El Hormigón: un material competitivo para obtener construcciones sostenibles y eficientes

El hormigón: un material competitivo para
obtener construcciones sostenibles y
eficientes”
Luis Fernandez Luco – Facultad de Ingeniería – UBA
Matías Polzinetti – Facultad de ingeniería – UBA / ICPA

2 | 07-Sept-18 | SEMINARIO CPIC 2018 Eficiencia Energética
Fuente: International Energy Agency (iea); Balance energético Nacional (2015);
Compromiso Argentina en COP21
USOS ENERGÉTICOS EN EDIFICIOS:
o Representa 34% de la demanda energética final y el 20 % de las emisiones de
gases de efecto invernadero
o Mayor ítem asociado a demanda energética, seguido por transporte e industrias.
o Al 2050, se estima que la participación en la demanda energética puede alcanzar el
50 %
o El 74 % del consumo de energía en edificios corresponde a edificios residenciales
USO ENERGÉTICO MUNDIAL
• El 43 % de las emisiones de GEIs del país están asociadas a usos de la energía.
o El mayor uso en edificios corresponde al acondicionamiento térmico (39
%), seguido de uso para sanitario (agua caliente), artefactos eléctricos e
iluminación.
• En Argentina, el 26 % de la demanda energética total corresponde a usos
residenciales
o Segundo ítem de mayor uso de la energía, sólo superado por transporte (28 %),
industrias (25 %), usos comerciales, agropecuario y no energéticos.

• Compromiso de reducción de emisiones de GEIs para 2030: 18 % (incondicional) y
37 % (condicional) respecto al nivel BAU (COP 21 y 22).
• En la actualidad, el Gabinete Nacional para el Cambio Climático está estructurando 6
Planes Sectoriales Nacionales de Mitigación y Adaptación al Cambio Climático (3
concluidos)
o El plan sectorial de Industrias contemplará una medida relativa a EFICIENCIA
ENERGÉTICA EN VIVIENDAS.
LA ARGENTINA Y SU COMPROMISO FRENTE AL
CAMBIO CLIMÁTICO
• A nivel mundial, se espera que los edificios de viviendas resulten una de las áreas
más afectadas por los efectos del Cambio Climático. LATAM es más susceptible a
los efectos del CC que el promedio mundial.
• Son necesarias soluciones de construcción RESILIENTE
• Las mayores transferencias de calor en una vivienda suceden a través de las cubiertas
(30 %) y la envolvente perimetral (25 %).

Contenidos
• Cómo evaluar la eficiencia energética?
• Régimen estacionario
• Régimen transitorio
• Ventajas – Desventajas
• Qué puedo tener en cuenta?
• Efecto mitigación de amplitud / desfasaje
• Estudio ICPA estado estacionario
• Estudio ICPA estado no estacionario

• Normas IRAM (Instituto Argentina de Racionalización de
Materiales)
 Recomendaciones de eficiencia térmica
 Métodos para calcular las pérdidas de calor, y las limitan
 Sugieren un sistema de etiquetado de eficiencia térmica
Transmitanciatérmica:
SecalculaapartirdelaresistenciaRytieneencuentapérdidasdecalorpor:
Conducción: 𝑅 =
𝑒
𝜆
=
𝑒1
𝜆1
+
𝑒2
𝜆2
+ ⋯ +
𝑒 𝑛
𝜆 𝑛
Radiación-conveccióninterior 𝑅 𝑠𝑠 = 𝑐𝑐𝑐
Radiación-convecciónexterior 𝑅 𝑠𝑒 = 𝑐𝑐𝑐
Luego,latransmitanciatérmica 𝐾 = 1/𝑅 𝑇
Propiedad
intensiva
Propiedad
extensiva

Régimen no
estacionario
Régimen
estacionario

10:00 18:00 2:00 10:00 18:00 2:00 10:00
Temperatura
Tiempo [hs]
T° ext
T° muro
Retardo
Atenuación
Atenuación - Retardo

• Influencia de la inercia y la masa térmica
 Lainfluenciadelamasatérmicanoresultasiemprebeneficiosa,yaúnenel
caso en que lo hiciere, representa menos del 1.0% del ahorro energético
anual.
 El efecto del retardo es apreciable, pero no siempre beneficioso. Esto
dependerádeloshorariosdeusodeledificioylascondicionesclimáticas.

Para un menor consumo de energía, en orden de
importancia decreciente, se recomienda
1. Orientación con su cara mayor perpendicular a la dirección Norte
2. Tabiques exteriores con la menor densidad posible
3. Tabiques exteriores con el mayor espesor posible
4. Tipología constructiva con barrera de vapor y sin barrera de
vapor, en climas fríos y cálidos, respectivamente
5. Tabiques interiores con el mayor espesor posible
6. Tabiques interiores con la mayor densidad posible
7. Superficie de tabiques interiores alta, y superficie de tabiques
baja para edificios cuyo período sin acondicionar es corto y largo,
respectivamente

ESTUDIO ICPA SOBRE ENVOLVENTES BASE CEMENTO
Alcance y etapas del estudio
1. Relevamiento de mercado acerca de las alternativas disponibles.
2. Selección de 6 tipologías constructivas, comparándolas con una solución
tradicional (Sistema 1: Mampostería cerámica con revoques tradicionales).
3. Definición de un modelo “prototipo” de vivienda para análisis comparado
4. Estudios técnicos-económicos sobre los 7 sistemas, relativos a:
o Cumplimiento de los requisitos de transmitancia térmica y riesgo de
condensación intersticial en muros de la envolvente perimetral.
o Demanda energética absoluta (térmica) para la vivienda (estudio de simulación
numérica)
o Demanda de energía eléctrica y gas en la vivienda, en función a las demandas
térmicas absolutas de calefacción y refrigeración
o Reducción de emisiones de GEIs que deviene del menor uso energético para
acondicionamiento térmico.

> MODELO PRO.CRE.AR AMÉRICA:
vivienda unifamiliar, con 2 dormitorios, cocina,
baño completo y toilette
Diseño disponible en:
http://www.procrear.anses.gob.ar/modelo-casa/buscar
Vivienda Unifamiliar de 1 planta
Superficie interior total 65,2 m2
Altura promedio 2,60 m
Superficie de muros en envolventes 106,6 m2
Superficie de cubierta 65,2 m2
Perímetro de contacto con el suelo 40,6 m
(lineal)
PROTOTIPO DE VIVIENDA DE ESTUDIO
** Notas:
Piso: Contrapiso de Hormigón Pobre sobre terreno natural (12 cm) + azotado hidrófugo + carpeta niveladora + piso cerámico 5 mm.
Cubierta: Losa de viguetas pretensadas + bloque de forjado cerámico + capa de compresión de hormigón + aislación de EPS 50 mm
+ contrapiso + membrana geotextil. Ventana: Carpintería de aluminio con vidrio float 4 mm. Puertas: Marco de chapa doblada N° 18

SISTEMAS CONSTRUCTIVOS PARA LA ENVOLVENTE
PERIMETRAL
1: Muro tradicional de
ladrillos cerámicos
2: Muro de bloques de
hormigón (BH) con
revoques termoaislantes
3: Muro de hormigón
con Sistema EIFS
4: Muro de bloques de
hormigón celular curado
en autoclave (HCCA)
5: Panel compuesto
Hormigón-EPS-Hormigón
(Tipo DIEDRA)
6: Insulated Concrete
Forms (ICFs)
(tipo ISOLBRICK)
7: Muro compuesto de
hormigón de alta masa
térmica

Sistema Descripción K ¿Cumple K?
¿Existe riesgo de
condensación?
1 Muro tradicional de ladrillos cerámicos 1,62 NO
SÍ, elevado
(6 zonas)
2
Muro de mampostería de bloques de hormigón
convencional (BH) con revoque termoaislante
0,49 SÍ (Nivel B) NO
3
Muro de hormigón con Sistema Exterior de
Aislación Integral (EIFS)
4
Muro de bloques de hormigón celular curado en
autoclave (HCCA)
0,63 SÍ (Nivel B)
Sí, admisible
(5 Zonas)
5
Panel compuesto Hormigón-EPS-Hormigón
(Tipo Panel DIEDRA)
0,40 SÍ (Nivel B)
Sí, admisible
(5 Zonas)
6
Insulated Concrete Forms (ICFs)
(Tipo EDILTECO ISOLBRICK)
7 Muro compuesto de hormigón de alta masa térmica 0,41 SÍ (Nivel B)
Sí, admisible
(5 Zonas)
• El sistema 1 no satisface nivel C, y no mitiga el riesgo de condensación.
• Los sistemas 2 a 7 alcanzan el nivel B de transmitancia térmica, y mitigan el riesgo
de condensación intersticial.
• Los sistemas 2 a 7 pueden también adecuarse para cumplir el nivel A.
VERIFICACIÓN DE LA TRANSMITANCIA TÉRMICA Y EL
RIESGO DE CONDENSACIÓN INTERSTICIAL
Resultados

DEMANDA ENERGÉTICA PARA ACOND. TÉRMICO
Procedimiento de cálculo
• Cálculo mediante simulación numérica (DOE2 * y BLAST) **.
• 6 locaciones seleccionadas (I: Resistencia; II: San Miguel de Tucumán; III: Córdoba;
IV: Bahía Blanca; V: Neuquén; VI: Ushuaia), con registros históricos del clima de
los últimos 20 años.***
• 4 rotaciones base de 90 grados. Cálculo individual y promedio.
• Los resultados se informan en kWh térmicos totales por año para cada locación, por
orientación y en promedio, teniendo en cuenta:
o Factor de ocupación en la vivienda: 4 personas
o Ventilación: 15 m3/h. persona
o Temperaturas interiores de diseño: invierno: 20 °C; verano: 24 °C
* http://www.doe2.com/
** Este estudio de simulación energética fue llevado a cabo por el Centro Construcciones del Instituto Nacional de Tecnología
Industrial (INTI), por encomienda del ICPA (Órdenes de Trabajo: 101-26510, 101-26511 y 101-27779).
*** Archivos de clima TMY: Typical Meteorological Year, que incluyen: temperatura del aire, temperatura del punto de rocío,
humedad relativa, radiación solar extra-terrestre, radiación solar horizontal, radiación solar directa normal y difusa, dirección del
viento, velocidad del viento, nivel de precipitaciones.

Ciudad RESISTENCIA S.M. TUCUMÁN CÓRDOBA BAHÍA BLANCA NEUQUÉN USHUAIA
Zona I II III IV V VI
Sistema Calef Refrig Calef Refrig Calef Refrig Calef Refrig Calef Refrig Calef Refrig
2 vs 1 -42% -13% -46% -14% -40% -12% -35% -12% -33% -16% -28% ---
3 vs 1 -36% -9% -41% -10% -38% -4% -30% -7% -29% -6% -21% ---
4 vs 1 -28% -9% -32% -8% -29% -6% -27% -5% -24% -7% -18% ---
5 vs 1 -37% -11% -41% -11% -38% -6% -33% -8% -31% -9% -25% ---
6 vs 1 -38% -12% -44% -10% -41% -3% -32% -9% -30% -11% -23% ---
7 vs 1 -42% -11% -47% -12% -41% -8% -33% -10% -32% -11% -24% ---
AHORRO % EN LA DEMANDA ENERGÉTICA ABSOLUTA
(KWH TÉRMICOS), RESPECTO A OPCIÓN TRADICIONAL -1-
• En promedio, los sistemas propuestos conducen a un ahorro del 34 % sobre la demanda de
calefacción, y del 9 % en la demanda energética para refrigeración.
• Los sistemas 2 y 7 maximizan el ahorro energético, siendo ambos casos sistemas de alta inercia
térmica. El sistema 7 resulta ligeramente más eficiente en zonas más cálidas (I, II y III),
mientras que el sistema 2 lo es en el caso de las zonas más frías (IV, V y VI)
• Entre los sistemas restantes, el comportamiento de los sistemas 3 y 6 es superior al del
sistema 4, a pesar que los valores de K casi idénticos para los 3 casos (0,62; 0,63; 0,64).

Zona I II III IV V VI
Sistema
Gas
(m3)
E.E.
(kWh)
Gas
(m3)
E.E.
(kWh)
Gas
(m3)
E.E.
(kWh)
Gas
(m3)
E.E.
(kWh)
Gas
(m3)
E.E.
(kWh)
Gas
(m3)
E.E.
(kWh)
1 --- 5.614 63 3.757 152 2.610 382 2.127 524 2.194 2.254 ---
2 --- 4.730 35 3.332 98 2.346 265 1.896 372 1.882 1.629 ---
3 --- 4.965 38 3.502 101 2.553 287 1.993 392 2.092 1.793 ---
4 --- 5.038 44 3.576 116 2.506 299 2.038 419 2.068 1.852 ---
5 --- 4.844 38 3.472 102 2.500 275 1.969 378 2.035 1.704 ---
6 --- 4.815 36 3.478 96 2.563 279 1.955 388 1.990 1.740 ---
7 --- 4.824 34 3.423 96 2.429 274 1.931 377 1.997 1.733 ---
• El consumo eléctrico anual es mínimos para las zona III, con un promedio de 2.501 kWh
eléctricos (prom 7 sistemas), y máximo en la zona I (4.976 kWh).
• El consumo anual de gas es máximo para la zona VI con 1.815 m3, siendo en los restantes
casos inferior a los 500 m3 por año: 40 m3 para zona II, 109 m3 para zona III, 294 m3 para zona IV
y 407 m3 para zona V.
• Si un tercio de las viviendas nuevas por construir (600.000 v) se construyera con
alternativas más eficientes, el Estado lograría un ahorro anual promedio de 270 mill $ *
CONSUMO DE GAS Y EN. ELECTRICA ASOCIADOS
Resultados
* Estimado con cuadro tarifario a Marzo 2018

EMISIONES DE G.E.I MITIGADAS, EN T CO2eq
Consideraciones generales
• Para la emisión asociada al consumo de gas domiciliario, se asumió un
factor de emisión de 1,951 tCO2/Dam3 (2015) **
• Para la emisión asociada al consumo de energía eléctrica, 2 escenarios de la
matriz eléctrica argentina:
o Escenario tendencial (BAU-Business As Usual)
o Escenario propuesto por AGUEERA-UIA en estudio 2015-2035, para el
que se presume una diversificación de la matriz eléctrica argentina con
energías renovables y nuclear.
• El estudio se conforma para un barrio de 100 viviendas, en un horizonte de
20 años
** Fuente: http://www.energia.gob.ar/contenidos/verpagina.php?idpagina=2311
• Mitigación en base a menor consumo de gas natural para
calefacción, y desplazamiento de generación de energía
eléctrica para acondicionamiento en verano

Escenarios BAU (Business As Usual) y optimizado
(UIA-AGUEERA)
Escenario BAU UIA-AG BAU UIA-AG BAU UIA-AG BAU UIA-AG BAU UIA-AG BAU UIA-AG
2 vs. 1 932 680 558 437 492 417 701 460 920 832 2.438 2.438
3 vs. 1 685 499 367 294 261 244 512 372 622 593 1.798 1.798
4 vs. 1 607 443 267 216 252 222 418 326 541 505 1.568 1.568
5 vs. 1 812 592 399 318 313 281 583 419 734 689 2.144 2.144
6 vs. 1 842 615 400 320 269 256 584 405 742 684 2.006 2.006
7 vs. 1 833 608 465 370 411 359 628 423 780 724 2.034 2.034
• A 20 años y para barrio de 100 viviendas:

• Para las zonas bioclimáticas I a V, la reducción a 20 años y 100 viviendas
es de 200 a 900 t CO2eq. Para Ushuaia, de 1500 a 2400 t CO2eq.
• El sistema 2 ofrece el mejor desempeño comparado, seguido por los sist 5, 6
y 7 (> inercia térm).
• Si un tercio de las viviendas nuevas por construir (600.000 v) se construyera
con alternativas más eficientes, podrían mitigarse, al menos, 4,81 Mill t CO2
(BAU) y 4,27 Mill t CO2 (UIA-AG).
• Al cabo de 50 años, un vivienda habrá emitido 109,5 t CO2 en concepto de
acondicionamiento térmico, lo que resulta 10,3 veces la emisión asociada a
la producción de cemento * consumido para su construcción (16,9 t en
promedio)
Escenarios BAU (Business As Usual) y optimizado
(UIA-AGUEERA)

• Alude a la capacidad de almacenar calor en el muro.
• Efecto natural, pasivo e inherente al tipo de material
• Su efecto es favorable:
o Atenuación de “picos”
o Retardo / Desfasaje
o Sólo puede ser desfavorable si el retraso del pico
se traslada a la noche.
• Su incidencia es mayor en cargas térmicas de
verano, y en regiones con alto gradiente térmico día-
noche.
• Según estudios de la Plataforma Europea para el
Hormigón**, la inercia térmica del hormigón contribuye
a reducir de 2 al 15 % la demanda energética en
calefacción.
• Para igual valor de K, la amortización y el retraso en
paredes homogéneas es función de la "admisividad“ de
los materiales
EFECTO DE LA INERCIA TÉRMICA DEL HORMIGÓN
EN LA DEMANDA ENERGÉTICA
Gráfico de
amplitud térmica
en Argentina

Filminas sobre los 6 sistemas
planteados en el estudio

ALTERNATIVA 1 (SISTEMA 2)
Muro de mampostería de bloques de hormigón
con revoque termoaislante
Características técnicas:
> El muro requiere de una solución de aislación térmica para satisfacer el
requisito de transmitancia térmica.
> No requiere uso de enconfrados ni estructura portante independiente.
> Mayor rendimiento de la mano de obra en comparación con mampostería
tradicional cerámica (Oficial + ayudante: 12 m2 por jornada).
> Mampostería de elevada resistencia a la compresión intrínseca.
> Elevada inercia térmica
> No requiere de mano de obra de alta calificación
> Requiere coordinación modular
> Productividad: moderada a baja.
 Muro de mampostería de bloques
de hormigón convencionales,
con armadura distribuida
 Mortero termoaislante de base
cemento para ambas caras
(interior-exterior)

Muro de hormigón armado con
Sistema Exterior de Aislación Integral (EIFS)
 Muro de hormigón
armado, con un
sistema de aislación
exterior
independiente (EIFS).
> El muro de hormigón requiere de una solución de aislación complementaria para
satisfacer el requisito de transmitancia térmica.
> Puede ejecutarse in-situ (con encofrados tradicionales o industriales), o
premoldeado en planta
> El EIFS permite eliminar los puentes térmicos, minimizar
las pérdidas y ganancias de calor en base a las propiedades
del EPS, y limita el riesgo de condensación.
> Requiere cierta especialización en la instalación del EIFS,
aunque la obra húmeda de hormigón es de tipo tradicional.
> Apto para casos en los que se requiere alta productividad

Muro de bloques de hormigón celular
curado en autoclave (HCCA)
 Muro de mampostería
de hormigón celular
(HCCA), con revoque
cementíceo interior y
exterior
> Mampuestos de muy baja conductividad
térmica, de bajo peso propio, FR240
-resistencia a la carga de fuego-, y
aislación acústica.
> Fácil transporte y colocación por el bajo
peso de los mampuestos.
> El costo unitario del ladrillo es mayor al
de otros mampuestos, aunque no requiere
trabajos adicionales de aislación térmica
en el muro.
> Requiere cierto conocimiento técnico
para la construcción.
> Puede emplearse junto con una
estructura portante independiente, o con
sistema refuerzo con armadura distribuida
(verificando nivel de cargas)
> Su nivel de penetración en el mercado
es aún baja, aunque creciente.
> Requiere del empleo de morteros de
asiento y revestimiento especiales.
> Productividad: moderada a baja.

Panel compuesto Hormigón-EPS-Hormigón
 Panel compuesto de hormigón con un
núcleo interior de Poliestireno Expandido
Sinterizado (EPS).
> Admite ejecución con hormigón
colado en moldes in-situ, prefabricado
de paneles en planta industrial, o
proyección en obra de mortero
estructural sobre el panel.
> Los paneles de EPS manoportables.
> Menor uso de mano de obra y
tiempos de ejecución.
> Terminación final int-ext es opcional
> Productividad: alta cuando se utiliza
la opción de colado en encofrados o
premoldeado.
> No requiere aislaciones térmicas adicionales
exteriores. El aislamiento es interno, sin puentes
térmicos ni discontinuidades.
> Adaptable a cualquier diseño, apto sísmico
> Construcción resiliente y monolítica.
> La armadura se provee junto con el panel de
EPS, por lo que no requiere trabajos de corte,
doblado y armado de barras de acero en obra.

Insulated Concrete Forms (ICFs)
 Muro de hormigón
ejecutado in situ,
colado en el interior
de piezas
encastrables de EPS
que conforman una
doble piel aislante.
> No requiere aislaciones térmicas
adicionales. El aislamiento es externo en
ambas caras, sin puentes térmicos ni
discontinuidades.
> La ejecución se realiza in-situ
> La armadura distribuida debe colocarse in
situ, por lo que el rendimiento de la M.O. es
menor que en el sistema 5.
> Adaptable a cualquier diseño, apto sísmico,
resiliente, permite una construcción
monolítica.
> Obra húmeda limpia
> No requiere utilizar encofrados.
> No requiere espesores significativos de
muros
> Bloques de EPS encastrables y
manoportables.
> Reduce el uso de mano de obra y los
tiempos de ejecución.
> Aislación acústica satisfactoria.
> No requiere de mano de obra especializada
> Productividad: moderada a alta

Muro compuesto de hormigón de alta masa térmica
 Muro doble: exterior H°E° colado con aislación EPS +
cámara de aire ventilada + muro interior de bloques de
hormigón relleno con grout cementíceo
> Solución técnica de alta inercia térmica, especialmente útil en regiones
con alto gradiente térmico día-noche.
> El muro de hormigón interior actúa de colector, y el exterior como
aislante.
> Combina las ventajas del hormigón como material constructivo
(resistencia, durabilidad, resiliencia, resistencia al fuego), con una
cámara de aire y una aislación interna de EPS.
> Alta inercia térmica, aunque reduce el espacio habitable de la vivienda.
> Opcional: complemento con hoja de vidrio de láminas rebatibles
(verano: abierto; inverno: cerrado).

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