Sistemas Constructivos Sustentables Los diseñadores y constructores de edificaciones sustentables están ya creando edificios con un consumo de energía significativamente menor, empleo de energía renovable, conservación de agua, aprovechamiento de las fuentes naturales de iluminación y ventilación, uso de materiales respetuosos al medio ambiente, minimización de residuos y generación de ambientes saludables y productivos. En este capítulo se hace un resumen de: Manual de Construcción con fardos de Paja (Gernot Minke y Friedemann Mahlke) Manual de Construcción con Bambú (Oscar Hidalgo López) Manual de Construcción Sismo resistente de Viviendas en Bahareque Encementado (Assosciaciación Colombiana de Ingeniería Sísimica) Construcciones II Universidad Central Carrera de Ingeniería Civil pviera@engineer.com lviera@uce.edu.ec 2015 52 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 1.1.-Construyendo con fardos de paja: Un aporte a la sustentabilidad.- La paja en un material que la naturaleza produce anualmente y se encuentra disponible en muchas partes. Al finalizar su uso, se puede devolver a la biósfera. La eliminación de la paja no crea problemas, los sobrantes de una obra pueden utilizarse, como por ejemplo, como abono en el jardín, o para airear el suelo de los cultivos. Para la producción de fardos de paja y el transporte de los mismos a la obra, se necesita mucho menos energía que para la producción de otros elementos constructivos por lo que se puede afirmar que no producen un impacto ambiental. También se puede agregar que, por la incorporación química del CO2 durante el proceso de fotosíntesis , se hace un aporte favorable al medio ambiente, mayor que el daño que se realiza produciendo y transportando fardos. 1.2.- Ventajas de La Construcción con fardos.- Las pruebas oficiales realizadas en Alemania y Austria sobre muros con fardos de paja, dieron los siguientes resultados: Un valor de resistencia la fuego de F90 (Resiste exposición al fuego 90 minutos), para paredes hechas con fardos de paja y revocadas en ambas caras. Según pruebas realizadas en Austria (Norma ONORM B 3800) y Alemania. Un material de construcción clase B2 (inflamable normal) Por consiguiente, se podrían construir y cerrar locales habitables con fardos de paja de hasta 2 pisos, abarcando distintos programas arquitectónicos como viviendas unifamiliares, jardines de infantes, escuelas, etc. La durabilidad de las casa de fardos puede evaluarse en varios ejemplos, en particular en los estados Unidos, donde la meas antigua y aún habitable tiene cerca de 100 años. 1.3.-Objeciones y temores.- A los seres humanos les surgen serias dudas y temores, cuando deben imaginarse viviendo o trabajando en casas con muros de fardos de paja. Ambas reacciones se basan en primer lugar, en el temor a los desconocido y el miedo a lo nuevo a lo inusual. El temor a lo desconocido puede superarse con información (que es lo que pretende el libro del cual se toma este resumen). Otra preocupación puede ser el miedo a que crezca moho entre los fardos de paja, lo cual es totalmente injustificado si el muro está construido correctamente, sobre la paja seca no pueden crecer hongos. Para una adecuada ejecución , los fardos de paja deben estar secos, lo cual quiere decir que no deben contener meas del 15 % de humedad, y eso se puede lograr poniendo una barrera de vapor interior, que pare la humedad ambiente o con una superficie exterior que lo deje pasar para que así la posible condensación que pueda quedar en la superficie del fardo pueda salir rápidamente. El revoque debe secar rápidamente, para que la paja que se moja en el proceso pierda el agua lo más pronto posible, por lo que debe aplicarse en capas finas (esto reduce además las fisuraciones por retracción. Si la masa del revoque contiene mucha materia orgánica como aserrín o paja cortada, y el proceso de secado es lento, podré formarse moho en la superficie, Por ello, deberá tenerse en cuenta, en especial en revoques muy gruesos, que las primeras capas estén secas antes de aplicar el revoque de terminación y que, para este último, no es recomendable utilizar materia orgánica (usar sólo tierra y arena, por ejemplo). Según Viitanen (1996), los hongos se generan con temperaturas de entre 20 y 28 grados centígrados y una humedad ambiente por en cima del 55%. Otros autores hablan de una humedad necesaria de entre el 80% y el 90%.. lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 53 1.4.- Paja como material de Construcción.- Coma paja se considera el tallo seco de los cereales (trigo, centeno, cebada, avena, mijo) o de plantas fibrosas (lino, cáñamo, arroz); descrita de un mejor manera en la parte que está entre la raíz y la espiga. Fardos de paja.- Los fardos de paja se hacen en variados formatos, Fig. #1 (Dimensiones de un fardo de paja (Lacinski, Bergeron, 2000) Fardos pequeños Alto = de 32 a 35 cm Ancho = 50 cm Largo =50 a 120 cm Fardos medianos Alto =50 cm Ancho =80 cm Largo = 240 cm Fardos grandes Alto =70 cm Ancho =120 cm Largo =240 a 300 cm En la producción de fardos pequeños se emplean enfardadoras que desarrollan una presión entre 80 y 120 Kg./m3; los fardos hechos con presiones menores no son aptos para su uso en la construcción. Los fardos medianos y grandes son usados por lo general solo para la construcción de muros portantes, ya que generan anchos de pared mayores y, a causa de su mayor peso, sólo pueden ser movidos con auto elevadores. La presión de enfardado va de los 180 a 200 Kg/m3. 1.5.- Qué hay que tener en cuenta? Los fardos de paja frescos de una misma cosecha presentan frecuentemente una humedad diferente, según la hora de corte dado que por la mañana está más húmeda que por la tarde. Para usar el material como elemento construcción, la humedad debe estar por debajo del 15%. Los viejos fardos de paja pueden usarse si no presentan ningún signo de putrefacción o de moho. El hilo de atar no debe ser elástico. Son buenos lo flejes de polipropileno, que pueden apretarse mucho más que la cuerda de sisal. Los fardos de paja deben almacenarse de forma seca. Esto significa que no tengan contacto con la humedad del suelo y que estén protegidos de la lluvia. En la obre es mejor ponerlos sobre pallets. Los fardos húmedos no deben almacenarse herméticamente, pues se secan muy Construcciones II 54 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] lentamente y existe el peligro de que microorganismos inicien un proceso de putrefacción. 1.6.-Sistemas Constructivos. – Existen básicamente dos sistemas diferentes para la construcción de muros con fardos de paja: los portantes, en los cuales el peso del techo descarga en los fardos directamente a los cimientos y los que tienen una estructura independiente, normalmente de madera, y se rellenan o revisten con fardos. La técnica de construcción con muros portantes, es conocida en la literatura especializad como “Técnica Nebraska”, por ser la que se utilizó por primera vez en Nebraska, estados Unidos, a fines del siglo XIX. En ingles se denomina como “load bearing”. Por construcción con esqueleto, en inglés “non load bearing” o “in-fill bale walls”. Se conoce a la estructura de madera, acero u hormigón armado que recibe las cargas de los techos y estabiliza los muros, no teniendo los fardos función estructural alguna, siendo utilizados simplemente como aislante térmico y/o cerramiento para la independización de espacios. En 1982, el canadiense Louis Gagné, desarrolló un sistema de muros portantes, que se conoce también como “Técnica Gagné”. Mediante la misma, los fardos son colocados como ladrillos con mortero de cemento, dejando juntas en cruz, de manera de formar un esqueleto de red o juntas horizontales y verticales que cumple con las funciones estáticas y de vínculo. Fig. # 2 (Estructura con Fardos de Paja Portante) lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 55 Fig. # 3 (Estructura con Fardos de Paja No Portante) Fig. # 4 (Técnica Gagné) Construcciones II 56 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 1.7.- Diseñando un edificio de fardos de paja.1.7.1.- Aspectos especiales de los muros con fardos de Paja Portantes.- Como los fardos de paja son comprimidos por una carga, las siguientes precauciones deben tenerse en cuenta en los muros de fardos de paja portantes: La carga del techo debe estar distribuida uniformemente a todas las paredes. No debe haber cargas concentradas en ningún punto. Las cargas del techo deben ser transmitidas centralmente, osea, al eje del muro o ser distribuidas en, al menos, el 50% del espesor de los muros. La relación entre la altura y el espesor de la pared no debe ser mayor de 5:1. Los fardos de paja deben estar muy comprimidos y su densidad debe ser superior a 90 Kg/m3. Las aberturas deben ser angostas, pero jamas mas anchas que altas. Las distancias entre las aberturas y entre estas y las esquinas deben ser, por lo menos, de un largo de fardo. Tanto como sea posible, los dinteles sobre las ventanas y puertas deberían evitarse. En su lugar la viga perimetral debería dimensionarse apropiadamente para desempeñar esa tarea. En caso de usar dinteles, debe dejarse una tolerancia suficiente entre la viga perimetral y los mismos, dado que los fardos tienden a asentarse durante las primeras semanas o meses luego de colocado el techo. En paredes particularmente largas y delgadas y para el caso de cargas de techo muy altas, deben preverse trabas adicionales para evitar ensanchamiento. Fig. #2 (Muros con Fardos de Paja Portantes) lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 57 El fundamental, en los muros portantes, que en los fardos estén muy compactados y que las paredes se armen pretensadas. Esto significa que, en la parte superior, deben tener una viga perimetral y que la misma debe estar unida a los cimientos mediante elementos de tracción. El pretensado de los elementos de tensión dentro del muro debe ser mayor que las cargas del techo, de manera que los fardos no reciban compresión adicional. La tensión a los cimientos puede obtenerse mediante varillas de punta roscadas en el centro del muro o mediante flejes interiores y exteriores. Fig. #3 (Muro Portante de fardos de Paja tensado en su interior con varillas roscadas ,Steen et al.1994) Fig. #4 (Muro Portante de fardos de Paja tensado por flejes exteriores, Steen et al.1994) Construcciones II 58 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 1.7.2.- Aspectos especiales de los muros se fardos de Paja No Portantes.- En caso de levantarse estructuras de esqueleto portantes rellenas con fardos de paja, la posición de los pilares en relación con los mismos, debe ser considerada ya que en la etapa de diseño. Dado que el corte o la adaptación de los fardos es una tarea que implica esfuerzo y tiempo, la grilla estructural y la posición y tamaño de las aberturas es conveniente que coincidan con las dimensiones de los fardos. Pilares doble T Pilares de madera Sólida Perfiles tipo escalera Fig. #5 (Muros de Paja No portantes) 1.7.2.a.- Arriostramiento ante esfuerzos horizontales.- dado que los fardos de paja no confieren resistencia estructural al muro ante determinados esfuerzos a los que puede estar sometido, es necesario recurrir a la estructura de madera poste-viga como en otras construcciones convencionales, en consecuencia debe arriostrarse para que pueda soportar eficientemente esfuerzos horizontales (como el viento). En este contexto, la construcción de contrafuertes diagonales entre los fardos es una solución bastante dificultosa de aplicar, dado que las riostras entre pilares obstruirán la colocación de los fardos. Por lo tanto, se prefiere el uso de pilares distribuidos con un ancho igual al de los fardos y, el arrostramiento realizarlo con tablas en diagonal, exteriores al fardo, paneles rígidos o revestimientos exteriores en diagonal. lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 59 Fig. #6 (Arriostramiento ante esfuerzos) 1.8.- Interconexión de los fardos y Conexión de los fardos a la estructura.- Los fardos de paja deben colocarse entre los pilares y unidos a ellos mediante escuadras metálicas. Las dos hiladas inferiores deben estar vinculadas también a las fundaciones, por medio de varillas de acero con, al menos dos por fardo. Adicionalmente, la capa de fardos superior debe también estar interconectada con varillas de acero. Fig. # 7 (Unión de fardos de acuerdo con el Código de Nuevo México) Construcciones II 60 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 2.1.-Construcción con Bambú (Guadua).- Clasificada dentro de la Familia De las Gramíneas, no es un árbol es un pasto gigante de gran brote, hueca, cilíndrica, resistente flexible protectora de suelos y cuencas hidrográficas. 2.2.-Características Ambientales. Contribuye a la conservación y mejoramiento de la calidad del aire, puesto que la cantidad de oxígeno que produce un guadual es muy superior a cualquier sistema forestal sobre la misma superficie de terreno. Por esta razón, la captación de C02 del aire en el proceso de fotosíntesis, es igualmente mayor que en otras especies silvícolas. Una hectárea de Guadua retiene 33 toneladas de CO2, Por año en donde la parte aérea contribuye con el 80 % y el rizoma con el 20%. Los Guaduales ubicados en las riberas toman grandes cantidades de agua en las épocas lluviosas y la almacenan, tanto en su sistema radicular como en la parte aérea y en el suelo; luego, por efectos de concentración, el agua retenida es nuevamente regresada al caudal del río durante las épocas de sequía.La Guadua Retiene entre sus canutos de 10 a 15 Litros de Agua al Día. 2.3.-Características Constructivas.-La Guadua que se destina para la Construcción debe Cumplir Ciertos Requisitos: La edad a la cual se debe cortar debe ser entre los 3 y 5 años para que alcance su mayor resistencia. Debe ser curada naturalmente en lo posible. Se necesita inmunizar la Guadua para prevenir el ataque de Insectos Xilofagos. Saber realizar los Cortes para las uniones. 2.4.-Preservado y secado.- Este proceso puede iniciar una vez que la guadua tenga una humedad menor al 20%, la misma que ha alcanzado con un secado previo bajo cubierta, para ello se requiere una disolución de 1 kg de bórax y de 1 kg de ácido bórico por cada 50 litros de agua, previamente las cañas se perforan con una punta metálica en su tabique central o para no debilitarlo se recomienda que la perforación se haga en pares junto a cada nudo; aunque investigaciones realizadas en la Universidad de Pereira muestran que la disminución de la resistencia por la perforación en el tabique es de apenas el 2%; una vez sumergida en la mezcla ésta se absorbe por las perforaciones, , el proceso debe cumplirse durante 8 días. Este proceso se realiza para evitar la aparición de hongos y el ataque de los insectos. Las maderas que usan este tipo de preservación añaden una ventaja ignífuga debido a la presencia de bórax. El proceso de secado se hace al aire libre, inclinando las cañas hasta que lleguen a una humedad inferior al 15%. lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 61 Fig. # 8 (Partes de la Caña Guadua) Construcciones II 62 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] Fig. # 9 (Piscinas de preservación para la caña guadua) Fig. #10 (Perforaciones realizadas en el tabique central) lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 63 2.5.-Construcción con Guadua.- Uno de los mayores estudiosos del uso de la caña guadua en la construcción es el arquitecto colombiano Simón Vélez quien después de muchos años de trabajo consiguió́ una licencia de construcción por parte de las autoridades alemanas para erigir el Pabellón de la Guadua en el Expo- Hannover 2000 que se transforma en su obra emblemática, previo a este logro, fue él, quien en su afán de usar el material como elemento estructural de una construcción, descubrió́ que podía lograr conexiones en un material hueco, rellenando los entrenudos con hormigón y mediante el uso de pernos, este acontecimiento marca un hito en su carrera, logrando mirar a la Guadua no solo como Arquitectura sino como Ingeniería. Fig. #11 (Sistema de Unión: Cañas Rellenas con Tornillos Metálicos de Unión) La obra en Expo-Hannover fue desarrollada para la fundación ZERI, (Iniciativa de Investigación para las Cero Emisiones) y se trata de una estructura de 2000 metros cuadrados, en la que se muestra al mundo el uso del material en toda su plenitud, para el desarrollo de esta obra también se realizaron estudios de laboratorio que mostraron resultados sorprendentes en cuanto a la capacidad mecánica del material. Los ensayos realizados por el "Instituto Alemán de Prueba de Materiales de Construcción Civil de Stuttgart" en noviembre de 1999 en guadua angustifolia, variedad "macana" procedente de la zona cafetera colombiana; dieron los Construcciones II 64 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] siguientes resultados, cabe destacar, que se refieren a valores de diseño, no a sus límites. Compresión. Sigma: 18 N/mm2, Módulo de Elasticidad: 18.400 N/mm2 Tensión. Sigma: 418 N/mm2, Módulo de Elasticidad: 19.000 N/mm2 Flexión: Sigma 18 N/mm2, Módulo de Elasticidad: 17.900 N/mm2 Cortante: Tau - sin cemento en el cañuto - 1.1 N/mm2 Peso Específico: 790 Kg/M3. A partir de este estudio se hace una comparación, que permite llamar a la Caña Guadua el Acero Vegetal: una varilla de hierro de 1 cm2 resiste 40 KN, mientras que una sección de esta planta de 12 cm2 resiste 215 KN. Fig. #12 (Réplica del Pabellón del Pensamiento Ubicado en Colombia) lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 65 2.6.-Uniones pernadas.Cuando sea necesario perforar la guadua para introducirle pernos, debe usarse taladro de alta velocidad y evitar impactos. Todos los cañutos a través de los cuales se atraviesen pernos o barras deben rellenarse con mortero de cemento. El mortero debe ser lo suficientemente fluido para penetrar completamente dentro del cañuto. Puede prepararse el mortero de relleno, por volumen, utilizando una relación 1 a 0,5 entre el cemento y el agua y sin exceder la relación 4 a 1 entre el agregado fino y el cemento. Para vaciar el mortero se perfora la guadua con taladro y coloca con un embudo o con una pequeña bomba casera. Los pernos pueden fabricarse con barras de refuerzo roscadas en obra o con barras comerciales de rosca continua. Fig. #13 (Unión Pernada) 2.7.-Uniones Zunchadas.- Las uniones zunchadas pueden utilizarse para fabricar conexionas articuladas. Para conexiones que deban resistir tracción, la pletina debe diseñarse para garantizar que no es el vínculo débil de la unión. La unión no debe trabajar, en total, con más de 10 KN (1000kg) de esfuerzo de tracción Fig. #14 (Unión Zunchada) Construcciones II 66 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 2.8.-Uniones Estructurales.- Deben cumplir funciones estructurales, tanto de rigidez como de resistencia. Para muros fabricados sólo con elementos de guadua, los muros deben conectarse a los cimientos utilizando los elementos verticales, tal como se haría para conectar columnas de guadua. La guadua no debe estar en contacto directo con el suelo, la mampostería o el concreto. De tal manera, la guadua se apoya sobre un separador de metal u otro material impermeable. Las fuerzas de compresión se transmiten a través del separador, por lo que debe apoyarse en forma continua contra la cimentación. Las fuerzas de tracción se transmiten a través de conexiones pernadas. Un perno atraviesa el primer o el segundo cañuto de la guadua. El cañuto atravesado y cualquier cañuto por debajo de éste, deben rellenarse con mortero. El cañuto debe tener un nudo en su extremo inferior. El perno se ancla al cimiento a través de pletinas o barras con ojales, o barras dobladas. Esta conexión resiste tracción. No es apropiada para resistir momento. Por lo tanto, no es necesario atravesar pernos en ambas direcciones. El separador debe actuar como elemento resistente a corte, es decir, como tope para el movimiento horizontal entre el muro y el cimiento. Para ello, el separador debe abrazar el elemento de guadua. Debe existir un separador-retenedor por lo menos cada 4 m, o en las esquinas de muros, o en los bordes de aberturas para puertas. El separador-retenedor debe ser una pletina de acero con, por lo menos, 3.2 mm de espesor y la misma anchura de la guadua que retiene. Un separador más eficiente para cortante es un tubo dentro del cual se empotra la guadua. El tubo, a su vez, está empotrado en el concreto del cimiento. Cuando no se requiere que la conexión resista tracción ni cortante, la guadua puede empotrarse en el concreto, y separase de éste mediante una membrana bituminosa, como brea o asfalto Fig. #15 (Unión Guadua Cimiento con Pernos) lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 67 Fig. #16 (Unión Guadua Cimiento con Pernos) Fig. #17 (Unión Guadua embebida en el Cimiento ) Construcciones II 68 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] Fig. #18 (Estructura de Guadua ) lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 69 3.-Sistema de Certificación de Construcciones Sustentables LEED Leadership in Energy and Environmental Design o Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental en español LEED es un programa de certificación independiente y es el punto de referencia a nivel nacional aceptado para el diseño, la construcción y la operación de construcciones y edificios sustentables de alto rendimiento. Desarrollado en el año 2000 por el U.S. Green Building Council (USGBC), el consejo de construcción sustentable al nivel nacional para los Estados Unidos, mediante un procedimiento consensual, LEED sirve como herramienta para construcciones de todo tipo y tamaño. La certificación LEED ofrece una validación por parte de terceros sobre las características sustentables de un proyecto. 3.1.- ¿Qué tipo de construcción puede utilizar LEED? La certificació n LEED está disponible para todos los tipos de construcció n incluyendo: las construcciones nuevas y las remodelaciones de gran magnitud, edificios existentes, los interiores comerciales, estructura y fachada, escuelas, centros de salud, establecimientos comerciales y el desarrollo de vecindades. Hasta la fecha, existen más de 4.5 mil millones de pies cuadrados de espacio de construcción con el sistema LEED. Construcciones II 70 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 3.2.-¿Cómo funciona LEED LEED es un sistema de puntos en el cual los proyectos de construcción obtienen puntos LEED por satisfacer criterios específicos de construcción sustentable. En cada una de las siete categorías de créditos LEED, los proyectos deben satisfacer determinados pre-requisitos y ganar puntos. Las cinco categorías incluyen Sitios Sustentables (SS), Ahorro de Agua (WE), Energía y Atmósfera (EA), Materiales y Recursos (MR) y Calidad Ambiental de los Interiores (IEQ). Una categorí́a adicional, Innovació n en el Diseno (ID), atiende la pericia de la construcció n sustentable así́́ como las medidas de diseno que no están cubiertas dentro de las cinco categorías ambientales anteriores. El número de puntos obtenido por el proyecto determina el nivel de certificació n LEED que el proyecto recibirá́ . La Certificació n LEED está disponible en cuatro niveles progresivos de acuerdo con la siguiente escala: Existe una base de 100 puntos; además de 6 posibles puntos en Innovación en el Diseño y 4 puntos en Prioridad Regional Certified (Certificado) 40 - 49 puntos Silver (Plata) 50 - 59 puntos Gold (Oro) 60 - 79 puntos Platinum (Platino) 80 puntos o más Fig. #19 (Certificaciones LEED ) 3.3.-¿Qué son los créditos regionales? Los créditos regionales son otra de las características de LEED a través de lo cual se reconoce la importancia de las condiciones locales en la determinación de las mejores prácticas de construcción y diseño ambientales. Los proyectos LEED podrán obtener “puntos de bonificación” por la implementación de estrategias de construcción sustentable que aborden problemas ambientales importantes que se enfrenten en una región específica. A un proyecto se le puede otorgar hasta cuatro puntos adicionales, cada uno de los cuales será́ otorgado por lograr hasta cuatro de los seis créditos de prioridad. Para descargar una lista por región de los créditos de prioridad, visite www.usgbc.org/leedv3. 3.4.-¿Cómo se ponderan los créditos de LEED? La asignación de puntos se basa en las estrategias que tendrán un impacto mayor y positivo en lo que al final tiene más importancia: el ahorro energético y reducción en la emisiones de CO2. Cada crédito fue evaluado con respecto a una lista de 13 categorías de impacto ambiental, entre los cuales se encuentra: el cambio climático, la calidad ambiental en los interiores, el consumo de agua y el agotamiento de los recursos, entre otros. lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 71 3.5.-¿Se pueden certificar productos con LEED? No, LEED sólo se aplica a proyectos de construcción sustentable. Sin embargo, los productos por separado pueden contribuir en la acumulación de puntos dentro del sistema de certificación ya que los criterios de LEED se basan en el rendimiento. En el intento por cumplir con estos requisitos, los profesionales en LEED identifican productos que tienen los atributos deseados. Sin embargo, algunos criterios LEED requieren los datos específicos de un producto como parte de una solicitud satisfactoria. 3.6.-¿Cuál es el proceso para la certificación LEED? La certificación es administrada por el Green Building Certification Institute (GBCI) a través de una red de organismos de certificación independientes y profesionales. Para registrar un proyecto de certificación LEED, visite www.gbci.org. 3.7.-¿Cuáles son los beneficios de la certificación LEED? La certificación LEED es la validación por parte de terceros del rendimiento de una construcción. Los proyectos certificados LEED combinan el rendimiento ambiental, económico y el rendimiento orientado a los ocupantes. Estas construcciones son menos costosas de operar y mantener y ahorran agua y energía. Además, tienen tasas más altas de arrendamiento que los edificios convencionales en sus mercados, son más saludables y seguras para los ocupantes y son una representación física de los valores de las organizaciones que las poseen y las ocupan. Para obtener más información visite: www.usgbc.org. 3.8.- Construcciones en Ecuador con Certificación LEED.- El Aeropuerto Ecológico Seymour de Baltra, en Galápagos, recibió la certificación LEED Gold. La terminal aérea de las Islas Encantadas fue la primera en el mundo en obtener tan importante distinción, la cual fue otorgada por el U.S. Green Building CouncilUSGBC (Consejo de la Construcción Sustentable de Estados Unidos), como un homenaje al diseño y construcción orientados a la optimización del uso de energía, iluminación, consumo de agua y utilización de materiales ecológicos y reutilizados. Sin embargo, una de las características más sobresalientes del aeropuerto es que funciona al 100% con energía renovable (solar y eólica), generada en un 65% por molinos eólicos y, el 35% restante, por paneles fotovoltaicos . Fig. #20 (Aeropuerto Isla Baltra) Construcciones II 72 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] Utilización de Energías Alternativas en Obras Civiles.Piezoelectricidad.- Con el paso del tiempo los edificios son cada vez más eficientes tanto en el espacio como en los materiales de construcción, pero ahora la compañía sueca Belatchew Arkitekter busca hacer de estas estructuras un complejo energéticamente autosuficientes, al trasformar un rascacielos en un parque eólico, cubriéndolo con miles de pelos que generaran energía al ser agitadas por el viento. El edificio escogido para el proyecto es la Torre Söder Torn de 26 pisos y 86 metros de altura, y que fue terminada en 1997, siendo una de las torres residenciales más altas en Estocolmo. Fue diseñado por el arquitecto danés Henning Larsen. Los pelos en el sentido estricto de la palabra, se tratan de fibras piezoeléctricas, que vistas de lejos darán la sensación de que le ha crecido cabello al edificio. Esta tecnología es aplicada en el proyecto Strawscraper, desarrollado por los Laboratorio Belatchew. La torre había sido diseñada con cuarenta pisos en mente, por lo que Strawscraper propone dar a la torre aquella altura original utilizando una estructura especial, cubriendo la parte superior y las paredes externas con estas fibras piezoeléctricas que al ser agitadas por el viento, las fibras generaran electricidad. Convirtiendo a Söder Torn en una planta de energía eólica en el medio de la ciudad, sin el ruido y otros problemas típicos de una granja eólica como las restricciones en cuanto a velocidades mínimas de viento y sin impacto alguno sobre la vida salvaje, dos puntos que son usados con mucha frecuencia a la hora de criticar a las turbinas de viento convencionales. Fig. #21 (Edificio Söder Torn) lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 73 La piezoelectricidad se crea cuando la deformación ciertos cristales se transforma en electricidad. La técnica tiene ventajas en comparación con las turbinas de viento tradicionales ya que no perturba la vida silvestre. Funciona a baja velocidad del viento, ya que sólo una ligera brisa es suficiente para que los pelos inicien el balanceo y la generación de energía. “Además, un aspecto adicional se revela cuando el movimiento constante de los pelos crea un paisaje ondulado en las fachadas. El edificio de repente se llena de vida y la construcción dará la impresión de que está respirando, reforzada por la noche con la iluminación de colores”, comentan los responsables del proyecto. Estas nuevas técnicas podrían crear el parque eólico urbano del futuro, ya que este nuevo tipo de planta de energía eólica abre posibilidades tanto para que los edificios antiguos como nuevos puedan transformarse en entidades productoras de energía mediante el uso de tecnología piezoeléctrica. Energía Eólica.- La empresa francesa NewWind, cuyo creador es Jérôme Michaud-Larivière, ha desarrollado un sistema de producción de electricidad en forma de árbol en el que las hojas operan como mini-turbinas eólicas. El proyecto ha sido construir un árbol de tamaño que capte hasta la más mínima brisa. En las ramas del árbol hay unas turbinas pequeñas que recogen cualquier brisa y la convierten en energía. Este árbol puede producir 3,5 kWh, por lo que podría satisfacer las necesidades de una vivienda con cuatro personas que no tuvieran un consumo eficiente. Las pruebas se han desarrollado en la Bretaña francesa, una zona donde las temperaturas son más bajas que en Andalucía, por lo que es en esta zona donde este aparato podría ser aún más efectivo. Fig. #22 (Árbol Eólico) Construcciones II 74 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] El árbol eólico, equipado con un centenar de hojas de plástico verde dependientes de un tronco de acero que funcionan como otros tantos aerogeneradores silenciosos, pretende aprovechar la mínima corriente de aire en las ciudades para generar energía. “La idea se me ocurrió en una plaza donde veía las hojas de los árboles mecerse pese a que no había una brizna de viento”, dice Jérôme Michaud-Larivière. Las mini turbinas del generador integrado, dispuestas en tresbolillo para captar cualquier brizna de aire, giran desde el momento en que el viento alcanza los 2 metros/segundo frente a los 4 m/s de los molinos eólicos clásicos, aumentando el número de días en los que el árbol –de una potencia evaluada en 2,5 y 3,5 kWh– puede producir electricidad, argumenta Michaud-Larivière. NewWind comercializa su ingenio, a demanda, por 29.500 euros.. La empresa acaba de anunciar que instalará uno de sus árboles eólicos en la Plaza de la Concordia de París, donde operará durante tres meses en modo “exposición y laboratorio a la vez”. La Plaza de la Concordia fue el primer enclave parisino al que llegó el alumbrado público. Las energías renovables en edificación, ventajas y viabilidad en eólica, solar y biomasa Uno de los tres pilares básicos para mejorar la eficiencia energética de edificios consiste en la implantación de las energías renovables, a continuación se presenta una descripción de estos sistemas o instalaciones que pueden llevarnos a conseguir la máxima eficiencia, el menor consumo y la reducción de emisiones, sobre todo en aquellos edificios existentes que, durante muchos años, se han construido sin ningún criterio de sostenibilidad. Como ventajas de las energías renovables se puede mencionar que: Armonizan perfectamente de manera que se pueden integrar con otros sistemas o instalaciones de máxima eficiencia energética. La generación de electricidad solar y la eólica pueden implantarse paralelamente al resto de instalaciones eficientes. Muchas políticas de estado a nivel europeo están orientadas hacia la rehabilitación energética y mejora de la eficiencia energética de edificios y viviendas no eficientes energéticamente, por lo que se supone que este será el principal motor capaz de generar empleo y reactivar el sector en los próximos años. En cada caso particular, la rentabilidad y la viabilidad de la implantación de las energías renovables dependerá tanto de factores climáticos del lugar como las horas de sol, velocidad y dirección de vientos dominantes, la ubicación del edificio, el uso y mantenimiento, etc,.. de manera que se requiere una valoración o estudio de estos parámetros para valorar si dicha implantación será viable, estudiando el coste de la instalación, que ahorros energéticos y qué reducción de emisiones se consiguen y en qué plazos se pueden amortizar. lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 75 Pero sin perder de vista que no sólo es un tema de ahorro económico, el principal objetivo es, por una parte, la reducción de las emisiones y del impacto sobre el medio ambiente por la gran cantidad de edificios o viviendas existentes con mala calificación energética, y por otro lado la construcción de nuevos edificios de consumo casi nulo que se diseñarían optimizando al máximo los parámetros de diseño bioclimático con energías limpias. También conseguiríamos así reducir la dependencia energética de nuestro país puesto que podemos y disponemos de la tecnología necesaria para funcionar con energías limpias. Algunas de las energías renovables más extendidas para uso en edificación son las siguientes: a) ENERGÍA EÓLICA. Ecuador cuenta ya con un parque eólico en la provincia de Loja lo cual refleja el enorme potencial de esta energía, y por lo tanto debe aplicarse también a edificios y viviendas como sistemas de producción de energía eléctrica, siempre y cuando las condiciones sean favorables. Una instalación de energía eólica está formada básicamente por un molino o un rotor con varias aspas que al girar por la acción del viento pone en marcha un generador eléctrico, el cual se suele sujetar a un mástil. La principal ventaja de esta energía es que al ser renovable es inagotable, no contamina. Se deberá tener en cuenta la gran importancia de la ubicación del edificio y de las características del lugar que la rodean, de manera que a rasgos generales será más viable cuanto mayor sea la intensidad del viento, dependiendo de la altitud, ya que a mayor altitud mayor velocidad, y también del terreno, con mayor velocidad en llanuras o zonas próximas al mar. Por tanto se darán mejores condiciones en edificaciones o construcciones aisladas, que estén próximas al mar, en zonas altas y cuando no existan gran cantidad de obstáculos en las proximidades que frenen al viento. La instalación eólica típica para edificios y viviendas se procederá a la instalación de sistemas mediante instalaciones micro-eólicas, con generadores eólicos compactos capaces de generar una potencia eléctrica inferior a 100 Kw, bien aisladas o bien en sistema híbrido junto con la instalación solar fotovoltaica. En este tipo de instalación se deberá elegir un lugar idóneo por lo que se precisa la realización de un estudio de la velocidad del viento, también se estudiará su Construcciones II 76 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] viabilidad económica, analizando costes y beneficios generados, pero hay que tener en cuenta que la mejora y el avance tecnológico permite disponer de instalaciones más eficientes y más baratas. b) ENERGÍA SOLAR. b.1) SOLAR TÉRMICA. La energía solar térmica tiene como aplicación principal la producción de agua caliente sanitaria en uso doméstico o industrial, calentamiento de agua en piscinas, calefacción a baja temperatura con suelo radiante, y también para refrigeración mediante uso de equipos de absorción. La energía solar térmica es obligatoria en España desde la entrada en vigor del código Técnico, exigiéndose que al menos un porcentaje de la demanda total de agua caliente sanitara se produzca mediante este sistema, dicho porcentaje según el DB HE-4 y en función de la zona climática, varia entre el 30 y el 70% en el caso general y entre el 50 y el 70% cuando la fuente energética de apoyo sea mediante electricidad. lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 77 Componentes De Una Instalación Solar Unifamiliar: Térmica Para Una Vivienda Captador. Acumulador. Caldera De Apoyo. Estación Solar. Punto De Consumo. El funcionamiento se basa en aprovechar la energía del sol para calentar agua u otro fluido calo-portador que circula en el interior del captador, desde ese captador el agua caliente se transporta por un circuito primario, de manera que el calor se intercambia o se acumula en un depósito para su posterior aprovechamiento desde la instalación interior de agua caliente hacia los puntos de consumo. La demanda de agua caliente que no consigamos producir mediante el captador en días nublados, se va a generar mediante un calentador o caldera de apoyo. VENTAJAS Y DESVENTAJAS: Es una energía renovable, inagotable y limpia. Construcciones II 78 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] Presenta un alto rendimiento de la instalación debido a que en nuestras latitudes disponemos de un elevado número de horas de radiación solar anual. Si el sistema de apoyo se basa en energías renovables, como por ejemplo una caldera de biomasa, se podría generar el agua caliente sanitaria y la calefacción de la manera más eficiente, sin emisiones y con una reducción del consumo de energía primaria que podría alcanzar hasta el 80%. Si la instalación se ha diseñado, calculado, construido y mantenido de manera adecuada, será una instalación que funcionará correctamente y con una larga vida útil, y teniendo en cuenta que su coste no es muy elevado queda más que garantizada su viabilidad. Como desventaja la fuente de energía del sol es variable de manera que puede bajar su rendimiento. Requiere un mantenimiento continuo, el cual es vital para el correcto funcionamiento de la instalación, un mal mantenimiento reduce el rendimiento de los paneles, siendo recomendable limpiarlos al menos una vez cada 6 meses, así como la revisión periódica de los elementos y valvulería de la instalación. Durabilidad Y Amortización De La Instalación: Según lo comentado anteriormente, y teniendo en cuenta que cada caso particular es diferente, pero suponiendo una instalación bien ejecutada y con un correcto mantenimiento debería tener una larga durabilidad no inferior a 20 años. De manera que el plazo de amortización sería bastante corto, pudiendo variar entre 5 a 10 años. b.2.-SOLAR FOTOVOLTAICA.- La energía solar fotovoltaica tiene como aplicación principal la generación de energía eléctrica a partir de la energía del sol empleando para ello unos paneles con elementos semiconductores, normalmente células de silicio, esta instalación se compone de un captador, un regulador, unas baterías de almacenamiento de energía así como de un inversor. Existes dos tipos de instalaciones las aisladas que almacenan la energía en baterías para autoconsumo y los sistemas conectados a la red en la que la energía se suministra a la red eléctrica. El montaje de los paneles se puede realizar integrándolos con la pendiente de los faldones de tejados o en fachadas orientados siempre al sur. lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 79 Componentes Y Esquemas De Una Instalación Solar Fotovoltaica Aislada Para Una Vivienda: 1.-PANEL FOTOVOLTAICO: Se compone de un conjunto de células de silicio, las más eficientes sueles ser las de silicio monocristalino, conectadas eléctricamente, encapsuladas (para protegerlas de la intemperie) y montadas sobre una estructura de soporte o marcos. Proporcionan en su salida de conexión una tensión continua, y se diseña para valores concretos de tensión que definirán la tensión a la que va a trabajar el sistema fotovoltaico. 2.-REGULADOR: Tiene como objetivo evitar que se sobre cargue la batería. En la fase de carga durante el día su misión es garantizar una carga adecuada en el acumulador, mientras que en la fase de descarga durante las horas sin luz, es permitir el suministro adecuado hacia los puntos de consumo sin que se descarguen las baterías. 3.-BATERIAS: Acumulan la energía eléctrica generada por las placas durante el día para su posterior utilización cuando no haya sol. Se pueden diferenciar según el electrolito utilizado varios tipos. Plomo-ácido, Níquel-cadmio Ni-Cd, Níquelmetal hidruro Ni-Mh o Ión litio Li ion. También por su tecnología que puede ser tubular estacionaria, de arranque, solar o gel. 4.-INVERSOR: Se encarga de convertir la corriente continua que generan las placas solares en corriente alterna para que pueda ser utilizada en la red eléctrica de la vivienda (220 V y una frecuencia de 50 Hz). VENTAJAS Y DESVENTAJAS PARA UNA INSTALACIÓN AISLADA DE RED DE AUTOCONSUMO: Es una energía renovable, inagotable y limpia. El rendimiento de la instalación en nuestras latitudes es muy bueno, pudiéndose alcanzar una potencia de hasta 1.000 W por m2 en un día despejado a la hora del mediodía, sin obstáculos con sombras. Al igual que en la solar térmica, si la instalación se ha diseñado, calculado, construido y mantenido de manera adecuada, será una instalación que funcionará correctamente y con una larga vida útil. El coste de la instalación disminuye conforme se desarrolla la tecnología, mientras que el coste del combustible va aumentando porque las reservas tienden a agotarse. Montaje rápido de la instalación, requiriendo un mantenimiento mínimo, aunque también se precisa una revisión periódica para comprobar el correcto estado de la instalación y limpieza de la cara de los paneles expuesta al sol. Incluso en los días nublados, aunque con menor rendimiento, los paneles generan electricidad. Como inconveniente se requiere de una inversión inicial elevada para realizar la instalación. Construcciones II 80 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] También habrá que prever de espacio suficiente en la vivienda para el emplazamiento de las baterías. Durabilidad Y Amortización De La Instalación: Como norma general una instalación fotovoltaica para autoconsumo suele tener una vida útil de un mínimo de 25 a 30 años, siempre claro suponiendo un buen uso y mantenimiento; respecto a su amortización existen varios parámetros que la determinan como son la calidad de los componentes de la instalación, la adecuada instalación, un cálculo según las necesidades de consumo, el uso al que se destina la instalación e incluso las subvenciones que se pueden obtener, pero como dato orientativo se puede decir que a partir de los 7 a 10 años ya puede quedar amortizada la instalación para autoconsumo, plazos más que razonables si se tiene en cuenta su duración. c) ENERGÍA DE LA BIOMASA.- La biomasa es la utilización de la materia orgánica como fuente energética. Por su amplia definición, la biomasa abarca un amplio conjunto de materias orgánicas que se caracteriza por su heterogeneidad, tanto por su origen como por su naturaleza. En el contexto energético, la biomasa puede considerarse como la materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía. Estos recursos biomásicos pueden agruparse de forma general en agrícolas y forestales. También se considera biomasa la materia orgánica de las aguas residuales y los lodos de depuradora, así como la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos , y otros residuos derivados de las industrias. La energía de la biomasa utiliza como materia prima los pellets, los restos de la poda, huesos de oliva, las cáscaras de almendras, (generalmente residuos de actividades agrícolas y forestales o subproductos de la transformación de la madera) para generar energía térmica para agua caliente sanitaria y calefacción. Existen también otros tipos de biomasa húmeda procedente de la fabricación de aceites vegetales entre la que se encuentra los biocombustibles como el biodiesel o etanol, que sobre todo son eficientes para calderas de cogeneración con tecnologías tipo Stirling. lviera@uce.edu.ec [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] 81 En el caso de viviendas unifamiliares o edificios de viviendas, se consigue obtener un elevado ahorro energético y gran eficiencia con la implantación de calderas de biomasa, para generar calor para agua caliente y calefacción. Componentes y Esquema De Una Instalación De Caldera De Biomasa Para Agua Caliente y Calefacción Para Una Vivienda: ACUMULADOR. CALDERA DE PELLETS. (Se compone de la cámara de combustión, zona de intercambio, cenicero y caja de humos.) TRANSPORTE AUTOMATICO DE PELLETS. (Sistema de alimentación mediante un tornillo sin fin.) ENTRADA DE PELLETS. ALMACEN DE PELLETS VENTAJAS Y DESVENTAJAS: La tecnología es análoga a la de calderas de combustible fósil y los equipos no son excesivamente caros. Se considera que tiene una emisión nula de dióxido de carbono. Los pellets resultan mucho más rentables que otros combustibles como el gasóleo o el propano, esta relación determina su amortización. La biomasa tiene un poder calorífico inferior al de los combustibles fósiles, por lo que, se necesita mayor cantidad para obtener la misma energía. En algunos tipos de caldera se necesita combustible procesado, por ello es necesario comprar el combustible a un tercero especializado, ya que es posible que biomasa sin procesar no sea aceptada por el mecanismo alimentador. No se integra fácilmente en el conjunto arquitectónico de la vivienda y ha de situarse en un local especialmente habilitado para ella. Durabilidad Y Amortización De La Instalación: Construcciones II 82 [SISTEMAS CONSTRUCTIVOS SUSTENTABLES] Dando por sentado el correcto mantenimiento de la instalación, su durabilidad mínima debería de ser entre 20 a 25 años. La amortización depende de varios factores, cada caso es diferente, pero por ejemplo en el caso de una vivienda unifamiliar aislada de aproximadamente 100 m2 con biomasa para agua caliente y calefacción, se puede amortizar en un periodo aproximado de entre 5 y 8 años. Una solución para realizar un proyecto de máxima eficiencia y con un alto ahorro de energía sería instalar la caldera de biomasa con una bomba de calor geotérmica para calefacción y climatización. Tanto para el caso de edificios de viviendas de obra nueva como para edificios existentes, así como para viviendas unifamiliares se puede obtener la máxima eficiencia instalando estas calderas, pues reducen las emisiones a casi el 100%, y proporcionan importantes ahorros energéticos, alcanzándose la máxima calificación energética. lviera@uce.edu.ec
