Sistema híbrido para construcción de viviendas

Por Dioreleytte Valis

Oaxaca de Juárez, Oaxaca. 6 de diciembre de 2015 (Agencia Informativa Conacyt).- Con el objetivo de lograr un sistema de edificación que combine el ahorro energético, confort y resistencia mecánica, el Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional (CIIDIR) Unidad Oaxaca, a través de su línea de estudio en Diseño y Tecnologías Sustentables para la Edificación desarrolló un sistema híbrido de construcción que permite potenciar las bondades de distintos materiales.

El proyecto para determinar las propiedades térmicas y mecánicas del sistema híbrido de construcción para lozas y muros fue presentado en el 2013 por el investigador del Instituto Politécnico Nacional (IPN) doctor Rafael Alavez Ramírez, obteniendo en el 2014 financiamiento por parte del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y la Comisión Nacional de Vivienda (Conavi).

“El ahorro de energía es el eje central de la investigación, la cual busca construir viviendas sostenibles que puedan prescindir del uso de medios de climatización como el aire acondicionado y el calefactor, además de la utilización de materiales que no posean un alto consumo de energía en su fabricación y desecho”, detalló Alavez Ramírez.

Materiales de construcción tradicionales, como el ladrillo, necesitan de mayor consumo energético para su obtención, en comparación con otros materiales utilizados para esta investigación, ejemplo de ellos, el suelo. El suelo (tierra) se estabiliza para lograr una buena consistencia mecánica a través de distintos procesos: de forma química con cal o cemento, los cuales le confieren mayor aglutinación, también a través de un medio mecánico como la compactación, o bien de forma natural estabilizando la tierra con arena o gravilla.

Búsqueda, pruebas y elección de materiales

El sistema híbrido de edificación utiliza como tecnología principal el mortero armado (también nombrado ferrocemento), el cual consiste en una estructura de malla electrosoldada y mortero (cemento y arena) con espesores que van de los dos a los cinco centímetros. El uso de este material representa un ahorro de 30 por ciento sobre el costo de materiales comunes como el ladrillo o concreto, además de otros beneficios en donde figura su fácil aplicación; sin embargo, la desventaja del mortero armado reside en la parte térmica pues cuenta con una mayor transferencia de calor. Para contrarrestar el problema con el factor calor, se realizaron pruebas con diferentes materiales que permitieran un amplio retardo térmico.

La primera prueba consistió en determinar la conductividad térmica utilizando una caja aislada calentada por una resistencia térmica a cien watts, donde se colocaron los materiales agregando como dispositivos de medición cinco sensores en la superficie y cinco sensores en la parte de abajo. El tiempo que dura esta prueba es hasta lograr el estado permanente térmico, es decir, cuando ya no existen variaciones de temperatura en el tiempo. Conociendo la temperatura superficial del material y otros valores como espesor, área y potencia eléctrica se determina la conductividad térmica utilizando la ecuación de Fourier.

El doctor Alavez Ramírez explicó que a la par de las pruebas realizadas en el conductor térmico, se construyeron cámaras experimentales para determinar la temperatura de reacción solar de los materiales utilizados en el sistema híbrido de losa. Estas cámaras experimentales a cielo abierto consisten en cajones aislados térmicamente por cinco lados (incluido el suelo) usando unicel y poliuretano, descubiertos por la superficie donde se colocaron los materiales que se utilizarían para construir el sistema híbrido de losa y materiales convencionales para realizar la comparación. Se instalaron sensores por la parte de arriba y debajo de los materiales para medir el amortiguamiento y retardo térmico.

Como efecto de la prueba, se obtuvo que el mortero armado con suelo-cemento más una capa de ladrillo medio tabla y aserrín logra un retardo térmico de siete horas y media, que confrontado con la hora de retardo térmico que presenta un material ordinario como la losa, resulta de mayor beneficio para el ahorro energético al lograr una estabilidad térmica dentro de la construcción.

Otra de las pruebas que se llevaron a cabo fue la de resistencia para los elementos prefabricados del sistema híbrido de muros. Para realizar la medición se utilizó un marco de carga, se ejerció presión hasta tronar la primera grieta y, calculando los valores, se determinó la resistencia. Asimismo, para probar la resistencia a la flexión en el sistema híbrido de losas se utilizó nuevamente un marco de carga, pero esta vez la placa se colocó sobre dos apoyos para posteriormente aplicar la carga y, a través de dispositivos de medición llamados micrómetros, establecer los valores de flexión.

Llegó la hora de construir

Para consolidar el resultado de las pruebas en elementos prefabricados, dentro del Laboratorio de Materiales y en la Cámara de Ambiente Controlado del CIIDIR Oaxaca, se montaron prototipos de ensayo con el objetivo de presentar los beneficios del sistema híbrido de construcción en muros y losas.

“Para la realización de los muros, los elementos prefabricados de mortero armado se unen, los cuales son placas de 50 centímetros de ancho por 1.35 metros de altura, al unir estas dos placas se obtiene una altura de 2.7 metros, formando un elemento enervado en la parte intermedia del muro que le brinda resistencia mecánica. En las canaletas huecas de estas placas se coloca posteriormente el sistema de cimbrado (de madera) y en ese espacio se vierte la tierra estabilizada como si se tratara de un colado de concreto”, describió el especialista Alavez Ramírez, esbozando los pormenores en la construcción de uno de los prototipos.

El maestro en Ciencias Valentín Juventino, colaborador del proyecto, explicó que para la construcción del techado se utilizaron elementos prefabricados los cuales consistían en un sistema de canaletas de 50 centímetros de ancho por tres metros de largo, cuya parte superior se encontraba vacía y que posteriormente se rellenó con suelo-cemento y aserrín para aligerar el peso volumétrico. Para finalizar el techado se colocó una capa de mortero armado para lograr un material impermeable y ladrillo media tabla, además con una buena pendiente para evitar filtraciones, como se trabajaría en un sistema de losa común.

Para el prototipo de vivienda se estableció la altura de 2.7 metros (por la unión de las dos placas prefabricadas), porque a mayor volumen de aire se logra mayor confort térmico.

El equipo de especialistas en diseño y tecnologías sustentables para la edificación consiguió, a partir del sistema híbrido, que el material de construcción almacene la energía calórica necesaria durante el día y compense la disminución de ella durante las noches, como sucede en las regiones de clima templado. Puntualizan que para realizar un diseño o construcción en otra región es importante conocer las condiciones ambientales y así tomar decisiones en cuanto al material adecuado; si se tratase de una zona cálida, los materiales aislantes resaltan como la mejor opción, mientras que en zonas templadas los materiales con inercia térmica son los adecuados para lograr el almacenamiento de calor.

Las mentes detrás del proyecto

La ejecución del proyecto no hubiera sido posible sin la colaboración de valiosos especialistas cuya participación se dio en la caracterización mecánica y térmica de muros y techo híbrido, así como la formación de recursos humanos: doctor Fernando Chiñas Castillo, doctor Gerardo Torres Zárate, José Luis Caballero Montes, Margarito Ortiz Guzmán y Valentín Juventino.

Precedente a la actual investigación, el doctor Rafael Alavez Ramírez ha venido trabajando la tecnología de mortero armado desde aproximadamente 15 años, dominando su caracterización mecánica  y conociendo las bondades de este material que describe como versátil y resistente. Para la investigación de materiales de construcción alternativos se han realizado ocho prototipos de vivienda, que han obtenido su financiamiento por parte de proyectos internos del IPN.

En julio de 2015, a través de su página web oficial, el IPN dio a conocer en comunicado de prensa el proyecto del sistema híbrido de construcción que se realiza en las instalaciones del CIIDIR Unidad Oaxaca, enfatizando el progreso que representa esta alternativa para el ahorro energético y confort del usuario de la vivienda.

El proyecto continúa en marcha y recién finalizó la fase 1 que consistió en la construcción del prototipo de muros y losa con el sistema híbrido; en la fase siguiente se trabajará en el desarrollo de una vivienda con criterios bioclimáticos para lograr estrategias de diseño y se espera que la investigación pueda implementarse para la construcción de viviendas de interés social.