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Master en Proyecto de Arquitectura y Ciudad Asignatura: Materiales de última generación y materiales eficientes. Estudiante: Rosana Casas Sansó Material: ETFE

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¿Qúe es el ETFE?: ETFE: etil – tetra – fluor – etileno de teflón El ETFE es un fluoroplástico que originalmente fue creado para la arquitectura naval y se conoce desde 1972. Breve Reseña Histórica del material: El ETFE fue manufacturado inicialmente por la firma Dupont en la década de 1970, para su uso en la industria aeronáutica. Pero Dupont no se interesó inicialmente en aquella época en poner en manos de los arquitectos el conocimiento de este material. Fue Stefan Lehnert, un ingeniero mecánico alemán y estudiante de administración de empresas, quien estudió el material en busca de nuevos usos y tecnologías de mercado. En 1982, funda Vector Foiltec, una compañía especializada en el diseño y manufactura del ETFE, de donde se comienza a comercializar sobre todo para su uso constructivo.

Fluoroplásticos:

Gran familia (PTFE, FEP. PFA, CTFE, ECTFE, ETFE y PVDF) de materiales caracterizados por excelente resistencia eléctrica y química, baja fricción y estabilidad sobresaliente a altas temperaturas; la resistencia es de baja a moderada; su costo es alto.

Los fluoropolímeros se encuentran entre los polímeros químicamente más inertes y conservan su estabilidad en casi todos los entornos químicos. Estas propiedades de alto rendimiento son el resultado directo de su estructura química única, que es muy diferente a la estructura de los polímeros tradicionales como el polietileno.

Si se entiende cabalmente la estructura química se puede comprender mejor el motivo por el cual los fluoropolímeros tienen una resistencia química tan destacada (entre otras propiedades).

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Los copolímeros se usan mucho en la familia de los fluoropolímeros. Algunos ejemplos son:

- El ETFE (polietilenetetrafluoroetileno) es un copolímero de etileno y tetrafluoroetileno que tiene la forma:

En la vida real, los fluoropolímeros son altamente resistentes a los productos químicos y no se disuelven con la mayoría de los solventes.

Los únicos materiales que atacan este rango de materiales son los metales alcalinos disueltos o fundidos, como el sodio en amoniaco líquido, que extrae el flúor de la molécula y deja un acabado negro (carbono) en la superficie.

Además, a temperaturas elevadas algunos fluoropolímeros pueden ser atacados por el flúor, algunos compuestos de flúor y óxidos y carbonatos de metales alcalinos y alcalinotérreos.

El ETFE es un material con excelentes propiedades térmicas, químicas y eléctricas, y una resistencia elevada al corte y a la abrasión. La lámina de ETFE es reciclable y puede soportar todas las agresiones climatológicas más de 25 años. No hay riesgo de contaminación durante las fases de fabricación, ni consecuentemente en las fases de reciclado.

Por todos estos motivos este material es considerado como un material ecológico. El sistema para la formación de cubiertas esta creado a través de 2 láminas de ETFE interponiendo aire a presión en su interior, creando unos colchones. Estos colchones forman una estructura estable, transparente, resistente y duradera, y además de un buen aislamiento. El material es resistente a la lluvia, al hielo y a la humedad y a la mayoría de los agentes químicos. El grosor estándar de las láminas varía entre 0.05 y 0.20mm. Pueden crearse láminas de colores mediante la adicción de pigmentos, aunque

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alternativamente puede recibir una capa de pintura. La vida estimada de la lámina de ETFE es al menos 25-30 años. La cubierta de protección transparente ETFE tiene una alta permeabilidad a la radiación UV por lo que lo hace un material cada vez más usado para las cubiertas de invernaderos, piscinas, etc.

CRITERIOS DE VALORACIÓN

Ecológicas

MPNR RCB RCD ENRG % Añ F.Ind V.Util Ecol. Total

x2 x1,5 x 1,5 x 1 x 1 x 1 x 1

0 1,5 0 1 1 1 1 5,5

66%

Económicas

FCOM PHOM CCOL PEMP CHUM Econom. Total

x2 x1,5 x1 x1 x1

2 0 0 1 1 4

61%

PROPIEDADES DEL ETFE: Propiedades Eléctricas Constante Dieléctrica @1MHz 2,6 Factor de Disipación a 1 MHz 0,0005 Resistencia Dieléctrica ( kV mm-1 ) 25 Resistividad Supeficial ( Ohm/sq ) >1014

Resistividad de Volumen ( Ohmcm ) 1016

Propiedades Físicas Absorción de Agua ( % ) 0-0,03 Densidad ( g cm-3 ) 1,7 Indice Refractivo 1,403 Indice de Oxígeno Límite ( % ) 30-32 Inflamabilidad V0 Resistencia a la Radiación Aceptable Resistencia a los Ultra-violetas Excelente

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Propiedades Mecánicas Alargamiento a la Rotura ( % ) 250-350 Dureza - Rockwell R50 Módulo de Tracción ( GPa ) 0,8 Resistencia a la Tracción ( MPa ) 28-48 Resistencia al Impacto Izod ( J m-1 ) >1000

Propiedades Térmicas Calor Específico ( J K-1 kg-1 ) 1900-2000 Coeficiente de Expansión Térmica ( x10-6 K-1 ) 90-170

Conductividad Térmica a 23C ( W m-1 K-1 ) 0,24 Temperatura Máxima de Utilización ( C ) 150-160 Temperatura Mínima de Utilización ( C ) <-100 Temperatura de Deflección en Caliente - 0.45MPa ( C ) 105

Temperatura de Deflección en Caliente - 1.8MPa ( C ) 70

Resistencia Química Acidos - concentrados Buena Acidos - diluidos Buena Alcalís Buena Alcoholes Buena Cetonas Buena Grasas y Aceites Buena Halógenos Buena Hidro-carbonios halógenos Buena Hidrocarburos Aromáticos Buena

Otras Propiedades Valor

Permeabilidad al Agua @38C x10-13 cm3. cm cm-2 s-1 Pa-1

170

Permeabilidad al Dióxido de Carbono @25C

x10-13 cm3. cm cm-2 s-1 Pa-1

3

Permeabilidad al Nitrógeno @25C x10-13 cm3. cm cm-2 s-1 Pa-1 0,2

Permeabilidad al Oxígeno @25C x10-13 cm3. cm cm-2 s-1 Pa-1 0,6

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Propiedades de ETFE para la construcción y la arquitectura:

- Permite cubrir grandes áreas sin que se acompañen de igual proporción de estructura

- Permite actuaciones tanto verticales como horizontales - Puede iluminarse y colorearse - Puede imprimirse - Puede tensarse - Admite diferentes texturas - Permite infinidad de formas - Durabilidad

ANÁLISIS DE UNA OBRA CONSTRUCTIVA REALIZADA CON ETFE COMO MATERIAL RELEVANTE. ESTADIO ALLIANZ ARENA Datos generales: Arquitectos: Herzog & de Meuron Localización: Munich, Alemania Capacidad: 66 000 plazas Área: 170 000 m² Dimensiones: 258 x 227 x 50 m ( 840 m de circunferencia ) Tiempo de ejecución: 30 meses (2002-2005) Presupuesto: 300 millones de euros Manufactura de ETFE: Covertex Hasta hace unos años, los expertos en estructura nos exigían para una cierta luz a cubrir, varios kilos de estructura. Desde hace un tiempo a esta parte va siendo posible fabricar globos que funcionen como cubiertas, con un “consumo estructural” prácticamente nulo, capaces de cubrir enormes superficies sin apenas peso propio. Uno de los materiales que permiten esto es el ETFE, utilizado a gran escala en la Estadio Allianz Arena de Munich como fachada y cubierta.

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El Allianz Arena es la envoltura más grande del mundo realizada con material ETFE. Posee una fisonomía bipolar debido a los equipos locales que juegan en el estadio: el Bayern (rojo) y el TSV (azul): la zona Norte corresponde al Bayern y la Sur al TSV, ambas con sus respectivas áreas de calentamiento, vestuario, restaurantes y tiendas. Situado entre las 2 autopistas más grandes de la ciudad, en estadio se emplazó sobre una montaña artificial. El paisaje artificial que cubre la explanada de aparcamientos desde el metro hasta el estadio, por el que se produce la “peregrinación de los aficionados”, contiene franjas de verde y caminos serpenteantes de asfalto, configurando un ritmo direccional.

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Es la cáscara exterior la que ha concentrado todo el esfuerzo del diseño arquitectónico, consistente en un entramado espaciado en elementos romboidales, en los cuales se insertan las almohadillas de ETFE. ¿Cuáles de las posibilidades del ETFE se han explotado en el Allianz Arena?:

- La elección del ETFE se debe a su flexibilidad durante el proceso de obtención de la forma y reducido coste, además el césped no se debe cambiar tan a menudo por la permeabilidad a rayos UVA de la cubierta.

- También ETFE ofrece la posibilidad de reciclado puro, 80 toneladas de material cada 0.2 km².

- Los informes de protección frente al fuego prueban la adecuación del material incluso para fachadas.

- Arquitectura ligera, adaptable y contingente - Tratamiento matizado y particular de la luz - Grandes posibilidades con la iluminación artificial - Impermeabilidad, pero permeabilidad de UV. - Posibilidad de climatizar enormes espacios para usos diversos.

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Composición de la Estructura de ETFE del Allianz Arena:

- Superficie a cubrir: 37 600 m² - Las almohadillas romboidales que componen la cáscara plástica del

estadio están soportadas por una subestructura de acero, anclada a los cantos forjados de hormigón de la zona baja.

- Una estructura espacial triangulada de forma al voladizo de la cubierta. - Las piezas son iguales sólo de 2 en 2, lo que supone 1500 geometrías

distintas a procesar individualmente. - 2874 paneles romboides que envuelve el óvalo desde la base hasta el

techo, de no más de 25 mm de grosor. - Inflados bajo una presión constante de 3 milibares por medio de 12

ventiladores mecánicos. - Bajo la estructura de acero de la cubierta se sitúan los toldos retráctiles

en forma radial, que se deslizan bajo la acción de 51 motores, para aportar la sombra suficiente a los espectadores.

- 1000 de estos paneles están iluminados con 100 kilómetros de cable, coloreando la fachada en 3 posibles tonos: rojo, blanco y azul, cada almohadilla tiene un sistema de iluminación particularizado que se controla electrónicamente.

- De día, la luz natural atraviesa las láminas plásticas traslúcidas, iluminando suavemente el interior.

- La membrana suspendida del lado sur, se ha dejado totalmente transparente, con el objetivo de asegurar que el rectángulo de hierba reciba la radiación solar necesaria.

- Los cojines de la cubierta no funcionan como aislamiento térmico. Desde el punto de vista térmico el edificio y la cubierta están completamente separados. Sin embargo la nieve, lluvia y viento no llegan al interior ni a los stands. Una estructura convencional de vidrio y cerramiento del edificio llevan un sistema de acondicionamiento para los interiores. El sistema de fijación permite su instalación parcial durante el proceso de manufactura de los cojines. Los perfiles EPDM prefabricados atan el cojín al borde anclándose después a una estructura de acero. Entre cojines hay un sistema de canalización de agua sellado con perfiles sintéticos flexibles de TPO.

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- Detalle de la fachada de ETFE del Allianz Arena.

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Obtención automática de patrones: 3000 cojines y 1500 formas distintas, pero siempre el mismo principio de geometría de diamante. Se realizó un software para cálculo de los patrones. Antes de que comience el proceso de manufactura se comprueban los cojines en la estructura de acero tridimensional. Al comenzar el proceso de manufactura toda la información relevante pasa a la máquina de corte que no solo corta la membrana sino que abre los orificios para la inyección de aire y la salida de emergencia del agua, además del estampado y la impresión de la información para el montaje directamente en la lámina. Un tipo de cojín del Allianz Arena tuvo que diseñarse a mano, el cojín del alero que rodea el borde de la cubierta del terreno de juego, 4 cojines con longitud de 60 m forman el límite de la cubierta.

- Modelado de una cubierta de ETFE Ensayos practicados al ETFE antes de su colocación.

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- Prueba de resistencia a compresión.

- Ensayo sobre el terreno

- Prueba de resistencia al fuego

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- Prueba de cojín de ETFE en laboratorio.

- Prueba de resistencia en laboratorio. Secuencia constructiva del montaje del ETFE:

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1. Luego del corte de la lámina de ETFE mediante una máquina de láser se procede a la unión de las láminas por termosellado y cubrición de la junta con un elastímetro como protección.

2. Puesta en obra del ETFE

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3. El rombo de ETFE se presenta en la estructura metálica

4. El cojín de ETFE se estira y se sitúa dentro del perfil metálico.

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5. Colocación de los conductos de aire y anclaje de la estructura metálica.

7. Inflado del cojín y mantenimiento a presión constante.

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8. Imagen final del ETFE montado. OTRAS OBRAS ARQUITECTÓNICAS RECIENTES REALIZADAS CON ETFE COMO MATERIAL FUNDAMENTAL O RELEVANTE EN SU CONSTRUCCIÓN.

- Centro Acuático Nacional de Beijing, 2007.

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- Stadium Nacional de China, Beijing, 2007.

- Teatro Duisburg Meiderich, 2005.

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- Museo Lemay.

Bibliografía:

- Revista AV-Monografías No. 114, 2005. Herzog & De Meuron (2000-2005).

- Revista Arquitectura Viva No. 106, 2006. Parque automóvil. - Revista Techniques & Architecture No. 480. Octubre-Novembre 2005.

Sports equipments. - Revista Pasajes Construcción No. 15, Febrero 2006. Plástico Mágico,

ETFE.