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Ciencia de la edificación: el futuro es hoy

La edificación es una actividad que combina dos ciencias: física y química, gracias a las cuales se obtiene la capacidad predictiva para optimizar el rendimiento de los inmuebles nuevos y existentes, comprender o prevenir fallas, así como para guiar el diseño arquitectónico hacia nuevas tecnologías

Eleazar Rivera / Gráficas: cortesía del autor

De acuerdo con el estudio titulado Mexico Energy Outlook, publicado por la Agencia Internacional de la Energía (AIE) en 2016, los edificios forman parte de uno de los tres sectores con mayor demanda de energía en el país y el consumo de electricidad de los mismos ha aumentado más del cien por ciento en sólo 14 años.

La elección de los materiales de construcción es un componente clave en el diseño de inmuebles de alto rendimiento. Si bien los diseñadores a veces están limitados por el tipo y el tamaño de la estructura, aún deben sopesar una cantidad de factores para elegir cuál de las posibles opciones de uso brindará los mayores beneficios, ya sea desde un enfoque de financiamiento como en uno de eficiencia energética. Una vez que se realiza la elección de los materiales y equipos, es más difícil retroceder y cambiar lo que sería, por ejemplo, la parte relacionada con los diseños.

Los materiales poseen propiedades innatas que los distinguen unos de otros. Estas fortalezas y debilidades intrínsecas, en su mayor parte, no pueden ser alteradas por diseñadores o ingenieros. No se puede especificar un ladrillo más maleable o concreto transparente. Los materiales de construcción son lo que son.

La química no se limita a los laboratorios ni vasos de científicos. También se emplea para crear materiales que son fáciles de instalar y mantener, otorgan a los edificios un mejor rendimiento y permiten la conservación de energía y recursos.

Lo que hace que los materiales sean lo que son, es justamente su química, es decir, la composición, la estructura y las propiedades de los mismos. Los rasgos relacionados con la química, como la densidad, la reflectividad, la adhesividad, la viscosidad y las propiedades térmicas, no sólo definen qué tipo de materiales son, sino también qué papel pueden desempeñar en la construcción de un inmueble. De hecho, los materiales deben, en última instancia, tener química entre ellos, para actuar como las moléculas elementales que componen un edificio y determinar en un grado significativo cómo puede funcionar.

El objetivo de las nuevas edificaciones debe estar basado en un enfoque holístico, incluyendo a los sistemas y materiales como si se tratara de un ser vivo; es por ello que los diseños de vanguardia tienden a ser biomiméticos.

UNA CIENCIA MULTIDISCIPLINARIA

La Building Science o “ciencia de la construcción” es una disciplina que recolecta conocimiento y experiencia tecnológica basada en el análisis y control de los fenómenos físicos que afectan a los edificios. Ésta integra enfoques de la arquitectura, la ingeniería y la actividad constructiva.

Tradicionalmente, incluye áreas como materiales de construcción, envolvente, sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, iluminación natural y eléctrica, acústica, calidad del aire interior, estrategias térmicas pasivas, protección contra incendios y energías renovables en los edificios. En Europa, la física aplicada y de la edificación son términos utilizados para el dominio del conocimiento que se superpone con la ciencia de la edificación. El propósito práctico de esta nueva disciplina es proporcionar una capacidad predictiva para optimizar el rendimiento de los edificios nuevos y existentes, comprender o prevenir fallas en los edificios y guiar el diseño de nuevas técnicas y tecnologías.

La proyección a futuro de esta disciplina se basa en el diseño de los inmuebles en respuesta a fenómenos físicos que se producen de manera natural, tales como:

  • El clima (sol, viento, lluvia, temperatura, humedad) y problemas relacionados: ciclos de congelación / descongelación, punto de rocío/de congelación, predicción de cargas térmicas ambientales, patrones de rayos, etcétera
  • Condiciones subterráneas que incluyen (potencial sísmico u otra actividad de agua subterránea, penetración de heladas, etcétera)

No obstante, estos esfuerzos de pronóstico se ven delimitados por las siguientes fronteras tecnológicas:

  • Características de los materiales (por ejemplo, respuesta a rayos UV, congelación-descongelación; respuesta a actividad microbiológica, moho; corrosión galvánica entre metales diferentes y propiedades tales como la permeabilidad de los materiales al agua y vapor de la misma; hinchamiento, contracción, compatibilidad, etcétera)
  • Aspectos de física, química y biología tales como acción capilar, absorción, condensación; gravedad, migración / transferencia térmica (conducción, radiación y convección); dinámica de presión de vapor y reacciones químicas (incluido el proceso de combustión); adhesión / cohesión, fricción, ductilidad, elasticidad y fisiología de hongos y bacterias
  • Fisiología humana y salud del ocupante (confort, reacción sensorial, por ejemplo, percepción de la radiación, función del sudor, sensibilidad química a compuestos orgánicos volátiles, nivel de CO2 resultado de la respiración y nivel de ocupantes, etcétera)
  • Consumo de energía, capacidad de control ambiental, consideraciones de mantenimiento del edificio, longevidad / sostenibilidad y comodidad
  • Inmótica (nivel de especialización tecnológica disponible en la región en favor de la eficiencia de los recursos del edificio sin afectar la comodidad del mismo)

BENEFICIOS

El resultado práctico de aplicar estos conocimientos científicos se refleja en el diseño de los detalles arquitectónicos del recinto y, finalmente, en el rendimiento a largo plazo de la envolvente de la estructura. El alcance puede ser mucho más amplio que esto en la mayoría de los proyectos; mejora el potencial de financiamiento y el retorno de la inversión de dueños y ocupantes. Después de todo, la ingeniería es ciencia aplicada, mezclada con experiencia y juicio. Antes, cuando los arquitectos hablaban de ciencias de la construcción, generalmente, se referían a problemas de raíz que las disciplinas de ingeniería tradicionalmente evitaban, aunque en la actualidad existen asignaturas emergentes.

Muchos aspectos de la ciencia de la construcción son responsabilidad del arquitecto o de la desarrolladora inmobiliaria. A menudo, en colaboración con las diferentes ingenierías, otras ramas han evolucionado para manejar las preocupaciones sobre esta disciplina, tales como la ingeniería estructural, sísmica, geotécnica, química, mecánica, eléctrica, acústica, de control y automatización, etcétera.

Con un enfoque en los campos de acción (ver figura 1), en conclusión, el objetivo de esta disciplina es la de servir como una herramienta que englobe al arquitecto, urbanista, ingeniero, desarrollador y contratista bajo una visión más completa, para resolver problemas de la industria de la edificación del mañana.

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Eleazar Rivera

Actualmente es consultor en Eficiencia Energética y HVAC en la Dirección de Fomento Energético de la Secretaría de Economía y Trabajo de Nuevo León.

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