han sido llevados a cabo están relacionados con ensayos experimentales, en donde, los paneles de steel frame y/o paneles de steel frame con tableros o placas de yeso, además de la conexión de los tornillos entre los distintos elementos, son sometidos a fuegos reales o con calefactor, para valorar los parámetros que afectan el desempeño de los mismos, en particular, en algunos casos aplican fuego por una de sus caras y en otros casos emplean altas temperaturas y fuerza axial para verificar la reducción de la resistencia y rigidez del entramado steel frame y los paneles.

Por otro lado, emplean métodos de cálculo y modelos de transferencia de calor por computadora para predecir las deformaciones de los paneles. Estos resultados los comparan con los resultados experimentales, tomando siempre en cuenta los valores establecidos en la normativa. En algunos casos establecen metodologías para el desarrollo de nuevos diseños de light steel frame, en donde, se pueden hacer predicciones a base de modelos computacionales. En otros casos presentan guías y recomendaciones de diseño, en donde exponen distintos tipos de cerramientos con los valores de la resistencia al fuego de los mismos.

Por lo general, las comparativas de los estudios que realizan, las hacen comparando ensayos a temperatura ambiente y a altas temperaturas del steel frame, mientras que en otros casos, la comparativa es el steel frame vs el wood framing. Por lo tanto, a continuación se comentan los estudios encontrados relacionados con este tema, organizados por fecha de publicación.

En 1993 R.M.Lawson, B. Burgan y G.M. Newman [76] en Reino Unido, publican “Diseño de Edificaciones Usando: Acero Conformado en Frío: Protección al Fuego”, en donde, ofrecen recomendaciones para la resistencia al fuego de secciones protegidas en paredes, actuando como límites de compartimientos, por ejemplo, la protección plana. En este caso, el calor está aplicado por una cara y las paredes deben satisfacer los criterios necesarios de aislamiento. Además, se incluye un resumen de diseño e identifica los principales requisitos de protección contra el fuego, para los perfiles de acero conformado en frío en paredes, suelos y como vigas y perfiles individuales.

76http://www.steelbiz.org/ResourceIndexing_ExternalUltraseek/SteelbizResourceDetails_non_BlueBook_related_UltraseekIndexing.asp?id=12901. R.M.Lawson, B. Burgan y G.M. Newman. Building Design Using: Cold Formed Steel Section: Fire Protection. The Steel Construction Institute. SCI Publication P129. ISBN 1 870004 93 0. Reino Unido. 1993.


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En 1995 en Nueva Zelanda J.T.Gerlich [77] presenta su tesis doctoral “Diseño de Cerramientos Portantes con Acero Conformado en Frío para Resistencia al Fuego”, en donde, investiga los parámetros que afectan el desempeño de los sistemas de LSF portantes con paneles de yeso expuestos al fuego. Se comparan los códigos de diseño estructural para acero conformado en frío. Se presentan métodos para calcular la reducción de la resistencia del acero y la rigidez a elevadas temperaturas, y para predecir las deformaciones resultantes de los gradientes de temperatura y efectos del P-∆. Modelos de transferencia de calor por computadora se utilizan para predecir la temperatura del steel framing para los sistemas expuestos a la curva de temperatura de la norma IS0834 y a los fuegos reales. Tres pruebas a escala real en horno, se llevaron a cabo para evaluar las predicciones analíticas. Se propone un modelo para predecir el rendimiento de los sistemas portantes de LSF expuestos al fuego. Por lo tanto, compara los tres ensayos con el modelo propuesto, teniendo que los resultados son dentro de 80-90% de los resultados de la prueba.

T. Höglund y H. Burstrand [9] (Suecia) en 1998 en su artículo “Perfiles de acero con ranuras para reducir los puentes térmicos en cerramientos aislado”, en uno de sus apartados comentan que los perfiles de steel framing están cubiertos con placas de yeso, por lo tanto, normalmente no hay necesidad de protección adicional contra incendio. Mediante el uso de placas de yeso, el bastidor de acero conformado en frío puede ser protegido del fuego hasta 120 minutos, dependiendo del número y tipo de placas de yeso. Normalmente, una pared que separa del fuego 60 minutos puede tener dos capas de yeso normales de 13 mm o una capa de 15 mm reforzada.

En 2002 el Canada Mortgage and Housing Corporation (CMHC) [37] presenta el Research Report “Sistemas Alternativos de Cerramientos para Vivienda de Baja Altura”, en donde, hacen una comparativa de un sistema con steel frame y otra con wood framed, dando como resultados que el sistema con steel framing es comparable con el wood-framed teniendo los mismos acabados.

En Septiembre 2002 el Canadian Sheet Steel Building Institute [15] presenta la publicación “Guía de Diseño Arquitectónico de Lightweight Steel Framing”, en donde, presentan cuatro tipologías de cerramientos con los valores de la resistencia al fuego, para ello han realizado variaciones de tipos de aislamientos.

En 2003 de Reino Unido, M. Feng, Y.C. Wang y J.M. Davies [78] publican el artículo “Comportamiento estructural de columnas cortas de paredes delgadas de acero conformado en frío a temperaturas elevadas. Parte 1: experimentos”, presentan una descripción detallada de un estudio experimental de la fuerza axial de secciones de paredes delgadas de 77 http://www.civil.canterbury.ac.nz/fire/pdfreports/Gerlich.PDF. J.T.Gerlich. Design of Loadbearing Light Steel Frame Walls for Fire Resistance. University of Canterbury. Research Report 95/3. ISSN 1173-5996. Nueva Zelanda. Agosto 1995. Consultado 28 Marzo 2012. 78 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823103000028. M. Feng, Y.C. Wang y J.M. Davies. Structural behaviour of cold-formed thin-walled short steel channel columns at elevated temperatures. Part 1: experiments. Thin-Walled Structures. Elsevier. Volume 41, Issue 6. June 2003. doi:10.1016/S0263-8231(03)00002-8. Consultado: 03 Abril 2012.


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acero conformado en frío bajo temperatura ambiente y alta temperatura uniforme. Para ello, plantean dos tipos de objetivos: para obtener una comprensión del comportamiento físico y los modos de fallo de este tipo de estructuras y de proporcionar algunos resultados experimentales, para conocer con detalle los estudios numéricos. Un total de 52 ensayos de resistencia se llevaron a cabo en perfiles cortos de acero conformado en frío con y sin agujeros de servicios y perfiles sin pestañas a temperatura ambiente y varias temperaturas elevadas. A partir de estos estudios experimentales, se ha observado que el modo de fallo de dos columnas nominalmente idénticas pueden ser diferentes a pesar de que las cargas de fallo están cerca. Dependiendo del espesor del perfil y la ubicación de hueco de servicio, la perforación puede tener un efecto importante sobre la resistencia del perfil, con independencia de la temperatura.

Al mismo tiempo en Junio de 2003 y en la misma revista, M. Feng, Y.C. Wang y J.M. Davies [79] publican la parte 2 de la investigación titulada “Comportamiento estructural de columnas cortas de paredes delgadas de acero conformado en frío a temperaturas elevadas. Parte 2: Cálculos de diseño y análisis numérico”, en donde, presentan los resultados de los estudios teóricos usando una serie de herramientas de cálculo diferentes, estos cálculos incluyen diseño simple basados en la modificación de algunos métodos de diseño actuales y el paquete comercial de elementos finitos ABAQUS. Los métodos de diseño considerados en este documento, incluyen la norma británica BS5950 Parte 5, el Eurocódigo 3 Parte 1.3 y la especificación americana AISI. Las modificaciones de las actuales ecuaciones de diseño, están hechas para que puedan incluir pandeo distorsional, los efectos de los huecos de servicio y temperaturas elevadas. Para habilitar la norma británica y el eurocódigo, para predecir la resistencia a la rotura de columnas de paredes delgadas con agujero de servicio, el AISI método de diseño se introduce. Para ampliar la capacidad de estos métodos de diseño, para hacer frente al modo de falla de distorsión de pandeo, el método de Young, Kwon y Hancock para el cálculo de la capacidad de pandeo distorsional se introduce en estos códigos. Por último, los métodos de la temperatura ambiente de diseño se modifican, para tener en cuenta los cambios de la fuerza y la rigidez del acero a elevadas temperaturas. Por lo tanto, concluyen que al aprobar las modificaciones antes mencionadas, los métodos actuales de diseño de código, puede ser fácilmente modificado para considerar estas formas avanzadas de comportamiento.

Además en Diciembre de 2003 los mismos autores que el artículo anterior, M. Feng, Y.C. Wang y J.M. Davies [80] publican “Fuerza axial de paredes delgadas de acero conformado en frío bajo temperaturas no uniformes en el fuego”, en donde, presentan los resultados de una investigación numérica, en la fuerza axial de secciones de paredes delgadas de acero

79 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026382310300003X. M. Feng, Y.C. Wang y J.M. Davies. Structural behaviour of cold-formed thin-walled short steel channel columns at elevated temperatures. Part 2: Design calculations and numerical analysis. Thin-Walled Structures. Elsevier. Volume 41, Issue 6. June 2003. doi:10.1016/S0263-8231(03)00003-X. Consultado: 03 Abril 2012. 80 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0379711203000705. M. Feng, Y.C. Wang y J.M. Davies. Axial strength of cold-formed thin-walled steel channels under non-uniform temperatures in fire. Fire Safety Journal. Elsevier. Volume 38, Issue 8. December 2003. doi:10.1016/S0379-7112(03)00070-5


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conformado en frío, bajo altas temperaturas no uniformes en el fuego. Las distribuciones de temperatura no uniforme, están basadas en los resultados de un análisis térmico de paneles de paredes delgadas de steel framing llevados a cabo por los autores. El paquete general de elementos finitos ABAQUS, se utiliza para obtener ventajas de las columnas, con distintas longitudes en diferentes tiempos de exposición al fuego. Se investiga la exactitud de usar dos formas de simplificar la distribución de la temperatura no uniforme, para ayudar al desarrollo de un método de cálculo de resistencia de la columna en el fuego. El método de diseño de la temperatura ambiente, para columnas de paredes delgadas conformadas en frío en el Eurocódigo 3 Parte 1.3, se modifica para tener en cuenta el cambio en la resistencia y la rigidez del acero a temperaturas elevadas y los efectos térmicos. Los resultados de este método de diseño, se comparan con los resultados de la simulación de ABAQUS.

En 2004 en Estados Unidos el U.S. Department of Housing and Urban Development. Office of Policy Development and Researh y la Steel Framing Alliance [39] publican el reporte “Steel Framing Residencial. Guía de Datos de Fuego y Acústica para el Constructor”, en donde, exponen los requerimientos que deben cumplir las estructuras con steel framing respecto al código de la edificación. También indican en una serie de tablas la resistencia al fuego de todas las tipologías de cerramientos que presentan, tanto portantes como no portantes y por último, dan recomendaciones para la buena práctica constructiva, para mejorar la resistencia contra el fuego de este tipo de construcciones.

En 2004 de Reino Unido, M. Feng y Y.C. Wang [81] publican “Un estudio experimental de cargas a escala real de paneles de cerramientos delgados de acero conformado en frío bajo condiciones de fuego”, en donde, presentan los resultados de ocho ensayos con carga a escala real de paneles de cerramientos delgados de acero conformado en frío, dos ensayos a temperatura ambiente y seis expuestos a las condiciones estándar de fuego en uno de sus lados. Para los paneles de ensayos usaron dos tipos de pestañas, cada perfil tiene dos agujeros de servicio, uno en la parte superior y otro cerca de la parte inferior. Tres niveles de carga diferentes, siendo 0,2, 0,4 y 0,7 veces la capacidad de carga del mismo panel testado a temperatura ambiente, fueron aplicados durante los seis ensayos de fuego. A temperatura ambiente, el fallo era el pandeo local alrededor del hueco de servicio ubicado en la parte superior. Bajo condición de incendio, el principal modo de fallo fue en general flexión-pandeo alrededor del eje principal, con las deformaciones laterales de los paneles de ensayo, siendo causadas principalmente por pandeo térmico debido a los gradientes de temperatura. El aislamiento interior en algunas pruebas fue quemado, por lo que tuvo notable influencia en la evolución de la temperatura en las pruebas de los perfiles de acero. En dos pruebas de fuego usaron perfiles más delgados, los paneles de ensayos fallaron antes de 30 minutos que es considerado el valor mínimo de fuego estándar de este tipo de construcción.

81 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0379711204000827. M. Feng y Y.C. Wang. An experimental study of loaded full-scale cold-formed thin-walled steel structural panels under fire conditions. Fire Safety Journal. Elsevier. Volume 40, Issue 1. February 2005. doi:10.1016/j.firesaf.2004.08.002. Consultado: 03 Abril 2012.


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European Light Steel Construction Association [17] en 2005 en el libro “European Lightweight Steelframed Construction”, presentan resultados de distintas tipologías de cerramientos en donde exponen los valores de la resistencia al fuego.

Aitor Amundarain et al [18] 2006 en Reino Unido, publican “Light Steel Frame: Mejora del Diseño Integral”, en donde, realizan un estudio de la resistencia al fuego de las estructuras de LSF. El ensayo lo realizan con un panel de alta radiación para establecer el funcionamiento del LSF bajo flujos de calor típicos de fuego. Los flujos de calor establecidos para condiciones de incendio oscilan entre los 7-60 Kw/m2. El elemento calefactor utilizado para este experimento, fue un panel cerámico radiante sin recinto, alimentado por una mezcla de propano y aire. Sobre la base de las conclusiones que obtuvieron, han establecido una metodología para el desarrollo de nuevos diseños de light steel framing, en donde, se pueden hacer predicciones en base a modelos computacionales sobre el comportamiento de una muestra sometida a la norma británica respecto a la resistencia al fuego.

En 2007 Aitor Amundarain [19] en su tesis doctoral “Evaluación de la eficiencia térmica, estructural y resistencia al fuego de los sistemas de construcción ligera para el diseño optimizado”, describe en el capítulo tres el comportamiento al fuego del sistema ligero con steel framing, en el cual emplea composiciones de cerramientos que los somete a calor intenso como se ha comentado anteriormente en un calefactor. Además de estos experimentos, realiza también a escala real escenarios realistas, en donde se pueden observar que los sistemas resistieron con éxito los efectos de un severo incendio, sin síntomas de deformación o colapso.

También en 2007 Ju Chen y Ben Young [82] de Hong Kong – China presentan el artículo “Investigación Experimental de material de acero conformado en frío a elevadas temperaturas”, en donde, presentan los datos de las propiedades mecánicas del acero conformado en frío a elevadas temperaturas. El deterioro de las propiedades mecánicas de resistencia del límite elástico (0,2 % de elasticidad), y el módulo elástico son las propiedades primarias en el diseño y análisis de las estructuras de acero conformado en frío bajo fuego. Sin embargo, estas propiedades a diferentes temperaturas no son bien reportadas. Por lo tanto, ambos ensayos de tracción estacionarios y transitorios de reducción se llevaron a cabo a diferentes temperaturas en el rango aproximado entre 20 a 1000 ºC, para obtener las propiedades mecánicas del material estructural de acero conformado en frío. Los resultados se compararon con los resultados obtenidos a partir de la normativa australiana, británica, europea y de pruebas previstas por otros investigadores. Se propone una ecuación unificada para el límite elástico, módulo de elasticidad, resistencia a la rotura y deformación última del acero conformado en frío a temperaturas elevadas. Además se muestra que la ecuación propuesta predice exactamente los resultados de las pruebas.

82 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823106001935. Experimental investigation of cold-formed steel material at elevated temperatures. Thin-Walled Structures. Elsevier. Volume 45, Issue 1. January 2007. doi:10.1016/j.tws.2006.11.003. Consultado: 03 Abril 2012.


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Al mismo tiempo en 2007, Ju Chen y Ben Young [83] publican el artículo “Columnas de acero conformado en frío a temperaturas elevadas”, en donde, el objetivo principal de ese trabajo era estudiar el comportamiento y diseño de perfiles de acero conformado en frío a altas temperaturas mediante elementos finitos. Los efectos de inicio local y en general, las imperfecciones geométricas se han tenido en consideración en el análisis. Cargas de falla y el acortamiento de las curvas de carga de las pestañas de las columnas fueron investigados en este estudio. El análisis de elementos finitos se realizó en columnas con pestañas comprimidos entre los extremos fijos sobre un rango de longitudes de columna para varias temperaturas. El modelo de elementos finitos no lineal se comprobó con los resultados experimentales de las columnas con pestañas a temperatura ambiente y temperaturas elevadas. Tres series de columnas fueron estudiadas usando análisis de elementos finitos, para investigar la resistencia y el comportamiento de las columnas con pestañas a temperaturas elevadas. Las resistencias de las columnas previstas, a partir del análisis de elementos finitos se compararon con las resistencias de diseño, calculados utilizando la anchura efectiva y los métodos de fuerza directos, mediante la sustitución de las propiedades de los materiales reducidos. Cabe señalar que la anchura actual eficaz y los métodos directos de resistencia, se desarrollan sobre la base de estructuras de acero conformado en frío en un espacio a temperatura normal. En este estudio, investigan la adecuación del ancho efectivo y los métodos de resistencia directa de columnas con pestañas de acero a elevadas temperaturas. Se muestra que la anchura efectiva y los métodos de resistencia directa, son capaces de predecir la resistencia de las columnas con pestañas de steel framing a elevadas temperaturas. Además, la proporción de las cargas de fallo de las columnas a elevadas temperaturas hasta la temperatura ambiente normal, también se estudia y se compara con la predicción propuesta por otros investigadores.

James B.P. Lim y Ben Young de UK y Hong-Kong [84] en 2007, publican el artículo “Efectos de las temperaturas elevadas en el momento de conexión de los tornillos entre los elementos de acero conformado en frío”, en donde, describen los estudios paramétricos de elementos finitos no lineales elasto-plásticos, sobre los efectos de temperaturas elevadoras en el momento de conexión de los tornillos entre los elementos de steel framing. Se investigan dos cuestiones a temperaturas elevadas: la reducida capacidad de momentos de las secciones en las articulaciones y la reducción de la fuerza cortante en el apoyo del agujero del tornillo, que en el fuego será necesario que resista la acción de la catenaria. De los resultados de los estudios paramétricos, se proponen reglas de diseño simples, para que permita a los diseñadores tener en cuenta los efectos de elevadas temperaturas.

83 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141029606005025. Ju Chen y Ben Young. Cold-formed steel lipped channel columns at elevated temperatures. Engineering Structures. Elsevier. Volume 29, Issue 10. October 2007. doi:10.1016/j.engstruct.2006.12.004. Consultado: 02 Abril 2012. 84 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141029606004986. James B.P. Lim y Ben Young. Effects of elevated temperatures on bolted moment-connections between cold-formed steel members. Engineering Structures. Elsevier. Volume 29, Issue 10. October 2007. doi:10.1016/j.engstruct.2006.11.027


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En Estados Unidos en 2008 la American Iron and Steel Institute y Steel Framing Alliance [85] presentan el reporte de investigación “Estimación de la Clase de Transmisión de Sonido y la Valoración de la Clase de Aislamiento de Impacto para Montajes con Steel Framed”, en donde, además de proporcionar la Clase de Transmisión de Sonido de cerramientos incluyen la resistencia al fuego de los mismos, para ello, han realizado una serie de tablas con la información de cada composición y los valores de cada una.

También en 2008 en Australia, Thanuja Ranawaka y Mahen Mahendran [86] publican el artículo “Distorsión de las pruebas de pandeo de acero conformado en frío a compresión a elevadas temperaturas”, en donde, comentan que las secciones de steel framing son susceptibles a diversos modos de pandeo, incluyendo un modo de distorsión y por tanto, muestran un comportamiento complejo bajo condiciones de fuego. Por lo tanto, llevaron a cabo estudios experimentales para investigar el comportamiento de distorsión por pandeo de perfiles de acero conformado en frío, así como también estudios de simulación. Más de 150 ensayos de compresión axial se llevaron a cabo a temperatura ambiente y elevada. Dos tipos de secciones transversales se seleccionaron con espesores nominales de 0,60, 0,80 y 0,95 mm. Se utilizan aceros de baja resistencia G250 y de alta resistencia G550. Distorsión de las pruebas de pandeo, se realizaron en seis diferentes temperaturas en el rango de 20 -800 ºC. Los resultados de las pruebas fueron evaluados y comparados, sobre la base de las propiedades de las medidas mecánicas de los mismos perfiles de acero conformado en frío, usado en las pruebas de compresión.

En 2009 en España la empresa Teccnon Evolution a través del Instituto de Tecnología de la Construcción de Cataluña [23] presentan el Documento de Idoneidad Técnica Europeo DITE “Kit de construcción de edificios prefabricados con estructura metálica, para viviendas unifamiliares aisladas o adosadas y plurifamiliares hasta cuatro plantas”, en donde desarrollan cuatro configuraciones de fachadas con entramado modular de steel framing y presentan una tabla con la resistencia al fuego de cada uno de los cerramientos.

También en 2009 en Estados Unidos la Steel Framing Alliance [43] publica “Una Guía de Resistencia al Fuego & Datos Acústicos para Forjados, Paredes & Cubiertas de Acero. Montajes” en donde presentan resultados de la resistencia al fuego de una serie de composiciones de cerramientos con steel framing, tanto portantes como no portantes.

En 2010 en Australia, Thanuja Ranawaka y Mahen Mahendran [87] publican “Modelización numérica de acero ligero conformado en frío a compresión de los elementos sometidos a

85 http://www.smdisteel.org/~/media/Files/SMDI/Construction/CFSD%20-%20Report%20-%20RP08-7.ashx. American Iron and Steel Institute y Steel Framing Alliance. Estimation of Sound Transmissión Class and Impact Insulation Class Rating for Steel Framed Assemblies. Research Report RP08-7. Estados Unidos. Noviembre 2008. 86 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143974X08002393. Thanuja Ranawaka y Mahen Mahendran. Distortional buckling tests of cold-formed steel compression members at elevated temperatures. Journal of Constructional Steel Research. Elsevier. Volume 65, Issue 2. Noviembre 2008. doi:10.1016/j.jcsr.2008.09.002. 87 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823109002171. Thanuja Ranawaka y Mahen Mahendran. Numerical modelling of light gauge cold-formed steel compression members subjected to


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pandeo distorsional a temperaturas elevadas”, en donde realizan estudios experimentales y numéricos, para investigar el comportamiento de distorsión de pandeo de los elementos de acero conformado en frío bajo condiciones de fuego simuladas. Secciones de perfiles con pestañas y sin pestañas fueron seleccionadas con tres espesores de 0,60, 0,80 y 0,95 mm y con resistencia de G250 y G550. Más de 150 pruebas de compresión se llevaron a cabo, primero a temperatura ambiente y temperaturas elevadas. Los modelos de elementos finitos de los elementos de compresión fueron desarrollados a continuación, mediante la inclusión de la degradación de las propiedades mecánicas con temperaturas crecientes. Se compararon los análisis de elementos finitos y los resultados experimentales, los cuales mostraron que los modelos finitos desarrollados eran capaces de simular el pandeo distorsional y el comportamiento de la resistencia a temperaturas ambiente y elevadas hasta 800 ºC. El modelo validado se utilizó para determinar los efectos de las propiedades mecánicas, imperfecciones geométricas y tensiones residuales en el comportamiento de pandeo distorsional y resistencia de las columnas de acero conformado en frío.

En 2011 Ashkan Shahbazian y Yong Chang Wang [88] en Reino Unido publican el artículo “Aplicación del método de la fuerza directa de la resistencia a pandeo local de elementos de acero de paredes ligeras con temperaturas elevadas no uniformes bajo compresión axial”, en donde, en este trabajo se evalúa la aplicabilidad del método de resistencia directa, para calcular la resistencia al pandeo local de paredes ligeras con steel framing con distribuciones no uniformes de temperaturas elevadas en la sección transversal. La evaluación se llevó a cabo, mediante la comprobación de los resultados de los cálculos del método de fuerza directa, con resultados de simulaciones numéricas del software ABAQUS, que utilizan elementos finitos, que fue validado para las pruebas de temperaturas ambientes y elevadas en cortas secciones del canal de pestaña. El modelo numérico validado, se utilizó para generar una amplia base de datos (372 modelos) de los resultados numéricos de la capacidad de carga de los cerramiento ligeros con steel framing, con diferente uniforme y la distribución no uniforme de temperaturas en las secciones transversales, bajo condiciones diferentes y condiciones de carga y con distintas dimensiones y longitudes. Se concluyó que el método de la fuerza directa local curva de pandeo es, directamente aplicable para columnas con distribución uniforme de temperatura en la sección transversal. Para las columnas con distribución no uniforme de la temperatura, una modificación de la curva de pandeo local era necesaria y este trabajo ha propuesto una nueva curva.

También en 2011 en Estados Unidos – Japón, Seul-Hyun Park et al [89] publican el artículo “Estudio experimental sobre el rendimiento de un cerramiento autoportante con montantes distortional buckling at elevated temperatures. Thin-Walled Structures. Elsevier. Volume 48, Issues 4–5. April–May 2010. doi:10.1016/j.tws.2009.11.004. Consultado: 03 Abril 2012. 88 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263823111001856. Ashkan Shahbazian y Yong Chang Wang. Application of the Direct Strength Method to local buckling resistance of thin-walled steel members with non-uniform elevated temperatures under axial compression. Thin-Walled Structures. Elsevier. Volume 49, Issue 12. Diciembre 2011. doi:10.1016/j.tws.2011.08.005. Consultado: 02 Abril 2012. 89 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0379711211001251. Seul-Hyun Park et al. Experimental study on the performance of a load-bearing steel stud gypsum board wall assembly exposed to a real fire. Fire Safety Journal. Elsevier. Volume 46, Issue 8. November 2011. doi:10.1016/j.firesaf.2011.09.001


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de acero con placa de yeso expuesto a un fuego real”, con el propósito de evaluar los mecanismos de rendimiento y fallos del montaje de las paredes de yeso bajo incendios reales o condiciones de horno. En un esfuerzo para compilar una base de datos experimental necesaria para validar los modelos que podrían ser utilizados para predecir su rendimiento y la falla final bajo varios diseños de fuegos, una prueba a gran escala se llevó a cabo en el Large Fire Laboratoy (LFL). Por lo tanto, han construido una pared con steel framing a la cual le colocan dos placas de yeso a ambos lados. Para cuantificar la investigación, es decir, el rendimiento o fallo se disponen termocuplas en distintas localizaciones tanto en la placa de yeso como en la estructura. Con esta información presentan gráficas entre las que se encuentran las medidas de temperaturas en función del tiempo, además de una comparativa del flujo de calor entre las pruebas de la exposición real a fuego y de horno, entre otros.

En Reino Unido en 2011, A. Shahbazian y Y.C. Wang [90], presentan la publicación “Cálculo de la resistencia global de pandeo de elementos de acero de paredes delgadas con temperaturas elevadas uniformes y no uniformes bajo compresión axial”, en donde desarrollan un método basado en el método de la resistencia directa (DSM) de la curva de pandeo global, para calcular la fuerza final de pandeo global de elementos de acero conformado en frío de paredes delgadas bajo temperaturas elevadas uniformes y no uniformes. La evaluación se lleva a cabo mediante la comprobación del método de la resistencia directa basada en la curva de resultados con los resultados de las simulaciones numéricas que utilizan el software general de elementos finitos ABAQUS. El modelo numérico ha sido validado contra una serie de ensayos de fuego en paneles de dos secciones de pestañas diferentes testados a su carga de rotura a temperatura ambiente o su resistencia a fuego en diferentes niveles de carga. El modelo numérico validado se ha utilizado para generar una base de datos de los resultados numéricos de la capacidad de carga de los elementos de paredes delgadas de acero conformado en frío con distribución de temperaturas uniformes y no uniformes en las secciones transversales bajo límite diferente y las condiciones de carga y con dimensiones distintas. Por lo tanto, concluyen que el método de resistencia directa de la curva de pandeo global de la columna es directamente aplicable para temperaturas uniformes pero, una simple modificación se requiere para la distribución de temperatura no uniforme.

D. Kontogeorgos et al [91] (Grecia – Suiza) en enero 2012 presentan en su artículo “Transferencia de calor y humedad a través del montaje de perfiles de acero con placas de yeso expuestas al fuego” en donde un conjunto de placas de yeso fijadas a un montante de acero con una cavidad entre sus dos paramentos ha sido sometido al fuego estándar de la 90 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026382311100156X. A. Shahbazian y Y.C. Wang. Calculating the global buckling resistance of thin-walled steel members with uniform and non-uniform elevated temperatures under axial compression. Thin-Walled Structures. Elsevier. Volume 49, Issue 11, November 2011. doi:10.1016/j.tws.2011.07.001. Consultado: 03 Abril 2012. 91 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061811003539. D. Kontogeorgos, K. Ghazi Wakili, E. Hugi, M. Founti. Heat and moisture transfer through a steel stud gypsum board assembly exposed to fire. Construction and Building Materials. Elsevier. Volume 26, Issue 1. Enero 2012. doi:10.1016/j.conbuildmat.2011.06.083


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norma ISO 834. Se desarrolló un modelo para simular la evolución de la temperatura en el conjunto a diferentes distancias del horno. Usando medidas de propiedades térmicas como función de temperatura, en combinación con los modelos teniendo en cuenta la radiación y convección en la cámara de la pared, así como la transferencia de masa dentro de las placas de yeso condujeron a una buena reproducción de los datos medidos. Las pruebas de fuego fueron detenidas inmediatamente después de que la capa expuesta de yeso mostró ablación, que ocurrió poco después de 60 minutos de exposición.

4.6.6. Industrialización

Respecto al tema de industrialización, se han realizado algunos estudios, enfocados principalmente a presentar sistemas y métodos de construcción industrializados con steel framing, en la mayoría de los casos sistemas híbridos, en donde, emplean módulos 3D para servicios, cocinas y baños, y paneles 2D para forjados y cerramientos ya que necesitan espacios abiertos. En otros casos, describen los sistemas panelizados de steel frame, sistemas modulares de viviendas y por último edificios de media y alta altura, destacando los beneficios tangibles que supone este tipo de construcción, como rápida construcción, alta calidad y más eficiencia y adaptabilidad del uso de espacios, lo que ha tenido como consecuencia el incremento del uso de steel framing como construcción modular.

En algunos artículos, presentan ejemplos de proyectos empleando este tipo de tecnología, además realizan comparativas de los tiempos de construcción de distintos tipos de sistemas constructivos, como el sistema convencional in situ, unidades de steel frame con baños modulares y la construcción modular.

En la mayoría de los estudios de industrialización, toman en consideración el comportamiento estructural, ya que están íntimamente relacionados, para ello, realizan ensayos estructurales de paneles y de una vivienda de dos plantas, en donde, estudian las deflexiones por el efecto cortante para evaluar la rigidez del sistema. Mientras, que en otros artículos, presentan guías de construcción modular, con los distintos sistemas. Por lo tanto, a continuación se comentan estos trabajos relacionados con la industrialización del light steel framing, organizados por fecha de publicación.

T. Höglund y H. Burstrand [9] (Suecia) en 1998 en su artículo “Perfiles de acero con ranuras para reducir los puentes térmicos en cerramientos aislados”, en uno de sus apartados comentan que el nivel de prefabricación en Suecia varía, sin embargo están avanzando hacia una producción más industrial de casas residenciales tanto unifamiliares como multifamiliares. Se están elementos completos con las ventanas, fachadas y tuberías para la electricidad. Además han identificado mejoras potenciales para introducir al sistema constructivo, p.e. una conexión entre el cerramiento externo y la estructura del forjado.


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También en 1998 en Reino Unido, I.MacCarthy [92] publica “Método de construcción prefabricado usando componentes de acero conformado en frío”, en donde, intenta describir el diseño de la tecnología y el desarrollo del trabajo con éxito probado de un método de construcción prefabricado que usa componentes de steel framing. El producto es conocido como el método de construcción Metframe del Grupo Metsec. Por lo tanto, en este artículo se esboza este sistema y se identifican las ventajas, como aplicación a edificios comerciales y el proceso para discutir el proceso de diseño y detalles, producción y montaje, y finalmente las tareas del levantamiento. Además en este artículo se explora el comportamiento del sistema en relación a la capacidad estructural, comportamiento térmico, acústico y aspectos de fuego, edificabilidad y la utilidad antes de costes y posición relativa de los precios respecto a otros tipos de construcción.

R.M. Lawson et al [34] en 1999 en Reino Unido, publican “Construcción Modular usando Light Steel Framing: Una Guía para Arquitectos”, en donde, realizan una comparativa de los tiempos que se tomaría realizar una construcción de un hotel típico de tamaño medio. La comparativa la realizan de una construcción convencional in situ, unidades de light steel framing y baños modulares y una construcción modular. Los resultados es que la construcción que menos tiempo lleva es la construcción modular, luego las unidades de light steel framing – baños modulares y el que más tiempo se lleva es la construcción tradicional.

En 2004 en Suecia, Jerker Lessing [93] presenta el reporte “Producción industrial de apartamentos con steel frame. Un estudio del sistema de casas abiertas”, en donde, analiza distintos casos de estudio tomando como referencia, edificios de viviendas construidos con módulos industrializados, desde los tipos de materiales, producción de los módulos en fábrica, transporte y montaje en el sitio. Por lo tanto, con estos datos valora los tiempos, costes, residuos, defectos, productividad, entre otros. Y por último, realiza una serie de recomendaciones que van desde el desarrollo del sistema a crear un bagaje de conocimiento del sistema.

En 2005 en Reino Unido, R.M. Lawson, R.G. Ogden, R. Pedreschi y S.O. Popo Ola [94] publican el artículo “Sistemas prefabricados en viviendas usando acero ligero y construcción modular”, en donde, hacen una revisión de los recientes desarrollos en viviendas usando sistemas de construcción prefabricados basados en light steel framing y tecnologías modulares. Presentan una serie de ejemplos de proyectos recientes importantes en Europa usando esta tecnología, incluyendo sistemas de construcción híbridos o mixtos. Por otro lado, muestran una serie de ensayos de paneles de cerramiento de steel framing totalmente opacos y con ventanas con distintos tipos de revestimientos, además presentan los diagramas de acción y la influencia de las paredes de ladrillo en sistemas con light steel

92 I.MacCarthy. Prefabricated building method using cold-formed steel components. J. Construction Steel. Elsevier. Vol. 46, Nos 1-3. Nº 147. 1998. 93 Jerker Lessing. Industrial production of apartments with steel frame. A study of the Open House System. The Swedish Institute of Steel Construction. Report 229:4. 2004. 94 R.M. Lawson, R.G. Ogden, R. Pedreschi y S.O. Popo Ola. Pre-fabricated systems in housing using light steel and modular construction. Steel Structures. Elsevier.


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framing. Al mismo tiempo realizan ensayos de una vivienda de dos plantas con esta tecnología, en donde, estudian las deflexiones por el efecto cortante para ver la rigidez del sistema.

En 2006, también en Reino Unido R.M. Lawson y R.G. Ogden [95] publican “Sistemas híbridos en acero ligero y construcción modular”, en donde, comentan que el uso del steel framing como un método de construcción de viviendas se ha incrementado significativamente a través de Europa en los recientes años. La industria del acero ha apoyado intensamente el desarrollo técnico, y los sistemas de casas actualmente están disponibles, con un alto grado de adaptabilidad en formas y uso. Por lo tanto, en este artículo los autores describen las formas generales de construcción que han sido adoptadas, y los niveles de desarrollo que se han logrado, desde sistemas panelizados, sistemas modulares de viviendas, construcción adaptable y sostenible, y por último edificios de media altura.

R.M. Lawson y R.G. Ogden [96], en 2008 publican “Panel híbrido de acero ligero y sistema modular”, en donde, definen los métodos modernos de construcción que son altamente prefabricados y que logran beneficios tangibles para el cliente en términos de rápida construcción, alta calidad y más eficiencia y adaptabilidad del uso de los espacios. Además presentan ejemplos de estos métodos modernos de construcción en light steel framing y construcción modular, empleados en el sector residencial y de uso mixto. Unidades modulares pueden ser diseñadas parcialmente abiertas o completamente abiertas por los lados para crear espacios más largos con dos o más módulos. Por lo tanto, proponen como una alternativa híbrida el combinar módulos 3D para los espacios de servicios como las cocinas y baños, y usar paneles 2D para forjados y cerramientos que necesiten espacios abiertos. Por otro lado, llevan a cabo dos series de ensayos a cortante en paneles de cerramiento de light steel framing, para evaluar las acciones de estos paneles con: diferentes tipos de tableros usados como revestimientos y revestimiento de ladrillo, concluyendo que el comportamiento estructural de los paneles de steel framing demostraron que tienen una estabilidad total considerable.

En Junio 2010, R.M. Lawson y J. Richards [97] publican “Diseño modular para edificios altos”, en donde, comentan que la construcción modular con steel framing es altamente usada para edificios residenciales de cuatro a ocho plantas y hay presión para extender este tipo de construcción a 12 o más plantas. Para ello, revisan la tecnología reciente en sistemas modulares, y también presentan los análisis de ensayos de carga de cerramientos modulares de steel framing en compresión. Además presentan un método de diseño para edificios modulares en altura tomando en cuenta los efectos de segundo orden y tolerancias de instalación. Para los cerramientos modulares testados, se encontraron que las placas de yeso y las placas externas de revestimiento efectivamente evitan el pandeo en el eje menor 95 R.M. Lawson y R.G. Ogden. Hybrid Systems in Light Steel and Modular Construction. International Conference On Adaptable Building Structures. Eindhoven -The Netherlands. 03-05 July 2006. 96 R.M. Lawson y R.G. Ogden. ‘Hybrid’ light steel panel and modular systems. Thin-Walled Structures. Elsevier. 97 R. M. Lawson y J. Richards. Modular design for high-rise buildings. Structures and Buildings 163. Institution of Civil Engineers. Issue SB3. June 2010. doi: 10.1680/stbu.2010.163.3.151.


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de las secciones C, entonces el fallo ocurre o por el pandeo en el eje mayor o aplastamiento local de la sección. En todos los casos, los resultados de las pruebas en secciones C con 75 mm y 100 mm de profundidad y 1.6 mm de espesor exceden la resistencia de diseño de la norma BS5950-5 en un 10 a 40%. Sin embargo, una excentricidad de 20 mm en aplicación de carga reduce el fallo de carga de 18 a 36 % debido a un aplastamiento local de la sección C. Los ensayos de tensión en conexiones típicas entre los módulos y los corredores dieron como carga de fallo de 40kN, que es adecuado para transferir las fuerzas del viento a los arriostramientos y también prever la acción de atado en el evento de pérdida de soporte de una esquina de un módulo. La estructura de esquina mejora la resistencia a compresión, pero su resistencia a pandeo depende de la influencia de la rigidez del panel de cerramiento. Esto también muestra que el enfoque hipotético de la fuerza horizontal para estructuras de acero presentadas en la norma BS5950-1 debería ser incrementado para construcciones modulares.

4.6.7. Medioambiental – Sostenibilidad

En el caso de estudios relacionados con temas medioambientales y de sostenibilidad, se ha encontrado algunos artículos en los que, realizan estudios globales medioambientales que tratan temas de los materiales reciclables, reducción de residuos en obra, menos peso lo que implica ventajas para el transporte, además de comentar las ventajas que supone el emplear estructuras de steel frame, como la gran durabilidad y prevención de la deforestación, entre otros.

Por otro lado, evalúan este tema a través del ACV – análisis del ciclo de vida del acero, el cual comparan en algunos casos con estructuras de hormigón o con entramados de madera, los valores de indicadores de impacto que toman en cuenta son las emisiones de gases de efecto invernadero, uso de energías fósiles, uso de agua, acidificación, toxicidad ecológica, potencial de formación de smog y eutrofización.

Existen estudios que realizan comparación de viviendas que emplean construcción mixta sostenible, combinando el steel frame con madera para paneles y diferentes materiales para revestimientos, cubiertas y forjados. Además, realizan comparativas de estos sistemas con sistemas tradicionales. Por lo tanto, a continuación se comentan los trabajos que emplean el sistema de steel framing, relacionados con el tema medioambiental y de sostenibilidad.

T. Höglund y H. Burstrand [9] (Suecia) en 1998 en su artículo “Perfiles de acero con ranuras para reducir los puentes térmicos en cerramientos aislados”, en uno de sus apartados comentan dos temas relacionados con el medioambiente: uno es un estudio global medioambiental y otro es el análisis del ciclo de vida (ACV). En el primer tema comentan que el acero se puede reciclar en un 100 %, la lana de vidrio se fabrica a 75% por material reciclado (vidrio), las placas de yeso son reciclables por lo que cuando se necesite generar placas nuevas se puede emplear entre un 0-10% de placas de yeso recicladas. También comentan sobre la reducción de los residuos en obra al suministrar los aislantes y los montantes en un tamaño adecuado. Además de que el peso aproximado de


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una casa con steel frame es de 150 kg/m2 que es aproximadamente 1/6 del peso de un edificio de hormigón. El bajo peso implica ventajas para el transporte y un bajo uso de materia prima. Respecto al Análisis del Ciclo de Vida han estudiado las estructuras de hormigón y estructuras con steel framing, los resultados se presentan desde la fabricación, mantenimiento y uso (demolición), por lo que dicen que el mantenimiento y el uso causan un promedio de 20-50 % el uso de materias primas durante 50 años y un consumo de energía de alrededor del 95%, es decir, la fabricación y la demolición corresponde alrededor de 2 años de servicio. Por otro lado, consideran las emisiones de CO2, NOx y SOx durante un período de 50 años. Mantenimiento y uso causan un promedio alrededor del 87% de las emisiones de CO2, 76% de NOx y 95% de SOx, fabricación y demolición corresponde alrededor a 6 años de vida útil de CO2, 12 años de NOx y 2 años de SOx respectivamente.

En el 2000 en Japón, Yushifumi Sakumoto et al [98] publican “Viviendas de steel framed, viviendas medioambientalmente amigables”, en donde, comentan que en las viviendas de acero conformado en frío, los montantes de acero substituyen los elementos de la madera estructural que comúnmente se usan en viviendas de madera. Las ventajas de las casas con steel framing sobre las casas de madera son la gran durabilidad, mejor reciclabilidad y prevención de deforestación hacen desearlos como un nuevo, método de construcción amigable ambientalmente. Por lo tanto, en este artículo realizan una comparativa del impacto medioambiental del comportamiento de viviendas con steel framing y de madera mediante el uso del ACV – análisis del ciclo de vida, para ello emplean el software SimaPro 3.0 de Pre Consultants BP, obteniendo resultados comparativos del volumen de emisión de residuos, toxicidad para los humanos, agotamiento de los recursos, consumo de energía y efecto del calentamiento global. Estos resultados demuestran que los cerramientos con steel framing tienen mejor valoración respecto a los cerramientos con madera en las cinco categorías comparadas con respecto a sus impactos. Esto es probable porque se han reflejado correctamente las excelentes propiedades del comportamiento medioambiental del acero, como su alta reciclabilidad, no decae nunca incluso bajo las condiciones climáticas de Japón y no se destruyen bosques. Además realizan un estudio de conservación de la energía, donde proponen distintas composiciones de cerramiento, particularmente modificando la ubicación del aislamiento.

En Rumanía, D. Dubina, V. Ungureanu y M. Mutiu [99] publican “Estructuras de construcción sostenible para viviendas”, en donde, presentan cuatro ejemplos de tecnologías de construcción mixta sostenible, que combina acero y madera en los paneles y diferentes materiales para revestimientos, cubiertas y forjados, con la finalidad de obtener altas propiedades en el comportamiento termo-energético. Para ello, emplean varias soluciones de diseño innovadoras, tres ejemplos de viviendas unifamiliares y una de viviendas multifamiliares, todas ellas construidas en Rumanía, ubicadas en regiones de media y alta actividad sísmica. Por lo tanto, presentan aspectos relacionados con el diseño y detalles, así

98 Yushifumi Sakumoto et al. Steel-framed houses, environmentally friendly houses. Nippon Steel Technical Report Nº 81. January 2000. 99 D. Dubina, V. Ungureanu & M. Mutiu. Sustainable building structures for housing. CIB11844.


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como soluciones para revestimientos y cubiertas, incluyendo características estructurales, comportamiento termo-energético y análisis de la rentabilidad. Y por último concluyen que comparando estos sistemas con sistemas tradicionales, las viviendas con steel frame son mejores, además de sus ventajas técnicas y calidad mejorada respecto a la estructura y acabados, también realmente en temas de coste.

En 2006 en Reino Unido, Bassam A. Burgan y Michael R. Sansom [100] publican “Construcción de acero sostenible”, en donde, discuten la importancia de la construcción de tres elementos del desarrollo sostenible, crecimiento económico, progreso social y protección efectiva del medioambiente. Para ello, identifican las cuestiones frente a la construcción en medio de la agenda de desarrollo sostenible; esto incluye uso eficiente de los recursos naturales, reducción del consumo de energía, reducción de emisiones, minimizar los residuos, uso más eficiente de la tierra, reducción del impacto en los lugares de construcción y crear mejores condiciones para los empleados. Además describen en el contexto de nuevos edificios, el impacto del acero en los procesos constructivos, es decir, la rapidez, prefabricación, seguridad, minimización de los residuos y las condiciones de producción y el sitio. Continúan la investigación esbozando las maneras en que las formas de construcción pueden contribuir a reducir el consumo de energía en los edificios, particularmente durante la parte del uso del ciclo de vida del edificio. El role del acero en la extensión de la vida de un edificio existente en stock es examinada y el diseño de características para permitir la reutilización de los componentes de acero destacan. Y por último concluyen con unos comentarios en los que se extienden a la recuperación del acero de la construcción y el reciclaje al final de la vida de los edificios.

En 2011 en Estados Unidos, Christopher A. Bolin y Stephen T. Smith [101] publican el artículo “Análisis del ciclo de vida de la madera tratada en comparación al steel framing galvanizado”, en donde, emplean el análisis del ciclo de vida para identificar los impactos medioambientales, relacionados con las maderas tratadas usadas como marcos estructurales, y para determinar cómo los impactos comparativos del producto de la alternativa primaria, miembros de los marcos de acero galvanizado. La madera tratada puede ser usada para montantes en construcciones con localizaciones de alta decadencia o riesgo de termitas. Un modelo de las etapas del análisis de ciclo de vida de la madera tratada fue creado y usado para calcular las entradas y salidas durante la producción de la madera, tratamiento, uso, y etapas de disposición. Los datos de producción de la madera están basados en fuentes publicadas. Datos de la madera primaria preservada con tratamiento fueron obtenidos por estudios realizados en los Estados Unidos. Las entradas del ciclo de vida, salidas e indicadores de impacto para la madera tratada fueron cuantificados usando la metodología del ACV – análisis del ciclo de vida en las unidades funcionales de 1000 pies por tablero, 100 pies lineales (30.5 metros lineales) de perímetro de estructura de marcos de cerramiento, y marcos requeridos para los cerramientos 100 Bassam A. Burgan y Michael R. Sansom. Sustainable steel construction. Journal of Constructional Steel Research. Elsevier. 101 Christopher A. Bolin y Stephen T. Smith. Life cycle assessment of borate-treated lumber with comparison to galvanized steel framing. Journal of Cleaner Production. Elsevier.


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perimetrales de una casa representativa. En una manera similar, un modelo de inventario del ciclo de vida desarrollado para la fabricación, uso, y disposición del producto como alternativa primaria, marcos de acero galvanizado, y comparaciones donde se usan unas medidas equivalentes de 100 pies lineales de perímetro estructural de marcos de cerramiento. Valores de indicadores de impacto como emisiones de gases de efecto invernadero, uso de energías fósiles, uso de agua, acidificación, toxicidad ecológica, potencial de formación de smog, y eutrofización fueron cuantificados para cada uno de los dos productos. Para ello, realizan una comparación de marcos de madera tratada y de acero galvanizado usado para el perímetro de un cerramiento de una estructura de tipo residencial o comercial, obteniendo que los valores de impacto del ciclo de vida de la cuna a la tumba del maco de madera tratada, fue aproximadamente cuatro veces menos para el uso de energías fósiles, 1.8 veces menos para gases de efecto invernadero, 83 veces menos para uso de agua, 3.5 veces menos para acidificación, 2.5 veces menos respecto al impacto ecológico, 2.8 veces menos para formación de smog, y 3.3 veces menos para eutrofización que los marcos de acero galvanizado. Además comentan que el valor de energía total usada (incluyendo uso de energías fósiles, biogénico, y recursos renovables) por los marcos de acero galvanizado es de aproximadamente 3.6 veces más que para los marcos de madera tratada.

Una vez revisado el estado del arte en el campo de la investigación, desde distintos puntos de vista, y teniendo una idea general de todos los trabajos que se han llevado a cabo, referentes a los sistemas de cerramientos que emplean el light steel framing, en el siguiente punto se realiza una clasificación de estos sistemas, para sistematizar y organizar toda la documentación que se ha recopilado al respecto y de esta manera poder sacar conclusiones, que servirán de base para el diseño de las muestras que se estudiarán en esta tesis doctoral.

4.7 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CERRAMIENTO DE LSF

En este apartado se ha llevado a cabo una clasificación de todos los sistemas existentes de cerramientos con estructura de light steel framing, para ello se han consultado distintas fuentes a nivel nacional e internacional para realizar esta base de datos, desde reportes, artículos, patentes, DITE, entre otros.

Básicamente está organizada en dos grandes grupos: de una hoja (un montante) y de dos hojas (doble montante) de steel frame, luego por el número de capas, si tiene o no aislamiento térmico dentro del steel frame y según el tipo de sistema.

Además se incluye información del detalle constructivo, descripción de cada una de las capas que componen el cerramiento, el valor de la transmitancia térmica, el aislamiento acústico, la resistencia al fuego, el uso que se puede dar al sistema, la fuente donde ha sido divulgado, así como todos los datos de publicación.

A continuación se muestra la tabla con la clasificación de los sistemas de cerramiento que implementan estructuras de LSF:

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7B


163 | P á g i n a

Figura 4-39. Clasificación de los cerramientos que emplean el LSF Una vez revisada la clasificación de los sistemas que incorporan el Light Steel Frame, se presenta a continuación una tabla resumen de los mismos:

Fuente: propia

Tabla 4-1. Resumen de la Clasificación de los Sistemas de Cerramiento con LSF

4.8 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS SISTEMAS DE CERRAMIENTO CON ESTRUCTURA DE LSF SEGÚN LA CLASIFICACIÓN

Una vez clasificados todos los sistemas que emplean estructura de light steel frame, se ha realizado una tabla en donde se recogen las ventajas e inconvenientes de cada uno de estos sistemas, con la finalidad de llegar a unas conclusiones preliminares que servirán para el diseño de las muestras que se van a estudiar en esta tesis doctoral.

Optimizaccomo alte

164 | P á g

Esta tabpara estdonde observac

La nometablero, aislamie

A contin

Tipo

1 H

oja

P + S+ P

P + S+ AT

P

ción y propuestaernativa compet

g i n a

bla contiene ta investigacse usan cociones que s

enclatura seSF es stee

nto térmico,

nuación se pr

o Comp

SF P

SF T +

ta de sistema optitiva a los sistem

la siguiente ción, el detaon más frese tomarán e

indica al finel frame, AT L – ladrillo y

resenta la tab

Ventaj

posición Ere

>cD

m

Ado

>cD

m

Ado

DeA

opaco de cerrammas de cerrami

información:alle del cerraecuencia, laen cuenta pa

al de la tablaT – aislante y C es cámar

bla con todo

jas e Inconven

Estudios ealizados Pa

2P y C a cada lado Distintos

materiales en las P

Aumentano espesor del SF

USCanaEspa

…

2P y C a cada lado Distintos

materiales en las P


Diferentes espesores AT dentro

SF

USCanaEspaBras

Austr, NuZelan

SuÁfric

miento multicapientos tradiciona

el tipo de siamiento, losas ventajas ra el diseño

a, sin embartérmico, A

ra de aire.

s estos dato

nientes de los

aís Ve

S, adá, aña,

…

* Poco esp* Es el más* PosibilidainstalacioneSF. * Posibilidainstalacionedel SF, en habilitada p* Cumple D* Puede se/ No estruc* Se puedeinfinidad deen las capa* Es el más* Mayor facindustrializagenerar pa* Mayor facenlazar panelementos estructurale

S, adá, aña, sil, raliaeva nda, ur ca,

* Poco esp* Es ligero.* Cumple e* Posibilidaincorporar dentro del conjuntame* Posibilidainstalacionedel SF, en habilitada p* Cumple D* Puede se/ No estruc* Se puedeinfinidad deen las capa* Mayor facindustrializagenerar pa* Mayor facenlazar panelementos estructurale

pa ligero con esnales

istema con la estudios rey desventa

de los protot

rgo, en resumes sin aisla

s mencionad

Sistemas con

ntajas

pesor s ligero ad incorporar es dentro de

ad de colocar es al interior cámara para el fin. DB-SI er Estructural ctural

en incorporar e materiales as. s económico. cilidad para ar, se pueden aneles 2D. cilidad para neles 2D con es.

* lopD* in* ptr* Deu* indpv

pesor

el DB-HE. ad de instalaciones SF ente con AT.


en incorporar e materiales as. cilidad para ar, se pueden aneles 2D. cilidad para neles 2D con es.

* in* ptr* d* sC* indpv

estructura de lig

a nomenclatealizados, losajas, y por tipos.

men sería: Pante térmico

dos anteriorm

n LSF

Desventajas

AT no tiene, poro que, no va a poder cumplir conDB-HE. Posee poca nercia térmica Se producen

puentes térmicos ravés del SF. Según datos el

DB-HR se encuentra en el umbral del CTE. Al incorporar nstalaciones dentro del SF se pueden producir vibraciones.

Posee poca nercia térmica Se producen

puentes térmicos ravés del SF. Cumple el mínim

del DB-HR. Coste económic

superior al de un CT. Al incorporar nstalaciones dentro del SF se pueden producir vibraciones.

ght steel frame

ura definida s países en

último las

P es placa o , B es con

mente:

Observacio

n

a

Se han realizestudios acústicos detodas las composicionrealizados enlaboratorios.Existen análitérmicos de algunas de lacomposicionHay estudioscomportamieestructural ycaso de incebastantes documentadSe producenpuentes térmcon facilidadpara Españanecesario coAT al InteriorExterior del Spara cumplirCTE, por estrazón se dessu análisis.

a

mo o

ones

zado

e casi

es n isis

as es. s del ento en

endio

os. n micos ,

a es olocar r o SF ta scarta

Capítulo 4

AT + P + SF + AT + P

P + SF + AT + P + AT

AT exter

SDisti

mateen la

Aumedo es

delCon AT d

de DifereespeAT d

S

AT interi

SDisti

mateen la

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delCon

dentS

DifereespeAT d

S

por ior de

SF intos

eriales as P entanspesor SF y Sin entro SF entes sores entro

SF

US, Canadá,Nueva

Zelanda,España

por or de

SF intos

eriales as P entanspesor SF n AT ro de

SF entes sores entro

SF

España

* Poco espeso* Es ligero. * Cumple con e* No se producpuentes térmictravés SF. * Cumple con eDBHR. * Posibilidad deincorporar instadentro del SF conjuntamente* Posibilidad deinstalaciones adel SF, en cámhabilitada para* Cumple DB-S* Puede ser Es/ No estructura* Se pueden ininfinidad de maen las capas. * Posibilidad deindustrializaciónpueden genera2D. * El enlace de paneles 2D coelementos estructurales, epoco más com* Poco espeso* Es ligero. * Cumple el DB* No se producpuentes térmictravés SF. * Cumple con eHR. * Posibilidad deincorporar instadentro del SF conjuntamente* Posibilidad deinstalaciones adel SF, en cámhabilitada para* Cumple DB-S* Puede ser Es/ No estructura* Se pueden ininfinidad de maen las capas. * Posibilidad deindustrializaciónpueden genera2D. * El enlace de paneles 2D coelementos estructurales, epoco más com

r el DBHE. cen cos a el e alaciones

e con AT. e colocar al interior mara el fin. SI structural al

ncorporar ateriales e n, se ar paneles los n

es un mplicado.

* Posinerc* El ceconencaincorsistemmás AT. * Al ininstadentrpuedvibrac

r B-HE. cen cos a el DB- e alaciones

e con AT. e colocar al interior mara el fin. SI structural al

ncorporar ateriales e n, se ar paneles los n

es un mplicado.

* Posinerc* Cosse enincorinteri* Al ininstadentrpuedvibrac

Light St

165 | P

see poca cia térmica coste ómico se

arece por rporar un ma exterior complejo con ncorporar laciones ro del SF se

den producir ciones.

see poca cia térmica ste económico ncarece por rporar AT al or del SF. ncorporar laciones ro del SF se

den producir ciones.

teel Frame

P á g i n a

Estudio con ETICS y con placa como acabado exteriorEn España lo que se ha encontrado es esistema de TITAN STEEL que es similar, pero no hay mucha información. Prototipo SD07 SD10 con este sistema. Estudiar una composición similar, como base para España y en distintos climas. Juntas de uniónentre paneles y/o entre panel yestructura

Empresa TECCON Evolution desarrolló ésta composición. Tiene DITE

r.

l

y

y

Optimizaccomo alte

166 | P á g

L + CAT +S+ AT

P

2 H

ojas

P + 2+ P

P + 2+ AT

P


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C + SF

T +

2SF P

2SF T +


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cD

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Ado

cD

m

Ado

Dus

DeA


Ladrillo como

acabado exterior

> 2P y C Con y Sin AT dentro

de SF

CanaUK

NueZelan

> 2P a cada lado Distintos

materiales en las P


US, UCana

> 2P a cada lado Distintos

materiales en las P


Distintas bicaciones del SF

Diferentes espesores AT dentro

SF

US, UCana


adá, K, eva nda.

* Cumple e* No se propuentes té* Tiene ine* Cumple cHR. * Posibilidaincorporar dentro del conjuntame* Posibilidainstalacionedel SF, en habilitada p* Cumple D* Puede se/ No estruc* Se puedeinfinidad deen las capaal SF.

UK, adá

* Cumple e* Cumple e* Mayor poincorporar dentro del * Posibilidainstalacionedel SF, en habilitada p* Cumple D* Puede se/ No estruc* Se puedeinfinidad deen las capa* Mayor difindustrializa* El enlaceelementos estructuralecomplicado

UK, adá

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Espesor considerable. Sistema pesado Al incorporar nstalaciones dentro del SF se pueden producir vibraciones. No es ndustrializable.

Mayor espesor. Se pueden

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económicamente.

Mayor espesor. Posee poca nercia térmica. Al incorporar nstalaciones dentro del SF se pueden producir vibraciones. Es más costoso

económicamente.

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Por tener ladcomo acabadexterior se descarta su estudio por epeso.

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Leyenda A Sin AT B Con AT P Placa o tablero SF Steel Frame AT Aislamiento Térmico L Ladrillo C Cámara de aire

Tabla 4-2. Ventajas e inconvenientes de los sistemas de LSF

4.9 MATRIZ COMPARATIVA DE LA CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS DE CERRAMIENTOS CON LSF

Una vez analizadas las ventajas e inconvenientes de cada una de las tipologías presentadas, se ha llevado a cabo una matriz comparativa de estas composiciones, tomando en consideración distintos los siguientes temas: transmitancia térmica, puentes térmicos, inercia térmica, aislamiento acústico, coste económico, peso, espesor, comportamiento en caso de incendio, facilidad de industrialización, facilidad de enlazar el panel con elementos estructurales, comportamiento estructural / no estructural, facilidad de incorporar instalaciones y la facilidad de incorporar materiales en las distintas capas.

El sistema de valoración que se ha seguido es el siguiente:

Muy Malo Muy Costoso 1 Estrella

Malo Costoso 2 Estrellas Regular Regular 3 Estrellas Bueno Barato 4 Estrellas

Muy Bueno Muy Barato 5 Estrellas

Tabla 4-3. Sistema de valoración

A continuación se presenta la matriz comparativa:


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Figura 4-40. Matriz comparativa de la clasificación de los sistemas con LSF

H. f t 1 i f 1 i H + + + ~~

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169 | P á g i n a

Una vez realizada esta matriz comparativa de los sistemas de cerramiento que emplean el light steel framing, se puede decir que unos sistemas de cerramientos con LSF son mejores y otros poseen carencias importantes.

Al mismo tiempo, en vista de las valoraciones obtenidas en cada uno de los sistemas de cerramiento estudiados y tomando en consideración los comentarios anteriores, se puede decir, que lo más interesante y en donde se puede aportar a la investigación en el sector, sería la aplicación o el estudio del sistema de cerramiento con LSF con Aislamiento Térmico por el exterior, tomando como base, las composiciones empleadas en US, UK, Canadá, pero modificándolas y adaptándolas a la normativa española y a las condiciones climáticas según expone el CTE.

Es importante mencionar que en países en donde se utiliza ampliamente el sistema con light steel frame, existen investigaciones, en donde se concluye que se ha favorecido el confort térmico y la evolución hacia sistemas de alto desempeño térmico en los climas cálidos y fríos, en beneficio del ahorro de energía, sobre todo al emplear el aislamiento térmico por el exterior (sistema ETICS o SATE). Por otra parte, el mercado siempre está ofreciendo nuevas opciones, reflejo de las investigaciones de materiales alternativos a la mampostería (objeto de esta tesis doctoral).

4.10 CONCLUSIONES DE LOS SISTEMAS CON LSF

⋅ Una vez realizado el estado del arte en el campo de la investigación, de los sistemas de cerramientos que emplean el steel frame, se puede decir que, en España, estos sistemas se han estudiado poco e incluso los trabajos encontrados se realizan sólo desde algunos puntos de vista. En relación a la caracterización experimental y estudios teóricos de cerramientos con LSF desde el punto de vista térmico, no existen grandes trabajos, sólo existen algunos estudios, en el caso de sistemas con aislamiento térmico por el interior. Mientras, que estudios acústicos experimentales y teóricos, se han llevado a cabo con más frecuencia pero enfocados principalmente a particiones bien sea de un solo montante o de doble montante, no obstante, sirven de referencia.

⋅ En el tema económico, no se han encontrado trabajos en España que tengan relación con estudios en sistemas de LSF. Sin embargo, en la parte estructural, existen distintas patentes de sistemas de entramados con steel frame y de sistemas modulares. Mientras, que en la parte de en caso de incendio, industrialización y medioambiental – sostenibilidad, no se han encontrado investigaciones relacionados con estos temas, a excepción de unos valores de resistencia al fuego que tiene un DITE de un sistema de kit modular.

⋅ Respecto a la clasificación de los sistemas de cerramiento con estructura de LSF, se puede decir que a nivel mundial existen composiciones de todo tipo, es decir, desde una hoja (un montante), de dos hojas (doble montante), con y sin aislamiento térmico dentro del steel frame, con aislamiento térmico por el exterior e interior, con ladrillo como


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acabado exterior, entre otros. No obstante, en España, hasta el momento se han encontrado estudios de algunas de estas composiciones (con y sin aislamiento térmico dentro del steel frame, con aislamiento térmico por el interior del steel frame y algunas propuestas con aislamiento térmico por el exterior).

⋅ Analizando las ventajas e inconvenientes de los sistemas de cerramiento con LSF, se puede decir que, no hay un sistema perfecto, ya que, en donde algunas composiciones tienen un comportamiento térmico y acústico muy bueno, otros lo tienen regular a malo; unos son más costosos económicamente, mientras que otros son más baratos; unos poseen mayor facilidad para la industrialización y conexión con elementos estructurales, mientras que otros poseen mayor dificultad para que se produzcan en masa, entre otros.

⋅ No obstante, tomando en consideración las conclusiones de los trabajos relacionados con el estado del arte en el campo de la investigación, de la clasificación de los sistemas de cerramientos con LSF y de las ventajas e inconvenientes de los mismos, se puede decir, que actualmente faltan datos informativos sobre la caracterización teórico – experimental de este tipo de sistema constructivo particularmente en España, para que puedan ser implementados con mayor facilidad, además de ser aceptados en el mercado, ya que existe un desconocimiento general por parte de todos los sectores implicados en el tema.

Capítulo 5 Criterios Comparativos

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05. CRITERIOS COMPARATIVOS

En este apartado se presentan los criterios que se han tomado en consideración para la selección de los Cerramientos Tradicionales (CT) que servirán de referencia para realizar las comparativas con los Cerramientos Multicapas Ligeros (CML).

También se presentan las composiciones de cada uno de los cerramientos tradicionales y las características técnicas de los materiales que los conforman.


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5. CRITERIOS COMPARATIVOS

5.1. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE LOS CERRAMIENTOS TRADICIONALES

Para seleccionar los cerramientos tradicionales que servirán de referencia, para realizar las comparativas con los cerramientos multicapas ligeros, se ha buscado alguna característica similar o común con los cerramientos multicapas ligeros. Las características comunes o similares que se han seleccionado son las siguientes:

CML_A Cámara Ventilada CT_A

CML_B Solución más común - tradicional CT_B

CML_C Sistema ETICS o SATE CT_C

Figura 5-1. Características similares o comunes para realizar comparativas

De esta manera, las comparativas que se realizan entre un cerramiento multicapa ligero y un cerramiento tradicional, están basadas en que su filosofía sea más o menos homóloga, es decir, en el caso de la primera muestra: CML_A y CT_A deben tener en común que ambos cerramientos tengan una cámara de aire ventilada; en la segunda muestra: CML_B y CT_B, serían los cerramientos tradicionales o básicos en cada uno de los dos tipos de sistemas constructivos y la tercera muestra: CML_C y CT_C tienen implementado el sistema de aislamiento térmico por el exterior (ETICS o SATE)

No obstante, para llevar a cabo la selección de los cerramientos tradicionales, se han tomado como base los cerramientos propuestos en el Catálogo de Elementos Constructivos del CTE [1] y las propuestas de cerramientos tradicionales que implementan el sistema de aislamiento por el exterior (ETICS o SATE) de la memoria justificativa del Proyecto BALI “Building Acoustic for Living” [2].

Una vez revisados todos los cerramientos tradicionales propuestos en el CEC-CTE y el proyecto BALI, se han seleccionado tres composiciones de cerramientos que posean las características enumeradas anteriormente. No obstante, es importante destacar que para llevar a cabo la selección, se ha tomando en consideración el proceso de montaje y desmontaje que se necesitará para realizar la monitorización en las células de ensayo.

Por esta razón, se intenta hacer coincidir la mayoría de las capas posibles en las distintas muestras, para dar facilidad al montaje y desmontaje de cada uno de los cerramientos, durante las distintas estaciones climáticas, ya que para monitorizar los cerramientos tradicionales se emplea un solo módulo experimental.

1 Ministerio de Vivienda. “Catálogo de Elementos Constructivos del Código Técnico de la Edificación” (CTE). (2010). 2 Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN). “Memoria Justificativa del Proyecto BALI “Building Acoustic for Living”. (2011).


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5.2. COMPOSICIÓN DE LAS MUESTRAS SELECCIONADAS:

En este apartado se presentan en detalle cada uno de los cerramientos tradicionales que se han seleccionado. Por lo tanto, la opción A está formada por una cámara de aire ventilada, la opción B es un sistema de cerramiento ladrillo cara vista y la opción C es un sistema tradicional al cual se le incorpora el aislamiento térmico por el exterior (ETICS o SATE).

5.2.1. OPCIÓN A: CT_A

Fachada hoja principal de ladrillo con revestimiento discontinuo y con cámara de aire ventilada. Código F.7.3. A continuación se especifican cada una de las capas:

Capas Esquema Gráfico

Interior 1. Enlucido de yeso e:15mm 2. Tabique hueco sencillo e:40mm 3. Lana de vidrio e:40mm 4. Enfoscado e:15mm 5. Ladrillo cara vista e:115mm 6. Cámara aire ventilada e:50 mm 7. Acabado exterior / Chapa minionda Exterior

Interior

Exterior

CT_A: Espesor = 276 mm


5.2.2. OPCIÓN B: CT_B,

Fachada hoja principal de fábrica de ladrillo cara vista, sin cámara de aire no ventilada. Código F.1.1. A continuación se especifican cada una de las capas:


Interior 1. Enlucido de yeso e:15mm 2. Tabique hueco sencillo e:40mm 3. Lana de vidrio e:40mm 4. Enfoscado e:15mm 5. Ladrillo cara vista e:115mm Exterior

Interior

Exterior

CT_B: Espesor = 225 mm



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El CT_A y el CT_B se seleccionan del Catálogo de Elementos Constructivos del CTE [1], mientras que para el CT_C se toma como referencia el cerramiento estudiado en el Proyecto BALI [2].

5.2.3. OPCIÓN C: CT_C

Fachada hoja principal de fábrica de ladrillo con revestimiento continuo, sin cámara de aire no ventilada con aislamiento por el exterior. Sistema ETICS o SATE. A continuación las capas que conforman este cerramiento:


Interior 1. Enlucido de yeso e:10mm 2. Ladrillo cara vista /e:115mm 3. Mortero base e: 2-3 mm 4. Lana de roca e : 60 mm 5. Mortero base + malla fibra de vidrio e : 3-4mm 6. Regulador de fondo CS 7. Revestimiento continuo acrílico (STILO) e: 2-3 mm Exterior

Interior

Exterior

CT_C: Espesor = 195 mm


Nota: esta muestra en el estudio térmico (monitorización en módulos experimentales) sufre una pequeña modificación, debido a que se deben intercambiar las distintas soluciones de cerramientos tradicionales seleccionadas en un único módulo. Por lo tanto, por motivos prácticos de montaje en vez de eliminar las capas interiores extras de las dos muestras de CT_A y CT_B, se dejan y se agregan las distintas capas al exterior que componen el sistema de aislamiento térmico por el exterior. De todas formas, en el capítulo de la investigación térmica se especifica con más detalle la solución adoptada que se ha empleado en los módulos experimentales.

A continuación se muestran los tres cerramientos tradicionales:


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CT_A CT_B CT_C


5.3. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN A UTILIZAR

A continuación algunas de las propiedades de los materiales que conforman los cerramientos tradicionales.

Nº Material Espesor e (mm)

Densidad ρ (kg/m3)

Conductividad Térmica λ (W/m.K)

Resistencia Térmica (m2.K/W)

R=e/λ

CT_A

1 Enlucido de Yeso 15 900 0,40 0,0375

2 Tabique Hueco Sencillo 40 1000 0,44 0,09

3 Lana de Vidrio 40 - 0,036 1,11

4 Enfoscado 15 1125 0,55 0,027

5 Ladrillo Cara Vista 115 900 0,543 0,21

6 Cámara Aire Ventilada 50 - 0,24 0,210

7 Chapa Minionda 1 - 58 0,000017

CT_B

1 Enlucido de Yeso 15 900 0,40 0,0375

2 Tabique Hueco Sencillo 40 1000 0,44 0,09

3 Lana de Vidrio 40 - 0,036 1,11

4 Enfoscado 15 1125 0,55 0,027


CT_C

1 Enlucido de Yeso 15 900 0,40 0,0375


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3 Mortero Base 2-3 1550 0,84 0,0036

4 LanaRoca BXSPINTEX643 60 100 0,041 1,46

5 Mortero Base + Malla 3-4 1550 0,84 0,048

6 Regulador de Fondo 0,05 - - -

7 Revestimiento Acrílico 2-3 1810 0,84 0,0036

Tabla 5-1. Características de los materiales de los cerramientos


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Capítulo 6 Diseño de la Muestra

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06. DISEÑO DE LA MUESTRA

En este capítulo se describe el proceso que se ha llevado a cabo para desarrollar las distintas propuestas de Cerramientos Multicapas Ligeros (CML) con estructura de Light Steel Frame (LSF), teniendo en consideración los componentes o elementos constructivos que intervienen, los criterios de diseño, así como las conclusiones del capítulo 3 y 4, las cuales están relacionadas con las valoraciones de cada uno de los sistemas constructivos con Light Steel Frame.

Con todo esto se llegan a definir cada uno de los tres cerramientos multicapas ligeros, además se indican las características de cada uno de los materiales y por último se realiza una verificación de todas las muestras con los criterios planteados.


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6. DISEÑO DE LA MUESTRA

El sistema de cerramiento está compuesto por las paredes exteriores e interiores de una edificación. En el sistema con Light Steel Frame (LSF), los componentes de cerramiento deben ser elementos livianos, compatibles con el concepto de la estructura diseñada para resistir componentes livianos.

Otro concepto fundamental en los cerramientos del sistema light steel frame es la posibilidad de empleo de los paneles racionalizados a fin de promover un mayor grado de industrialización de la construcción. En este aspecto, el sistema LSF presenta un gran potencial de industrialización, puesto que la misma modulación estructural es dimensionada para una mayor optimización de la utilización de chapas y placas de revestimiento. Los materiales del cerramiento y acabado más adecuados son los que favorecen una obra “seca”, con reducción o eliminación de las etapas de ejecución que requieren la construcción húmeda. Sin embargo, en algunos casos se puede emplear puntualmente sistemas que requieran construcción húmeda, como es el caso del sistema de aislamiento térmico por el exterior, que emplea mortero y revestimientos continuos.

Los componentes empleados en la construcción de fachadas deben ajustarse a los criterios y requisitos que satisfagan las exigencias de los usuarios y la habitabilidad de la edificación. Por ello, los requisitos fundamentales que deben cumplir las fachadas son: Seguridad estructural, Seguridad de fuego, Estanqueidad, Confort termoacústico, Confort visual, Adaptabilidad al uso, Higiene, Durabilidad, Economía, entre otros.

6.1. CRITERIOS DE DISEÑO DEL CERRAMIENTO MULTICAPA LIGERO

Para llevar a cabo el diseño de los Cerramientos Multicapas Ligeros (CML), se establecen diferentes criterios que deben cumplir estos cerramientos, los cuales toman como referencia las exigencias del Código Técnico de la Edificación. De esta manera, como primer criterio se tiene:

1. AISLAMIENTO TÉRMICO:

Tomando en cuenta la tabla 2.1 del DB-HE Ahorro de Energía [1] del CTE (Tabla 6-1), sobre la Transmitancia Térmica Máxima U (W/m2K) y como uno de los objetivos planteados en esta tesis, que los CML se puedan emplear en cualquier clima de España:

Cerramientos y Particiones Interiores Zona A

Zona B

Zona C

Zona D

Zona E

Muros de fachada, particiones interiores en contacto con espacios no habitables, primer metro del perímetro de suelos apoyados sobre el terreno y primer metro de muros en contacto con el terreno.

1,22 1,07 0,95 0,86 0,74

Tabla 6-1. Transmitancia térmica máxima U

1 Ministerio de Vivienda. “Código Técnico de la Edificación. Documento Básico HE Ahorro de Energía”. (2009). Pág. HE1-2.


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Así como también, la tabla 2.2 del DB-HE [1] CTE (Tabla 6-2), sobre los Valores límite de los parámetros característicos medios de la transmitancia térmica U (W/m2K):

Zona A3/A4

Zona B3/B4

Zona C1/C2/C3/C4

Zona D1/D2/D3

Zona E1 (1)

Transmitancia límite de muros de fachada y cerramientos en contacto con el terreno (UM lim)

0,94 0,82 0,73 0,66 0,57

(1) En los casos en que la transmitancia térmica media de los muros de fachada UMn, definida en el apartado 3.2.2.1 del DB-HE, sea inferior a 0,43 W/m2K se podrá tomar el valor de UHlim indicado para la zona climática E1.

Tabla 6-2. Valores límite de los parámetros característicos de la transmitancia térmica

Se puede decir que los Cerramientos Multicapas Ligeros deben tener como mínimo 0,57 W/m2K que es el valor más restrictivo de la tabla 2.2 del DB-HE. Sin embargo, como los CML no tienen casi inercia térmica para que no penalice se ha ido a una transmitancia térmica menor estableciendo 0,43 W/m2K.

Primer Criterio: La Transmitancia térmica del Cerramiento Multicapa Ligero, debe ser menor o igual a 0,43 W/m2K.

Cerramiento Multicapa Ligero debe tener U menor o igual 0,43 W/m2K

2. AISLAMIENTO ACÚSTICO:

Tomando en cuenta la tabla 2.1 del DB-HR [2] del CTE (tabla 6-3), sobre los Valores de aislamiento acústico a ruido aéreo, D2m,nT,Atr, en dBA, entre un recinto protegido y el exterior, en función del índice de ruido día, Ld.

Ld dBA

Uso del edificio Residencial y hospitalario Cultural, sanitario (1), docente

y administrativo Dormitorios Estancias Estancias Aulas

Ld ≤ 60 30 30 30 30 60 < Ld ≤ 65 32 30 32 30 65 < Ld ≤ 70 37 32 37 32 70 < Ld ≤ 75 42 37 42 37

Ld ≥ 75 47 42 47 42 (1) En edificios de uso no hospitalario, es decir, edificios de asistencia sanitaria de carácter ambulatorio,

como despachos médicos, consultas, áreas destinadas al diagnóstico y tratamiento, etc.

Tabla 6-3. Valores de aislamiento acústico a ruido aéreo

Se puede decir que,

2 Ministerio de Vivienda. “Código Técnico de la Edificación. Documento Básico HR Protección frente al ruido”. (2009). Pág. HR-3.


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Segundo Criterio: El aislamiento acústico a ruido de tráfico del Cerramiento Multicapa Ligero, por ejemplo con un 30 % de hueco debe obtener un valor de aislamiento de D2m,nT,Atr mínimo de 37 dBA, para que se pueda implementar en zonas donde el índice de ruido día sea entre 65<Ld<70 para dormitorios y entre 70<Ld<75 para estancias. Para ello, el cerramiento multicapa ligero debe tener un RAtr mínimo de 40 dBA.

RAtr Cerramiento Multicapa Ligero – 30% Hueco D2m,nT,Atr 37 dBA

RAtr Cerramiento Multicapa Ligero debe ser mayor o igual 40 dBA

3. COSTE ECONÓMICO:

Tomando en cuenta los objetivos planteados, se puede decir respecto al coste económico los Cerramientos Multicapas Ligeros deben tener unos costes iguales o similares a los Cerramientos Tradicionales, pudiendo tener una desviación de hasta un 15 %, si se toma en consideración las conclusiones de la experiencia europea en sistemas similares (construcción en altura con módulos tridimensionales), a los que se propone investigar en esta tesis, por lo tanto, el Catedrático R. Marc Lawson de Sistemas de Construcción del SCI (Steel Construction Institute) de Universidad de Surrey. UK expone que:

“El coste material de la obra actualmente supera entre un 10 y 15 % los costes de la construcción tradicional” [3]

Tercer Criterio: El Coste del Cerramiento Multicapa Ligero debe ser igual o similar al de un Cerramiento Tradicional, pudiendo tener una desviación de cómo máximo un 15 %.

Por lo tanto,

Cerramiento Multicapa Ligero debe ser igual o similar Cerramiento Tradicional, puede tener una desviación del 15%

4. ESPESOR

Cuarto Criterio: El Cerramiento Multicapa Ligero será de menor o igual espesor que el cerramiento tradicional.

Se puede decir que,

Cerramiento Multicapa Ligero debe ser menor o igual que el Cerramiento Tradicional

5. MASA:

El Documento Básico HR Protección frente al ruido [2] del CTE, establece unas Condiciones mínimas respecto a la masa que deben tener los elementos de separación

3 LAWSON, R. Marc. (2008). Industrialization in Construction- Housing and Residential Buildings. La innovación en el sector de la construcción. Gobierno Vasco. Departamento de Vivienda y Asuntos Sociales.


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vertical, específicamente en el punto 3.1.2.3.4 apartado 7 punto c para que sean válidos los procedimientos:

“para fachada o medianería ventilada o ligera no ventilada, que tenga la hoja interior de entramado autoportante:

⋅ la masa por unidad de superficie, m, de la hoja interior debe ser al menos 26 kg/m2”

Al mismo tiempo, define la fachada ligera de la siguiente manera:

⋅ “Fachada ligera: fachada continua y anclada a una estructura auxiliar, cuya masa por unidad de superficie es menor que 200 kg/m2”. [2]

Por lo tanto, se puede decir que el Cerramiento Multicapa Ligero puede tener la mitad o un 80% de la masa que el Cerramiento Tradicional, ya que tomando en consideración las conclusiones de la experiencia europea en sistemas similares (construcción en altura) del Catedrático R. Marc Lawson, en donde expone que:

“El peso de los materiales se reduce en un 80 %” [3]

Entonces se puede decir que,

Quinto Criterio: El Cerramiento Multicapa Ligero puede tener un 50% - 80% de la masa del Cerramiento Tradicional.

Cerramiento Multicapa Ligero puede ser entre 50 - 80% más ligero que Cerramiento Tradicional

6. RESISTENCIA AL FUEGO:

El Documento Básico SI Seguridad en caso de Incendio [4] del CTE, establece en la Sección II, Propagación Exterior que las fachadas deben tener un mínimo de EI 60, para que se pueda implementar en cualquier sector y limitar de esta manera el riesgo de propagación vertical y horizontal.

Por tanto,

Sexto Criterio: El sistema de cerramiento multicapa ligero al igual que los cerramientos tradicionales deben tener una resistencia al fuego de mínimo 60 minutos. Además de que los materiales que se usen en su composición sean saludables, sin provocar perjuicio contra la salud de las personas.

Cerramiento Multicapa Ligero debe ser como mínimo igual que Cerramiento Tradicional ≥ 60 minutos

4 Ministerio de Vivienda. “Código Técnico de la Edificación. Documento Básico SI Seguridad en Caso de Incendio”. (2010). Pág. SI2-1.


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6.2. ELEMENTOS/COMPONENTES CONSTRUCTIVOS

Para realizar los planteamientos de propuestas de cerramientos multicapas ligeros, se ha realizado una relación de todas y cada una de las capas que podrían componer los cerramientos. Para ello, a continuación se especifican los distintos criterios de selección de los componentes constructivos que conformarán las propuestas de cerramientos multicapas ligeros.

Los parámetros que se han tomado en cuenta para la selección de los materiales serán los criterios del punto anterior, así como también factores ecológicos y medioambientales, entre otros.

Acabado Exterior:

El material debe ser ligero que no supere los 10 kg/m2, además conviene emplear colores claros o medios, ya que son excelentes para el verano porque tienen alta reflectancia, reduciendo las ganancia de calor al interior. Todo lo contrario ocurre con los colores oscuros, son desaconsejables en verano, ya que producen sobrecalentamiento.

Según el DB-HS Salubridad [5] en el apartado de fachadas, los revestimientos continuos deben tener:

⋅ espesor comprendido entre 10 y 15 mm, salvo los acabados con una capa plástica delgada;

Por lo tanto, se pueden emplear elementos de maderas tratadas, metálicos, aglutinantes minerales, compuestos polímeros. No obstante, estos últimos se descartan por tener un coste elevado.

Cámara de aire ventilada:

Sirve como protección adicional a los cerramientos en climas de alta radiación solar, siendo a su vez un escudo contra la lluvia; son muy eficaces al impacto solar en verano mediante la disipación del aire caliente de su interior, aunque en condiciones de invierno no está tan justificada su aplicación. Además ayudan a controlar las condensaciones interiores, ya que reducen la presión del vapor en el interior del cerramiento.

Sería recomendable colocar una cara reflectante de la cámara, por ejemplo, una película plateada para incrementar la resistencia de la cámara.

Tomando en cuenta el DB-HS Salubridad [5] (pág. HS1-13) en el apartado de Fachadas, especifica para una barrera de resistencia muy alta infiltración, pudiendo ser una cámara de aire ventilada lo siguiente:

⋅ Debe disponerse en la parte inferior de la cámara y cuando ésta quede interrumpida, un sistema de recogida y evacuación del agua filtrada a la misma

⋅ El espesor de la cámara debe estar comprendido entre 3 y 10 cm;

5 Ministerio de Vivienda. (2009). Código Técnico de la Edificación Documento Básico HS Salubridad. Pág HS1-12. España.


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⋅ Deben disponerse aberturas de ventilación cuya área efectiva total sea como mínimo igual a 120 cm2 por cada 10 m2 de paño de fachada entre forjados repartidas al 50% entre la parte superior y la inferior. Pueden utilizarse como aberturas rejillas, llagas desprovistas de mortero, juntas abiertas en los revestimientos discontinuos que tengan una anchura mayor que 5 mm u otra solución que produzca el mismo efecto

Por tanto, se puede incorporar o no la cámara de aire ventilada, no obstante para climas cálidos es recomendable.

Láminas impermeabilizantes y/o reflectivas:

Ofrecen una mayor contribución a la calidad de la salubridad ambiental y del medio ambiente, al mismo tiempo que mejoran la eficacia energética de los edificios, además de impermeabilizar las fachadas. Las láminas flexibles metalizadas de baja emisividad refleja el calor y reduce las pérdidas por calor radiante en invierno y mantiene el ambiente fresco en verano. Asimismo, su alta transmisión del vapor de agua permite la correcta gestión de la condensación y asegura salubridad ambiental y durabilidad de la estructura.

Aislamiento al exterior:

Según la clasificación que realiza el Prof. F. Javier Neila en el libro Arquitectura Bioclimática en un Entorno Sostenible [6], existen tres tipologías de materiales aislantes: de origen sintético, de origen mineral y de origen vegetal o animal.

No obstante los aislamientos de origen sintéticos (poliestirenos, poliuretanos,…) tienen excelente comportamiento térmico, pero se descartan ya que deterioran la capa de ozono e incrementan los niveles de C02, además no aportan prestaciones al comportamiento acústico.

Por lo tanto, se podrían emplear aislamientos de origen mineral (lana de vidrio, lana de roca, vidrio celular,…), vegetal o animal (celulosa reciclada, corcho aglomerado, fieltro, viruta o fibra de madera, lana,…), ya que reducen la emisión de gases causantes del efecto invernadero, y tomando en cuenta las propiedades que aparecen en el artículo Lanas Minerales y Construcción Sostenible [7], se puede decir que, gracias al aire inmóvil en su interior, se dificulta el flujo de calor a través del material, lo que aporta un excelente aislamiento térmico. Al mismo tiempo, por la elasticidad de su estructura abierta, les confiere una alta capacidad de absorber la energía acústica que produce el ruido.

La ubicación de este aislamiento tiene como función eliminar los puentes térmicos, ya que pueden producir enfriamientos localizados y condensaciones superficiales interiores.

6 Neila González Fco. Javier. (2004) .Arquitectura Bioclimática en un entorno sostenible. Editorial Munilla-Lería. ISBN-84-89150-64-8. Madrid. 7 Peinado, F. y Rodero, C. (2006). Lanas minerales y construcción sostenible. ISOVER. AFELPA. Asociación Española de Fabricantes de Lanas Minerales Aislantes.


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Particularmente las lanas minerales, por su carácter inorgánico, no arden ni producen humos y además mantienen su capacidad de aislamiento térmico incluso a altas temperaturas.

Tomando en cuenta el criterio del espesor se pueden implementar aislamientos iguales o superiores a 4 cm.

Tablero:

Existen distintas tipologías de tableros o paneles rigidizadores, entre los que se encuentran el tablero aglomerado, madera contrachapada, fibra de madera, OSB, entre otros. Por lo tanto, cualquiera de estas opciones se podría implementar en la composición de las propuestas de cerramientos multicapas ligeros.

Sin embargo, se tiende a seleccionar el OSB, ya que es un producto pensado para uso estructural, por lo que es de gran resistencia mecánica, ayudando a rigidizar la estructura de steel frame, dándole mayor estabilidad, al mismo tiempo tiene capacidad para servir de aislante de ruidos, resiste a la deformación, tiene larga duración y conservación. Sin embargo, presenta desventajas, entre las que se encuentran que es combustible, es susceptible a insectos y hongos, puede presentar cambios frente a la humedad, entre otros, no obstante estos aspectos pueden controlarse a través de sistemas de protección adecuados.

Aislamiento térmico – acústico dentro del Steel Frame:

La Guía de aplicación del DB HR Protección frente al Ruido. ESV-03 [8], recomienda para el aislante ubicado en el entramado lo siguiente,

⋅ Espesor acorde con el ancho de la perfilería, mínimo 4 cm. ⋅ Resistividad al flujo del aire, r ≥ 5kPa.s/m2 ⋅ Densidad recomendada: de 10 a 70 kg/m3. ⋅ Emplear absorbentes acústicos de densidad baja o media (de 10 a 70 kg/m3) que

permitan el amoldamiento de los conductos sin deteriorarse.

Al igual que en el punto de aislamiento por el exterior, se pueden emplear aislamientos de origen mineral, vegetal o animal, ya que tienen su estructura abierta, aportando prestaciones al comportamiento acústico.

Por lo tanto, se ha seleccionado en este caso la lana de vidrio, ya que si se toma en cuenta las propiedades que aparecen en el Manual de Aislamiento en la Industria [9], en donde, se comenta que la lana de vidrio es ligera y presenta una conductividad térmica mejor que cualquier otra lana mineral, además de tener mucho menos peso; acústicamente tiene un excelente comportamiento por su elevado coeficiente de absorción, es elástica, posee buena resistencia al flujo de aire; es incombustible, ya que se opone a la propagación y los

8 Ministerio de Vivienda, Ministerio de Ciencia e Innovación y el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja. (2009). Guía de aplicación DB-HR. Protección frente al ruido. CTE. Versión 01. 9 ISOVER. Manual de Aislamiento en la Industria. Lana de Vidrio. Pág. 10. España.


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efectos de los incendios; inatacable por los agentes exteriores: aire, vapor de agua, ácidos (excepto de fluorhídrico) y bases no concentradas. El pH de la composición, 7 aproximadamente, asegura a la fibra una estabilidad total, incluso en medio húmedo y garantiza al usuario la no existencia de corrosión de los metales en contacto con ella.

Entramado – Steel Frame:

La estructura o subestructura en la cual está basada esta investigación es el acero conformado en frío, por su cúmulo de ventajas que ofrece a la hora de realizar una edificación, no sólo desde su fabricación, sino en su vida útil y en la fase final de su ciclo de vida.

Existen distintos tamaños de perfiles, sin embargo, tomando en cuenta el criterio del espesor se ha seleccionado el perfil que tiene 90 mm.

Barrera de Vapor:

Como el objetivo de esta investigación es que los cerramientos multicapas ligeros propuestos se puedan implementar en cualquier clima de España, es recomendable la incorporación de una lámina continua en la cara caliente del aislamiento, cuidando particularmente perímetros, juntas, solapes e intersecciones. El resultado será una barrera eficaz contra las pérdidas de calor por convección y un eficaz elemento de control del flujo de vapor.

Es importante resaltar que en situaciones de mucha humedad que se puedan producir en el interior ambiente muy fríos, la barrera de vapor siempre será una seguridad, por esta razón siempre se va a contemplar la colocación de la barrera de vapor.

Acabado Interior:

Se pueden implementar distintos acabados exteriores, como pueden ser materiales compuestos, metálicos, de madera, cerámicos,… no obstante se descartan estos últimos por el peso. Por otro lado, es importante que el material que se seleccione garantice una resistencia al fuego mínima de 60 minutos, además que aporte prestaciones al comportamiento acústico.

Por lo tanto, se considera como solución el emplear la Placa de Yeso, por su gran capacidad para el aislamiento acústico, excelente comportamiento en caso de incendio, resistente a la deformación, además de mantener un equilibrio higrotérmico respecto a la humedad ambiente, creando una atmósfera de confort y saludable a los espacios habitables.

La Guía de aplicación del DB HR Protección frente al Ruido. ESV-03 [8] , recomienda lo siguiente:

⋅ “Si es placa de yeso laminado, espesor mínimo 2 o más placas: 2x12, 5 mm. Atornilladas sobre la perfilería del trasdosado autoportante”.

También se puede emplear la Placa de Yeso con PCM, (Micronal BASF), aportando inercia térmica a los cerramientos multicapas ligeros a través de las parafinas, lo que significa que


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ayudan a regular la temperatura ambiente, ofreciendo un ahorro de energía principalmente para la refrigeración y un confort ideal en verano. No obstante, presenta un inconveniente, respecto al coste económico por ser muy elevado, incrementando el precio de la ejecución de obra.

6.3. OTRAS CONDICIONANTES:

Tal y como se ha comentado en los objetivos, la propuesta de cerramiento multicapa ligero se ha diseñado para que sirva en cualquier ubicación geográfica de España, es decir, que cumpla con la normativa tanto para la severidad de invierno como la de verano en cualquier zona climática.

Por lo tanto, para las condiciones climáticas el Código Técnico de la Edificación establece para España una clasificación de zonas climáticas en función de la “severidad climática” en régimen de invierno (definidos en letras) y en régimen de verano (definidos en números).

Fuente: INM

Figura 6-1. Irradiación media diaria en España según zonas climáticas.

Zona climática MJ/m2 kWh/m2

I H < 13,7 H < 3,8 II 13,7 ≤ H < 15,1 3,8 ≤ H < 4,2 III 15,1 ≤ H < 16,6 4,2 ≤ H < 4,6 IV 16,6 ≤ H < 18,0 4,6 ≤ H < 5,0 V H ≥ 18,0 H > 5,0

Fuente: Código Técnico de la Edificación

Tabla 6-4. Radiación solar Global

Tomando en cuenta la tabla anterior se pueden clasificar las Zonas climáticas de la siguiente manera:


190 | P á g i n a

⋅ Zona de baja radiación solar (Zona I –II): H < 4,2 kWh/m2 ⋅ Zona de media radiación solar: 4,2 kWh/m2 ≤ H < 4,6 kWh/m2 ⋅ Zona de alta radiación solar (Zona IV –V): 4,6 kWh/m2 ≤ H ≥ 5,0 kWh/m2

No obstante, el DB-HE establece que la severidad climática combina los grados-día y la radiación solar de la localidad, de forma que se puede demostrar que cuando dos localidades tienen la misma severidad climática de invierno (SCI) la demanda energética de calefacción de un mismo edificio situado en ambas localidades es sensiblemente igual. Lo mismo es aplicable para la severidad climática de verano (SCV). En la siguiente tabla se muestran los intervalos de valores de las severidades de invierno y verano:

Severidad de Invierno Severidad de Verano

A SCI ≤ 0,3 1 SCV ≤ 0,6 B 0,3 < SCI ≤ 0,6 2 0,6 < SCV ≤ 0,9 C 0,6 < SCI ≤ 0,95 3 0,9 < SCV ≤ 1,25 D 0,95 < SCI ≤ 1,3 4 SCV > 1,25 E SCI > 1,3

Fuente: DB-HE. CTE

Tabla 6-5. Severidades Climáticas

Las zonas climáticas establecidas en el DB-HE se muestran en la siguiente tabla:

SC (v

eran

o) A4 B4 C4

E1 A3 B3

C3 D3 C2 D2 C1 D1

SC (invierno) Fuente: DB-HE. CTE

Tabla 6-6. Zonas Climáticas

El estudio experimental en esta tesis doctoral se llevará a cabo en Madrid, en donde sería una zona D3, por estar a una altitud de 589. Por otro lado, es importante destacar que la severidad de invierno se ha tomado en cuenta desde el principio, en los criterios de diseño del cerramiento multicapa ligero, ya que se toma el valor más desfavorable para la transmitancia térmica. Sin embargo, la severidad de verano a efectos de normativa no afecta por ser un sistema opaco y no incorpora acristalamiento, pero no se debe olvidar el sobrecalentamiento por radiación solar sobre la fachada exterior, por lo que influye en la fachada ventilada.

6.4. DISEÑO DE PROPUESTAS DE CERRAMIENTOS MULTICAPAS LIGEROS

Tomando en cuenta los elementos constructivos del punto 6.2, a continuación se presentan los distintos elementos que deben estar presentes en las propuestas de cerramientos multicapas ligeros:


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⋅ Elementos de acabado y protección exterior

⋅ Elementos de aislamiento

⋅ Elementos de rigidez estructural

⋅ Elementos de acabado interior

Para el diseño de las propuestas se tiene que la estructura de steel frame es de 90 mm, al mismo tiempo se van organizando los distintos componentes constructivos según lo estudiado en el punto 6.2, por lo tanto las propuestas serían:

⋅ Con Cámara de Aire Ventilada ⋅ Sin Cámara de Aire Ventilada: 1. Acabado exterior 2. Cámara de aire ventilada 3. Aislamiento reflectivo 4. Aislamiento térmico 5. Elemento rigidizador + aislamiento 6. Barrera de vapor 7. Acabado interior

1. Acabado exterior 2. Aislamiento térmico 3. Elemento rigidizador + aislamiento 4. Barrera de vapor 5. Acabado interior

Cerramiento con Cámara de Aire Ventilada Cerramiento sin Cámara de Aire

Figura 6-2. Diseño de Propuestas de Cerramientos

Básicamente se puede decir que las diferencias entre una propuesta y otra es la disposición de cámara de aire ventilada, no obstante se pueden incorporar o eliminar elementos dependiendo de las necesidades que se requieran.


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6.5. MUESTRAS SELECCIONADAS:

Una vez revisados y analizados los puntos anteriores, a continuación se presentan en detalle el diseño de cada una de las propuestas que se han desarrollado. Es importante mencionar que de la propuesta con cámara de aire ventilada se diseñan dos tipologías similares pero con pequeñas variaciones, sobre todo para evaluar el comportamiento acústico de estos sistemas. Siendo una de ellas la que se va a comparar con el cerramiento tradicional que posee cámara ventilada y la otra propuesta sería la más tradicional o común de los multicapas ligeros. Y por último se diseña una propuesta sin cámara de aire ventilada empleando el sistema de aislamiento térmico por el exterior (SATE o ETICS).

6.5.1. OPCIÓN A: CML_A

Esta propuesta es un cerramiento multicapa ligero con cámara de aire ventilada, en donde, a continuación del aislamiento por el exterior hacia la cámara de aire ventilada se coloca un tablero rígido para confinar el aislante, creando una cámara sin ventilar justo después del steel frame. A continuación se indican cada una de las capas:

Capas Sección Gráfica

Interior 1. Placa Yeso Laminado e:13mm 2. Placa Yeso Laminado e:15mm 3. Barrera de vapor 4. Steel frame (SF) e:90mm 5. Lana de vidrio ECO90 dentro SF e:90mm 6. Panel OSB e:16 mm 7. Lana de vidrio ECO40D e:40mm 8. Panel OSB e:12 mm 9. Lamina Tyvek Enercor Wall 10. Cámara de aire + montantes e:50mm 11. Acabado exterior: Chapa minionda Exterior

Interior

Exterior

CML_A: Espesor = 237 mm


6.5.2. OPCIÓN B: CML_B

La propuesta B se presenta como una variante del CML_A, sin embargo, en vez de utilizar un tablero rígido para confinar el aislamiento por el exterior, se coloca una lámina reflectiva hacia la cámara de aire ventilada. A continuación se especifican las capas:


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Interior 1. Placa Yeso Laminado e:13mm 2. Placa Yeso Laminado e:15mm 3. Barrera de vapor 4. Steel frame (SF) e:90mm 5. Lana de vidrio ECO90 dentro SF e:90mm 6. Panel OSB e:16 mm 7. Lámina Tyvek AirGuard 8. Lana de vidrio ECO40D e:40mm 9. Polymun ONE e : 4 mm 10. Cámara de aire + montantes e:50mm 11. Acabado exterior: chapa minionda Exterior

Interior

Exterior

CML_B: Espesor =229 mm


6.5.3. OPCIÓN C: CML_C

Este cerramiento presenta las mismas capas base que los anteriores cerramientos, sin embargo, a partir del OSB ubicado después del steel frame, se coloca el sistema de aislamiento térmico por el exterior (sistema SATE) y sin cámara ventilada. A continuación se indican cada una de las capas:


Interior 1. Placa Yeso Laminado e:13 mm 2. Placa Yeso Laminado e:15 mm 3. Barrera de vapor 4. Steel frame (SF) e:90mm 5. Lana de vidrio ECO90 dentro SF e:90mm 6. Panel OSB e:16 mm 7. Mortero base e:2-3 mm 8. Lana de Roca e:60 mm 9. Mortero base+malla fibra vidrio e:3-4mm 10.Regulador de fondo CS 11.Revestimiento continuo acrílico e:2–3mm Exterior

Interior

Exterior

CML_C: Espesor = 204 mm



194 | P á g i n a

En la siguiente figura se muestran las tres propuestas de cerramientos multicapas ligeros, los cuales se compararán con los cerramientos tradicionales seleccionados en el capítulo anterior.

CML_A CML_B CML_C


5.6. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS MATERIALES CONSTRUCTIVOS A UTILIZAR

A continuación algunas de las propiedades de los materiales que se van a emplear en las propuestas de los cerramientos multicapas ligeros.

Nº Material Espesor e (mm)

Densidad ρ (kg/m3)

Conductividad Térmica λ (W/m.K)

Resistencia Térmica (m2.K/W)

R=e/λ

CML_A

1 Placa Yeso Laminado 13 825 0,25 0,052


3 Barrera Vapor (Polietileno) 0,15 0,000922 0,33 0,00045

4 Lana Vidrio ECO90 90 - 0,040 0,18

5 Steel Frame 1 7850 58 0,000017

6 Panel OSB 16 650 0,13 0,12

7 Lana Vidrio ECO40D 40 - 0,036 1,11

8 Panel OSB 12 650 0,13 0,092

9 Tyvek Enercor Wall 0,22 - 0,44 0,5


11 Chapa Minionda 1 - 58 0,000017


195 | P á g i n a

CML_B




4 Lana Vidrio ECO90 90 - 0,040 0,18

5 Steel Frame 1 7850 58 0,000017

6 Panel OSB 16 650 0,13 0,12

7 Tyvek AirGuard 0,22 - 0,44 0,5

8 Lana Vidrio ECO40D 40 - 0,036 1,11

9 Polynum One 4 - 0,0034 1,18


11 Chapa Minionda 1 - 58 0,000017

CML_C




4 Lana Vidrio ECO90 90 - 0,040 0,18

5 Steel Frame 1 7850 58 0,000017

6 Panel OSB 16 650 0,13 0,12

7 Mortero Base 2-3 1550 0,84 0,0036

8 LanaRoca BXSPINTEX643 60 100 0,041 1,46

9 Mortero Base + Malla 3-4 1550 0,84 0,048

10 Regulador de Fondo 0,05 - - -

11 Revestimiento Acrílico 2-3 1810 0,84 0,0036

Tabla 6-7. Características de los materiales de los Cerramientos Multicapas Ligeros

5.7. ESTIMACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LAS MUESTRAS

Una vez seleccionados los tres cerramientos tradicionales y diseñados los tres cerramientos multicapas ligeros, se realiza una estimación general del comportamiento de los multicapas ligeros, y se toman como referencia para los cerramientos tradicionales los valores que se indican en el Catálogo de Elementos Constructivos del Código Técnico de la Edificación, esto se realiza para valorar cada uno de los criterios planteados en el punto 5.1.

A continuación se presenta la tabla, en donde se puede observar la relación planteada entre los cerramientos tradicionales y los cerramientos multicapas ligeros. Es importante mencionar que algunos de los valores de referencia de los multicapas ligeros se toman de otros sistemas similares estudiados previamente.

Optim

ización y propuesta de sistema opaco de cerram

iento multicapa ligero con estructura de light steel fram

e com

o alternativa competitiva a los sistem

as de cerramientos tradicionales

196 | Pá

gin

a

Figura 6-7. Estim

ación del comportam

iento de las muestras seleccionadas

1 Estimación del Comportamiento de las Muestras Seleccionadas 1

1. Transmitancia Térmica U (;Nim'2'r<:j 2. Aislamiento 3.Coste 4. Espesor 5. Masa 6. Resistenda al Muestras Composición Descripción Acústico RA (dBA) (€/m~ (mm) (kg/m~ Fuego

Zona A ZonaB ZooaC Zona O Zona E

CTE OB - HE / HR T~T~Mhma 1.'2'2 1.07 0.95 0.86 0.74 lJ.J

;:, 40dBA 15% S CT 80 % < CT El60 f- l/4lotes~tede101~~ u CTE OB - HE / HR medos de la~ 1éfmea 0.94 0.82 0.73 0.66 0.57 .._ ' Chipa Matilb MI'IO"dl ' 50mmarn.vadol_.~ .. t.bl~

~TíJ...¡r }7J: .J...-"''~"( 'T~EnetW ' 1:1rnm0SB

CML_A r-r----.~·r-v~, ~,..,.. '40mrn l.a'ltl do Vldno ECOO 0,45 47.3 > 65 235 40.4 60 ' ' 16mm0$8

_r ~l } r ' 00 mm SlJed ñ~m~~ -t LAN: de Vd't:l E0090 . &ter~d&V1tftt11 ' l&tntnPbcaVMOl...amNdo~

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CML_C • '2-3 tntn MonMo bMe 0,45 49.5 > 65 200 48.8 60' --r ¡ ) r ¡ r - '16mmOS8 · 90 ftW'I S11!!!e1 ftlme ,. LM1t de VO'Io EC090 -1 í •. - '8Mf«t.dtVIf# ' 16"""P\ICBYMOL..Mwwlo~ ' 13mmf'lacaYMOl..an'W\adolgwt\.go

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·a--'50mrnc;,.nv~ .. Mo-ltlrn!ll

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CT_B tli ........ ' 1 15,..,.117P'_.Io~CIV

247 SegúnCEC ' l~n.n~

0,50 "' 58 225 120 'AO~m~~ 47 t> deiCTE . 40 Mm U&Ho Mueec Serdo 80 %;; 49,4

F. l.l -

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Proyecto BALI • 15 mm f.nbocado ' 40rrm~o

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• Oa»s tomados~ SIS!ena:s 5ltTI8es de otros e:studiOs

Capítulo 7 Investigación Térmica

197 | P á g i n a

07. INVESTIGACIÓN TÉRMICA

Este capítulo está formado básicamente en tres grandes temas: desarrollo del análisis teórico tanto de los cerramientos multicapas ligeros como de los cerramientos tradicionales empleando para ello dos programas de simulación el AnTherm y el Design Builder.

Por otro lado el análisis experimental en los módulos 3D, los cuales se han monitorizado durante las estaciones de verano, otoño e invierno en los cuales se han intercambiado las distintas muestras de ensayo de cerramientos tanto multicapas ligeros como tradicionales, para poder validar los resultados del estudio teórico.

Y por último se ha realiza un análisis térmico basado en la termografía infrarroja, en donde se han tomado imágenes a cada tipología de cerramiento en las distintas estaciones climáticas.

Con todos los resultados que se han obtenido se procede a realizar los análisis comparativos entre los valores obtenidos en las simulaciones como en la monitorización y en las imágenes térmicas, para llegar a las conclusiones de la investigación térmica.


198 | P á g i n a


199 | P á g i n a

7. INVESTIGACIÓN TÉRMICA

7.1. MUESTRAS SELECCIONADAS

Tal y como se ha comentado en el Capítulo 5 y 6, las muestras de ensayo que se van a estudiar son las siguientes:

7.1.1. Cerramientos Multicapas Ligeros

⋅ CML_ A

Capas Sección Gráfica Interior 1. Placa Yeso Laminado e:13mm 2. Placa Yeso Laminado e:15mm 3. Barrera de vapor 4. Steel frame (SF) e:90mm 5. Lana de vidrio ECO90 dentro SF e:90mm 6. Panel OSB e:16 mm 7. Lana de vidrio ECO40D e:40mm 8. Panel OSB e:12 mm 9. Lámina Tyvek Enercor Wall 10. Cámara de aire + montantes e:50mm 11. Acabado exterior: Chapa minionda Exterior

Interior

Exterior

CML_A: Espesor = 237 mm

Figura 7-1. Composición CML_A ⋅ CML_B

Capas Sección Gráfica Interior 1. Placa Yeso Laminado e:13mm 2. Placa Yeso Laminado e:15mm 3. Barrera de vapor 4. Steel frame (SF) e:90mm 5. Lana de vidrio ECO90 dentro SF e:90mm 6. Panel OSB e:16 mm 7. Lámina Tyvek AirGuard 8. Lana de vidrio ECO40D e:40mm 9. Polymun ONE e : 4 mm 10. Cámara de aire + montantes e:50mm 11. Acabado exterior: chapa minionda Exterior

Interior

Exterior

CML_B: Espesor =229 mm

Figura 7-2. Composición CML_B ⋅ CML_C


200 | P á g i n a

Capas Sección Gráfica Interior 1. Placa Yeso Laminado e:13 mm 2. Placa Yeso Laminado e:15 mm 3. Barrera de vapor 4. Steel frame (SF) e:90mm 5. Lana de vidrio ECO90 dentro SF e:90mm 6. Panel OSB e:16 mm 7. Mortero base e:2-3 mm 8. Lana de Roca e:60 mm 9. Mortero base+malla fibra vidrio e:3-4mm 10. Regulador de fondo CS 11.Revestimiento continuo acrílico e:2–3mm Exterior

Interior

Exterior

CML_C: Espesor = 204 mm


7.1.2. Cerramientos tradicionales: ⋅ CT_A


Interior 1. Enlucido de yeso e:15mm 2. Tabique hueco sencillo e:40mm 3. Lana de vidrio e:40mm 4. Enfoscado e:15mm 5. Ladrillo cara vista e:115mm 6. Cámara aire ventilada e:50 mm 7. Acabado exterior / Chapa minionda Exterior

Interior

Exterior

CT_A: Espesor = 276 mm


⋅ CT_B


Interior 1. Enlucido de yeso e:15mm 2. Tabique hueco sencillo e:40mm 3. Lana de vidrio e:40mm 4. Enfoscado e:15mm 5. Ladrillo cara vista e:115mm Exterior

Interior

Exterior

CT_B: Espesor = 225 mm


Capítulo 7

⋅ CT

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Interior 1. Enlucido d2. Tabique hu3. Lana de vid4. Enfoscado5. Ladrillo car6. Mortero ba7. Lana de R8. Mortero ba9. Regulador 10. RevestimExterior

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P á g i n a

otivos de pequeña tanto, la

erm y el m genera a realizar senta un

s de calor ado para d con las además


202 | P á g i n a

AnTherm facilita la generación de modelos geométricos a través de una pantalla de entrada gráfica en 2D y 3D de la construcción de estructuras, cerramientos y demás elementos.

En la investigación, se ha empleado este software para calcular la transmitancia térmica de los cerramientos y, poder evaluar el comportamiento teórico de todas las capas.

El programa genera una serie de información que son de utilidad para evaluar el comportamiento térmico de los cerramientos, como las isotermas, los flujos de calor, datos sobre los coeficientes de acoplamiento térmico (con estos datos se calcula el valor de U), las condiciones de las superficies, entre otros.

7.2.1.2. Metodología Empleada y Condiciones Generales

El proceso que se ha llevado a cabo para la generación de resultados con este programa de simulación ha sido el siguiente:

⋅ Generar en AutoCAD (.DXF) los planos de planta de cada una de las composiciones de las muestras de ensayo. Es importante destacar que para las simulaciones se han desestimado las cámaras de aire ventiladas. Se importa el DXF en el AnTherm.

⋅ Selección de las conductividades térmicas de los materiales de cada capa en cada una de las muestras.

⋅ Se definen los valores de las resistencias térmicas superficiales de los espacios interior y exterior, tomando como referencia los valores expresados en el DB-HE [1] del CTE para cerramientos verticales o con pendiente sobre la horizontal mayor de 60º y flujo horizontal, en donde la Resistencia Superficial Exterior Rse = 0,04 m2K/W y la Resistencia Superficial Interior = 0,13 m2K/W.

⋅ Para realizar el cálculo se especifican los valores de la temperatura exterior e interior. Se ha seleccionado como valores constantes para la temperatura exterior 0ºC y para la temperatura interior 20ºC.

⋅ Una vez realizados todos los pasos anteriores, se procede a la generación de reportes: - Coeficiente de acoplamiento térmico (L2D), para el cálculo de los valores de la

transmitancia térmica (U). - Reporte de datos de entrada: tipo de material, conductividades, resistencias

superficiales interior y exterior. - Reporte de las condiciones de modelado: valores de temperatura interior y

exterior,… - Resultados gráficos en 2D. Isotermas, flujo de calor,…

1 Ministerio de Vivienda. (2009). Código Técnico de la Edificación. Documento Básico HE Ahorro de Energía. España. Pág. HE1-35.

Fuente: propia

Figura 7-8. Espacio de trabajo en el software AnTherm. Versión 6.99


203 | P á g i n a

7.2.1.3. Resultados

⋅ Dibujo base, es generado como paso previo a la utilización del software AnTherm, ya que debe ser un archivo DXF para poder trabajarlo en este programa.

Fuente: propia

Figura 7-9. Dibujo Base de la muestra CML_A.

⋅ Descripción del modelo, el programa genera un reporte con la información de todos los materiales y condiciones con los que se ha generado el cálculo.

Fuente: propia

Figura 7-10. Descripción del modelo de la muestra CML_A.

⋅ Isotermas, representan las líneas de temperaturas constantes que existen en el cerramiento en una unidad determinada, expresando gráficamente de esta manera, el comportamiento del cerramiento.

Fuente: propia

Figura 7-11. Isotermas de la muestra CML_A.


204 | P á g i n a

⋅ Flujo de calor, en este gráfico se expresa la transmisión de calor del cerramiento, a su vez que se pueden ver los puentes térmicos en las zonas donde se transmite más fácilmente el calor, por ser de diferente material o espesor.

Fuente: propia

Figura 7-12. Flujo de calor de la muestra CML_A.

⋅ Datos, el programa genera una serie de reportes numéricos, dentro de los que se encuentra las condiciones de la temperatura del aire (mínima y máxima) que se han establecido, así como los valores de las temperatura superficiales mínima y máxima tanto en el exterior como en el interior, el porcentaje de la humedad de condensación, entre otros.

Fuente: propia

Figura 7-13. Reporte de datos generados por el AnTherm para la muestra CML_A.

⋅ Valor U (W/m2K), el software genera el coeficiente de acoplamiento térmico L2D, y siguiendo la norma europea EN 13830 para obtener el valor de U se tendría que dividir el valor de L2D por la distancia (X) en horizontal del cerramiento, es decir, U=L2D/X.

Fuente: propia

Figura 7-14. Coeficiente de acoplamiento térmico de la muestra CML_A

Se ha desarrollado un modelo de ficha, para organizar la información que se ha generado. Los datos que componen esta ficha son el tipo de cerramiento, valor de la transmitancia térmica, espesor, dibujo base, isotermas, flujos de calor y datos de las condiciones de contorno. A continuación se muestra cada una de las fichas de los cerramientos multicapas ligeros y de los cerramientos tradicionales.


205 | P á g i n a

Figura 7-15. Resultados del CML_A

Tipo de Cerramiento: CML_A Espesor (mm): 237 ValorU fYV/m'1 K): 0,29

Dibujo Base

INTERIOR

EXTERIOR

lsoiermas:

TOI"fV>>//rtiffJ'C

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Flujo de Calor:

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l ::: ;_-.-::-- Oirectetes; Dr. Arq. Sergo VE9a ~ctlez 1 Or Arq Feo. Javier Neila G<>nZáleZ Oocletlll'lda: Lelza Ruiz Val ero


206 | P á g i n a

Figura 7-16. Resultados del CML_B

Tipo de Cerramiento: CML_B Espesor (mm): 229

Dibujo Base

INTERIOR

EXTERIOR

Isotermas:

rompoto11JttJ"'C

~0lllillllli~iii:~[::::::::;::::=:::::~::='~IC::~~~-- l~.D

Flujo de Calor.

Datos:

1?.>0

X

X

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Exlt"fior lnltrior

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Ciplrnaao6n y propuesta de cerramiento mui!Jcapa hgero oon eslruct<Xa de light steet frame como alternahva competitiva a los e<orramoenlos tradioonales 8C

~::· ---------------------------------------------------------------------------------------------Oirecfor<OS' Or Arq. Sergio V<Oga Sánchez 1 Or Arq. Feo. Javier Nola Gonz~lez Doctoranda: L"tzai R\tlz Volero


207 | P á g i n a

Figura 7-17. Resultados del CML_C

Tipo de Cerramiento: CML_C Espesor (mm): 204 ValorU 0N/m2 K): 0,28

Dibujo Base

INTERIOR

-EXTERIOR

Isotermas:

X

Flujo de Calor:

X

Datos:

Boundary condltloo .. nd rrsulllta¡ Surra.,. Tmaptnuu m / Condt .. lu¡ Rumldlry

Air ttmptTatu~ min.ltmpt"mture ma.u<mpmuurt eond<nsing.H. ¡ · ltsl

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208 | P á g i n a

Figura 7-18. Resultados del CT_A

Tipo de Cerramiento: CT_A Espesor (mm): 276 ValorU (W/m2 K): 0,51

Dibujo Base

INTERIOR

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ooooo nooooo nooooonooooo nooooo nooooo nooooo nooooo noq~ 00000 u 00000 u ooooou 00000 uooooo u 00000 ll 00000 ll 00000 u o oc

EXTERIOR

Isotermas:

Flujo de Calor:

Datos:

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X

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-==--- Directores: Or. A-q. Se'!)o Vega Sénchez 1 Dr. A-q. Feo. Javier Nella Gor\Ullez Doctccy,da: l etzal ~iz Valero


209 | P á g i n a

Figura 7-19. Resultados del CT_B

Tipo de Cerramiento: CT_B Espesor (mm): 225 ValorU 0N/m2 K): 0,51

Dibujo Base

INTERIOR

00000 oooo~[ 00000 00000 00000 0000~~00000 00000 o~~ 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00

EXTERIOR

Isotermas:

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2

Flujo de Calor:

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Datos:

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==.-:: .. -::· (l;¡edofes: (l;. kq. Sergio Vega 5anchez 1 Dr. A'q. Foo Javier Neila Gcnll!lez Dcx:tcranda: Lellai ~iz Valero


210 | P á g i n a

Figura 7-20. Resultados del CT_C

Tipo de Cerramiento: CT_C Espesor (mm): 295 ValorU ry//m2 K): 0,28

Dibujo Base

INTERIOR

ooooonooooonooooonooooonooooonooooonooooonooooonoq~ 00000 uooooouooooo uooooo u 00000 u 00000 u 00000 u 00000 uoo ...

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Directo-es: Dr. !>rq. Sa'go Vega Sénchez 1 Dr. A'q. Feo. JaiAer Nella G<:t\Zález Docto-;r~da: Letlli ~ttz Valero


211 | P á g i n a

7.2.1.4. Análisis Comparativo

Antes de realizar la comparativa es importante resaltar que los valores obtenidos en el estudio térmico no son comparables, ya que ha sido imposible coincidir durante la selección de las muestras en todos los aspectos de estudio que se han llevado a cabo en esta tesis doctoral.

No obstante, a continuación se presentan las distintas comparativas a manera informativa para hacer una idea de las características térmicas de cada cerramiento:

⋅ U (W/m2K) - Tipo de Cerramiento

Se presentan los valores de la transmitancia térmica, obtenidos con este software.

Tipo Cerramiento Transmitancia Térmica U (W/m2K)

CML_A 0,30

CML_B 0,23

CML_C 0,28

CT_A 0,51

CT_B 0,51

CT_C 0,29 Fuente: propia

Tabla 7-1. Valores de la transmitancia térmica de las muestras

La gráfica que se presenta a continuación, muestra todos los valores de U de los cerramientos, tanto los cerramientos multicapas ligeros (CML) como los cerramientos tradicionales (CT).

Fuente: propia

Figura 7-21. Resultados de la transmitancia térmica de las muestras

En la gráfica se puede observar que los tres cerramientos multicapas ligeros y el CT_C presentan valores más bajos de transmitancia térmica que los cerramientos tradicionales A y B.

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

CML_A CML_B CML_C CT_A CT_B CT_C

Valor U (W/m2K)


212 | P á g i n a

⋅ U (W/m2K) - Espesor de la muestra.

En la siguiente tabla se muestran los valores del espesor de cada una de las muestras seleccionadas, para poder comparar estos valores con la transmitancia térmica obtenida en cada uno de los cerramientos.

Tipo Cerramiento Transmitancia Térmica U

(W/m2K) Espesor (mm)

CML_A 0,30 237 CML_B 0,23 229 CML_C 0,28 204 CT_A 0,51 276 CT_B 0,51 225 CT_C 0,29 295

Tabla 7-2. Espesores de las muestras Fuente: propia

A continuación se presenta una gráfica en la que se puede apreciar la comparativa. Es importante destacar que para realizar esta gráfica los valores del espesor están en metros.

Fuente: propia

Figura 7-22.Comparativa entre espesor y transmitancia térmica

Se puede decir que la mayor o menor transmitancia térmica no depende directamente del espesor, no obstante, esto depende directamente de la composición de los materiales que conforman los cerramientos y la distribución y/o ubicación de las capas en el mismo.

⋅ Flujos de Calor

Para llevar a cabo el análisis comparativo entre los distintos cerramientos, respecto al flujo de calor es necesario cuantificar este flujo. Para ello, se emplea la fórmula de ASHRAE [2],

2 ASHRAE. Sociedad Americana de Ingeniería para Aire Acondicionado, Calefacción y Refrigeración. Estados Unidos.

0.0

0.1

0.2

0.3

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CML_A CML_B CML_C CT_A CT_B CT_C

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U (W/M2K) e (m)

Capítulo 7

En donde,exterior, T

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7.2.2.

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Figura 7-

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213 | P

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Fuente: propia

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P á g i n a

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214 | P á g i n a

relacionada con el desempeño térmico y energético de los edificios, a partir de tres diferentes procesos de cálculo: diseño de calefacción, diseño de refrigeración y simulación.

Los procesos de diseño de calefacción y refrigeración funcionan en régimen estacionario y resultan de gran utilidad para saber si los edificios requieren equipos de climatización, así como para estimar la capacidad necesaria de dichos equipos. Las simulaciones, por otro lado, funcionan en régimen dinámico y proporcionan una comprensión detallada del desempeño energético de los edificios ante situaciones climáticas reales, ya sea que operen exclusivamente con recursos pasivos o que se utilicen sistemas mecánicos de climatización.

Figura 7-24. Espacio de trabajo en el Design Builder. Versión 3.0.0.003 Fuente: propia

7.2.2.2. Metodología Empleada y Condiciones Generales

Para llevar a cabo las simulaciones con este software, es importante tener en cuenta las siguientes condiciones generales:

⋅ De los resultados con el AnTherm, se toman los valores de la transmitancia térmica de cada una de las composiciones de los cerramientos.

⋅ Variable Climática: tomando en cuenta los objetivos planteados en esta tesis doctoral, se programa realizar las simulaciones de los cerramientos en Madrid, así como también en Sevilla y Burgos, es decir, Clima Cálido y Clima Frío. En resumen sería:

Código Ciudad Zona Climática Código DB-HE Altitud

MA Madrid Mediterráneo Continental D3 589

SE Sevilla Clima Cálido Mediterráneo B4 9

BU Burgos Clima Mediterráneo Invierno Frío E1 861

Tabla 7-4. Ciudades Seleccionadas Fuente: CTE DB-HE

⋅ No obstante, el estudio experimental se realiza sólo en Madrid, debido a los medios disponibles para llevar a cabo esta investigación.

El proceso que se ha seguido para realizar las simulaciones ha sido el siguiente:

⋅ Se define el lugar, especificando la ubicación, características del terreno, datos climáticos de diseño de calefacción y de refrigeración.


215 | P á g i n a

⋅ En el caso de las simulaciones en Madrid, se ha modificado el archivo climático actualizándolo a las condiciones específicas de los períodos de monitorización, para que coincidan con las condiciones del análisis experimental.

⋅ Se añade edificio nuevo, en este caso se simula un módulo experimental de 3 * 3 * 3 metros, con 5 caras aisladas compuestas de una estructura principal de acero laminado, más una estructura secundaria de acero conformado en frío o steel frame que contiene en su interior aislamiento de lana de vidrio, la cual está confinada con tableros de OSB por ambos lados del steel frame. Hacia el interior se disponen placas de poliestireno extruido confinándolo con un OSB, el cual sería el acabado interior. Por otro lado, hacia el exterior se dispone de una lámina de poliestireno extruido y el acabado exterior que es una chapa metálica minionda. La sexta cara será para colocar el cerramiento de ensayo. Cuya transmitancia térmica es de U = 0,077 W/m2K.

⋅ Definición de la actividad que se va a llevar a cabo en el edificio: es este caso se ha seleccionado actividad Residencial tomando en cuenta el CTE. Sin embargo, se adapta la plantilla para que se acerque lo más posible a las condiciones de los módulos.

⋅ Se crea bloque de edificio en donde se define el cerramiento, es decir, la configuración de los componentes opacos del módulo (cubierta, forjado y fachadas), incluyendo número de capas, materiales y espesores. Con esto el programa calcula las propiedades térmicas de cada componente, que luego serán aplicadas en los procesos de cálculo y simulación para evaluar el desempeño energético del módulo.

⋅ En la cara seleccionada para colocar la muestra de ensayo, se realiza un hueco y se crea una sub-superficie, a la cual se le confieren los valores de la transmitancia térmica obtenida en el AnTherm.

⋅ En los módulos que tengan cámara de aire ventilada se crea el acabado exterior para ello, se emplea bloque de componente para que sirva como elemento de sombra.

⋅ En este caso al simular un módulo con cerramiento opaco, no se definen datos de aberturas, ni de iluminación, ni de estanqueidad al aire, para intentar simular lo más fiable posible las condiciones del módulo experimental.

⋅ Se especifican los datos del HVAC, en donde se selecciona el sistema de climatización artificial (Split) y se modela con la opción simple, es decir, estableciendo los parámetros básicos.

⋅ En el mismo HVAC se ha generado una programación tanto para calefacción como refrigeración, programando para que esté encendido las 24 horas, ya que se necesita que se mantenga la temperatura de confort definida (22 - 23ºC) durante todo el tiempo.

⋅ Una vez definidos todos los datos y opciones en el módulo generado, se copia este módulo creando 6 unidades, las cuales cada una representa las distintas muestras seleccionadas en esta tesis doctoral. No obstante, se modifican los valores de cada una de las transmitancias térmicas en las sub-superficies.

⋅ Para cada módulo se procede a realizar las simulaciones, para obtener los consumos energéticos de una semana y del ciclo anual, para poder comparar con los datos obtenidos en la monitorización y de esta manera validar las simulaciones.


216 | P á g i n a

⋅ Es importante destacar que para simular las tres ciudades seleccionadas, se ha generado un archivo por ciudad, en donde en cada uno ellos se sigue el mismo procedimiento para obtener los resultados. En el caso de Madrid y Sevilla, los archivos climáticos empleados son IWEC, mientras que para Burgos es SWEC.

7.2.2.3. Resultados

Como el programa ofrece la posibilidad de obtener una gran cantidad de resultados, en esta tesis doctoral sólo se han utilizado los resultados del consumo energético de cada uno de los módulos experimentales, los cuales se han exportado como archivo .CSV para poder realizar las gráficas comparativas. En la tabla se muestra a manera de ejemplo los datos en formato de celdas del CML_A para el día 08 de Febrero.

7.2.2.4. Análisis Comparativo

Las comparativas se realizarán con los datos obtenidos en la monitorización de los módulos experimentales. Por lo tanto, las gráficas se ubican en el aparatado de análisis comparativo del punto 7.3 Análisis Experimental en Módulos (Monitorización).

7.3. DESARROLLO DEL ANÁLISIS EXPERIMENTAL EN MÓDULOS

7.3.1. Localización de los módulos experimentales

Tal y como se comentó en el punto anterior, la experimentación se realiza sólo en Madrid. Los módulos están ubicados en la parcela Nº 401 en el Campus de Montegancedo de la UPM, Madrid, al lado este del centro tecnológico “Cedint”, contiguo a los campos de deportes de la zona. Esta parcela el Grupo TISE la denomina “Plataforma de Automatización de Arquitectura Sostenible - PAAS” y consta de los prototipos SD07-1, SD07-2, SD10 y 8 módulos experimentales. Para esta tesis doctoral se han empleado 3 módulos, los cuales están orientados a Sur.

Fuente: propia

Figura 7-25. Resultados numéricos de los consumos energéticos del CML_A – 08

Febrero

Fuente: Google Maps

Figura 7-26. Ubicación de la Plataforma de Investigación en el Campus UPM Montegancedo


217 | P á g i n a

Fuente: Grupo TISE

Figura 7-27. Sección y Planta de la Plataforma de Investigación en Montegancedo

Fuente: propia

Figura 7-28. Vista de la Ubicación de los Módulos Experimentales en la Plataforma de Investigación

7.3.2. Diseño y Construcción de los módulos de experimentación

7.3.2.1. Descripción de la célula de ensayo

La investigación se realiza en 3 módulos de experimentación de 3 * 3 * 3 metros, con 5 caras aisladas compuestas de una estructura principal de acero laminado, más una estructura secundaria de acero conformado en frío o steel frame que contiene en su interior aislamiento de lana de vidrio, la cual está confinada con tableros de OSB por ambos lados del steel frame.

Hacia el interior se disponen distintas placas de poliestireno extruido confinándolo con un OSB, el cual sería el acabado interior. Por otro lado, hacia el exterior se dispone de una lámina de poliestireno extruido y el acabado exterior que es una chapa metálica minionda. La sexta cara será para colocar el cerramiento de ensayo.

Estos módulos poseen un sistema de climatización mediante el sistema tipo split, para mantener la misma temperatura en los distintos módulos de experimentación.

A continuación el detalle de la composición de los cerramientos adiabáticos de los módulos, además de la planta, sección y alzado:


218 | P á g i n a

Fuente: Grupo TISE

Figura 7-29. Detalle de la composición del cerramiento adiabático de los módulos

Fuente: Grupo TISE

Figura 7-30. Planta, Sección y Alzado de los módulos

⋅ Criterios generales para el diseño de los módulos:

Las dimensiones del modelo responden a la necesidad de simular las proporciones reales de un espacio habitable. Así se establecieron las medidas de 3,30x3,30x3,30m, que corresponde a su superficie exterior, cuya altura interior se establece en 2,13m.

Se estudiaron las características técnicas de los diferentes materiales, para determinar la composición, disposición y espesor de los cerramientos que comprenden los modelos, respondiendo a las exigencias de aislar térmicamente el espacio interior con respecto al exterior, de manera tal que no sea posible el intercambio térmico (caras adiabáticas). Cuya transmitancia térmica es de U = 0,077


219 | P á g i n a

W/m2K, en las siguientes imágenes se muestran las isotermas y el flujo de calor de este cerramiento:

Fuente: propia

Figura 7-31. Isotermas del cerramiento del módulo

Fuente: propia

Figura 7-32. Flujo de calor del cerramiento del módulo

⋅ Características técnicas de los materiales empleados:

Tablero de virutas orientadas OSB:

El tablero de virutas orientadas OSB que soportan la humedad, está especialmente indicado para su uso en ambientes secos. Se obtiene mediante aplicación de calor y presión a virutas de madera a las que previamente se les añadió un adhesivo. Las dos capas exteriores tienen las virutas en sentido paralelo a la longitud del tablero, mientras que la interior las tiene perpendicular a las otras capas. De esta forma se consigue una gran resistencia.

Debido a sus excelentes propiedades físico-mecánicas el tablero OSB, es un producto especialmente adecuado en la construcción y embalaje. Estos tableros son utilizados para: pavimentos, recubrimiento de paredes, cubiertas, stands, embalajes, contenedores, palets, vallas publicitarias, separadores de obra, divisiones interiores, mueble decorativo y laminado, encofrado, recubrimientos no deslizantes.

Panel de Poliestireno Extruido:

El Poliestireno Extruido es un material cuyas prestaciones de aislamiento térmico son muy altas, razón por la cual se ha sido seleccionado como el principal material aislante del módulo.

El Poliestireno Extruido – XPS es un material plástico celular y rígido cuya composición química es aproximadamente un 95% de poliestireno y un 5% de gas que al ser extrusionado produce una estructura de burbuja cerrada, lo que la convierte en el único aislante térmico capaz de mojarse sin perder sus propiedades.


220 | P á g i n a

Lana de vidrio:

La lana de vidrio ha sido seleccionada principalmente por sus excelentes propiedades acústicas, además de aportar prestaciones en el aislamiento térmico.

Por tanto, la lana de vidrio es un material inorgánico, fibroso, de estructura abierta y elástica. El fieltro que se forma en la cadena, está constituido por fibras entrecruzadas desordenadamente, que impiden las corrientes de convección del aire.

Perfil de acero Minionda:

Dada las prestaciones que el perfil de acero ofrece tanto para fachada como cubierta en cuanto a protección atmosférica, protección mecánica, impermeabilización, resistencia y durabilidad además del estético, se convierte en el material que se ajusta a las propiedades para implementarlo como elemento de acabado exterior.

Además de las cualidades intrínsecas del acero se tienen las buenas prestaciones físicas y químicas de los perfiles de acero prelacado, así como su buen comportamiento a ambientes exteriores.

⋅ Diseño del Módulo de Experimentación:

Se diseñó la estructura principal metálica de 3.0x3.0x3.0m y una sub estructura de steel frame, permitiendo albergar en él paneles de aislamiento térmico–acústico, y servir de soporte para la fijación de otros materiales.

Fuente: Grupo TISE

Figura 7-33. Estructura principal del módulo

Se plantearon plataformas móviles sobre las que se ubican los módulos, para conseguir de esta manera la orientación más idónea que requiere cada ensayo. Por otro lado, se plantea la ubicación del aislamiento térmico mayormente en la parte interior de la estructura, que consiste en distintas capas de poliestireno expandido y lana de vidrio. Finalmente, para evitar que el módulo transmita hacia el interior pequeñas cargas térmicas a través de la estructura, se ha añadido en la cara exterior, una última capa de aislamiento térmico, envolviéndolo completamente.

En una de las caras se planteó el espacio para colocar la muestra de ensayo, permitiendo ensamblar en él cualquier componente. Al mismo tiempo, se dispone la


221 | P á g i n a

puerta del módulo en la cara opuesta a la de ensayo, de forma que conservando las capas de aislamiento térmico, garantice la continuidad de las condiciones interiores.

Fuente: Grupo TISE

Figura 7-34. Detalle de la fachada de ensayo y disposición de puerta

7.3.2.2. Construcción de los módulos experimentales

⋅ Ejecución de la estructura metálica principal y de plataformas móviles, soporte de la estructura metálica, la que confiere total libertad al modelo para adoptar cualquier orientación.

Fuente: Grupo TISE

Figura 7-35. Construcción de la estructura principal y detalle de plataforma móvil

⋅ Ejecución de la subestructura de steel frame (modulada a 0,60m) y de los cerramientos, iniciándose con la instalación de los tableros de OSB, en la cara exterior de la estructura metálica, las que recepcionarán la capa de aislamiento térmico (paneles de poliestireno extruido) de menor espesor y sustentarán el acabado exterior de los modelos.


222 | P á g i n a

Fuente: Grupo TISE

Figura 7-36. Subestructura de steel frame y montaje del OSB

⋅ Construcción del cerramiento que contendrá el marco, permitiendo ensamblar en él cualquier componente de envolvente de edificios y admitirá la sustitución de dicho alzado por otros según las necesidades de ensayo e investigación.

Fuente: Grupo TISE

Figura 7-37. Definición de la fachada de ensayo en el módulo experimental

⋅ Instalación del aislamiento térmico-acústico, a través de paneles de lana de vidrio insertados dentro de la estructura de steel frame y paneles de poliestireno extruido hacia el interior. Desde ésta capa se inicia el crecimiento hacia el interior del módulo, de las diversas capas de aislamiento térmico y OSB.

Fuente: Grupo TISE

Figura 7-38. Montaje de los distintos tipos de aislamientos


223 | P á g i n a

⋅ Montaje de la chapa metálica minionda como acabado exterior y el OSB como acabado interior. En la imagen se puede observar el espacio disponible para el montaje de la muestra de ensayo.

Figura 7-39. Vista de los módulos experimentales Fuente: Grupo TISE

7.3.3. Plan de Monitorización de los módulos

7.3.3.1. ¿Qué se quiere caracterizar?

En esta investigación se quiere caracterizar el comportamiento térmico de los cerramientos multicapas ligeros y de los cerramientos tradicionales, para realizar un análisis comparativo de su comportamiento. Para ello, lo que se tendrá en consideración será:

⋅ Temperatura del aire: interior y exterior ⋅ Temperatura superficial de las muestras de ensayo ⋅ Temperatura en la cámara de aire ventilada ⋅ Velocidad del aire en la cámara ventilada ⋅ Humedad Relativa: interior y exterior ⋅ Consumos de climatización

7.3.3.2. Disposición de las muestras en módulos:

La investigación experimental se ha previsto, para que las comparativas se realicen de dos maneras:

⋅ Entre los cerramientos multicapas ligeros y los cerramientos tradicionales, ⋅ Y los multicapas ligeros entre sí.

Es decir, las comparativas que se realizan entre un cerramiento multicapa ligero y un cerramiento tradicional, están basadas en que su filosofía sea homóloga, es decir, en el caso del CML_A y el CT_A tienen en común que cuentan con una cámara de aire ventilada; el CML_C y el CT_C tienen implementado el sistema de aislamiento térmico por el exterior (ETICS o SATE) y por último el CML_B y el CT_B, serían las opciones que menos tienen en común, pero que en todo caso serían las más tradicionales o básicas en cada uno de los dos tipos de sistemas constructivos, en el caso del cerramiento tradicional sería ladrillo cara vista y en el cerramiento multicapa ligero no tendría una segunda cámara sin ventilar como lo tiene el CML_A. En resumen, en el caso de los CML con los CT sería de la siguiente manera:


224 | P á g i n a

CML_A CML_B CML_C

CT_A CT_B CT_C

Figura 7-40. Comparativa de CML con CT A continuación se explica a manera de ejemplo, el caso del CML_A, el cual se comparará con el CT_A, CML_B y CML_C, tal y como se muestra en la siguiente figura.

CML_A CML_B CML_C

CT_A Figura 7-41. Comparativas de CML_A


225 | P á g i n a

Por lo tanto, para realizar la monitorización se tienen 3 módulos experimentales y para realizar estas comparativas, está previsto que se intercambien las distintas muestras de ensayo. Para ello, se ha dispuesto que en el Módulo 1 y 2 se ensayen los Cerramientos Multicapas Ligeros y en Módulo 3 los Cerramientos Tradicionales.

7.3.3.3. Montaje

Para llevar a cabo el montaje de todas las propuestas, se ha programado para que un mismo módulo albergue distintas variantes de cerramientos según sea el caso, lo importante es que se puedan obtener datos durante los tres períodos estacionales (frío, temperaturas medias y calor).

Para ello, se ha organizado en la fase de diseño que una parte del cerramiento sea común (cerramiento base), bien sea en el caso de los cerramientos multicapas ligeros o en los cerramientos tradicionales, para que se puedan intercambiar las capas exteriores sin que suponga un gran esfuerzo a la hora de llevar a cabo el montaje.

En las siguientes imágenes se muestran los despieces de cada una de las capas que se tienen quitar o añadir, para realizar el intercambio de fachadas en cada una de las muestras de ensayo dispuestas en los módulos.

⋅ Módulos 1 y 2:

Figura 7-42. Montaje en Módulos 1 y 2 Fuente: propia

⋅ Módulo 3:


226 | P á g i n a

Figura 7-43. Montaje en Módulo 3 Fuente: propia

7.3.3.4. Construcción de las muestras de ensayo

7.3.3.4.1. Cerramientos Multicapas Ligeros:

⋅ CML_A: A la hora de organizar las imágenes del montaje se han dividido en tres partes: las capas que forman el cerramiento base, las capas que se disponen al interior y al exterior.

Capas del Cerramiento Base

Hueco para montaje Colocación del Steel Frame

Membrana Tecsound en marco perimetral del SF

Lana de Vidrio ECO90 dentro del steel frame

Capas al Interior

Barrera de vapor –

lámina de polietileno Placa de Yeso Laminado

ignífugo de 15 mm Placa de yeso laminado de

13 mm ignífugo Colocación de pasta y

cinta en juntas


227 | P á g i n a

Capas al Exterior

Fijación del OSB al SF OSB Lana de vidrio ECOD40 Colocación de OSB

Tyvek Enercor Wall -

Reflectivo Colocación de Montantes Cámara de aire ventilada Acabado Exterior chapa

metálica

Figura 7-44. Construcción CML_A ⋅ CML_B:

Las capas del cerramiento base son las mismas que en el CML_A, al igual que las capas que se disponen al interior. Por lo tanto, en este punto sólo se colocan las imágenes del montaje de las capas que van al exterior del cerramiento.

Capas al Exterior

Fijación del OSB al SF Tyvek Airguard Lana de vidrio ECOD40 Polynum One

Montantes Acabado Exterior chapa Cámara de aire ventilada Acabado Exterior

Figura 7-45. Construcción CML_B


228 | P á g i n a

⋅ CML_C: Al igual que el CML_B, en este punto sólo se colocan las imágenes del montaje de las distintas capas que van al exterior del cerramiento.

Capas al Exterior

Fijación del OSB al SF Lana de Roca Mortero Base + Malla Segunda capa de Mortero

Regulador de Fondo CS Revestimiento Acrílico Stilo

Figura 7-46. Construcción CML_C

7.3.3.4.2. Cerramientos Tradicionales:

Al igual que en los cerramientos multicapas ligeros, para mostrar el montaje de los cerramientos tradicionales, se ha dividido en tres partes: las capas base, las capas que se disponen al interior y al exterior.

⋅ CT_A:

Capas Base

Hueco para montaje Colocación de ½ pie de

ladrillo Detalle de la armadura para

refuerzo Ladrillo cara vista


229 | P á g i n a

Capas al Interior

Colocación de

enfoscado Enfoscado Lana de Vidrio + tabique

hueco sencillo Enlucido de yeso

Capas al Exterior

Colocación de montantes

Acabado exterior chapa metálica

Figura 7-47. Construcción CT_A

⋅ CT_B:

En el caso del CT_B, el acabado exterior es el ladrillo cara vista.

Capas al Exterior

Montaje del ½ pie de ladrillo

Ladrillo cara vista

Figura 7-48. Construcción CT_B

⋅ CT_C:

Las capas base son las mismas que en el CT_A, al igual que las capas que se disponen al interior. Por lo tanto, en este punto sólo se colocan las imágenes del montaje de las capas que van al exterior del cerramiento tradicional.


230 | P á g i n a

Capas al Exterior

Colocación de Lana de

Roca Capa de Mortero Base + Malla de Fibra de Vidrio

Segunda capa de Mortero Base

Regulador de Fondo CS

Regulador de Fondo CS Revestimiento Acrílico Stilo

Figura 7-49. Construcción CT_C

7.3.3.5. Sensores

Para seleccionar los sensores y su disposición en las muestras de ensayo, se ha tomado como referencia la norma UNE EN ISO 8990 [3], en donde, se establece que las dimensiones de la superficie de medida deben ser como mínimo 1,5 x 1,5 m, además que:

⋅ “Los elementos de medida de la temperatura del aire y de la temperatura de la superficie de la muestra se deben espaciar regularmente sobre la superficie de la misma y colocarse uno frente a otro sobre los lados caliente y frío”.

⋅ “El número de elementos de medida de la temperatura para cada tipo de medición debe ser al menos de dos por metro cuadrado, y como mínimo de nueve”.

También se toma como referencia la UNE EN ISO 7726 [4], que establece las características y especificaciones de los instrumentos de medida, que indica lo siguiente:

⋅ “En la tabla 2 se muestran los intervalos de medida, la exactitud de las medidas y los tiempos de respuesta (90%) de los sensores para cada una de las magnitudes fundamentales. Estas características deben considerarse como las mínimas requeridas.”

Por lo tanto, se indica la exactitud de los sensores para la Clase C (confort):

3 UNE EN ISO 8990. (Junio 1997). Determinación de las propiedades de transmisión térmica en regimen estacionario. Métodos de la caja caliente guardada y calibrada. AENOR. 2ª Edición. Pág. 17 4 UNE EN ISO 7726. (Marzo 2002). Ergonomía de los ambientes térmicos. Instrumentos de medida de las magnitudes físicas. AENOR. Pág. 10

Capítulo 7

⋅ Tempe⋅ Tempe⋅ Velocid⋅ Humed⋅ Radiac

7.3.3.5

Para poderde los cersensores:

Nomenclatu

HR

T

TS

EM

P

eratura del aieratura superdad del aire: dad absolutaión direccion

5.1. Descrip

r caracterizarrramientos t

ura Tipo de

HumeRelativa

TempeAmbie

In/O

TempeSuperMódu

Estac

Meteoro

Radiació

re: requeridarficial: requerrequerida ±

a expresada cnal: ± 5 W/m

pción de sen

r el comporttradicionales

Sensor Ma

edad In/Out Tr

ratura ente

Out Tr

ratura rficial ulos

TC-

ción ológica

Wdog

ón Solar Kippe

a ± 0,5 ºC, drida ± 1ºC, d(0,05+0,05

como presiónm2

nsores a utiliz

amiento térm en los 3

arca Re

rend HT

rend HT

Direct Termotipo

atch 2800 WS 2

p&Zonen CM

deseable ± 0deseable ± 0 Va) m/s, den parcial del

zar

mico de los cmódulos, se

ef. Rang

T/O 0 -100

T/O -35 ª55ºC

ocupla KX

-75 a250ºC

2800

MP3 0-400W/m2

0,2 ºC. 0,5 ºC. eseable ± (0vapor de agu

cerramientose han emp

o Precisi

0% ±2 %RH (0%RH), ±3 (90 a 100 %

ª C ± 1 °C

a C ± 0.3 º

T: ±0.6H.R:del 20

100% ±3

00 2

±5% (-1+40°C

Investigación

231 | P

,02+0,07 Vaua: ± 0,15 K

s multicapas leado los s

ón

0 a 90 %RH %RH)

Fuente: https://wcom/es-ES/produult.aspx

C

ºC

Fuente: http://wwptprod.as

ºC 0% al 3%

Fuente: http://wwm/weathemonitoringstations/

0° a C)

Fuente: http://ww/?productspx

ón Térmica

P á g i n a

a) m/s. Kpa.

ligeros y iguientes

Foto

www.trendcontrols.

ucts/Paginas/defa

ww.tcdirect.es/dep?deptid=260

ww.specmeters.coer-g/weather-

ww.kippzonen.comt/1131/CMP+3.a


232 | P á g i n a

A

Anemómetro Álava 8455/65/75

0-50 m/s

±2.0% de lectura, ± 0.5%

de la escala completa del

rango seleccionado

Fuente: http://www.alava-ing.es/ingenieros/productos/instrumentacion/sensores-y-acondicionadores-de-senal/caudal/sensores-de-hilo-caliente/

Tabla 7-5. Listado de sensores

7.3.3.5.2. Ubicación de los sensores

A lo largo del plan experimental, se propone ir cambiando las composiciones de los distintos cerramientos planteados, no obstante, para caracterizar el comportamiento se disponen de los siguientes sensores:

Interior Módulo:

∙ Sensor de temperatura de aire ºC. Nº Sensores: 1. ∙ Humedad relativa %. Nº Sensores: 1. ∙ Sensores de temperatura superficial en cada una de las caras adiabáticas del módulo 1,

para verificar las transmisiones de calor. Nº Sensores: 5.

Exterior Módulo:

∙ Estación meteorológica: ∙ Temperatura del aire ∙ Humedad Relativa % ∙ Radiación Solar [5] ∙ Velocidad y dirección del viento [6]

∙ Contador de Energía. ∙ Sensores de temperatura superficial en cada una de las caras adiabáticas. Nº

Sensores: 5.

Muestra de Ensayo - Cerramientos:

∙ Sensores de temperatura superficial en el interior del cerramiento. Nº Sensores: 5. ∙ Sensores de temperatura superficial en cara exterior de la hoja interior. Nº Sensores: 5 5 Datos facilitados por las Instalaciones de Cultivo de Plantas del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas – CBGP de la UPM, ubicado en el Campus de Montegancedo, al lado de la Plataforma de Automatización de Arquitectura Sostenible – PAAS. 6 Datos solicitados a la Agencia Estatal de Meteorología – AEMET. Estación 3194 U - Ciudad Universitaria – Madrid. Esta estación es la más cercana al Campus UPM Montegancedo que registre datos cada diez minutos.


233 | P á g i n a

∙ Sensores temperatura superficial en cara interior del acabado exterior. Nº Sensores: 5. ∙ Sensores temperatura superficial en cara exterior del acabado exterior. Nº Sensores: 5. ∙ Sensores de temperatura del aire ubicado en la cámara ventilada. Nº Sensores: 2. ∙ Anemómetros ubicados en la cámara de aire ventilada. Nº Sensores: 2.

A continuación se señalan las dos maneras de disponer cada uno de los sensores que se requieren para caracterizar las muestras de ensayo, con cámara de aire ventilada y sin cámara de aire ventilada. Los sensores de temperatura superficial del Ts21 al Ts30 sólo se colocan en el Módulo 1.

Con Cámara de Aire Ventilada:

Figura 7-50. Sensores en las muestras con cámara de aire ventilada

Sin Cámara de Aire Ventilada:


234 | P á g i n a

Figura 7-51. Sensores en las muestras sin cámara de aire ventilada

7.3.3.5.3. Instalación de dispositivos

Se ha dividido en sensores ubicados en el interior y exterior de los módulos, y en las muestras de ensayo.

⋅ Interior de los módulos:

Sensores en el interior de los módulos

Sensor temp. sup. sobre muestra Sensor temp. superficial en cara

adiabática del módulo Sensores de temp. aire y

humedad relativa


235 | P á g i n a

Sensores Temp. Sup. en CML Sensores en interior módulo Unidad Interior Split

Figura 7-52. Sensores en el interior de los módulos

⋅ Exterior de los módulos:

Sensores en el exterior de los módulos

Estación Meteorológica Sensor temp. sup. cara adiabática módulo

Figura 7-53. Sensores en el exterior de los módulos

⋅ Muestras de ensayo:

Respecto a los sensores ubicados en las muestras de ensayo, se presentan por tipologías de cerramientos:

Sensores en el CML_A

Sensor de temp. sup. colocado sobre tyvek reflectivo Sensores de temp. sup. sobre la lámina reflectiva

Anemómetro y sensor de temperatura del aire

colocados en la cámara ventilada Sensores de temperatura superficial colocados en la

cara exterior de la minionda


236 | P á g i n a

Sensores en el CML_B

Sensor de temperatura superficial colocado sobre el

polynum one Sensores de temperatura superficial sobre la lámina

reflectiva


colocados en la cámara ventilada Sensores de temperatura superficial en la cara exterior

de la chapa metálica

Sensores en el CT_A


ladrillo cara vista Sensores de temperatura superficial sobre el ladrillo

cara vista


colocados en la cámara ventilada Sensores de temperatura superficial en la cara exterior

de la chapa metálica


237 | P á g i n a

Sensores en el CT_B


ladrillo cara vista Sensores de temperatura superficial sobre el ladrillo

cara vista

Sensores en el CML_C y CT_C


revestimiento exterior Sensores de temperatura superficial en la cara

exterior

Figura 7-54. Sensores en las muestras de ensayo

7.3.3.5.4. Tiempos de Monitorización

Tomando en cuenta las comparativas mencionadas anteriormente, la organización de los períodos de monitorización de cada uno de los cerramientos, se realiza de la siguiente manera: VERANO OTOÑO INVIERNO

21/06 al 17/07

19/07 al 23/08

26/08 al 22/09

23/09 al 24/10

26/10 al 21/11

25/11 al 20/12

21/12 al 17/01

21/01 al 15/02

17/02 al 19/03

CML_A

CML_B

CML_C

CT_A

CT_B

CT_C

Figura 7-55. Organización de las comparativas de los cerramientos


238 | P á g i n a

Por tanto, el plan de monitorización de los tres módulos se ha previsto para que las medidas se tomen en la estación de verano, otoño (temperaturas medias) e invierno, y para ello se han organizado los tiempos de cambios de fachadas de la siguiente manera:

Figura 7-56. Plan de monitorización en las tres estaciones (Verano / Otoño / Invierno)

A continuación más detalle de los tiempos planteados para la monitorización en cada una de las estaciones climáticas establecidas.

VERANO 2011

21/06 al 17/07 18/07 19/07 al 23/08 24-25/08 26/08 al 22/09 CML_B

Mon

taje

CML_A

Mon

taje

CML_A CML_C CML_B CML_C CT_C CT_B CT_A

OTOÑO 2011

23/09 al 24/10 25/10 26/10 al 21/11 22-24/11 25/11 al 20/12 CML_A

Mon

taje

CML_A

Mon

taje

CML_B CML_C CML_B CML_C CT_A CT_B CT_C

INVIERNO 2011-2012

21/12 al 17/01 18-20/01 21/01 al 15/02 16/02 17/02 al 19/03

CML_B

Mon

taje

CML_A

Mon

taje

CML_A CML_C CML_C CML_B CT_C CT_A CT_B

Tabla 7-6. Tiempos de monitorización

7.3.3.6. Sistema de adquisición de datos

Una red de control está formada por un grupo de dispositivos llamados nodos, (cada uno, con uno o más sensores o actuadores), que se comunican (a través de uno o varios medios, usando una norma o protocolo de comunicación) para constituir una aplicación de monitorización, una aplicación de control o una aplicación de monitorización y control.

Capítulo 7

7.3.3.6

Lonworks®Las redes problemas control fuecontrol punun ordenadsensores, dmantener, del controla

La tecnoloconstrucciótamaño desupermercaláser a máq

Actualmentpropietariosestán utilizcomponentinstalación.propietariosrobusta, de

En los módde los sigu

Nomencla

C

DL

6.1. ¿Qué e

® es una pla Lonworks®de sistema

creada, y ento-a-punto. dor, físicamedenominadosampliar y geador principa

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datos

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iones análog

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-C_BOS.html

e-ing.com/

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n el sistema

e Internet. contadores,

gas, reloj en


241 | P á g i n a

Configuración local y remota mediante la configuración de páginas Web incorporadas en el Servidor Web.

Posibilidad de gestionar varios ILON-350 desde una única aplicación. Puede utilizarse como un Servicio Web desde la aplicación de control. Conecta dispositivos LONWORKS, dispositivos M-Bus, y otros dispositivos a Internet,

una red LAN, o una red WAN para aplicaciones comerciales, industriales y de utilitarias. Incorpora 2 entradas digitales opto-aisladas, 2 entradas de pulsos S0 para contadores

electrónicos, de agua y gas. Incorpora 2 salidas de relé. Soporta conexión a un módem GSM o GPRS externo. Notificación de alarmas vía e-mail o por variable de red. Direccionamiento IP estática o DHCP adquirido. Posibilidad de incorporar un MODEM interno de 56 Kbps V.90

⋅ Módulo de Entradas Universales Distech AECC520

MÓDULO al que se conectan los sensores de temperatura, humedad y anemómetros.

⋅ Módulo de Entradas Termopares Neurologic 1180A

Módulo donde se conectan los termopares. El funcionamiento de este sistema es el siguiente:

Controlador principal llamado I-LON (que tiene toda la lógica del sistema y además es WebServer por lo que se puede visualizar tanto localmente como vía internet la instalación).

Módulo de 16 Entradas Universales Se conectan aquí todos los sensores. Módulo de 6 Entradas Termopares en este módulo se conectan los termopares que

miden temperatura (son los cables verdes). Fuente de alimentación de 24V externa, a diferencia del IQ3, el ILON no tiene fuente

de alimentación a 24V interna. Software de programación llamado LONMAKER

7.3.3.6.2. Esquema de conexión del sistema

El siguiente esquema que a continuación se presenta es el de la conexión del sistema LONWORKS instalado en los módulos experimentales.


242 | P á g i n a

Figura 7-57. Esquema de conexión de sistema LONWORKS Fuente: Grupo TISE

Esquema cuadro Módulo 1 Esquema cuadro Módulo 2 y 3

Sistema instalado en el Módulo 1 Sistema instalado en el Módulo 2 y 3

Figura 7-58. Conexión del sistema en los módulos

7.3.3.6.3. Programación y Almacenamiento de datos

Las condiciones establecidas en los 3 módulos experimentales han sido las siguientes:

⋅ Temperatura interior: programada para que se mantenga en 22 - 23 ºC. ⋅ Climatización: el split está programado para que esté encendido las 24 horas, con el

objeto de mantener la temperatura interior programada. ⋅ Los sensores se han programado de la siguiente manera:


243 | P á g i n a

Módulo 1: RELACION DE SENSORES MÓDULO 1 SENSORES

…/Entradas Termopares/Entradas Termopares/nvoTemp[1] Ts1

Ts -

Tem

pera

tura

Sup

erfic

ial






…/Entradas Termopares 1/Entradas Termopares 1/nvoTemp[1] Ts7
























…/Entradas Termopares 5/Entradas Termopares 5/nvoTemp[1] 31 T2


…/Entradas Universales/Entrada 1/TEMPERATURA TRIPODE 33 T

…/Entradas Universales/Entrada 2/HUMEDAD RELATIVA TRIPODE 34 HR

…/Entradas Universales/Entrada 4/A2 36 A2


iLON SmartServer- 1/Pulse Counter- 1/nvoPcValue 38 C

Tabla 7-8. Programación de los sensores Módulo 1


244 | P á g i n a

Los sensores de temperatura superficial desde el Ts21 al Ts30, se ubican sólo en este módulo en las caras adiabáticas, para verificar su comportamiento. Por lo tanto, el módulo 1 genera cada 5 minutos 37 datos, lo que se traduce que por sensor por día se generan 288 datos, en total serían 10.656 datos por día.

Módulo 2 y 3: RELACION DE SENSORES MÓDULO 2 y 3 SENSORES


Ts -

Tem

pera

tura

Sup

erfic

ial






















…/Entradas Universales/Entrada 1/TEMPERATURA TRIPODE 23 T

…/Entradas Universales/Entrada 2/HUMEDAD RELATIVA TRIPODE 24 HR



iLON SmartServer- 1/Pulse Counter- 1/nvoPcValue 28 C

Tabla 7-9. Programación de los sensores Módulo 2 y 3

Los módulos 2 y 3 generan cada 5 minutos 27 datos, lo que se traduce que por sensor y por día se generan 288 datos, en total serían 7.776 datos por día. La diferencia entre los Módulos 2 y 3 con respecto al Módulo 1, es que existen más sensores de Temperatura Superficial (desde Ts21 al Ts30) que se ubican en las paredes adiabáticas del Módulo 1 para comprobar los pequeños flujos que se puedan transmitir por estas fachadas.


245 | P á g i n a

⋅ Los datos de los sensores se almacenan en el ILON (base de datos) con frecuencia de cada 5 minutos.

⋅ Los datos descargados se generan como un archivo .CSV, el cual se importa en excel para poder organizar y trabajar toda esta información.

A continuación un ejemplo de los datos de salida originales con extensión .csv:

Figura 7-59. Ejemplo de salida de datos generados en el Módulo 1 Fuente: propia

7.3.4. Obtención de Resultados

7.3.4.1. Criterio de selección de los datos Para organizar todos los datos generados en cada uno de los módulos experimentales se ha desarrollado una plantilla en excel para el módulo 1 y otra para el módulo 2 y 3, los datos se van organizando por días. El objeto de estas plantillas es organizar todos los valores generados de la monitorización de los distintos sensores. Antes de presentar el modelo de plantilla, es importante destacar que la clasificación de la información está organizada desde las capas del interior hacia el exterior como se muestra en las siguientes figuras, es decir, en la plantilla de izquierda a derecha, tomando en cuenta los colores que se han empleado en la figura que muestra la ubicación de los sensores en la muestra de ensayo.

Figura 7-60. Ubicación de los sensores

A continuación ejemplo de parte de la plantilla del Módulo 1.


246 | P á g i n a

Figura 7-61. Ejemplo de plantilla excel para Módulo 1 Fuente: propia

-~ ~ ~ a • ~ • ~ ~ J í ~ lll ~ ~·-----------------------------------------------------------------~ l ~ ~ ~

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~~~~ ~~~~~ ~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~ ~ ~~~ ~~ ~~~~~~~~~~~~~~

~~·~ ••·-~ ~ ~•m~~mmo-•o•~~~~•~••m~~o o wo•••~m••~~~~~~o~~~ ~•~• m ~~~ - ~~m- • •••••~~~~~

~~~~ ~~~~~ ~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~ ~~~ ~ ~~~~~~~~~~~~~~~


247 | P á g i n a

La plantilla del módulo 1 está organizada de la siguiente manera: ⋅ Fecha y Hora ⋅ Sensores de temperatura superficial en la cara interior de la hoja principal (5 valores) ⋅ Sensores de temperatura superficial en la cara exterior de la hoja principal (5 valores) ⋅ Temperatura del aire en la Cámara Ventilada (Superior e Inferior) (2 valores) ⋅ Temperatura superficial en la cara interior del acabado exterior (Interior Ventilada) (5

valores) ⋅ Temperatura superficial en la cara exterior del acabado exterior (Exterior Ventilada) (5

valores) ⋅ Sensor de temperatura superficial interior – exterior módulo (Superior) (2 valores) ⋅ Sensor de temperatura superficial interior – exterior módulo (Este) (2 valores) ⋅ Sensor de temperatura superficial interior – exterior módulo (Norte) (2 valores) ⋅ Sensor de temperatura superficial interior – exterior módulo (Oeste) (2 valores) ⋅ Sensor de temperatura superficial interior – exterior módulo (Inferior) (2 valores) ⋅ Sensores en la cámara ventilada (Temperatura del aire ubicados en la parte superior –

inferior) (Velocidad del aire superior – inferior) (4 valores) ⋅ Temperatura del aire y Humedad Relativa Interior – Exterior (4 valores) ⋅ Contador del consumo energético (1 valor)

En el ANEXO 5 se muestra a manera de ejemplo un día de estos datos (CML_A. 8 Feb).

En la siguiente figura se muestra a manera de ejemplo un extracto de la plantilla del Módulo 2 y 3:

Fuente: propia

Figura 7-62. Ejemplo de plantilla excel para Módulo 2 y 3

La plantilla del módulo 2 y 3 están organizadas de la siguiente manera: ⋅ Fecha y Hora ⋅ Sensores de temperatura superficial en la cara interior de la hoja principal (5 valores) ⋅ Sensores de temperatura superficial en la cara exterior de la hoja principal (5 valores)


248 | P á g i n a

⋅ Temperatura del aire en la Cámara Ventilada (Superior e Inferior) (2 valores) ⋅ Temperatura superficial en la cara interior del acabado exterior (Interior Ventilada) (5

valores) ⋅ Temperatura superficial en la cara exterior del acabado exterior (Exterior Ventilada) (5

valores) ⋅ Sensores en la cámara ventilada (Temperatura del aire ubicados en la parte superior –

inferior) (Velocidad del aire superior – inferior) (4 valores) ⋅ Temperatura y Humedad Relativa Interior – Exterior (4 valores) ⋅ Contador del consumo energético (1 valor)

En el ANEXO 6 se muestra a manera de ejemplo un día de estos datos (CML_B-04 Marzo)

La diferencia entre la plantilla del Módulo 1 y la plantilla de los Módulos 2 y 3, es que en el Módulo 1 existen 10 sensores más de temperatura superficial ubicados en las paredes adiabáticas del módulo.

Es importante destacar que durante la monitorización algunos sensores han registrado el error que producen, por lo tanto, estos valores se descartan. Siendo, el valor del error más común el 327,67.

Otros datos que se descartan, son los del día de montaje o cambio de fachada y aquellos días en que no se han registrado la totalidad de los datos diarios debido a la poca producción eléctrica (los módulos están conectados a un sistema aislado de producción solar por paneles fotovoltaicos, que poseen baterías, sin embargo, en días nublados y con lluvia hay poca producción, por lo tanto se tiene esta limitación) teniendo como consecuencia que no se monitorice durante ciertos períodos de tiempo.

7.3.4.2. Resultados gráficos

Para realizar cada una de las gráficas que se presentan a continuación, se ha realizado una media de cada uno de los cinco valores de las temperaturas superficiales que se ubican en las muestras. Es importante destacar que en los casos que un sensor haya registrado el error, se han descartado los datos como se ha mencionado anteriormente y sólo se ha realizado la media de aquellos sensores que funcionan correctamente.

Los datos de la velocidad del viento se han registrado como datos diezminutales, por lo tanto, se ha realizado un promedio del valor anterior con el siguiente para poder obtener datos cada cinco minutos, ya que es el diseño en que está organizada la plantilla de los datos obtenidos en los módulos experimentales.

De todos los datos obtenidos, se ha llevado a cabo la selección de un día y de una semana por cada tipología de cerramiento, tomando en consideración el día de mayor radiación solar, además de verificar que todos los datos que se han registrado están correctos.

En la siguiente imagen se muestra una parte los datos finales organizados, con los cuales se generan todas las gráficas tanto de un día como las de una semana.


249 | P á g i n a

Fuente: propia

Figura 7-63. Ejemplo de plantilla con datos finales del CML_B en Invierno

Los resultados que se obtienen tanto para un día como para una semana, se organizan en gráficas de la siguiente manera:

⋅ Temperatura superficial interior y exterior de la hoja interior del cerramiento (ºC). ⋅ Temperatura ambiente interior y exterior (ºC), Humedad relativa interior y exterior

(%), Contador (W.h). ⋅ Humedad relativa interior y exterior (%). ⋅ Consumos energéticos (W.h). ⋅ Sumatoria de consumos (W.h). ⋅ Velocidad del aire en la cámara ventilada (m/s). ⋅ Temperatura del aire en la cámara ventilada (ºC). ⋅ Temperatura superficial del acabado exterior y la cámara ventilada (ºC).

En el ANEXO 7, se muestran los datos obtenidos en cada uno de los cerramientos.

En el caso de los cerramientos tanto multicapas ligeros como tradicionales que no tienen cámara ventilada, se descartan los datos que aparecen el los recuadros verdes y azul, que serían los datos de los anemómetros, temperatura del aire en la cámara y las temperaturas superficiales en el acabado exterior.

A continuación se presentan a manera de ejemplo los resultados de una de las tipologías de cerramiento (CML_B en Invierno), el resto de los resultados de todos los cerramientos se presentan en el ANEXO 8 , organizados por datos de un día y de una semana, por tipología de cerramiento, por tipo de resultado y por estación climática.

CML_B_Día:

En este caso se presentan los resultados de un día de monitorización, 02 de Enero 2012, CML_B en invierno.


250 | P á g i n a

⋅ Temperatura Superficial de la Hoja Principal:

Figura 7-64. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B. Día-Invierno

⋅ Humedad Relativa:

Figura 7-65. Humedad Relativa. CML_B. Día-Invierno

⋅ Consumos Energéticos:

Figura 7-66. Consumos Energéticos. CML_B. Día-Invierno

⋅ Consumos Acumulados:

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)

02 Enero. Temperatura Superficial de ja Hoja Principal (ºC).CML_B_Invierno

Ts int

Ts ext

Tint

Text

05

101520253035404550556065707580859095

100

Hum

edad

(%)

02 Enero. Humedad relativa .CML_B_Invierno

HRint

HRext

05

101520253035404550556065707580859095

100

Con

sum

o (W

.h)

02 Enero. Consumos Energéticos (W.h). CML_B_Invierno


251 | P á g i n a

Figura 7-67. Consumos Acumulados. CML_B. Día-Invierno

⋅ Resumen de Resultados:

Figura 7-68. Resumen de Resultados. CML_B. Día-Invierno

⋅ Velocidad del aire en la Cámara Ventilada:

Figura 7-69. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_B. Día-Invierno

0100200300400500600700800900

10001100120013001400150016001700180019002000

Con

sum

o (W

.h)

02 Enero. Sumatoria de Consumos (W.h). CML_B_Invierno

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Tem

pera

tura

(ºC

) -H

umed

ad (%

) -Po

tenc

ia

(W.h

)

02 Enero. Temperatura Interior (ºC), Humedad Relativa (%) y Contador (W.h).CML_B_Invierno

TextTintHRextHRintP

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.002.202.402.602.803.003.203.403.603.804.004.204.404.604.805.00

Velo

cida

d m

/s

02 Enero. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_B_Invierno

Vext

A2

A3


252 | P á g i n a

⋅ Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada:

Figura 7-70. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_B. Día-Invierno

⋅ Temperatura Superficial del Acabado Exterior:

Figura 7-71. Temperatura Superficial del Acabado Exterior. CML_B. Día-Invierno

CML_B_Semana: En este punto se muestran los resultados del CML_B de una semana de invierno, 31 Diciembre 2011 – 06 Enero 2012.

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)

02 Enero. Temperaturas de la Cámara Ventilada .CML_B_Invierno

T2

T3

T ext

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)

02 Enero. Temperatura Superficial del Acabado Exterior.CML_B_Invierno

Ts Ext. Vent.

Ts Int. Vent.

Ts ext.

T ext


253 | P á g i n a

⋅ Temperatura Superficial de la Hoja Interior:

Figura 7-72. Temperatura Superficial de la hoja principal. CML_B. Semana-Invierno


Figura 7-73. Humedad Relativa. CML_B. Semana-Invierno

⋅ Consumos Energéticos:

Figura 7-74. Consumos Energéticos. CML_B. Semana-Invierno


-10-505

1015202530354045505560

31/12/11 1/01/12 2/01/12 3/01/12 4/01/12 5/01/12 6/01/12

Tem

pera

tura

(ºC

)

31Diciembre - 06 Enero. Temperatura Superficial de la Hoja Principal (ºC). CML_B_Invierno

Ts int

Ts ext

Tint

Text

05

101520253035404550556065707580859095

100

31/12/11 1/01/12 2/01/12 3/01/12 4/01/12 5/01/12 6/01/12

Porc

enta

je (%

)

31Diciembre - 06 Enero. Humedad Relativa (%). CML_B_Invierno

HRint

HRext

05

101520253035404550556065707580859095

100

31/12/11 1/01/12 2/01/12 3/01/12 4/01/12 5/01/12 6/01/12

Con

sum

os (

W.h

)

31 Diciembre - 06 Enero. Consumos Energéticos (W.h). CML_B_Invierno


254 | P á g i n a


⋅ Resumen Resultados

Figura 7-76. Resumen de Resultados. CML_B. Semana-Invierno


Figura 7-77. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_B. Semana-Invierno

0500

100015002000250030003500400045005000550060006500700075008000850090009500

1000010500110001150012000

31/12/11 1/01/12 2/01/12 3/01/12 4/01/12 5/01/12 6/01/12

Con

sum

o (W

.h)

31 Diciembre - 06 Enero. Consumos Acumulados (W.h). CML_B_Invierno

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

31/12/11 1/01/12 2/01/12 3/01/12 4/01/12 5/01/12 6/01/12

Tem

pera

tura

(ºC

), H

R (%

) y C

onta

dor (

W.h

)

31 Diciembre - 06 Enero. Temperaturas (ºC), Humedad Relativa (%) y Contador (W.h). CML_B. Invierno

Text

Tint

HRext

HRint

C

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.002.202.402.602.803.003.203.403.603.804.004.204.404.604.805.00

31-Dec 01-Jan 02-Jan 03-Jan 04-Jan 05-Jan 06-Jan

Velo

cida

d m

/s

31 Diciembre - 06 Enero. Velocidad en Cámara Ventilada (m/s). CML_B_Invierno

Vext

A3

A2

Capítulo 7

⋅ Te

Figu

⋅ Te

Figu

7.3.5.

Las compaesquema:

Es decir, sligeros concontinuació

-10-505

1015202530354045505560

31/12/11

Tem

pera

tura

(ºC

)

31 Dicie

-10-505

1015202530354045505560

31/12/11

Tem

pera

tura

(ºC

)

31 Dicie

CM

mperatura de

ura 7-78. Tem

mperatura S

ura 7-79. Tem

Análisis co

arativas se re

e realizarán n su homóloón se muestr

1 1/01/12

embre - 06 Enero

1 1/01/12

embre - 06 Enero

CT_A

CML_CML_

L_A

el aire en la

mperatura del

Superficial de

mperatura Sup

mparativo

ealizarán tal y

Figura 7-80

dos tipos dego en el ceran las comp

2/01/12

o. Temperaturas

2/01/12

o. Temperatura S

A

_B_C

CML

Cámara Ven

aire en la Cám

el Acabado E

perficial del Ac

y como se ha

80. Esquema d

e comparativrramiento tra

parativas:

3/01/12

en Cámara de Ai

3/01/12

Superficial del Aca

CT_A

CML_ACML_C

L_B

ntilada:

mara Ventilada

xterior:

cabado Exterio

a comentado

del análisis com

as: cada unoadicional y lo

4/01/12

re Ventilada (ºC)

4/01/12

abado Exterior (ºC

AC

CML_

da. CML_B. Se

or. CML_B. S

o, es decir, s

mparativo

o de los cerros multicapa

5/01/12

. CML_B

5/01/12

C). CML_B

CT_C

CML_ACML_B

_C

Investigación

255 | P

Semana-Inviern

Semana-Inviern

siguiendo el

ramientos mas ligeros en

6/01/12

6/01/12

Ts

Ts

Ts

Te

ón Térmica

P á g i n a

no

no

siguiente

ulticapas ntre sí. A

T2

T3

Text

s Ext. Vent.

s Int. Vent.

s ext.

ext


256 | P á g i n a

7.3.5.1. Cerramientos Multicapas Ligeros vs Cerramientos Tradicionales

CML_A – CT_A: Día


La temperatura del aire interior en ambos módulos es muy similar a la temperatura superficial interior, por lo que, se descarta colocarla en las gráficas para no generar más ítems, sin embargo, estos datos se encuentran en los resultados de cada módulo.

Figura 7-81. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CT_A. Día-Verano

En verano, la diferencia de temperatura entre interior y exterior del CML_A está entre 10 – 15 ºC aproximadamente. Mientras que en CT_A la diferencia es de 5 ºC máximo aprox.

Figura 7-82. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CT_A. Día-Otoño

En otoño, la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del CML_A está entre 10 – 20 ºC aproximadamente, y el CT_A presenta una diferencia de temperaturas superficiales de un máximo de 10 ºC, manteniendo la curva de la temperatura superficial exterior similar a la temperatura ambiente exterior en las horas comprendidas desde las 10:00 hasta las 19:00 aprox.

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)

02 Septiembre. Temperatura Superficial de Hoja Principal (ºC). CML_A / CT_A_Verano

Ts int_CML_A

Ts int_CT_A

Ts ext_CML_A

Ts ext_CT_A

Text

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)

01 Octubre. Temperatura Superficial de Hoja Principal (ºC). CML_A / CT_A_Otoño

Ts int_CML_A

Ts int_CT_A

Ts ext_CML_A

Ts ext_CT_A

Text


257 | P á g i n a

Figura 7-83. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_A-CT_A. Día-Invierno

Mientras que en invierno entre las 10:00 y 18:00 horas, el CML_A tiene una diferencia de temperatura entre el interior y exterior de 5 – 10 ºC aprox. Sin embargo, en el CT_A la diferencia es de más de 10 ºC.

En resumen, se puede decir que la mayor diferencia de temperatura entre el interior y el exterior se produce en el CML_A en verano y otoño, mientras que en invierno se produce es en el CT_A. Es decir, ocurre lo contrario en invierno, la mayor diferencia de temperatura se genera es en el CT_A, y la menor en el CML_A.

CML_A (Diferencia de temperatura entre Interior y Exterior)

U = 0,30 W/m2K

CT_A (Diferencia de temperatura entre Interior y Exterior)

U = 0,51 W/m2K Verano 10 -15 ºC Máx. 5 ºC

Otoño 10 – 20 ºC Máx. 10 ºC

Invierno 5 – 10 ºC 10 - 15 ºC


Por lo tanto, el comportamiento es inverso entre el CML_A y el CT_A, es decir, en verano el CML_A tiene una diferencia de temperaturas de más de 10 ºC y esto ocurre en el CT_A pero en invierno. Es decir, el CML_A ofrece mayor resistencia térmica en verano y otoño, mientras que en invierno es el CT_A que tiene mayor resistencia térmica que el CML_A. Esto se debe a que el CML_A tiene menor transmitancia térmica que el CT_A. Es importante destacar que el comportamiento de la cámara de aire ventilada en ambos cerramientos es similar.

Mientras que en invierno, el CML_A ofrece menor resistencia térmica que el CT_A, esto se debe a que durante este período se produjo una mayor velocidad del aire en la cámara ventilada del CML_A, enfriando aún más la cámara y evitando que el comportamiento de ambas cámaras sean similares.

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)08 Febrero. Temperatura Superficial de Hoja Principal (ºC). CML_A / CT_A_Invierno

Ts int_CML_A

Ts int_CT_A

Ts ext_CML_A

Ts ext_CT_A

Text


258 | P á g i n a


Figura 7-84. Humedad Relativa. CML_A-CT_A. Día-Verano

Figura 7-85. Humedad Relativa. CML_A-CT_A. Día-Otoño

En verano y otoño, la humedad relativa interior del módulo del CML_A se encuentra entre el 40 y 50 %, mientras que en el módulo del CT_A va desde el 60 – 70 %. Los picos que se observan en estas humedades relativas están relacionados con cada uno de los momentos en que el split impulsa aire para refrigerar.

Figura 7-86. Humedad Relativa. CML_A-CT_A. Día-Invierno

05

101520253035404550556065707580859095

100

Hum

edad

(%)

02 Septiembre. Humedad relativa . CML_A / CT_A_Verano

HRint_CML_A

HRint_CT_A

HRext

05

101520253035404550556065707580859095

100

Hum

edad

(%)

01 Octubre. Humedad relativa . CML_A / CT_A_Otoño

HRint_CML_A

HRint_CT_A

HRext

05

101520253035404550556065707580859095

100

Hum

edad

(%)

08 Febrero. Humedad relativa . CML_A / CT_A_Invierno

HRint_CML_A

HRint_CT_A

HRext


259 | P á g i n a

En verano, tanto el módulo del CML_A como el módulo del CT_A tienen la misma Humedad Relativa interior, alrededor del 20%.

⋅ Consumo Energético:

Esta comparativa sólo se realiza del período de invierno, ya que por distintos problemas con el contador, no se disponen de datos del consumo energético del módulo que tenía la muestra del CT_A en verano y otoño para poder llevar a cabo las distintas comparativas.

Figura 7-87.Consumos Energéticos. CML_A-CT_A. Día-Invierno

Sin embargo, en la gráfica de invierno, se puede observar cada uno de los momentos en que el split entra en funcionamiento para impulsar el aire caliente.


Como se ha comentado en el punto anterior la comparativa del consumo energético se realiza sólo de invierno por disponer solamente de estos datos.

Figura 7-88.Consumos Acumulados. CML_A-CT_A. Día-Invierno

Sin embargo, en la gráfica de un día de invierno se puede observar que el consumo del módulo en donde se ubica el CML_A tiene mayor consumo energético que el módulo del CT_A, más o menos 250 W.h por día, posiblemente se deba a que el CT_A tiene mayor

05

101520253035404550556065707580859095

100

Con

sum

o (W

.h)

08 Febrero. Consumo (W.h). CML_A / CT_A_Invierno

P_CML_A

P_CT_A

0100200300400500600700800900

10001100120013001400150016001700180019002000

Con

sum

o (W

.h)

08 Febrero. Comparativa Consumos Acumulados (W.h). CML_A / CT_A_Invierno

P_CML_A

P_CT_A


260 | P á g i n a

masa y por tanto, más inercia térmica que el CML_A, lo que significa que el intercambio del flujo se hace más lento, a diferencia del CML_A.


Figura 7-89. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Día-Verano

Figura 7-90. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Día-Otoño

En verano y otoño, las velocidades del aire en la cámara ventilada presentan el mismo patrón de comportamiento en ambos cerramientos. Además, se observa que el anemómetro

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.002.202.402.602.803.003.203.403.603.804.004.204.404.604.805.00

Velo

cida

d m

/s

02 Septiembre. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A / CT_A_Verano

Vext

A2_CML_A

A2_CT_A

A3_CML_A

A3_CT_A

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.002.202.402.602.803.003.203.403.603.804.004.204.404.604.805.00

Velo

cida

d m

/s

01 Octubre. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A / CT_A_Otoño

Vext

A2_CML_A

A2_CT_A

A3_CML_A

A3_CT_A


261 | P á g i n a

inferior (A3) del CML_A la velocidad que entra es menor que la del CT_A, lo cual produce una menor circulación de aire en la cámara ventilada, produciéndose sobrecalentamiento en la misma.

Figura 7-91. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Día-Invierno

En invierno el CML_A tiene distinto comportamiento que el CT_A, ya que en el CML_A se produce una mayor circulación de aire tanto en el anemómetro 2 y 3.

Mientras que en el CT_A se produce similar comportamiento que los vistos en verano y otoño.

⋅ Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada:

Figura 7-92. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Día-Verano

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.002.202.402.602.803.003.203.403.603.804.004.204.404.604.805.00

Velo

cida

d m

/s

04 Marzo. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A / CT_A_Invierno

Vext

A2_CML_A

A2_CT_A

A3_CML_A

A3_CT_A

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)

Hora (s)

02 Septiembre. Temperaturas de la Cámara Ventilada .CML_A / CT_A_Verano

T2_CML_A

T2_CT_A

T3_CML_A

T3_CT_A

T ext


262 | P á g i n a

En la gráfica se puede observar que en verano, las temperaturas del aire en la cámara ubicadas en la parte superior (T2) tienen similar comportamiento, con excepción a partir de las 15:00 horas cuando se produce una diferencia de 5 ºC como máximo. Sin embargo, la temperatura del aire en la parte inferior (T3), son distintas la de ambos cerramientos, manteniendo una diferencia máxima de 5 ºC aproximadamente.

En el CML_A ambas temperaturas presentan un comportamiento similar, a excepción de un período muy concreto entre las 9:00 y las 12:00 horas que puede haber una diferencia de menos de 5 ºC. En cambio en el CT_A las dos temperaturas tienen un comportamiento igual o similar durante todo el día.

Figura 7-93. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Día-Otoño

En otoño, tanto el CML_A como el CT_A siguen el mismo patrón que en verano, es decir, la temperatura del aire ubicada en la parte superior de la cámara se mantiene siempre por encima que la temperatura ubicada en la parte inferior, esto se debe a que la chapa metálica colocada como acabado exterior calienta la cámara y el aire al circular a través de la cámara, saca el aire caliente.

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)

01 Octubre. Temperaturas de la Cámara Ventilada .CML_A / CT_A_Otoño

T2_CML_A

T2_CT_A

T3_CML_A

T3_CT_A

T ext


263 | P á g i n a

Figura 7-94. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Día-Invierno

En invierno la temperatura del aire ubicada en la parte superior de la cámara es más caliente que la temperatura inferior o de entrada, esto se debe a que la chapa metálica al calentarse transmite calor a la cámara ventilada, lo que significa que la cámara ventilada aporta una transición de temperaturas entre el exterior y el interior.


Las siguientes gráficas muestran la temperatura superficial exterior e interior de la chapa metálica (Ts Ext. Vent. y Ts Int. Vent), además de la temperatura superficial de la hoja interior (Ts ext.) y la temperatura ambiente exterior.

Figura 7-95. Temperatura Superficial del Acabado Exterior. CML_A-CT_A. Día-Verano

En la gráfica se puede observar que en verano el CML_A presenta un gradiente de temperatura, mientras que en el CT_A no se presenta, ya que hasta las 9:00 horas y

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)08 Febrero. Temperaturas de la Cámara Ventilada .CML_A / CT_A_Invierno

T2_CML_A

T2_CT_A

T3_CML_A

T3_CT_A

T ext

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)

Hora (s)

02 Septiembre. Temperatura Superficial del Acabado Exterior. CML_A / CT_A_Verano

Ts Ext. Vent._CML_A

Ts Ext. Vent._CT_A

Ts Int. Vent._CML_A

Ts Int. Vent._CT_A

Ts ext._CML_A

Ts ext._CT_A

T ext


264 | P á g i n a

después de las 15:00 horas la temperatura superficial exterior de la hoja interna (Ts Ext.) es mayor que la temperatura superficial interior del acabado exterior (Ts Int. Vent) y entre las 9:00 y 15:00 horas ambas temperaturas son análogas.

La temperatura superficial exterior de la chapa metálica (Ts Ext. Vent) tiene análogo comportamiento en ambos cerramientos, mientras que las otras dos temperaturas superficiales no presentan comportamientos similares.

En otoño, el comportamiento es similar al de verano en ambos cerramientos, sin embargo, la temperatura superficial exterior de la hoja interior (Ts Ext.) y la temperatura superficial interior de la chapa metálica (Ts Int. Vent.) presentan una mayor diferencia entre un cerramiento y otro comparado con el comportamiento en verano, siendo de alrededor de 10ºC.

Figura 7-96. Temperatura Superficial del Acabado Exterior. CML_A-CT_A. Día-Otoño

Figura 7-97. Temperatura Superficial del Acabado Exterior. CML_A-CT_A. Día-Invierno

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)

01 Octubre. Temperatura Superficial del Acabado Exterior. CML_A / CT_A_Otoño

Ts Ext. Vent._CML_A

Ts Ext. Vent._CT_A

Ts Int. Vent._CML_A

Ts Int. Vent._CT_A

Ts ext._CML_A

Ts ext._CT_A

T ext

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)

08 Febrero. Temperatura Superficial del Acabado Exterior. CML_A / CT_A_Invierno

Ts Ext. Vent._CML_A

Ts Ext. Vent._CT_A

Ts Int. Vent._CML_A

Ts Int. Vent._CT_A

Ts ext._CML_A

Ts ext._CT_A

T ext


265 | P á g i n a

El CML_A en invierno sigue presentando un gradiente térmico y en este caso el CT_A también, a excepción de las horas comprendidas entre las 0:00 - 9:00 horas y las 16:00 - 23:00 horas aproximadamente que la temperatura superficial exterior de la hoja interna (Ts Ext.) es mayor que la temperatura superficial interior de la chapa metálica (Ts Int. Vent.).

CML_A – CT_A: Semana


Figura 7-98. Temperatura Superficial de la hoja principal. CML_A-CT_A. Semana-Verano

En verano, en la gráfica semanal se observa que la temperatura superficial exterior (Ts ext) de ambos cerramientos siguen el mismo patrón que en la gráfica de un día, siendo el CML_A el que presenta mayor temperatura que el CT_A.

Figura 7-99. Temperatura Superficial de la hoja principal. CML_A-CT_A. Semana-Otoño

-10-505

1015202530354045505560

29/08/11 30/08/11 31/08/11 1/09/11 2/09/11 3/09/11 4/09/11

Tem

pera

tura

(ºC

)

29 Agosto - 04 Septiembre. Temperatura Superficial (ºC). CML_A / CT_A_Verano

Ts int_CML_A

Ts int_CT_A

Ts ext_CML_A

Ts ext_CT_A

Text

-10-505

1015202530354045505560

29/09/11 30/09/11 1/10/11 2/10/11 3/10/11 4/10/11 5/10/11

Tem

pera

tura

(ºC

)

29 Septiembre - 05 Octubre. Temperatura Superficial (ºC). CML_A / CT_A_Otoño

Ts int_CML_A

Ts int_CT_A

Ts ext_CML_A

Ts ext_CT_A

Text


266 | P á g i n a

Figura 7-100. Temperatura Superficial de la hoja principal. CML_A-CT_A. Semana-Invierno

Al igual que en verano, en otoño e invierno el CML_A es el que presenta la mayor temperatura superficial exterior (Ts ext), mientras que el CT_A se encuentra siempre con una temperatura superficial exterior cercana a la temperatura exterior.


En las siguientes gráficas se observa que en verano, otoño e invierno los valores de la humedad relativa interior de los módulos se mantienen más o menos constantes, cada uno en su correspondiente estación climática.

Figura 7-101. Humedad Relativa. CML_A-CT_A. Semana-Verano

-10-505

1015202530354045505560

4/02/12 5/02/12 6/02/12 7/02/12 8/02/12 9/02/12 10/02/12

Tem

pera

tura

(ºC

)

04 Febrero - 10 Febrero. Temperatura Superficial (ºC). CML_A / CT_A_Invierno

Ts int_CML_ATs int_CT_A

Ts ext_CML_ATs ext_CT_A

Text

05

101520253035404550556065707580859095

100

29/08/11 30/08/11 31/08/11 1/09/11 2/09/11 3/09/11 4/09/11

Porc

enta

je (%

)

29 Agosto - 04 Septiembre. Humedad Relativa (%). CML_A / CT_A_Verano

HRint_CML_A

HRint_CT_A

HRext


267 | P á g i n a

Figura 7-102. Humedad Relativa. CML_A-CT_A. Semana-Otoño

Figura 7-103. Humedad Relativa. CML_A-CT_A. Semana-Invierno

Los valores de la humedad relativa interior entre el módulo del CML_A y el módulo del CT_A en verano y otoño presentan una diferencia entre 20 y 25 %, a diferencia de invierno que tienen prácticamente el mismo valor.


Tal y como se ha comentado anteriormente, no se disponen de datos de consumos del módulo del CT_A en verano ni en otoño, por lo que esta comparativa se realiza del período de invierno.

05

101520253035404550556065707580859095

100

29/09/11 30/09/11 1/10/11 2/10/11 3/10/11 4/10/11 5/10/11

Porc

enta

je (%

)29 Septiembre - 05 Octubre. Humedad Relativa (%). CML_A / CT_A_Otoño

HRint_CML_A

HRint_CT_A

HRext

05

101520253035404550556065707580859095

100

4/02/12 5/02/12 6/02/12 7/02/12 8/02/12 9/02/12 10/02/12

Porc

enta

je (%

)

04 Febrero - 10 Febrero. Humedad Relativa (%). CML_A / CT_A_Invierno

HRint_CML_A

HRint_CT_A

HRext


268 | P á g i n a

Figura 7-104. Consumos Energéticos. CML_A-CT_A. Semana-Invierno

En la gráfica se pueden observar cada uno de los momentos en que el split se activa para dar suministro de calefacción y de esta manera mantener la temperatura de confort establecida en el interior.

⋅ Consumo Acumulado:

Al igual que en el punto anterior, como se tuvieron problemas con el contador, no se cuenta con datos de verano y otoño del módulo del CT_B, por lo que se realiza la comparativa de una semana de invierno.

Figura 7-105. Consumos Acumulados. CML_A-CT_A. Semana-Invierno

En la gráfica se puede observar que el consumo asociado al CML_A presenta mayor consumo energético que el CT_A en una semana de invierno, teniendo una diferencia de consumo de 1000 W.h por semana aproximadamente, lo que sería un consumo de 142.86 W.h por día más o menos.

05

101520253035404550556065707580859095

100

4/02/12 5/02/12 6/02/12 7/02/12 8/02/12 9/02/12 10/02/12

Con

sum

o (W

.h)

04 Febrero - 10 Febrero. Consumos (W.h). CML_A / CT_A_Invierno

P_CML_A

P_CT_A

0500

100015002000250030003500400045005000550060006500700075008000850090009500

1000010500110001150012000

4/02/12 5/02/12 6/02/12 7/02/12 8/02/12 9/02/12 10/02/12

Con

sum

o (W

.h)

04 Febrero - 10 Febrero. Comparativa Consumo Acumulado (W.h). CML_A / CT_A_Invierno

P_CML_A

P_CT_A


269 | P á g i n a


Figura 7-106. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Semana-Verano

Figura 7-107. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Semana-Otoño

En verano y otoño, tanto los datos registrados en el anemómetro 2 (superior) y el 3 (inferior) presentan más o menos el mismo patrón de comportamiento a lo largo de toda la semana.

Sin embargo, en invierno se observa que las velocidades del aire tanto de entrada como de salida en la cámara ventilada del CML_A son superiores en relación al CT_A, esto se produce posiblemente por el acabado superficial que tiene cada cerramiento, en el caso del CML_A es una lámina de tyvek reflectiva de acabado liso mientras que en el CT_A el acabado es ladrillo cara vista teniendo mayor rugosidad que el otro material.

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.002.202.402.602.803.003.203.403.603.804.004.204.404.604.805.00

29-Aug 30-Aug 31-Aug 1-Sep 2-Sep 3-Sep 4-Sep

Velo

cida

d m

/s

29 Agosto - 04 Septiembre. Velocidad en Cámara Ventilada (m/s). CML_A / CT_A_Verano

Vext

A2_CML_A

A2_CT_A

A3_CML_A

A3_CT_A

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.002.202.402.602.803.003.203.403.603.804.004.204.404.604.805.00

29-Sep 30-Sep 1-Oct 2-Oct 3-Oct 4-Oct 5-Oct

Velo

cida

d m

/s

29 Septiembre - 05 Octubre. Velocidad en Cámara Ventilada (m/s). CML_A / CT_A_Otoño

Vext

A2_CML_A

A2_CT_A

A3_CML_A

A3_CT_A


270 | P á g i n a

Figura 7-108. Velocidad del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Semana-Invierno

⋅ Temperatura del aire en la Cámara Ventilada:

En la gráfica de verano se observa que las temperaturas del aire superiores de la cámara ventilada (T2), tanto del CML_A como del CT_A presentan un mismo patrón de comportamiento durante toda la semana, teniendo las máximas temperaturas por encima de la temperatura exterior (Text). Mientras que las temperaturas del aire inferiores (T3) dentro de la cámara se mantienen siempre por debajo de la T2, aunque más notable en la T3 del CT_A.

Figura 7-109.Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Semana-Verano

Al igual que en verano, en otoño el patrón de comportamiento se sigue manteniendo en todas las temperaturas tanto las superiores como las inferiores en ambos cerramientos.

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.002.202.402.602.803.003.203.403.603.804.004.204.404.604.805.00

4-Feb 5-Feb 6-Feb 7-Feb 8-Feb 9-Feb 10-Feb

Velo

cida

d m

/s

04 Febrero - 10 Febrero. Velocidad en Cámara Ventilada (m/s). CML_A / CT_A_Invierno

Vext

A2_CML_A

A2_CT_A

A3_CML_A

A3_CT_A

-10-505

1015202530354045505560

29/08/11 30/08/11 31/08/11 1/09/11 2/09/11 3/09/11 4/09/11

Tem

pera

tura

(ºC

)

29 Agosto - 04 Septiembre. Temperaturas en Cámara de Aire Ventilada (ºC). CML_A / CT_A_Verano

T2_CML_A

T2_CT_A

T3_CML_A

T3_CT_A

Text


271 | P á g i n a

Figura 7-110. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Semana-Otoño

Figura 7-111. Temperaturas del aire en la Cámara Ventilada. CML_A-CT_A. Semana-Invierno

En la semana de invierno, se puede observar que la temperatura del aire inferior (T3) dentro de la cámara ventilada es mayor que la temperatura superior (T2) en el CML_A, mientras que en el CT_A ambas temperaturas superior e inferior presentan similar comportamiento.


Como se ha comentado en las gráficas de un día, en este punto se van a mostrar la temperatura superficial exterior e interior de la chapa metálica (Ts Ext. Vent. y Ts. Int. Vent), además de la temperatura superficial de la hoja interior (Ts ext.) y la temperatura ambiente exterior.

-10-505

1015202530354045505560

29/09/11 30/09/11 1/10/11 2/10/11 3/10/11 4/10/11 5/10/11

Tem

pera

tura

(ºC

)29 Septiembre - 05 Octubre. Temperaturas en Cámara de Aire Ventilada (ºC). CML_A / CT_A_Otoño

T2_CML_A

T2_CT_A

T3_CML_A

T3_CT_A

Text

-10-505

1015202530354045505560

4/02/12 5/02/12 6/02/12 7/02/12 8/02/12 9/02/12 10/02/12

Tem

pera

tura

(ºC

)

04 Febrero - 10 Febrero. Temperaturas en Cámara de Aire Ventilada (ºC). CML_A / CT_A_Invierno

T2_CML_A

T2_CT_A

T3_CML_A

T3_CT_A

Text


272 | P á g i n a

Figura 7-112. Temperatura superficial del Acabado Exterior. CML_A-CT_A. Semana-Verano

Figura 7-113. Temperatura superficial del Acabado Exterior. CML_A-CT_A. Semana-Otoño

Figura 7-114. Temperatura superficial del Acabado Exterior. CML_A-CT_A. Semana-Invierno

En las gráficas de verano y otoño, se observa en toda la semana que en el CML_A se produce un gradiente de temperatura desde la temperatura superficial exterior de la chapa metálica (Ts Ext. Vent) hasta la temperatura superficial exterior de la hoja interior (Ts ext),

-10-505

1015202530354045505560

29/08/11 30/08/11 31/08/11 1/09/11 2/09/11 3/09/11 4/09/11

Tem

pera

tura

(ºC

)

29 Agosto - 04 Septiembre. Temperatura Superficial del Acabado Exterior (ºC). CML_A / CT_A_Verano

Ts Ext. Vent._CML_ATs Ext. Vent._CT_ATs Int. Vent._CML_ATs Int. Vent._CT_ATs ext._CML_ATs ext._CT_A

Text

-10-505

1015202530354045505560

29/09/11 30/09/11 1/10/11 2/10/11 3/10/11 4/10/11 5/10/11

Tem

pera

tura

(ºC

)

29 Septiembre - 05 Octubre. Temperatura Superficial del Acabado Exterior (ºC). CML_A / CT_A_Otoño

Ts Ext. Vent._CML_ATs Ext. Vent._CT_ATs Int. Vent._CML_ATs Int. Vent._CT_ATs ext._CML_A

Ts ext._CT_A

Text

-10-505

1015202530354045505560

4/02/12 5/02/12 6/02/12 7/02/12 8/02/12 9/02/12 10/02/12

Tem

pera

tura

(ºC

)

04 Febrero - 10 Febrero. Temperatura Superficial del Acabado Exterior (ºC). CML_A / CT_A_Invierno

Ts Ext. Vent._CML_ATs Ext. Vent._CT_ATs Int. Vent._CML_ATs Int. Vent._CT_ATs ext._CML_ATs ext._CT_A

Text


273 | P á g i n a

mientras que en el CT_A no se produce, ya que la temperatura superficial interior de la chapa metálica (Ts Int. Vent) y la temperatura superficial exterior de la hoja interior (Ts ext) alcanzan mas o menos los mismos valores máximos. Mientras que en la semana de invierno, en ambos cerramientos se produce este gradiente de temperatura, a excepción del día 5 de Febrero que esta situación no está muy clara.

CML_B – CT_B: Día

Por problemas de suministro energético, no se disponen de datos de estos cerramientos durante el período de verano. Sin embargo, las comparativas se realizan con los datos registrados en otoño e invierno.


La temperatura del aire interior (Tint) en ambos módulos es muy similar a la temperatura superficial interior (Ts int), por lo que no se incluyen estos valores en las siguientes gráficas, no obstante, estos valores están disponibles en los resultados individuales de cada módulo.

Figura 7-115. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B-CT_B.Día-Otoño

En otoño, la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del CML_B está entre 5 – 10 ºC aproximadamente, mientras que en el CT_B la diferencia está entre 5 – 12 ºC aprox. Es importante destacar que el CT_B tiene mayor temperatura superficial exterior (Ts ext) que el CML_B entre las 12:00 y 16:00 horas, esto se debe a que el CT_B no tiene cámara ventilada como el CML_B.

En invierno, ambos cerramientos tienen comportamientos similares, con diferencia entre ellos de como máximo 3-4 ºC, manteniendo la curva de la temperatura exterior. El CML_B tiene como diferencia de temperatura entre el interior y el exterior 5 - 15 ºC, mientras que en el CT_B es de 5 – 12 ºC aproximadamente.

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)

03 Noviembre. Temperatura Superficial (ºC). CML_B / CT_B_Otoño

Ts int_CML_B

Ts int_CT_B

Ts ext_CML_B

Ts ext_CT_B

Text


274 | P á g i n a

Figura 7-116. Temperatura superficial de la hoja principal. CML_B-CT_B.Día-Invierno

En resumen, se puede decir que ambos cerramientos tienen similares diferencias de temperaturas entre el interior y el exterior, como se muestra en la siguiente tabla:

CML_B (Diferencia de temperatura entre Interior y Exterior)

U = 0,23 W/m2K

CT_B (Diferencia de temperatura entre Interior y Exterior)

U = 0,51 W/m2K Verano - -

Otoño 5 - 10 ºC 5 - 12 ºC

Invierno 5 – 15 ºC 5 - 12 ºC



Figura 7-117. Humedad Relativa. CML_B-CT_B.Día-Otoño

-10-505

1015202530354045505560

Tem

pera

tura

(ºC

)

04 Marzo. Temperatura Superficial (ºC). CML_B / CT_B_Invierno

Ts int_CML_BTs int_CT_B

Ts ext_CML_BTs ext_CT_B

Text

05

101520253035404550556065707580859095

100

Hum

edad

(%)

03 Noviembre. Humedad relativa . CML_B / CT_B_Otoño

HRint_CML_B

HRint_CT_B

HRext


275 | P á g i n a

Figura 7-118. Humedad Relativa. CML_B-CT_B.Día-Invierno

En otoño la humedad relativa interior del módulo del CML_B se encuentra entre el 40 y 45 %, y la del módulo del CT_B está en 50 %. Mientras que en invierno, la humedad relativa interior de ambos módulos es del 25 % aproximadamente.


Como se ha comentado anteriormente no se disponen de datos de verano de los dos cerramientos, además en otoño no se disponen de datos registrados en el contador para valorar el consumo energético. Por lo que, sólo se realiza la comparativa en invierno.

Figura 7-119. Consumos Energéticos. CML_B-CT_B.Día-Invierno

En esta gráfica se pueden observar cada uno de los momentos en que el split entra en funcionamiento para suministrar calefacción y mantener la temperatura de confort establecida para el interior.

⋅ Consumo Acumulado:

Al igual que el punto anterior, la comparativa del consumo acumulado se realiza sólo en el período de invierno.

05

101520253035404550556065707580859095

100

Hum

edad

(%)

04 Marzo. Humedad relativa . CML_B / CT_B_Invierno

HRint_CML_B

HRint_CT_B

HRext

05

101520253035404550556065707580859095

100

Con

sum

o (W

.h)

04 Marzo. Consumo (W.h). CML_B / CT_B_Invierno

P_CML_B

P_CT_B

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