Comunicación presentada al V Congreso de Edificios Energía Casi Nula
Autor
- Alejandro López Vidal, Director Técnico, ANDECE (Asociación Nacional de la Industria del Prefabricado de Hormigón)
Resumen
La industrialización se define como el porcentaje de sistemas constructivos que se elaboran en fábrica, un entorno mucho más seguro y eficiente que la obra. El hormigón, como material de construcción más universal, ofrece simultáneamente un mejor cumplimiento de los requisitos de los edificios, como resistencia al fuego, durabilidad o masa térmica. Uniendo ambos conceptos, los sistemas modulares de hormigón se presentan como una opción idónea para avanzar en el cumplimiento de los EECN, al optimizar energéticamente el ciclo de vida completo de los edificios: reducción de juntas, como puntos débiles; mayor inercia térmica, para amortiguar las oscilaciones térmicas interiores; menores residuos; o menores tareas de mantenimiento posteriores.
Palabras clave
Industrialización, Prefabricados, Sistemas Modulares, Hormigón
Antecedentes y características de la construcción modular
Desde que el arquitecto estadounidense Edward T. Potter registrase a finales del Siglo XIX la primera patente de edificio prefabricado mediante cajones apilables de hormigón, se estima que existen actualmente unas 1.300 patentes de construcción modular en hormigón en todo el mundo. Sin embargo, no ha sido hasta recientemente cuando esta metodología constructiva ha empezado a despegar, aceptándose por parte de arquitectos, constructores y, especialmente, los usuarios finales. Basada en la preconstrucción (o prefabricación) de los sistemas y siguiendo un patrón de diseño modular, se fundamenta en trasladar a la planta industrial el mayor número de tareas para minimizar las que se llevarían a cabo en la obra. La construcción modular aparece como una de las claves actuales para la industria de materiales, previendo que en los próximos cinco años más de la mitad de todos los proyectos del sector residencial utilizarán la construcción modular.
De las casas prefabricadas a la vivienda industrializada
Todavía hoy persiste cierta connotación de provisionalidad o baja calidad hacia el concepto “casa prefabricada”. Por ello, el concepto ha evolucionado al de vivienda industrializada, en la medida de que todo el proceso, desde el diseño inicial hasta la instalación definitiva, responden a un ciclo secuencial donde cada etapa está adecuadamente planificada y en que el cumplimiento de las geometrías es estricto para asegurar su colocación sin imprevistos.
El elemento básico es el módulo o celda tridimensional (3D), aunque por limitaciones de fabricación, transporte y/o instalación estos puedan ensamblarse en obra a partir de elementos más simples como pilares, vigas, pórticos (componentes lineales 1D) y/o forjados, paneles (componentes superficiales 2D), pero que en cualquiera de los casos siguen una configuración espacial modular.
El criterio fundamental de diseño es que de la fábrica debe salir un sistema lo más acabado posible, buscando siempre dimensiones optimizadas, con las mínimas juntas y que facilite la máxima rapidez de montaje y una solidez constructiva del edificio resultante. El objetivo final pasa por conseguir conjuntos integrados que se conviertan en soluciones estandarizadas para optimizar los costes, pero sin que exista limitación de ciertos parámetros de personalización tanto para el proyectista como para los clientes finales (acabados superficiales, dimensiones ajustables, distribución de juntas, equipamiento interior, etc.).
Aplicación en edificación residencial
Si bien la construcción modular puede ser aplicable en otras tipologías edificatorias (residencias de estudiantes, hoteles, centros de salud, colegios, edificios penitenciarios, etc.) cuya disposición espacial interior suele permitir una mayor repetitividad de los módulos, vamos a centrarnos en su aplicabilidad en la edificación residencial por ser la que más directamente está vinculada con los objetivos de los EECN:
Viviendas unifamiliares
Se trata de una tipología edificatoria en franca expansión, especialmente en países con potencial de crecimiento edificatorio. Las viviendas se realizan a partir de una serie de módulos que configuran los distintos espacios habitables (habitaciones, salón, etc. además de terrazas, huecos de ascensor, escaleras, distribuidores, etc.). Una de las grandes ventajas que ofrece es la posibilidad de proveer conexiones que permitan futuras ampliaciones, ya sea en planta o en altura, a medida que los propios usuarios puedan sufragarlas o haya necesidades espaciales en el futuro.
Edificios en altura
En los proyectos de edificios de varias plantas, las dificultades logísticas y de montaje son obviamente mayores, habiendo observado construcciones de un máximo de 12 alturas. No por ello se han dejado de hacer bloques de viviendas, e incluso para aumentar la altura de edificios ya construidos.
Construcción modular en hormigón y su eficiencia energética
Dentro de los distintos materiales de construcción (hormigón, acero, madera, aluminio, composites, etc.) que pueden conformar un módulo destinado a edificación, ya sea de forma exclusiva o combinada con otros, el que indudablemente asegura una respuesta más completa ante las distintas exigencias técnicas, funcionales y reglamentarias, es el hormigón, dado su buen comportamiento ante el fuego, su durabilidad, inocuidad, protección acústica y, desde el punto de vista energético, a su mayor masa térmica, que mejora el comportamiento energético de los edificios al permitir la amortiguación en la variación de las temperaturas y el desfase en el tiempo de la temperatura interior respecto a la exterior, con la consecuente reducción de consumo energético y de emisiones contaminantes [1].
Otro aspecto que se resalta de la edificación modular en hormigón es que estos sistemas constructivos dispongan ya, bien sea desde la propia fábrica o instalándose en obra, de sistemas de generación de energía renovable que mediante dispositivos domóticos, se activen/desactiven según las necesidades de demanda de energía de los usuarios, que en buena medida pueden depender de la contribución adicional de la inercia térmica de estos edificios cuyas paredes o forjados de hormigón pueden actuar como auténticas baterías que absorben/ceden calor según las necesidades.
Proyección de futuro y algunos ejemplos
Uno de los datos más reseñables que revelan la creciente aceptación de esta metodología constructiva, lo pone el hecho de que cada vez hay un mayor número de empresas que están apostando por esta línea de negocio, tanto a nivel de empresas fabricantes de prefabricados de hormigón que han creado una unidad específica de negocio, como incluso importantes empresas promotoras y constructoras que encuentran aquí la respuesta a una necesidad clara de industrializar todo el proceso constructivo. En España se estima que hay ya en torno a 25 empresas que ofrecen esta tecnología en hormigón en edificación, siendo una cifra que sigue en aumento.
De todas las empresas que han patentado sistemas modulares en base hormigón, vamos a destacar dos ejemplos por ser los que, a nuestro juicio, más evolucionados están atendiendo a la vertiente energética y se basan en sistemas con el máximo grado de industrialización al ser módulos tridimensionales (tareas de obra reducidas hasta un 5% del total de procesos de una construcción convencional):
Bioclimática Modular Concept [2]
Esta empresa está dedicada a crear espacios bioclimáticos de alta eficiencia energética, sin superar los 15 KW/m2·año, buscando certificación Passivhaus, con un mínimo impacto medio ambiental y no eliminando zonas verdes. Consiste en un sistema patentado basado en marcos prefabricados de hormigón armado, elementos que se utilizan fundamentalmente para la obra civil en la creación de espacios subterráneos. De esta forma, este sistema permite soterrarlos y utilizar la tierra como aislante principal, tanto en paredes como en cubiertas verdes, además de aprovechar la propia inercia térmica del prefabricado de hormigón. Las principales características del sistema y del proceso constructivo son las siguientes:
- Fabricación: en la elección de materiales de construcción respetuosos con el medio ambiente en todos sus aspectos, por ejemplo, mediante el empleo de cementos ecológicos.
- Transporte: se recurre al punto de fabricación o almacenaje más próximo a la ubicación del proyecto para proveerse de los marcos prefabricados, reduciendo así los impactos vinculados al transporte.
- Ejecución: la rapidez de ejecución viene dada por la reducción de tres procesos constructivos (cimentación, estructura y el cerramiento) en un solo movimiento; puesto que es una construcción en seco, no genera prácticamente residuos en obra.
- Diseño bioclimático y funcional:
1. Utilización de tierra como aislante térmico y acústico. Se ha demostrado según simulación energética que, al incorporar 30 cm de tierra como material aislante, la demanda de calefacción se reduce a la mitad y la demanda de refrigeración prácticamente se anula.
2. No eliminando espacios verdes en los proyectos.
3. Integrando cada proyecto en el entorno que lo rodea.
4. Utilización de energías renovables para climatización y ACS, empleando biomasa como combustible (balance de CO2 neutro).
5. Grandes superficies acristaladas y utilización de dispositivos Leds, contribuyen al ahorro energético en iluminación.
6. Mantenimiento de una temperatura interior constante entre 18 y 22º C durante todo el año, sin ayuda mecánica, evitando consumos innecesarios de energía por calefacción o refrigeración, con las emisiones de CO2 asociadas.
7. Incluso la empresa tiene como misión la concienciación de los futuros usuarios en el uso y mantenimiento de su vivienda respetando el medio ambiente.
8. Personalidad de los diseños de cada proyecto, con la utilización de líneas rectas de trazo simple, creando modelos modernos y atractivos. Cuenta con distintos modelos de distribución básicos, que combinan números de habitaciones con otras estancias (cocina, salón, baño/s, garaje), de 1 o 2 plantas, ya sea integradas en el terreno circundante o cubiertas en todo su contorno superior por una cubierta verde.
Worldmetor [3]
La característica principal es el monolitismo estructural de cada módulo, consiguiendo aunar en un sólo elemento las partidas de estructura, forjados, cerramientos, albañilería y terminaciones en un sólo elemento que en la construcción tradicional se ejecutarían de forma independiente. Con este sistema sale de fábrica una vivienda totalmente terminada, dejando apenas alguna tarea sencilla de remate en la obra. Este procedimiento presenta un grado de industrialización máximo que aúna todas las ventajas que proporciona la edificación modular pesada.
Se basa en módulos cerrados de seis caras que aportan una gran robustez mecánica y que ofrecen la posibilidad de acoplarse unos a otros de forma horizontal y vertical para crear edificios de mayor envergadura. Cada módulo se produce en fábrica y se compone de la estructura, instalaciones, aislamiento, carpinterías y acabados.
- Las dimensiones de los modelos pueden variar de forma infinita, ya que el sistema se puede adaptar perfectamente a la geometría del terreno. Las medidas máximas vienen restringidas por el transporte y llegan hasta los 11.000 mm largo X 5.000 mm ancho X 4.000 mm alto. A esto hay que añadir que los ángulos de las caras del módulo pueden ser mayor o menor a 90º.
- Los cerramientos están compuestos por una hoja exterior de espesor mínimo 100 mm de hormigón armado y que puede incrementarse si los requisitos estructurales lo requieren, una capa de aislamiento térmico según las necesidades energéticas reglamentarias y una hoja interior de 50 mm de espesor de hormigón armado;
- El suelo, el techo y la tabiquería se componen de losas de hormigón armado de espesor variable, según cálculo;
- Se fabrica desde dentro hacia fuera, por lo que lo último es la estructura, lo que le otorga un aspecto diferencial que aporta perfección en el proceso.
Una vez fabricados los módulos en planta, se transportan en camiones hasta su ubicación definitiva y se instalan mediante grúas de gran tonelaje. Previamente a la ubicación, se ejecutan “in-situ” una solera de hormigón que servirá de cimentación para los módulos y la red de saneamiento y las arquetas para los distintos suministros. Las conexiones entre módulos de cada instalación se realizarán mediante cajas o arquetas.
Atendiendo a la eficiencia energética de los edificios construidos con módulos de Worldmetor, al ser elementos volumétricos que salen de la fábrica, conlleva una reducción drástica de las juntas y por tanto de los puentes térmicos, por lo que se asegura una mejora extraordinaria del comportamiento energético, logrando una calificación energética “B” de entrada sin medidas especiales de diseño más allá de incorporar de fábrica el espesor de aislamiento térmico que se determine por aplicación del DB-HE.
Conclusiones: Ventajas de la construcción modular en hormigón
Este concepto edificatorio aúna todas las ventajas de la industrialización, maximizadas por utilizar el hormigón como material base:
- Rapidez de ejecución y cumplimiento de plazos: la industrialización se basa en maximizar los elementos de fábrica, pudiendo llegar los módulos a la obra incorporando las instalaciones, solados, baños, la climatización, las carpintería interior y exterior, etc., además de estar menos tiempo expuesto a las variables condicionales climatológicas
- El control de calidad se hace en fábrica, mucho más fiable y riguroso que si se hace en obra
- Coordinación dimensional: este tipo de construcción exige asegurar una total precisión, impidiendo así correcciones posteriores en obra que ocasionan desviaciones en tiempo y coste
- Capacidad del hormigón (sistemas modulares pesados) frente a otros materiales (sistemas modulares ligeros): durabilidad, resistencia al fuego, mayor aislamiento acústico, ahorro energético (inercia térmica), mayor estabilidad y resistencia estructural (reducción de movimientos, deformaciones dinámicas y vibraciones, ideal para ubicaciones con riesgo sísmico)
- Mejor aseguramiento de los requisitos prestacionales (térmica, acústica, etc.), ya que vienen resueltos por una única empresa de fábrica, al contrario de lo que suele suceder en obra donde interactúan distintos agentes y en fases diferentes (ejecución más complicada, mayor riesgo de puentes térmicos o acústicos, etc.)
- Precio cerrado: control de costes
- Aprovechamiento máximo de los materiales: nula o mínima existencia de escombros, ejecución en seco, resultando un menor impacto ambiental
- Mayor seguridad laboral: la reducción de oficios elimina en gran medida los riesgos asociados; además, las plantas se van cerrando completamente según se avanza
- Requerimientos formales: hay empresas con una variedad de acabados, dimensiones, módulos adicionales (sótanos, formación de patios interiores, etc.) que permiten a los futuros usuarios (clientes) personalizar a su gusto la construcción y adaptarse a los condicionantes del entorno donde se instale (flexibilidad en el diseño). Por tanto, posibilidad de compatibilizar la economía de la producción en serie con la personalización del diseño;
- Versatilidad para configurar numerosas construcciones: desde apartamentos básicos con un solo módulo, a edificios mayores planta y/o en altura
- Por último, uno de los grandes atractivos que lleva a la gente a construir una vivienda modular es su flexibilidad. Estas construcciones evolucionan junto con las necesidades o capacidades financieras de sus propietarios, ya que se pueden ampliar o reducir, añadiendo o eliminando módulos.
En conclusión, es tal el grado de perfeccionamiento que se está consiguiendo con esta tipología de construcción, que una vez terminadas no se aprecia apenas la diferencia frente la metodología convencional.
Referencias
[1] Multiprestacionalidad de las soluciones constructivas en base hormigón. IV Congreso Edificios de Consumo de Energía Casi Nula. López et, al. 2017
[2] El gran prefabricado de ingeniería civil, renace para crear espacios bioclimáticos de alta eficiencia energética y acústica sin eliminar zonas verdes. III Congreso Edificios de Consumo de Energía Casi Nula. Pedraza et, al. 2016
[3] Ensayos de certificación para sistemas de viviendas industrializadas. Peticionario WORLDMETOR. CEMOSA. Nº expediente: O/1501913