Tema 14: Innovación y sostenibilidad.1. Situación actual de los Materiales de Construcción.

2. Progreso en Materiales de Construcción.

3. Materiales modificados.

4. Nuevos Materiales compuestos.

A. Materiales compuestos laminados

B. Materiales compuestos reforzados

5. Investigación, desarrollo e innovación en materiales y productos de construcción.

6. Materiales para una construcción sostenible.

MATERIALES ICurso 2016-2017. Ciencia y Tecnología de la Edifica ción. C. Guadalajara

Profesor Gonzalo Barluenga Badiola

Situación actual en materiales

• El uso de materiales en arquitectura es acumulativo / evolutivo. Convivencia de diferentes tipos:

• Condicionantes: Disponibilidad de materias primas, técnicas de fabricación y aplicación y mano de obra; económicos; medioambientales.

NaturalesTransformadosArtificiales (tradicionales e industrializados)

¿Qué pedimos a los nuevos materiales?

• Que mejoren/aumenten las propiedades de los materiales actuales.– Para nuevas aplicaciones de materiales

convencionales.

– Para nuevos materiales en las mismas aplicaciones.

• Que garanticen la seguridad de las personas

• Que mantengan sus propiedades en el tiempo.

• Que reduzcan el impacto ambiental y el consumo de recursos.

¿Qué nos ofrecen los nuevos materiales?

• Nuevas formas, texturas, apariencia.• Mayores prestaciones.• Mayor seguridad:

– Mejores características mecánicas– Mayor fiabilidad– Uso habitual– Situaciones de emergencia

• Mejor comportamiento frente a agentes externos (durabilidad).

Progreso en Materiales de Construcción

• Persigue mejorar y aumentar las prestaciones de losmateriales y productos de construcción paraaplicaciones concretas.

• Especialización de los productos de construccióncondicionando su forma y colocación. Las formas sonmás complejas y se consiguen gracias al avance de lastécnicas de fabricación.

• La industrialización de la fabricación permitegarantizar las características (físicas y mecánicas),incrementando lafiabilidad .

• Líneas: materiales modificados y compuestos.

Materiales de Construcción Modificados

• Son evolución de materiales artificiales (tradicionalesoindustrializados). (Materiales avanzados)

• El objetivo es mejorar las prestaciones de losmateriales, modificando sus propiedades. Se consiguecambiando la composición, micro- y macroestructura.

• Las mejoras pueden estar asociadas a las técnicas defabricación, aplicación o a las propiedades tecnológicasuna vez colocados.

• En general, provienen de aplicaciones de ingeniería,por lo que su incorporación en arquitectura requiere desu adaptación a un uso concreto.

Investigación en Materiales Modificados

• Morteros modificados (fluidos, ligeros, con látex)

• Hormigones avanzados

• Aleaciones metálicas

• Cerámicas avanzadas

• Nuevos materiales plásticos (composites)

• Materiales espumados (vidrio celular, espumasmetálicas)

• Materiales compuestos

• Materiales “inteligentes” (de respuesta activa)

Materiales Compuestos

• Constituidos por diferentes materiales, elementos ocomponentes, que no forman sistema, pero quemuestranefectos conjuntosa escala macroscópica.

• Se diseñan para mejorar el comportamiento físico omecánico de materiales homogéneos.

• La combinación de materiales produce un aumento delas propiedades del conjunto, aunque se distinguenclaramente cada uno de ellos.

• Ejemplos: hormigón armado, paneles laminados,vidrios de seguridad, etc.

Nuevos Materiales Compuestos

• Compuestos laminados: láminas de uno o variosmateriales unidos superficialmente (material de unión).

Se busca adaptar el comportamiento de un materialconocido a una aplicación concreta. Se diseñan “a lacarta”.

• Compuestos reforzados: Inclusión de un material derefuerzo en una medio continuo (matriz), mejorando elcomportamiento de ambos (compatibilidad)

La inclusión del refuerzo mejora las propiedadesmecánicas de la matriz.

La matriz protege el refuerzo del ambiente.

Nuevos Materiales Laminados• Se combinan láminas de diferentes materiales, unidas

con adhesivos.– Aluminio

– Piedra

– Plásticos

– Cerámica

– Compuestos de cemento

– Madera

• Buscan combinar las propiedades de los componentes,industrializar productos y reducir espesores.

• El elemento clave esel adhesivo(unión de materiales apriori incompatibles).

Fabricación de Laminados (prensado)

Laminados plásticos en construcción

Madera laminada

Laminados de madera

Laminados de piedra

Laminados cerámicos con

piedra

Nuevos Laminados de

vidrio

Investigación, Desarrollo e Innovación en Materiales (I+D+I)

• Existen diferentes líneas de investigación que buscanproducir nuevas soluciones para la construcción:

Estudio de propiedades y comportamiento de materiales(Ciencia de Materiales)

Desarrollo de nuevos materiales (Ingeniería)– Nuevos procesos de fabricación

– Variaciones de composición, estructura y propiedades de losmateriales (Nuevos Materiales)

– Desarrollo de productos y nuevas aplicaciones

Desarrollo de nuevos sistemas constructivos(Tecnología de la Construcción)

Ciencia e ingeniería de Materiales

Nuevos Materiales de Construcción

• El desarrollo de Nuevos Materiales para construcciónse realiza actualmente en dos campos principales:

• Materiales de altas prestaciones: provienen de laIngeniería (Civil, Industrial, Aeroespacial).

Hormigones y morteros avanzados

Metales y aleaciones avanzadas

Materiales compuestos poliméricos (Composites)

• Materiales sostenibles: buscan reducir el consumo derecursos, reduciendo el impacto ambiental.

Uso de Materiales regionales

Aumento de la vida útil de los materiales (durabilidad)

Uso de componentes renovables y reciclaje de residuos

Construcción Sostenible

• El concepto de Sostenibilidadestá relacionado con elestudio, la evaluación y la reducción de:

- el consumo de recursos

- el impacto ambiental

- los riesgos para la seguridad de las personas

debidos a los productos, los procesos y los sistemas quese utilizan actualmente en las sociedadesindustrializadas.

Materiales para una Construcción Sostenible

• Los Materiales Sosteniblesson aquellos que consumenmenos recursos no renovables o que producen un menorimpacto ambiental que otros materiales cumpliendo lasmismas funciones.

• El objetivo es reducir el consumo de los recursos norenovables y el impacto ambiental, garantizando laseguridad.

• Hay que evaluar los materiales, para poder compararlos odefinir los puntos críticos que se producen desde que sefabrica el material hasta que se desecha (Herramientas deevaluación).

Herramientas de evaluación medioambiental

• Son procedimientos normalizados para obtener distintivosde carácter voluntario.

- Intensidad Energética (para fabricar un kg de material)

- Eco-etiquetas (organismo oficial)(ISO 14024:1999)

- ACV normalizado(ISO 14040:1997)

- Declaraciones ambientales (fabricante)(ISO 14021:1999)

- Declaración sobre el perfil ambiental de un producto oEPDs (Propia de cada país y tipo de material, basada enACV). (ISO 14025:2000)

Análisis del Ciclo de Vida (ACV) • El objetivo es detectar las posibles mejoras que se pueden

conseguir estudiando el material “desde la cuna hasta la tumba”

• Etapas del Ciclo de Vida de un Material :

Extracción de Materias Primas.

Procesamiento de Materias Primas.

Fabricación.

Transporte.

Puesta en Obra.

Mantenimiento.

Reciclado o Deposición del residuo.

Fases del Análisis del Ciclo de Vida (ACV)

Estrategias de Sostenibilidad en Materiales

• Uso de recursos de la zona donde se va a construir (Materiales Regionales) .

• Aumento de la vida útilde los Materiales.• Uso de materiales fácilmente regenerables, que

producen poco impacto ambiental.• Reciclaje/Reutilizaciónde Materiales de Construcción

(Deconstrucción).• Uso de Componentes y energías renovables o

reciclados.• Utilización de residuos urbanos o industriales.• Reducción del uso de componentes tóxicos.

Materiales regenerables• Constituidos por materiales de origen vegetal:

– Residuos de madera: restos de poda, serrería.– Restos de corcho.– Polvo de lijado.– Fibras vegetales.

• Utilización como componente en materiales compuestos (partículas y fibras) de matriz polimérica o cementicia.

• Uso como materia prima (fibras de celulosa para refuerzo, mallas y tejidos).

Reciclaje de Materiales de Construcción

Reciclaje de Materiales de Construcción (Residuos de Construcción y Demolición)

RESIDUOS POR DEMOLICIÓN

RESIDUOS POR CONSTRUCCIÓN

Tierras sobrantes 0,0%Pétreos y hormigones 44,2%Cerámicos 41,8%Metales y maderas 2,3%Otros 11,7%

Tierras sobrantes 85,5%Pétreos y hormigones 7,3%Cerámicos 5,2%Metales y maderas 0,1%Otros 1,9%

(R. Huete 2001, Valores medios)

Reciclaje de Materiales de Construcción

• Viabilidad técnica y económica

• Disponibilidad, homogeneidad

• Ejemplos de reciclaje de materiales:– Hormigón (áridos reciclados)

– Metales y productos metálicos

– Prefabricados de yeso

– Madera y productos de madera

– Productos de Vidrio

– Cerámica

RCD no susceptibles de ser reciclados (tóxicos o peligrosos)

Reciclaje de productos de yeso

Reciclaje de productos de yeso

Residuos susceptibles de ser reciclados

• Valorización de residuos susceptibles de ser incorporados en la fabricación de materiales de construcción:

o Residuos de cantería (restos de extracción, procesado y transporte): mármol, pizarra, etc

o Residuos de procesos industriales (cenizas, lodos, escorias)

o Residuos sólidos urbanos (RSU)

Conclusiones Materiales Sostenibles en Arquitectura

• Los materiales sosteniblesson aquellos que están diseñados, producidos y utilizados de acuerdo con criterios de sostenibilidad.

• Las estrategiaspara obtener nuevos materiales más sostenibles surgen desde el diseño y la arquitectura sostenible.

• Abarcan todos los tipos de materialesde construcción: desde componentes naturales hasta productos altamente industrializados.

Glosario de conceptos del Tema 14•Materiales avanzados •Materiales sostenibles

•Investigación en materiales avanzados •Construcción sostenible

•Materiales compuestos •Herramientas de evaluación

•Compuestos laminados •Análisis del Ciclo de Vida

•Compuestos reforzados •Estrategias de sostenibilidad

•Nuevos materiales laminados •Materiales regenerables

•Líneas de investigación y desarrollo •Reciclaje y Materiales reciclados

•Ciencia e ingeniería de materiales •Residuos reciclables

•Materiales de altas prestaciones

Tema 14: Innovación y sostenibilidad.1. Situación actual de los Materiales de Construcción.

2. Progreso en Materiales de Construcción.

3. Materiales modificados.

4. Nuevos Materiales compuestos.

A. Materiales compuestos laminados

B. Materiales compuestos reforzados

5. Investigación, desarrollo e innovación en materiales y productos de construcción.

6. Materiales para una construcción sostenible.