ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE FERROCEMENTO PARA

SISTEMAS PASIVOS DE C LI M ATIZAC ION

Ing. Vicente Lemus Daz. Ing. Hilario Lpez Jcome* Ing. Humberto Olvera Salgado. Ing. Pedro Cabrera.

RESUMEN

Una de las aplicaciones terrestres ms difundidas del ferrocemento, es la construccin de elementos para sistemas de techo.

Considerando las dikventajas trmicas que presenta este material, se plantea una alternativa para la solucin de este problema mediante la integracin del ferrocemento y materiales aislantes no convencionales, en sistemas pasivos de climatizacin.

Tambin se presentan en este artculo los resultados del comportamiento mecnico de uno de los elementos estructurales estudiados en el Instituto de Investigaciones en Materiales.

SUMMARY

Construction of elements for roofing systems, is someone terrestrial applications more diffused of ferrocement.

Taking into account thermic disadvantages, which are for this material presented, an alternative is setted up to solve this problem, through integration of ferrocement and nonconventional insulator materials in climatic passive systems.

In this paper, also results are presented, with regard to mechanic behavior of one structural ferrocement element, which was studied in the Instituto de Investigaciones en Materiales de la U.N.A.M.

* Investigadores, Instituto de Investigaciones en Materiales, UNAM.

REVISTA IMCYC, VOL. 25, NUM. 201/FEBRER0/1988 39

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INTRODUCCION Un hecho importante que se est considerando actualmente en el di- seo de las edificaciones, es la situa- cin energtica presente, lacual est produciendo un cambio sustancial de las tendencias arquitectnicas, inte- grando la funcin energtica junto con los fines estticos y econmicos. Esta integracin de sistemas permite el ahorro de energticos convencio- nales, destinados bsicamente a la climatizacin de las edificaciones.

Los sistemas pasivos de climati- zacin, definidos como los sistemas capaces de proporcionar confort tr- mico prescindiendo de sistemas electromecnicos de acondiciona- miento de aire y calefaccin, se basan en principios naturales aprovechados desde tiempos remotos. Problemas tales como la ventilacin, la calefac- cin y el enfriamiento de viviendas, pueden resolverse satisfactoriamen- te mediante el aprovechamiento de la energa solar y del viento, as como del desprendimiento de calor por radiacin nocturna. En el anli- sis de la evolucin de la vivienda, se encuentran casos interesantes que demuestran su eficiencia.

En este trabajo se presenta una alternativa econmica para la cons- truccin de viviendas, con caracte- rsticas tales que permitan el apro- vechamiento de la energa solar mediante materiales no convencio- nales, a base de desechos agrcolas e industriales y elementos de ferro- cemento. Se presentan tambin los resultados experimentales obteni- dos del comportamiento mecnico de placas plegadas, como una de las opciones para los sistemas de techo.

Dentro de las aplicaciones terres- tres del ferrocemento, en particular las relacionadas con la vivienda, se hacen esfuerzos por intensificar la investigacin y la experimentacin de diseos y de tcnicas de produc- cin que se ajusten a circunstancias de mano de obra poco calificada, a fin de favorecer el empleo de este material en zonas rurales principal- mente, y en zonas de desastre, en donde se hace urgente contar con

albergues y servicios de sanidad pblica.

El techo constituye el elemento bsico en todo albergue, y en este caso el ferrocemento representa una solucin potencial desde el punto de vista mecnico para construir este tipo de estructuras, ya que su costo relativo es bajo, po- see resistencia a la intemperie, y por su versatilidad constructiva se adapta a cualquier forma.

En general, el ferrocemento se usa en estructuras de pared delga- da, en donde la resistencia y la rigi- dez se desarrollan bsicamente me- diante la geometra del elemento. El aprovechamiento de esta geometra en sus cualidades mecnicas, per- mite al mismo tiempo la solucin del aspecto trmico, mediante la integra- cin de dispositivos de climatizacin y la formacin de sistemas pasivos, complementndose las estructuras mencionadas con materiales aislan- tes no convencionales, de gran dis-

ponibilidad y economa.

ALGUNASSECCIONESPARA ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE FERROCEMENTO EN VIVIENDA BlOCLlMATlCA Se han desarrollado elementos de ferrocemento con geometras ade- cuadas para techumbres y muros, reduciendo el costo de la vivienda. Sin embargo, los aspectos energti- cos (trmicos) no han sido conside- rados.

Los requisitos principales que de- ben satisfacerse al seleccionar de- terminada forma o seccin del ele- mento, son los siguientes:

a) La estabilidad y resistencia mecn icas.

b) Compatibilidad con materiales que le permitan un comporta- miento trmico adecuado.

c) Facilidad constructiva tanto a nivel artesanal como indus- trial.

d) Facilidad para la continuidad o

a) Seccin V invertida con un solo patin

b) Seccin V invertida con doble patin.

c) Combinacin de seccin V y secciones trapezoidales.

d) Secciones canal con arreglos para usos especficos en sistemas pasivos. -

Fig. 1. Elementos de ferrocemento para los sistemas de techo y muro.

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conexin con otros elementos.

e) Economa. 9 Esttica.

Las formas geomtricas que se proponen para el desarrollo y anli- sis de elementos estructurales, to- man en cuenta las anteriores consi- deraciones.

Algunas de estas formas, como es el caso de las placas plegadas en forma de V, las canales y las seccio- nes semicirculares, ya han sido pro- badas con xito.

Entre las geometras que se han estudiado en el I.I.M., se tiene la seccin en V invertida, las trapezoi- dales y secciones canal. Todas es- tas secciones son para elementos de eje longitudinal recto, aunque pueden ser aplicadas estas mismas formas geomtricas en elementos de eje longitudinal curvo (Ver Fig. 1).

El comportamiento mecnico de cada uno de estos elementos, de- pender principalmente de la geo- metra y de la cantidad, distribucin y tipo de refuerzo, por lo que se tendr una amplia variedad de com- portamientos.

Como se puede apreciar, el enfo- que dado al ferrocemento lo convier- te, de ser un elemento con ciertas desventajas trmicas, en un elemen- to fundamental para la construccin de vivienda bioclimtica. Su estruc- turade pared delgada permite, con la geometra adecuada, cumplir los re- quisitos termomecnicos de manera funcional y econmica.

La efectividad del sistema depen- der de un diseo bioclimtico ade- cuado, considerando posicin de aberturas y dispositivos en funcin de la orientacin y el clima.

En las Figs. 2 y 3 se presentan algu- nos detalles de un sistema de termo- circulacin construido con elemen- tos de ferrocemento, un prototipo de canal con su aislante y un corte es- quemtico de este sistema.

Seccidn ferrbcem

Aislante termico

can Abertura (segun diserio)

Aire frio

4 Aire caliente

7 Rejilla

Canal de ferrocemento con aislante trmico

Fig. 2. Detalle de muro de ferrocemento para termocirculacidn de aire.

La Fig. 4 muestra la ubicacin de un colector solar en un sistema CONSTRUCTIVOS PARA LA construido con placas de seccin canal de ferrocemento, y otro ubica- do en un sistema combinado de pla- cas plegadas y trapezoidales.

Actualmente se realiza la evalua- cin de diversos sistemas pasivos, a fin de determinar los parmetros ne- cesarios para desarrollar un mtodo de diseo confiable.

PROCEDIMIENTOS

FABRICACION DE PLACAS PLEGADAS La construccin de estructuras de ferrocemento puede realizarse bsi- camente de dos maneras: una. me- diante la fabricacin in situ. y la otra a travs de la prefabricacin.

En el primer mtodo para cons- truir las estructuras de ferrocemen-

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l\ Placa colectora

Fig. 3.

Material transparente

Ferrocemento

Sistema muro-techo para termocirculacin natural

*

Colector solar integrado 1 Placa coiectora7

Sistema de calentamiento

Seccion c integrado

Aislante con materi3les regionales

Canal de ferrocemento w Fig. 4. Colector solar integrado al sistema estructural

to, puede prescindirse de cimbra. empleando unicamente un soporte (temporal) en una de las caras del refuerzo, para aplicar el mortero

El otro procedimiento para la construccion de las estructuras de ferrocemento. es mediante el uso de elementos prefabricados. como es el caso de las placas niegadas para sistemas de iecno cuya des- cripcin y comportamiento mecani- co se presentan en este articulo

Para la fabricacion de estos ele- mentos, fue necesario definir el pro- cedimiento de colado por medio de un molde de madera (modelo de di- mensiones reducidas). que permi- tiera en forma sencilla colar y des- moldar las piezas. y que ademas tuviera como ventaja el control del espesor del elemento (Ver Figs 5 y 6). siendo este un mtodo practica- mente artesanal. limitado solo por el numero de moldes

Una vez definido el proceso constructivo para las placas plega- das. se diseo y construyo la cimbra con la misma geometria del modelo. pero con una longitud de 4.0 mts

Las observaciones mas impor- tantes con relacin al uso de la ma- lla hexagonal. permiten considerar que el procedimiento ms adecua- do para construir las placas plega- das en forma artesanal. es aquel en que se coloca el molde en posicion horizontal. colando la pieza y ple- gandola posteriormente cuando esta aun fresco el mortero. con una plas- ticidad que permita el doblez del molde.

Con respecto al proceso construc- tivo de las placas plegadas.