Resumen de Sistemas de construcción prefabricados inteligentes: proyecto, materialización y tecnología de mantenimiento para la optimización de la sostenibilidad ambiental y económica
- español
El cambio climático, unido a la intensa actividad sísmica, pone de manifiesto la falta de adecuación del patrimonio construido existente para proteger la vida de los ciudadanos ante los daños que pueden producirse durante el ciclo de vida de un edificio. Debido a la premura por reconstruir las ciudades tras la II Guerra Mundial, más de la mitad de los edificios existentes se construyeron a partir del 1950 sin las características técnicas adecuadas. Habitualmente, los problemas que caracterizan a estas construcciones se relacionan con su insuficiente capacidad estructural debido a detalles técnicos incorrectos, la presencia de materiales inadecuados y su progresivo deterioro, métodos de ejecución inapropiados, y la falta de mantenimiento. Además, en los últimos años, en materia de Edificación, las políticas de de la Unión Europea, y por ende de los Estados Miembros, se han focalizado en la reducción de las emisiones de gases del efecto invernadero de los edificios y de los costes energéticos relacionados con las necesidades de calefacción en invierno y refrigeración en verano. Estas estrategias energéticas tienen por objeto transformar las estructuras existentes en edificios de consumo casi nulo (nZEB), con el fin de mejorar el confort interior y proteger la salud de los usuarios. Por otra parte, adaptar las estructuras existentes a las normas de los nuevos códigos de construcción antisísmica persigue mitigar las consecuencias de eventos sísmicos.
En la actualidad, las intervenciones tradicionales dirigidas a limitar estos problemas requieren plazos y procedimientos de ejecución largos, costosos, a veces peligrosos, pero sobre todo clasificados en base a los diferentes categorías de trabajo o según el ámbito de aplicación.
Esta tesis doctoral propone una tecnología de intervención racionalizada basada en un sistema de paneles prefabricados innovadores orientados a la optimización de las prestaciones tanto energéticas como estructurales de edificios existentes con entramado resistente de hormigón armado. La metodología consiste en revestir el edificio con módulos prefabricados de altas prestaciones térmicas, referidos a la fachada mediante elementos metálicos directamente instalados sobre esta. La optimización de su desempeño estructural, a base de crear un comportamiento tipo caja, se materializa por el vertido in situ de un hormigón aligerado en la cavidad resultante entre la nueva fachada (paneles prefabricados) y la del edificio existente. Además, la nueva tecnología permite integrar, desde la fase de instalación del sistema, sensores para monitorizar el rendimiento del edificio durante su ciclo de vida. Con este nuevo sistema se pretende reducir el tiempo de materialización de la intervención, los costes de mantenimiento y prevenir posibles daños irreversibles al edificio.
Gracias a un exhaustivo análisis del estado del arte y a la observación de los procedimientos de prefabricación en la empresa colaboradora del proyecto, ha sido posible definir las condiciones y los objetivos específicos en los cuales se fundamenta el proyecto del nuevo sistema tecnológico. Además, tras realizar un estudio detenido de los tipos edilicios más comunes existentes en Europa, especialmente en Italia y España, se ha escogido la tipología de fachada menos favorable desde el punto de vista energético con la finalidad de valorar la optimización obtenida por sistema diseñado.Mediante el empleo de software de análisis de elementos finitos se ha realizado tanto una verificación termo-higrométrica preliminar del sistema, como su comportamiento estructural bajo acción sísmica. Igualmente, se simuló el sistema propuesto aplicado a un edificio real localizado en Italia, con estructura de entramado resistente de hormigón armado y fachada de bajo rendimiento energético. De los resultados obtenidos se desprende que el sistema a base de paneles prefabricados aporta beneficios en términos de reducción de las dispersiones térmicas, protección contra el riesgo de formación de puentes térmicos y rigidez estructural, en detrimento de la ductilidad del sistema portante.
Finalmente, tras la fase de diseño y la verificación previa de las prestaciones del sistema tecnológico, se describe la fase de prototipo en la que se realizó, en las instalaciones de la empresa asociada con el proyecto, la validación industrial de los componentes prefabricados, de los procedimientos de fabricación y de las fases de instalación del sistema en obra. Así, se han realizado seis módulos prefabricados distintos según dos categorías dimensionales, con el fin de comprender aspectos relacionados con su manipulación e instalación. La simulación de la instalación se llevó a cabo sobre una muestra de fachada recercada por una retícula de hormigón armado (haciendo las veces de vigas y pilares de una estructura de entramado resistente), construida con las características propias de un edificio de la posguerra. El resultado de la prueba de instalación fue satisfactorio, permitiendo validar el procedimiento y los detalles constructivos del innovador sistema tecnológico propuesto.
- English
This doctoral thesis proposes an innovative building renovation system of novel precast concrete (PC) modules devoted to the optimization of the energy and structural performance of the existing RC buildings. It consists in covering the façade with the PC modules with high thermal performance, by means steel elements directly installed on the building. The structural strengthening is assured by a cast-on-site light-weight concrete in the resulting cavity between the novel and the exinting wall. Moreover, the system project considers the possibility to insert into the stratigraphy, performance monitoring devises for the diagnosis and building automation already during the construction phases and inspect them anytime in case of maintenance. The aim is decreasing time and costs of maintenance, monitoring the building performance, and preventing the damages in case of bad functioning or structural uncertainty.
