UF0569 - Edificación y eficiencia energética en los edificios

Por Ángela Martínez Lago

La finalidad de esta Unidad Formativa es enseñar a realizar el análisis de distintos parámetros y características de los edificios y comprobar que cumplen las condiciones establecidas para la limitación de la demanda energética del edificio.

Para ello, en primer lugar se repasarán los fundamentos de la edificación y la eficiencia energética.

Posteriormente, se profundizará en los apartados que tratan sobre las condensaciones en la edificación, la permeabilidad de los materiales en la edificación y el aislamiento térmico en la edificación.

Para finalizar la unidad, se enumerarán las soluciones energéticas para la edificación.

Tema 1. Fundamentos de la edificación y eficiencia energética
1.1 Tipología de edificios según su uso.
1.2 Estructuras en la edificación.
1.3 Nociones básicas de cimentación en la edificación.
1.4 Descripción y comportamiento energético de los materiales en la edificación.
1.5 Resistencia térmica total de una edificación.
1.6 Factor de solar modificado de huecos y lucernarios.
1.7 Construcción bioclimática.
1.8 Sostenibilidad y análisis del ciclo de vida.

Tema 2. Condensaciones en la edificación
2.1 Condiciones exteriores.
2.2 Condiciones interiores.
2.3 Condensaciones superficiales.
2.4 Condensaciones intersticiales.
2.5 Ficha justificativa del cumplimiento de la limitación de condensaciones.
2.6 Impacto la humedad en el edificio.
2.7 Tipos de humedades y patologías asociadas.

Tema 3. Permeabilidad de los materiales en la edificación
3.1 Grado de impermeabilidad.
3.2 Condiciones de las soluciones constructivas de muros.
3.3 Condiciones de las soluciones constructivas de suelos.
3.4 Condiciones de las soluciones constructivas de fachadas.
3.5 Condiciones de las soluciones constructivas de cubiertas.
3.6 Características de los revestimientos de impermeabilización.
3.7 Permeabilidad al aire de huecos y lucernarios.

Tema 4. Aislamiento térmico en la edificación
4.1 Concepto de transmitancia y resistencia térmica.
4.2 Tipos de soluciones de aislamiento térmico.
4.3 Transmitancias térmicas de las soluciones constructivas.
4.4 Coeficientes de convección en en la superficie exterior e interior.
4.5 Propiedades radiantes de los materiales de construcción.
4.6 Resistencia térmica global. Coeficiente global de transferencia e calor.
4.7 Elementos singulares.
4.8 Estimación del espesor del aislamiento.
4.9 Distribución de temperaturas y flujo de calor en estado estacionario.
4.10 Condensaciones interiores. Temperatura de rocío.

Tema 5. Soluciones energéticas para la edificación
5.1 Soluciones de instalaciones de climatización y alumbrado para cada tipo de edificación.
5.2 Instalaciones de alta eficiencia energética.
5.3 Integración de instalaciones de energías renovables en la edificación.

• Idioma: Español
• Editorial: Editorial Elearning
• Fecha de lanzamiento: 14 ene 2019

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1.1. Tipología de edificios según su uso

1.2. Estructuras en la edificación

1.2.1. Estructuras de hormigón

1.2.2. Estructuras de acero

1.2.3. Estructuras de madera

1.3. Nociones básicas de cimentación en la edificación

1.4. Descripción y comportamiento energético de los materiales en la edificación

1.4.1. Soleras en contacto con el terreno

1.4.2. Suelos con cámara sanitaria

1.4.3. Forjados

1.4.4. Cubiertas

1.4.5. Cubiertas enterradas

1.4.6. Paredes exteriores

1.4.7. Muros en contacto con el terreno: gravedad, flexorresistente y pantalla

1.4.8. Particiones interiores

1.4.9. Huecos y lucernarios

1.4.10. Cámaras de aire

1.5. Resistencia térmica total de una edificación

1.6. Factor solar modificado de huecos y lucernarios

1.7. Construcción bioclimática

1.8. Sostenibilidad y análisis del ciclo de vida

1.1.Tipología de edificios según su uso

Definición

Un edificio es una construcción realizada por el ser humano con materiales resistentes, destinada a albergar personas, y sus enseres y/o animales.

Los edificios están formados básicamente por una estructura portante (resistente) y una envolvente protectora frente a las inclemencias naturales (frío, calor, viento, lluvia, etc.), y de agresiones externas (robos, guerras, etc.).

Esta envolvente protectora sirve de cierre en toda su superficie exterior: cubierta, fachada, etc.

Sabías qué

El origen etimológico de la palabra edificio tiene relación con hacer fuego, puesto que las primeras construcciones humanas tenían como objetivo proporcionar cobijo alrededor de un fuego (que se usaba para cocinar o calentarse).

Dentro de los edificios se consigue un ambiente interior determinado, así como unas condiciones espaciales, de privacidad, etc.

Todo edificio se construye con una finalidad, que puede ser:

–Protegerse de la intemperie.

–Habitar, con unas condiciones adecuadas.

–Guardar objetos y pertenencias.

–Servir como espacios para la realización de diversas actividades.

Las funciones que han de cumplir los edificios han ido variando a lo largo del tiempo, a la vez que han ido cambiando las actividades humanas y las técnicas constructivas.

Para que un edificio sea apto para el uso al que es asignado, ha de cumplir una serie de requisitos de superficie, instalaciones y acondicionamiento, de manera que en su interior se favorezca el desarrollo de dicho uso.

Existe una gran variedad de edificios, que podríamos clasificar por su forma, función, o titularidad, entre otros criterios. Pero la clasificación fundamental es aquella referida al uso al que es destinado.

Las tipologías de edificio más habituales según su uso son las siguientes:

Importante

El uso de los edificios es muy importante a la hora de cuantificar las demandas y el consumo energético.

Edificio residencial

Es aquel destinado al alojamiento de personas. A su vez, podemos distinguir dos categorías principales:

–Residencial privado (o residencial vivienda). Son edificios destinados al alojamiento permanente. Es el caso de viviendas unifamiliares, viviendas en edificios colectivos, apartamentos, etc.

–Residencial público. Son los edificios destinados a proporcionar un alojamiento temporal, y cuya titularidad es diferente del conjunto de los ocupantes. Este es el caso de hoteles, hostales, albergues, residencias, pensiones, apartamentos turísticos, etc.

Edificio Comercial

Se caracteriza porque su actividad principal es la venta de productos directamente al público o la prestación de servicios relacionados con los mismos.

Puede clasificarse a su vez en:

–Pequeño comercio. Por ejemplo: tiendas, supermercados.

–Grandes superficies. Como: centros comerciales. grandes almacenes, galerías comerciales, etc.

Edificio Administrativo

Edificio en el que se desarrollan actividades de gestión o de servicios. Son ejemplos las oficinas, despachos profesionales, bancos, centros de la Administración Pública, etc.

Edificio Docente

Es aquel que se dedica a la docencia en cualquier nivel, como una escuela infantil, un centro de enseñanza primaria, secundaria y universitaria, o un centro de formación profesional.

Edificio Cultural

Es un edificio destinado a actividades relacionadas con la promoción y divulgación de la cultura pudiendo llevar a cabo actividades de espectáculos, reunión, esparcimiento, deporte, auditorios, juego y similares. Algunos ejemplos son los teatros, museos, galerías de arte, auditorios, gimnasios, polideportivos.

Museo Guggenheim (Bilbao)

Edificio Sanitario

Un edificio sanitario es una instalación médica dedicada al cuidado y prevención de la salud.

Están aquí catalogados los centros de salud, consultorios, centros de análisis clínico o ambulatorios.

Edificio Hospitalario

Es aquel edificio, como el sanitario, dedicado a la asistencia sanitaria. La diferencia radica en que el edificio hospitalario está adecuado para la hospitalización de pacientes durante las 24 horas, y ha de reunir condiciones suficientes para albergar personas incapaces de cuidarse por sí mismas.

Es el caso de los hospitales, las clínicas, los sanatorios y las residencias geriátricas.

Edificio Religioso

Un edificio religioso es aquel destinado al culto, de cualquier confesión o creencia. Son ejemplos de este uso las iglesias, monasterios, catedrales o mezquitas.

Edificio de transporte

Edificación destinada al transporte de personas, como una estación de autobús o de tren.

Edificio Industrial

Se trata de una edificación, generalmente de gran tamaño, donde se desarrollan actividades de tipo productivo. Puede ser, por ejemplo, una fábrica, o una central eléctrica.

Edificio Aparcamiento

Se trata de un edificio dedicado al estacionamiento de vehículos, sin incluir en este concepto los garajes de viviendas unifamiliares o los aparcamientos en espacios exteriores.

Almacén

Son construcciones que permiten guardar objetos y mercancías. En función de la naturaleza de lo que se vaya a almacenar, deberá cumplir unas condiciones de tamaño e higiénicas (renovación de aire, etc).

1.2.Estructuras en la edificación

Definición

Las estructuras constituyen el armazón del edificio.

Son el conjunto de elementos resistentes, conectados entre sí, que resisten las cargas de todos los elementos del edificio y las previsibles según su uso, y las transmiten los apoyos.

Deben resistir su propio peso y el de los materiales de edificación, las sobrecargas de uso, y las acciones del viento, movimientos sísmicos, etc.

Condiciones de la estructura

La estructura ha de garantizar:

–Estabilidad, manteniendo el equilibrio (sin volcar o caer). Para conseguirlo, debe procurarse que el centro de gravedad coincida con el centro geométrico.

–Rigidez, sin sufrir deformaciones incompatibles. Puede conseguirse mediante la utilización de arriostramientos o de triangulaciones, o bien cuidando las uniones entre elementos.

–Resistencia, sin romperse. Es necesario un buen diseño y dimensionado de la estructura, teniendo en cuenta el material utilizado.

Las cargas que resiste una estructura no son estables: varían a lo largo del día, de las épocas del año y en general a lo largo de la vida útil del edificio.

Elementos de una estructura

La estructura de un edificio consta generalmente de los siguientes elementos:

–Cimentación. Conjunto de elementos que sirven de apoyo a un edificio.

(Se explica con detalle en el apartado 1.3).

–Apoyos verticales. Pueden ser:

∙Pilares. Son elementos resistentes puntuales.

∙Muros de carga. Elementos resistentes lineales.

–Elementos superficiales. Sirven de apoyo a las plantas del edificio, además de estabilizar el conjunto de la estructura.

∙Forjados unidireccionales. Se apoyan en dos extremos opuestos (sobre vigas o muros de carga). Habitualmente están formados por vigas (elementos lineales horizontales), viguetas (elementos lineales horizontales superpuestos a las vigas) y material de relleno (bovedillas).

∙Losas. Son forjados que se apoyan en todo su perímetro.

Definición

Las cargas o acciones son aquellas fuerzas que inciden sobre un elemento de un edificio.

Las cargas que actúan sobre una estructura se clasifican en:

Acciones permanentes

Son aquellas producidas por elementos fijos del propio edificio o del terreno sobre el que se asienta.

–Peso propio. Es el de los elementos estructurales, los cerramientos y elementos separadores, tabiquería, carpinterías, revestimientos, rellenos y equipo fijo.

–Pretensado. En caso de existir elementos pretensados.

–Acciones del terreno. Derivadas del empuje del terreno sobre la estructura, o a sus desplazamientos y deformaciones.

Acciones variables

Son las debidas al uso, así como a factores ambientales.

–Sobrecarga de uso. Es el peso de todo lo que puede gravitar sobre el edificio debido a su uso.

–Acciones sobre barandillas y elementos divisorios. La estructura de barandillas, petos, antepechos o quitamiedos debe resistir una fuerza horizontal, aplicada a 1,2 m o sobre el borde superior del elemento.

–Viento. Las presiones que ejerce el viento sobre un edificio dependen de la forma y las dimensiones de la construcción, de las características de su superficie, así como de la dirección, la intensidad y el racheo del viento.

Valor básico de la velocidad del viento, vb

–Acciones térmicas. Las estructuras están sometidas a deformaciones y cambios geométricos debidos a las variaciones de la temperatura ambiente exterior (dilataciones- contracciones).

Es decir, las estructuras /y los materiales que las forman) no son completamente estáticas. Se permite un cierto grado de deformación, llamada deformación admisible, que no es perceptible por los usuarios y por tanto no interfiere en el uso previsto del edificio.

Cuando estas deformaciones están impedidas, se producen tensiones en los elementos.

Isotermas de la temperatura anual máxima del aire

Zonas climáticas de invierno

–Nieve. La distribución e intensidad de la carga de nieve sobre un edificio, en particular sobre la cubierta, depende de factores climáticos, y de la forma del edificio. En algunas zonas no será relevante, debido a su climatología, pero en otras tendrá una influencia fundamental en el diseño de la estructura

Acciones accidentales

Son aquellas cuya probabilidad es generalmente menor, pero se tienen también en cuenta en el cálculo.

–Sismo. Se fija un nivel de peligrosidad en función de la zona geográfica.

–Incendio. En función del uso del edificio, se exigirá una resistencia durante un tiempo determinado antes de que pueda producirse el colapso de la estructura

–Impacto. Las acciones causadas por un impacto dependen de la masa, la geometría y la velocidad del cuerpo impactante, así como de la capacidad de deformación y amortiguamiento tanto del cuerpo como del elemento contra el que impacta.

Para el cálculo de las estructuras se utiliza el concepto de Estados Límite, que pueden ser:

–Estados límite últimos. De ser superados, producen el fallo de la estructura, por colapso o rotura. La estructura quedaría fuera de servicio. Se consideran los fallos debidos a:

∙Pérdida del equilibrio.

∙Pérdida de la estabilidad.

∙Agotamiento de la resistencia.

∙Agotamiento de la resistencia de las uniones.

∙Deterioro progresivo bajo la actuación de cargas repetidas.

Desplome por falta de rigidez lateral

–Estados límite de servicio. Son aquellas situaciones para las que no se cumplen los requisitos de funcionalidad, comodidad, durabilidad o aspecto requeridos.

Grado de aptitud al servicio

Definición

Se denomina esfuerzos a las tensiones internas que experimentan los cuerpos como resultado de aplicar cargas a las estructuras.

Los tipos de esfuerzos a los que pueden estar sometidos los elementos que componen las estructuras son los siguientes:

–Tracción

Se produce cuando el elemento está sometido a dos fuerzas de sentido opuesto que tienden a estirarlo. Hace que se separen entre sí las distintas partículas que lo componen.

Es el caso de los tirantes de un puente colgante o los cables de una grúa, por ejemplo.

–Compresión

Se produce cuando el elemento está sometido a dos fuerzas de sentido opuesto que tienden a acortarlo o aplastarlo. Hace que se aproximen las diferentes partículas del material.

Es el caso de los pilares.

–Flexión

Consiste en una combinación de compresión y tracción, que se produce cuando el elemento está sometido a una carga perpendicular a su eje. El elemento tiende a doblarse: las partículas superiores se acortan y las inferiores se alargan, o viceversa.

∙Las vigas están sometidas a esfuerzos de flexión.

∙Los pilares muy esbeltos también pueden estar sometidos a este tipo de esfuerzo, pero en este caso se denomina PANDEO (flexión vertical).

–Corte o cizallamiento

Se produce cuando en un punto se aplican fuerzas perpendiculares de sentido opuesto, haciendo que las partículas del material tiendan a resbalar o desplazarse unas sobre otras, pudiendo llegar a cortar el elemento.

Los puntos de apoyo de las vigas están sometidos a este tipo de esfuerzo.

–Torsión

Consiste en la aplicación de dos fuerzas de giro de sentido opuesto a un elemento, el cual tiende a retorcerse o girar sobre su eje central.

Los puntos de apoyo de las vigas están sometidos a este tipo de esfuerzo.

Para construir estructuras se pueden utilizar materiales muy diversos.

En edificación, los más utilizados en la actualidad el hormigón, el acero o la madera.

Históricamente han sido también muy utilizados la piedra (muros de mampostería o sillería) o el barro (muros de tapial o adobe). Aunque no han caído en desuso, se utilizan menos en edificación.

1.2.1.Estructuras de hormigón

Desde finales del siglo XIX se difundió enormemente la utilización del hormigón como material de construcción, fundamentalmente por su buen comportamiento ante el fuego y su coste económico frente a otros materiales.

Definición

El hormigón es una piedra artificial conglomerada, formada por una mezcla de:

–Áridos (arena y grava), procedentes de la desintegración o trituración de rocas. El tamaño del árido influye en las propiedades mecánicas del hormigón.

Según su granulometría se denominan:

∙Áridos gruesos o grava. Los áridos de tamaño superior a 5mm.

∙Áridos finos o arena. Los de tamaño inferior a 5mm.

–Aglomerante. Generalmente se utiliza el cemento (la mayoría de las veces cemento Portland).

–Agua de amasado. Es la mínima cantidad de agua necesaria para hidratar al conglomerante y poder manejar la mezcla.

Aditivos. No son necesario, pero se añaden generalmente para conseguir algunas características específicas.

Definición

Una piedra artificial conglomerada es un material fabricado por medio del endurecimiento, en frío (sin cocción), de mezclas de áridos a los que se añade agua de amasado.

Para conocer más sobre los aditivos del hormigón vea la Clasificación de los aditivos del hormigón según normativa en el anexo.

Propiedades del hormigón

El hormigón puede presentar dos estados:

–Estado fresco o plástico. Es en el que se encuentra durante el proceso de fabricación, antes de haberse producido el curado (pérdida de humedad, llegando a alcanzar toda su resistencia). En este estado permite su manipulación en obra.

–Estado endurecido. Es el estado en que ya soporta cargas, y puede entrar en uso.

En función del estado en que se encuentre, tendrá unas propiedades.

Importante

La normativa vigente relativa al hormigón está recogida en la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08). Otros aspectos del cálculo y características de las estructuras están reglamentados en el Código Técnico de la Edificación (CTE).

Las principales propiedades del hormigón fresco son:

–Trabajabilidad. Es la capacidad de ser distribuido dentro de los encofrados, adoptando las formas que estos tengan, y de ser compactado.

En esta propiedad influyen otras dos:

∙Consistencia. Es la capacidad de deformarse.

∙Cohesión. Es la resistencia del material a segregarse, lo que puede suceder si la cantidad de agua no es la adecuada .

–Homogeneidad: Es la cualidad de distribución de todos sus componentes en las mismas proporciones por toda la masa. Esto se consigue mediante un buen amasado o mezclado.

Construcción de hormigón

Las principales propiedades del hormigón endurecido son:

–Densidad. Varía en función del tipo de áridos utilizados en su elaboración, y la forma de colocación en obra. En estructuras se utilizan generalmente valores de entre 2.000 y 3.500 kg/m³.

–Compacidad. Un hormigón de alta compacidad es la mejor protección contra el acceso de sustancias perjudiciales.

–Permeabilidad. Influye en la exposición del hormigón a potenciales agresiones. Depende de la relación entre la cantidad de agua añadida y de cemento, y del proceso de curado.

–Resistencia mecánica. Es su capacidad para soportar cargas sin agrietarse o romperse. El hormigón presenta resistencia a:

∙Compresión. Alcanza muy altas resistencias a compresión.

∙Tracción. Por sí mismo, el hormigón tiene una escasa resistencia a tracción, unas 10 veces menor que su resistencia a tracción. Esto se soluciona con la incorporación de armaduras de acero en su interior.

Sabías qué

Desde hace años se está generalizando el uso de áridos reciclados en la elaboración de hormigones.

El Instituto Eduardo Torroja lo avala, tanto para el hormigón armado como para el hormigón en masa.

En la fabricación y puesta en obra del hormigón se siguen los siguientes pasos:

–Colocación de los encofrados. Los encofrados son el soporte que sostiene el hormigón en estado fresco hasta que alcance su resistencia, y que da forma al elemento estructural. Suelen ser de madera o metálicos, y se exige que sean rígidos, resistentes y estancos.

–Colocación de las armaduras (en caso de ser hormigón armado). Las armaduras de acero se disponen, según las especificaciones del proyecto, en el interior del encofrado, al que se sujetan por medio de elementos auxiliares llamados calzos o distanciadores.

Armaduras colocadas en el interior de un encofrado

–Dosificación. Tiene por objeto determinar las proporciones de los diferentes componentes, para obtener una masa que dé lugar a un hormigón con las características y propiedades exigidas en el proyecto.

–Mezclado. Los diferentes componentes que forman el hormigón han de mezclarse para asegurar un material homogéneo. Lo usual es utilizar una hormigonera.

–Vertido. Se realiza por capas horizontales o tongadas hasta 60 cm de espesor. El vertido debe efectuarse desde una altura no excesiva, con el fin de evitar la segregación de la mezcla.

–Compactación. Para conseguir la eliminación de los huecos, se emplean diferentes métodos de compactación. El más habitual es el vibrado, por el cual se introduce un cilindro metálico o aguja penetrando repetidamente en la masa del hormigón.

–Curado. El hormigón ha de ir perdiendo humedad paulatinamente, de forma controlada.

El hormigón adquiere sus propiedades nominales de resistencia normalmente a los 28 días.

–Desencofrado. Se retira el material de encofrado del hormigón, en cuanto este haya alcanzado un grado de resistencia suficiente.

Tipos de hormigón

Los elementos de hormigón estructural pueden ser construidos con:

–Hormigón en masa. Contiene los tres componentes básicos: áridos, aglomerante y agua.

Este hormigón sólo es apto para resistir esfuerzos de compresión.

–Hormigón armado. Lleva armaduras de acero en su interior, que le permiten resistir esfuerzos de tracción y flexión, además de compresión. Es el más utilizado en estructuras.

El acero y el hormigón trabajan como un solo material gracias a:

∙La adherencia. Se consigue porque las armaduras de acero son corrugadas (con resaltes), lo cual aumenta la superficie de rozamiento.

∙El anclaje. Se consigue prolongando la armadura de acero más allá de lo necesario según el cálculo estructural, ya sea en prolongación recta, en patilla (doblado en ángulo de 90º) o en gancho (doblado en forma de semicírculo).

–Hormigón pretensado o postensado. Lleva armaduras que ejercen una tensión de signo contrario a la carga que ha de resistir la pieza. De esta manera se consiguen elementos de menor espesor.

Las armaduras pueden tensarse antes o después del endurecido del hormigón:

∙Armaduras pretensadas. Están sometidas a tensiones antes de que la pieza de la que forman parte esté sometida a las acciones previstas.

∙Armaduras postesas. Se colocan unas vainas en la masa del hormigón por donde, una vez endurecido, se introducen los cables o armaduras.

Definición

Se denomina hormigón prefabricado a las piezas de este material que han sido elaboradas en taller y posteriormente transportadas al lugar de colocación en la obra.

Elementos prefabricados de hormigón

El hormigón prefabricado se elabora en un sistema industrializado de producción en taller, que permite un mayor control de la calidad. Las piezas se fabrican en moldes, consiguiendo mayor precisión.

No se depende de las condiciones ambientales para el curado, y se reducen los plazos de ejecución.

Se comenzó a utilizar a finales del siglo XIX, aunque la técnica no fue perfeccionada hasta años después. Es con el desarrollo del hormigón prefabricado cuando se desarrollan las técnicas de técnicas de pretensado y postensado.

Las mayores precauciones a tener en cuenta con el hormigón prefabricado es el transporte de las piezas y el cuidado en las uniones.

Secciones de forjados de hormigón prefabricado

Uniones en hormigón

El hormigón in situ se comporta como una pieza única, al unir las armaduras los diferentes elementos, además de que durante el vibrado se cosen las diferentes tongadas.

Sin embargo, los elementos de hormigón prefabricado nunca forman una unión como una pieza única, aunque se procura solidarizar las piezas independientes durante el proceso de montaje.

Generalmente las uniones se resuelven mediante el empleo de placas metálicas soldadas o con rebajes de las placas, preparados para realizar solapes entre armaduras y cerrar la junta en obra con un hormigonado in situ de esa zona.

Definición

Se llama patología constructiva al estudio de los daños de la edificación, que pueden afectar a la estabilidad de los elementos constructivos o a su aptitud funcional.

Se toma este término del campo de la medicina, al igual que se habla de lesiones y síntomas, aplicado a la construcción.

Patologías del hormigón

Los daños que pueden generarse en el hormigón,