El cobre se ha ganado un lugar respetado en los campos relacionados de la arquitectura , la construcción de edificios y el diseño de interiores . [8] Desde catedrales hasta castillos y desde hogares hasta oficinas , el cobre se usa para una variedad de elementos arquitectónicos, incluidos techos , tapajuntas , canalones , bajantes , cúpulas , torres , bóvedas , revestimientos de paredes y juntas de expansión de edificios .
La historia del cobre en la arquitectura se puede vincular a su durabilidad, resistencia a la corrosión , apariencia prestigiosa y capacidad para formar formas complejas. [9] Durante siglos, los artesanos y diseñadores utilizaron estos atributos para construir sistemas de construcción duraderos y estéticamente agradables. [10]
Durante el último cuarto de siglo, el cobre se ha diseñado en una gama mucho más amplia de edificios, incorporando nuevos estilos, variedades de colores y diferentes formas y texturas. [11] Las paredes revestidas de cobre son un elemento de diseño moderno tanto en ambientes interiores como exteriores.
Algunos de los arquitectos modernos más distinguidos del mundo han confiado en el cobre. Los ejemplos incluyen a Frank Lloyd Wright , quien especificó materiales de cobre en todos sus proyectos de construcción; [9] Michael Graves, medallista de oro de la AIA que diseñó más de 350 edificios en todo el mundo; [12] Renzo Piano , quien diseñó cobre revestido pre-patinado para el Museo de Ciencias NEMO- Metropolis en Amsterdam ; [13] Malcolm Holzman, cuyas tejas de cobre patinado en el Centro de Comunicaciones de Televisión de WCCO hicieron de la instalación una destacada arquitectura en Minneaoplis; [14] y Marianne Dahlbäck y Göran Månsson, quienes diseñaron el Museo Vasa , una característica destacada del horizonte de Estocolmo, con un revestimiento de cobre de 12.000 metros cuadrados (130.000 pies cuadrados). [15] La enorme escultura de pez de cobre del arquitecto Frank O. Gehry en lo alto de la Vila Olímpica de Barcelona es un ejemplo del uso artístico del cobre. [16] [17] [18]
El rasgo más famoso del cobre es su exhibición de un color metálico brillante a marrón iridiscente a casi negro y finalmente a una pátina verdín verdosa . Los arquitectos describen la variedad de marrones como rojizo, chocolate, ciruela, caoba y ébano. [19] La distintiva pátina verde del metal ha sido codiciada durante mucho tiempo por arquitectos y diseñadores.
Este artículo describe los beneficios prácticos y estéticos del cobre en la arquitectura, así como su uso en aplicaciones exteriores, elementos de diseño de interiores y edificios ecológicos.
Historia
El cobre ha jugado un papel en la arquitectura durante miles de años. Por ejemplo, en el antiguo Egipto , las enormes puertas del templo de Amen-Re en Karnak estaban revestidas de cobre. En el siglo III a. C., se instalaron tejas de cobre en el techo del templo Lowa Maha Paya en Sri Lanka . [10] Y los romanos utilizaron cobre como cubierta del techo del Panteón en el 27 a . C. [20]
Siglos más tarde, el cobre y sus aleaciones fueron parte integral de la arquitectura medieval . Las puertas de la Iglesia de la Natividad de Belén (siglo VI) están cubiertas con planchas de bronce talladas en patrones. Los de Hagia Sophia en Constantinopla , de los siglos VIII y IX, están labrados en bronce. Las puertas de bronce de la catedral de Aquisgrán en Alemania se remontan al año 800 d.C. Las puertas del baptisterio de bronce de la catedral de Florencia fueron terminadas en 1423 d.C. por Ghiberti . [21]
El techo de cobre de la catedral de Hildesheim , instalado en 1280 d.C., sobrevive hasta nuestros días. [22] Y el techo de Kronborg , uno de los castillos renacentistas más importantes del norte de Europa que fue inmortalizado como Elsinore Castle en Shakespeare 's Hamlet , se instaló en 1585 dC [23] El cobre de la torre fue renovado en 2009. [24]
Durante años, el cobre estuvo reservado principalmente para instituciones públicas, como iglesias, edificios gubernamentales y universidades. Los techos de cobre son a menudo una de las características arquitectónicas más distinguibles de estas estructuras. [9]
Hoy en día, el cobre arquitectónico se utiliza en sistemas de techos , tapajuntas y cofias , canalones y bajantes de agua , juntas de expansión de edificios , revestimientos de paredes , cúpulas , torres , bóvedas y varios otros elementos de diseño. Al mismo tiempo, el metal ha evolucionado de una barrera contra la intemperie y un elemento de diseño exterior a entornos de edificios interiores donde está cambiando la forma en que se decoran los interiores comerciales y residenciales. [25]
En el siglo XXI, el uso de cobre continúa evolucionando en el ambiente interior. Sus propiedades antimicrobianas recientemente probadas reducen las cargas bacterianas patógenas en productos tales como pasamanos , barandas, accesorios de baño, encimeras , etc. Estos productos antimicrobianos a base de cobre ahora también se están incorporando en instalaciones públicas ( hospitales , hogares de ancianos , instalaciones de transporte público ). como en los edificios residenciales debido a los beneficios para la salud pública. (Para el artículo principal, consulte: Superficies táctiles antimicrobianas de aleación de cobre ).
Beneficios
Resistencia a la corrosión
Como metal arquitectónico, el cobre proporciona una excelente resistencia a la corrosión . [26] Las superficies de cobre forman revestimientos de pátina de óxido-sulfato resistentes que protegen las superficies de cobre subyacentes y resisten la corrosión durante mucho tiempo. [19]
El cobre se corroe a tasas insignificantes en aire no contaminado, agua, ácidos desaireados no oxidantes y cuando se expone a soluciones salinas , soluciones alcalinas y productos químicos orgánicos . Los techos de cobre en atmósferas rurales se corroe a tasas de menos de 0,4 mm ( 1 ⁄ 64 pulgada ) en 200 años. [27]
A diferencia de la mayoría de los otros metales, el cobre no sufre la corrosión de la parte inferior que puede causar fallas prematuras en los techos. Con un techo de cobre, los sustratos y estructuras de soporte generalmente fallan mucho antes que el cobre en el techo. [11]
Sin embargo, el cobre arquitectónico es susceptible al ataque corrosivo en determinadas condiciones. Los ácidos oxidantes, las sales oxidantes de metales pesados, los álcalis , los óxidos de azufre y nitrógeno , el amoníaco y algunos compuestos de azufre y amonio pueden acelerar la corrosión del cobre. La precipitación en áreas con un pH inferior a 5,5 puede corroer el cobre, posiblemente antes de que tenga tiempo de formarse una pátina o una película protectora de óxido. La precipitación ácida, conocida como lluvia ácida , se debe a las emisiones de la combustión de combustibles fósiles , la fabricación de productos químicos u otros procesos que liberan óxidos de azufre y nitrógeno a la atmósfera . [28] La corrosión por erosión puede ocurrir cuando el agua ácida de un techo sin cobre que no neutraliza la acidez, como tejas, pizarra, madera o asfalto, cae sobre una pequeña área de cobre. La corrosión de la línea puede ocurrir si el borde de goteo de un material de techo inerte descansa directamente sobre el cobre. Una solución a esto puede ser elevar el borde inferior de las tejas con una tira de peralte, o proporcionar una tira de refuerzo reemplazable entre las tejas y el cobre. [26] El diseño y los detalles adecuados para eliminar el agua, que reducen el tiempo de permanencia del agua ácida en las superficies metálicas, pueden prevenir la mayoría de los problemas de corrosión atmosférica. [28]
El latón , una aleación de cobre y zinc, tiene buena resistencia a la corrosión atmosférica, los álcalis y los ácidos orgánicos. En algunas aguas potables y en agua de mar, sin embargo, las aleaciones de latón con 20% o más de zinc pueden sufrir un ataque corrosivo. [29]
Durabilidad / larga vida
Los techos de cobre son extremadamente duraderos en la mayoría de los entornos. Han funcionado bien durante más de 700 años, principalmente debido a la pátina protectora que se forma en las superficies de cobre. Las pruebas realizadas en techos de cobre del siglo XVIII en Europa mostraron que, en teoría, podrían durar mil años. [19]
Movimiento térmico bajo
Los techos de cobre correctamente diseñados minimizan los movimientos debidos a los cambios térmicos. La baja expansión térmica del cobre , 40% menos que el zinc y el plomo [ cita requerida ] , ayuda a prevenir el deterioro y fallas. Además, el alto punto de fusión del cobre asegura que no se deslizará ni se estirará como lo hacen otros metales.
En techos pequeños a dos aguas , el movimiento térmico es relativamente menor y, por lo general, no es un problema. En edificios de grandes luces de más de 60 m (200 pies) y cuando se utilizan paneles largos, puede ser necesario un margen para la expansión térmica. Esto permite que el techo "flote" sobre las subestructuras de soporte sin dejar de ser seguro. [30]
Bajo mantenimiento
El cobre no requiere limpieza ni mantenimiento. Es especialmente adecuado para áreas de difícil o peligroso acceso después de la instalación.
Ligero
Cuando se usa como una cubierta de techo con soporte completo, el cobre pesa la mitad (incluido el sustrato) del plomo y solo una cuarta parte de los techos de tejas. Esto generalmente proporciona ahorros en la estructura de soporte y los costos de materiales. El revestimiento de cobre ofrece oportunidades adicionales para reducir el peso de las estructuras de cobre (para obtener más detalles, consulte: Revestimiento de cobre y revestimiento de paredes ).
Ventilación
El cobre no requiere medidas de ventilación complejas . Es adecuado tanto para construcciones de techos sin ventilación "cálidos" como ventilados "fríos". [20]
Blindaje de radiofrecuencia
Los equipos electrónicos sensibles son vulnerables a interferencias y vigilancia no autorizada . Estos productos también requieren protección contra altos voltajes . El blindaje de radiofrecuencia (RF) puede abordar estos problemas al reducir la transmisión de campos eléctricos o magnéticos de un espacio a otro.
El cobre es un material excelente para el blindaje de RF porque absorbe ondas de radio y magnéticas . Otras propiedades útiles para el blindaje de RF es que el cobre tiene una alta conductividad eléctrica, es dúctil, maleable y se suelda fácilmente. [31]
Los recintos con blindaje de RF filtran un rango de frecuencias para condiciones específicas. Los gabinetes de cobre correctamente diseñados y construidos satisfacen la mayoría de las necesidades de blindaje de RF, desde salas de conmutación de computadoras y electricidad hasta instalaciones hospitalarias de tomografía computarizada y resonancia magnética . [32] [31] Se debe prestar especial atención con respecto a posibles penetraciones de blindaje, como puertas, conductos de ventilación y cables.
Un escudo puede ser eficaz contra un tipo de campo electromagnético pero no contra otro. Por ejemplo, una lámina de cobre o un blindaje de RF de pantalla será mínimamente eficaz contra los campos magnéticos de frecuencia industrial. Un escudo magnético de frecuencia industrial podría ofrecer una pequeña reducción de los campos de radiofrecuencia. Lo mismo es cierto para diferentes frecuencias de RF. Un protector de pantalla de malla grande simple puede funcionar bien para frecuencias más bajas, pero puede ser ineficaz para microondas. [33]
La lámina de cobre para blindaje de RF se puede formar en prácticamente cualquier forma y tamaño. La conexión eléctrica a un sistema de puesta a tierra proporciona un recinto de RF eficaz.
Protección contra rayos
La protección contra rayos minimiza el daño a los edificios durante las terminaciones de rayos. Esto generalmente se logra proporcionando múltiples vías interconectadas de baja impedancia eléctrica al suelo.
El cobre y sus aleaciones son los materiales más comunes utilizados en las protecciones contra rayos residenciales; sin embargo, en entornos industriales químicamente corrosivos, es posible que el cobre deba revestirse con estaño. [34] El cobre facilita eficazmente la transmisión de la energía del rayo al suelo debido a su excelente conductividad eléctrica . Además, se dobla fácilmente en comparación con otros materiales conductores.
Cuando los techos de cobre, las canaletas y los líderes de lluvia están conectados eléctricamente a una instalación de conexión a tierra, se proporciona una vía de baja impedancia eléctrica a tierra; sin embargo, sin vías de conducción dedicadas para concentrar el canal de descarga, una superficie energizada dispersa puede no ser la más deseable. . [11] [35]
Debido a que el cobre tiene una conductividad eléctrica más alta que el aluminio y su impedancia durante la terminación de un rayo es menor, el cobre permite el uso de menos área de superficie de sección transversal por longitud lineal, en su recorrido de alambres tejidos que el aluminio. Además, el aluminio no se puede utilizar en hormigón vertido ni para ningún componente subterráneo debido a sus propiedades galvánicas . [36]
Para ser efectivos, los sistemas de protección contra rayos generalmente maximizan el área de superficie de contacto entre los conductores y la tierra a través de una rejilla de tierra de diferentes diseños. Para complementar las rejillas de puesta a tierra en tierras de baja conductividad, como arena o roca, se encuentran disponibles tubos de cobre largos y huecos llenos de sales metálicas. Estas sales se filtran a través de los orificios del tubo, lo que hace que el suelo circundante sea más conductivo y aumenta la superficie total, lo que disminuye la resistencia efectiva. [34]
Los techos de cobre pueden usarse como parte de un esquema de protección contra rayos donde la piel de cobre , las canaletas y las tuberías de agua de lluvia se pueden unir y unir a una instalación de conexión a tierra. El espesor de cobre especificado para los materiales de techado suele ser adecuado para la protección contra rayos. [37] Se puede recomendar un sistema de protección contra rayos dedicado para una protección adecuada contra rayos con un sistema de techo de cobre instalado. El sistema incluiría terminales de aire y conductores de interceptación en el techo, un sistema de electrodos de tierra y un sistema de conductores de bajada que conectan el techo y los componentes de tierra. Se recomienda que el techo de cobre se adhiera al sistema de conductores. La unión asegura que los conductores y el techo permanezcan en equipotencial y reduzcan el destello lateral y el posible daño del techo. [35]
Amplia gama de acabados
A veces es deseable alterar químicamente la superficie de cobre o aleaciones de cobre para crear un color diferente. Los colores más comunes que se producen son los acabados marrones o estatuarios para latón o bronce y los acabados verdes o pátina para el cobre . [38] Los tratamientos mecánicos de la superficie, la coloración química y los revestimientos se describen en otra parte de este artículo en: Acabados .
Continuidad del diseño
Los arquitectos a menudo miran al cobre arquitectónico para la continuidad en los elementos de diseño. Por ejemplo, un sistema de techado de cobre puede diseñarse con tapajuntas de cobre, intemperies, conductos de ventilación, canalones y bajantes. Los detalles de la cubierta pueden incluir cornisas , molduras , remates y esculturas . [11]
Con el uso cada vez mayor de revestimientos verticales, las superficies verticales y del techo pueden coincidir entre sí de modo que se mantenga la continuidad completa del material y el rendimiento. Las mamparas de lluvia y los muros cortina (a menudo vinculados con travesaños y montantes ) también están ganando popularidad en el diseño arquitectónico moderno. [39]
Antimicrobiano
Numerosas pruebas en todo el mundo han demostrado que el cobre y las aleaciones de cobre sin revestir (p. Ej., Latón, bronce, cobre-níquel, cobre-níquel-zinc) tienen fuertes propiedades antimicrobianas intrínsecas con eficacia contra una amplia gama de bacterias , mohos , hongos y virus resistentes a enfermedades . [40] Después de años de pruebas, Estados Unidos aprobó el registro de más de 300 diferentes aleaciones de cobre (cobre, latón, bronces, cobre-níquel y níquel-plata) como materiales antimicrobianos. Estos desarrollos están creando mercados para el cobre antimicrobiano y las aleaciones de cobre en la arquitectura de interiores. Para satisfacer las necesidades de diseño de superficies, estructuras, accesorios y componentes de edificios, los productos antimicrobianos a base de cobre están disponibles en una amplia gama de colores, acabados y propiedades mecánicas. [8] [41] Pasamanos, encimeras, pasillos, puertas, placas de empuje, cocinas y baños de cobre son solo algunos de los productos antimicrobianos aprobados para hospitales, aeropuertos, oficinas, escuelas y cuarteles militares para matar bacterias dañinas. Consulte: una lista de productos aprobados en los EE . UU .
Sustentabilidad
Si bien una definición universalmente aceptada de sostenibilidad sigue siendo difícil de alcanzar, la Comisión Brundtland de las Naciones Unidas definió el desarrollo sostenible como un desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades. La sostenibilidad, el mantenimiento a largo plazo de la responsabilidad, requiere la conciliación de las demandas ambientales, de equidad social y económicas. Estos "tres pilares" de la sostenibilidad abarcan la gestión responsable del uso de los recursos. Además, puede significar que podemos utilizar un recurso que no dejará de ser abundante a pesar del aumento de la ingesta.
El cobre es un material sostenible. Su durabilidad ofrece un servicio prolongado con poco mantenimiento. Sus altas eficiencias energéticas eléctricas y térmicas reducen el desperdicio de energía eléctrica. Sus propiedades antimicrobianas destruyen los microorganismos patógenos que causan enfermedades. Y su alto valor de chatarra y su capacidad para reciclarse continuamente sin ninguna pérdida de rendimiento garantizan su gestión responsable como un recurso valioso.
Se encuentra disponible información sobre el inventario del ciclo de vida (LCI) sobre tubos, láminas y alambres de cobre, utilizando las normas ISO y cubriendo los sectores de minería y producción primaria de cobre (es decir, fundición y refinación). [42] Utilizados en las evaluaciones del ciclo de vida (LCA), particularmente en el sector de la edificación y la construcción, los conjuntos de datos de LCI ayudan a los fabricantes de productos que contienen cobre con el cumplimiento y las iniciativas voluntarias de mejora. También apoyan a los responsables de la formulación de políticas en el desarrollo de directrices y reglamentos ambientales con el objetivo de fomentar el desarrollo sostenible .
La larga vida útil de los techos y revestimientos de cobre tiene un efecto positivo significativo en las evaluaciones de toda la vida útil del cobre en comparación con otros materiales en términos de consumo de energía incorporada (es decir, la energía total consumida durante cada fase de cada ciclo de vida en MJ / m 2 ), CO 2 generación y costo.
Cobre | Acero inoxidable | Aluminio | |
---|---|---|---|
Espesores típicos (mm) | 0,6 | 0.4 | 0,7 |
Vida útil (años) | 200 | 100 | 100 |
Energía incorporada (MJ / m 2 ) | 103,3 | 157,2 | 115,4 |
Emisiones equivalentes de CO 2 (kg / m 2 ) | 6.6 | 10,9 | 7.5 |
Reciclabilidad
La reciclabilidad es un factor clave de un material sostenible . Reduce la necesidad de extraer nuevos recursos y requiere menos energía que la minería . El cobre y sus aleaciones son virtualmente 100% reciclables [10] y se pueden reciclar infinitamente sin pérdida de calidad (es decir, el cobre no se degrada (es decir, ciclo descendente ) después de cada ciclo de reciclaje como lo hacen la mayoría de los materiales no metálicos, si son reciclables en absoluto). El cobre conserva gran parte de su valor de metal primario: la chatarra de calidad superior normalmente contiene al menos el 95% del valor del metal primario del mineral recién extraído . Los valores de desperdicio para materiales competidores oscilan entre aproximadamente un 60% y un 0%. Y el reciclaje de cobre requiere solo alrededor del 20% de la energía necesaria para extraer y procesar el metal primario.
Actualmente, alrededor del 40% de la demanda anual de cobre de Europa [44] y alrededor del 55% del cobre utilizado en arquitectura [11] proviene de fuentes recicladas. Las bobinas y láminas de cobre nuevas a menudo tienen un contenido reciclado del 75% al 100%.
Para 1985, se recicló más cobre que la cantidad total de cobre que se consumió en 1950. Esto se debe a la relativa facilidad de reutilizar los desechos de procesamiento y recuperar el cobre de los productos después de su vida útil. [11]
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Rentabilidad
Los costos de rendimiento, mantenimiento, vida útil y recuperación del reciclaje son factores que determinan la rentabilidad de los componentes del edificio. Si bien el costo inicial del cobre es más alto que el de otros metales arquitectónicos, generalmente no es necesario reemplazarlo durante la vida útil de un edificio. Debido a su durabilidad, bajo mantenimiento y valor de rescate final , el costo adicional del cobre puede ser insignificante durante la vida útil de un sistema de techado. [45]
Los techos de cobre son considerablemente menos costosos que los de plomo , pizarra o tejas de arcilla hechas a mano . Sus costos son comparables a los de zinc , acero inoxidable , aluminio e incluso algunas tejas de arcilla y concreto cuando se consideran los costos generales del techo (incluida la estructura). [11]
Algunos estudios indican que el cobre es un material más rentable en función del ciclo de vida que otros materiales para techos con una vida útil de 30 años o más. [11] [46] [47] Un estudio europeo que comparó los costos de cobre para techos con otros metales, concreto y tejas de arcilla, pizarra y betún encontró que a mediano y largo plazo (para vidas de 60 a 80 años y 100 años y más), el cobre y el acero inoxidable fueron los materiales para techos más rentables de todos los materiales examinados. [19]
Las técnicas de instalación como la prefabricación, la formación de máquinas in situ, la unión mecanizada y el sistema de tiras largas ayudan a reducir los costos de instalación de los techos de cobre. Al reducir los costos de instalación, estas técnicas permiten a los diseñadores especificar el cobre en una gama más amplia de tipos de edificios, no solo en grandes proyectos de prestigio como había sido común en el pasado. [11] [22]
Dado que la chatarra de cobre conserva gran parte de su valor principal, los costos del ciclo de vida del cobre se reducen cuando se toma en cuenta su valor de rescate. Para obtener más información, consulte la sección Reciclabilidad de este artículo.
Cobre puro frente a cobre aleado
Cobre puro. A diferencia de otros metales, el cobre se utiliza con frecuencia en su forma pura (99,9% Cu) sin alear para aplicaciones de láminas y tiras en techos, revestimientos exteriores y tapajuntas. [8]
El revenido es una técnica de tratamiento térmico que se utiliza para aumentar la tenacidad de los metales. Los temperamentos determinan la ductilidad del metal y, por lo tanto, qué tan bien se forma y mantendrá su forma sin soporte adicional. [10] En los EE. UU., El cobre está disponible en seis temperamentos: 060 suave, 1 ⁄ 8 laminado en frío duro, 1 ⁄ 4 laminado en frío de alto rendimiento, medio duro, tres cuartos de duro y duro. [48] [49] En el Reino Unido, solo existen tres designaciones: suave, semiduro y duro. [22] El cobre y sus aleaciones se definen en los EE. UU. En las designaciones estándar para cobre y aleaciones de cobre de ASTM; en Europa por BS EN 1172: 1997 - 'Cobre y aleaciones de cobre en Europa'; y en el Reino Unido por el Código de práctica estándar británico CP143: Part12: 1970.
El temple de cobre laminado en frío es, con mucho, el más popular en la construcción de edificios en los EE. UU. Es menos maleable que el cobre blando pero es mucho más resistente. [39] Laminado en frío A menudo se recomienda 1 ⁄ 8 de cobre templado duro para instalaciones de cubiertas y tapajuntas. Se pueden especificar láminas de techo con temperaturas más altas para ciertas aplicaciones. [10] [50]
El cobre templado suave es extremadamente maleable y ofrece mucha menos resistencia que el cobre laminado en frío a las tensiones inducidas por la expansión y contracción. Se utiliza para trabajos ornamentales intrincados y donde se requiere conformado extremo, como en condiciones complicadas de tapajuntas a través de la pared.
El uso principal del cobre de alto rendimiento es en productos de tapajuntas, donde la maleabilidad y la resistencia son importantes.
El grosor de las láminas y tiras de cobre se mide en los EE. UU. Por su peso en onzas por pie cuadrado. Los espesores comúnmente utilizados en la construcción en los EE. UU. Están entre 12 onzas (340 g) y 48 onzas (1400 g). Dado que la industria a menudo utiliza números de calibre o espesores reales para láminas de metal u otros materiales de construcción, es necesario realizar conversiones entre los diferentes sistemas de medición.
En Europa, el cobre no arsenical desoxidado con fósforo se utiliza con la designación C106. El cobre se lamina a espesores que oscilan entre 0,5 y 1,0 mm ( 1 ⁄ 64 y 3 ⁄ 64 pulgadas ) ( 1,5-3,0 mm o 1 ⁄ 16 - 1 ⁄ 8 pulg. Para muros cortina) pero una El espesor de 0,6–0,7 mm ( 3 ⁄ 128 - 1 ⁄ 32 pulg. ) Se usa generalmente para techos. [11]
Cobre aleado. Las aleaciones de cobre, como el latón y el bronce, también se utilizan en estructuras de edificios residenciales y comerciales. [8] Las variaciones de color se deben principalmente a diferencias en la composición química de la aleación.
Algunas de las aleaciones de cobre más populares y sus números asociados del Sistema de Numeración Unificada (UNS) desarrollados por ASTM [51] y SAE [52] son los siguientes:
Aleación de cobre | Termino común | Composición | Color natural | Color degradado |
---|---|---|---|---|
C11000 / C12500 | Cobre | 99,90% cobre | Rojo salmón | Pátina de color marrón rojizo a verde grisáceo |
C12200 | Cobre | 99,90% de cobre; 0,02% de fósforo | Rojo salmón | Pátina de color marrón rojizo a verde grisáceo |
C22000 | Bronce comercial | 90% de cobre; 10% zinc | Oro rojo | Pátina marrón a gris verdosa en seis años |
C23000 | Latón rojo | 85% de cobre; 15% zinc | Amarillo rojizo | Pátina marrón chocolate a verde grisáceo |
C26000 | Cartucho de latón | 70% de cobre; 30% zinc | Amarillo | Amarillento, gris verdoso |
C28000 | Muntz metal | 60% de cobre; 40% zinc | Amarillo rojizo | Marrón rojizo a marrón grisáceo |
C38500 | Bronce arquitectónico | 57% de cobre; 3% de plomo; 40% zinc | Amarillo rojizo | Marrón rojizo a marrón oscuro |
C65500 | Bronce de silicio | 97% de cobre; 3% de silicio | Oro viejo rojizo | Marrón rojizo a marrón grisáceo finamente moteado |
C74500 | Alpaca | 65% de cobre; 25% de zinc; 10% de níquel | Plata cálida | Marrón grisáceo a gris verdoso finamente moteado |
C79600 | Alpaca con plomo | 45% de cobre; 42% de zinc; 10% de níquel; 2% de manganeso; 1% de plomo | Plata cálida | Marrón grisáceo a gris verdoso finamente moteado |
En la práctica, el término "bronce" se puede utilizar para una variedad de aleaciones de cobre con poco o ningún estaño si se parecen a los verdaderos bronces en color.
Se dispone de más información sobre aleaciones de cobre arquitectónicas. [53] [54]
Criteria de selección
Los criterios por los cuales se seleccionan el cobre y las aleaciones de cobre para proyectos arquitectónicos incluyen el color, la fuerza, la dureza, la resistencia a la fatiga y la corrosión, la conductividad eléctrica y térmica y la facilidad de fabricación. [55] Son esenciales los espesores y temple apropiados para aplicaciones específicas; las sustituciones pueden conducir a un rendimiento inadecuado. [28]
El cobre arquitectónico se usa generalmente en láminas y tiras. La tira tiene 60 cm (24 pulgadas) o menos de ancho, mientras que la hoja tiene más de 60 cm (24 pulgadas) de ancho, hasta 120 cm (48 pulgadas) de ancho por 240 o 300 cm (96 o 120 pulgadas) de largo. más en forma de bobina.
Consideraciones estructurales
Las consideraciones estructurales juegan un papel importante en el diseño adecuado de aplicaciones de cobre. La principal preocupación son los efectos térmicos: el movimiento y las tensiones relacionadas con las variaciones de temperatura. Los efectos térmicos se pueden acomodar previniendo el movimiento y resistiendo las tensiones acumulativas o permitiendo el movimiento en ubicaciones predeterminadas, aliviando así las tensiones térmicas anticipadas. [56]
La resistencia al viento es una consideración estructural importante. Underwriters Laboratories (UL) realizó una serie de pruebas en sistemas de techo de cobre. Un techo de cobre con juntas alzadas con paneles de prueba de 10 por 10 pies (3 mx 3 m) se sometió al protocolo de prueba de resistencia al levantamiento UL 580. El sistema de cobre no mostró una deformación inusual, los listones no se aflojaron de la plataforma estructural y el sistema pasó los requisitos de UL 580. Se otorgó la designación UL-90. [58] [59]
Unión
El cobre y sus aleaciones se unen fácilmente mediante técnicas mecánicas, como engarzado, estacado, remachado y atornillado; o mediante técnicas de unión, como soldadura fuerte , soldadura fuerte y soldadura fuerte . La selección de la mejor técnica de unión está determinada por los requisitos de servicio, la configuración de la unión, el grosor de los componentes y la composición de la aleación.
La soldadura es el método de unión preferido donde se requieren uniones fuertes y herméticas, como para canalones internos, techos y aplicaciones de tapajuntas. [28] Una costura soldada une dos piezas de cobre en una unidad cohesiva que se expande y contrae como una sola pieza. Las costuras bien soldadas suelen ser más resistentes que el material base original y proporcionan muchos años de servicio. [59]
Los sujetadores mecánicos, como tornillos, pernos y remaches, se utilizan a menudo para fortalecer las uniones y uniones. Los recorridos largos y continuos de uniones soldadas pueden causar fracturas por tensión y, por lo tanto, deben evitarse. [60] La soldadura de barra común de estaño-plomo 50-50 se usa a menudo para cobre sin recubrimiento; La soldadura de estaño-plomo 60-40 se utiliza para cobre recubierto de plomo. [61] También se aceptan muchas soldaduras sin plomo.
Los adhesivos se pueden utilizar en determinadas aplicaciones. Las aleaciones de láminas relativamente delgadas se pueden unir a madera contrachapada o ciertos tipos de espuma que actúan como aislamiento rígido.
La soldadura fuerte es el método preferido para unir tuberías y aleaciones de cobre de tubos. Las secciones de metal de cobre se unen con un material de relleno no ferroso con un punto de fusión por encima de 800 grados Fahrenheit pero por debajo del punto de fusión de los metales base. Se recomiendan juntas ciegas u ocultas ya que la combinación de colores del material de relleno plateado es de regular a pobre.
La soldadura es un proceso en el que las piezas de cobre se funden juntas de manera efectiva, ya sea por llama, electricidad o alta presión. Con la creciente disponibilidad de equipos de soldadura TIG modernos, la soldadura de elementos decorativos de cobre incluso de calibre liviano está ganando aceptación.
Hay videos instructivos disponibles sobre técnicas de flux y soldadura ; cómo hacer uniones soldadas de costura plana, costuras alzadas de doble bloqueo, costuras traslapadas, costuras solapadas de cobre en láminas verticales de soldadura y puntadas (incluida la puntada de mariposa); así como estañado , doblado , abocardado y soldadura fuerte de cobre . [62]
Selladores
Los selladores son una alternativa a la soldadura donde no se requiere resistencia adicional. En la mayoría de los casos, los selladores no deberían ser necesarios con una instalación de cobre diseñada adecuadamente. En el mejor de los casos, son una solución a relativamente corto plazo que requiere un mantenimiento frecuente. [28] Independientemente, las juntas rellenas de sellador se han utilizado con éxito como una medida secundaria de impermeabilización para aplicaciones de techos con juntas alzadas y juntas de listones donde los techos con poca pendiente son inferiores a 250 mm / m (3 pulgadas por pie). Los selladores también se pueden usar en juntas que están diseñadas principalmente para adaptarse al movimiento térmico del cobre.
Los selladores utilizados deben ser probados por el fabricante y designados como compatibles para su uso con cobre.
En general, el butilo , polisulfuro , poliuretano y otros selladores inorgánicos o a base de caucho son razonablemente compatibles con el cobre. Los selladores acrílicos , de neopreno y de nitrilo corroen activamente el cobre. Los selladores de silicona tienen cierto éxito con el cobre, pero su idoneidad debe verificarse antes de la aplicación. [59]
Corrosión galvánica
La corrosión galvánica es un proceso electroquímico mediante el cual un metal se corroe preferentemente a otro cuando ambos metales están en contacto eléctrico entre sí en presencia de un electrolito , como humedad y sales. Esto se debe a que los metales diferentes tienen potenciales de electrodo diferentes . La diferencia de potencial entre los diferentes metales es la fuerza impulsora del ataque acelerado sobre el metal con el número galvánico más bajo (es decir, el ánodo). Con el tiempo, el metal del ánodo se disuelve en el electrolito. [59] [63] [64]
Los metales se clasifican de acuerdo con números galvánicos como una medida cualitativa de su nobleza. Estos números califican la resistencia a la corrosión de cualquier metal cuando está en contacto con otros metales. [60] Una diferencia mayor en el número galvánico entre dos metales en contacto entre sí indica un mayor potencial de corrosión. Los números galvánicos de los metales más comunes utilizados en la construcción se clasifican de la siguiente manera: [65] 1. aluminio; 2. zinc; 3. acero; 4. hierro; 5. acero inoxidable - activo; 6. estaño; 7. plomo; 8. cobre; 9. acero inoxidable - pasivo.
La corrosión galvánica es una preocupación principal en el mantenimiento de techos de metal. Los entornos marinos presentan una preocupación adicional debido a la mayor concentración de sales en el aire y el agua. [66]
El cobre es uno de los metales más nobles. No se dañará por el contacto con otros metales, pero provocará corrosión en algunos otros metales si se contactan directamente. Los principales metales de preocupación con respecto al contacto directo con el cobre son el aluminio, el acero de calibre ligero y el zinc. Los tapajuntas de aluminio y acero y los sujetadores de acero galvanizado no deben usarse con cobre. La escorrentía de un techo de cobre corroe las canaletas de aluminio y acero. [67] [68] No es necesario aislar el cobre del plomo, el estaño o muchos aceros inoxidables en la mayoría de las circunstancias. [69]
Cuando no es posible evitar el contacto, se requiere un método eficaz de separación de materiales. [61] Si se utilizan pinturas o revestimientos para el aislamiento, deben ser compatibles con ambos metales. Se pueden utilizar imprimaciones bituminosas o de cromato de zinc entre el cobre y el aluminio. El bituminoso, el cromato de zinc o una imprimación de plomo rojo pueden ser eficaces para separar el cobre del hierro y otros metales ferrosos. El encintado o la junta con materiales no absorbentes o selladores son efectivos para separar el cobre de todos los demás metales. En áreas con exposición severa, se debe usar plomo o materiales de juntas similares, excepto entre el cobre y el aluminio. Se debe evitar que el agua que drene de las superficies de cobre se exponga al aluminio y al acero galvanizado, ya que los rastros de sales de cobre pueden acelerar la corrosión. [59] [69] En algunos casos, el anodizado puede proteger el aluminio más grueso, como los montantes del sistema de ventanas de aluminio.
Pátinas naturales
El cobre pasa por un proceso de oxidación natural que forma una pátina protectora única en el metal. La superficie del metal sufre una serie de cambios de color: desde rosas iridiscentes / salmón hasta naranjas y rojos intercalados con amarillos cobrizos, azules, verdes y púrpuras. A medida que el óxido se espesa, estos colores son reemplazados por marrones rojizos y chocolate, grises pizarra opacos o negros y, finalmente, por un verde claro o azul verdoso. [19]
El proceso de patinado del cobre es complejo. Comienza inmediatamente al exponerse al medio ambiente con la formación inicial de películas de conversión de óxido de cobre que se notan dentro de los seis meses. La meteorización puede ser desigual al principio, pero la película se vuelve uniforme después de unos nueve meses. [19] Durante los primeros años, las películas de conversión de sulfuro cuproso y cúprico oscurecen la superficie a marrones y luego a gris pizarra opaco o negro opaco. La meteorización continua transforma las películas de sulfuro en sulfatos , que son las notables pátinas azul-verde o gris-verde. [11] [20]
La tasa de conversión de patinado depende de la exposición del cobre a la humedad, la sal y la acidez de los contaminantes formadores de ácido. En climas marinos, todo el proceso de patinado puede llevar de siete a nueve años. [20] En entornos industriales, la formación de pátina alcanza su etapa final en aproximadamente quince a veinticinco años. En atmósferas rurales limpias con bajas concentraciones de dióxido de azufre en el aire, la etapa final puede tardar de diez a treinta años en desarrollarse. [20] [70] En ambientes áridos, es posible que no se forme una pátina si la humedad es insuficiente. Donde la patinaje ocurre en ambientes áridos, puede madurar a un color ébano o marrón nuez. En todos los entornos, excepto en las áreas costeras, la patinaje toma más tiempo para las superficies verticales debido a la escorrentía de agua más rápida.
Las pátinas de cobre son muy delgadas: solo 0.05080–0.07620 mm (0.002000–0.003000 in) de espesor. Sin embargo, son muy adherentes al cobre metálico subyacente. Las películas de pátina de óxido y sulfuro inicial e intermedia no son particularmente resistentes a la corrosión. La pátina de sulfato final es una capa particularmente duradera que es altamente resistente a todas las formas de corrosión atmosférica y protege el metal subyacente contra la intemperie. A medida que progresa la patinación y se forma la capa de sulfato duradera, la velocidad de corrosión disminuye, con un promedio de 0,0001 a 0,0003 mm (3,9 × 10 −6 a 1,18 × 10 −5 pulgadas ) por año. Para una hoja de 0,6 milímetros de espesor (0,024 pulgadas), esto equivale a menos del 5% de corrosión durante un período de 100 años. [11] [71] Hay más información disponible sobre patinaje de cobre. [28] [60] [72] [73]
Acabados
El cobre y sus aleaciones se pueden "terminar" para lograr una apariencia, sensación y / o color particular. Los acabados incluyen tratamientos mecánicos de superficie, coloración química y revestimientos. Estos se describen aquí.
Tratamientos mecánicos superficiales. Existen varios tipos de tratamientos superficiales mecánicos. Los acabados de laminación se obtienen mediante procesos de producción normales, como laminado, extrusión o fundición. Los acabados "pulidos" imparten una apariencia brillante de espejo después de pulir, pulir y pulir. Los acabados de "textura direccional" proporcionan un brillo satinado suave y aterciopelado en un patrón continuo de finas rayas casi paralelas. Los acabados "mate con textura no direccional" logran una textura rugosa, principalmente en piezas fundidas, ya que se aplica arena en aerosol o granalla de metal a alta presión. Y los acabados "estampados", hechos presionando una hoja de aleación de cobre entre dos rollos, producen un aspecto texturizado y en relieve.
Pátina químicamente inducida. Los arquitectos a veces solicitan un color de pátina particular en la instalación. Los sistemas de pre-patinado inducidos químicamente aplicados en fábrica pueden producir una amplia gama de acabados de colores similares a los de la pátina natural. El cobre prepatinado es particularmente útil en reparaciones cuando es necesario proporcionar colores similares a los de los techos de cobre viejos. [74] La pre-patinación también se considera en algunos materiales de construcción modernos, como revestimientos verticales, plafones y canaletas donde se desea la patinación, pero normalmente no se produciría. [11]
La coloración química de metales es un arte que implica destreza y experiencia. Las técnicas de coloración dependen del tiempo, la temperatura, la preparación de la superficie, la humedad y otras variables. [38] Las láminas de cobre prepatinado son producidas por fabricantes en ambientes controlados utilizando procesos químicos patentados. Los acabados de pátina verde se desarrollan principalmente utilizando cloruro de ácido o sulfato de ácido. Los tratamientos con cloruro de amonio ( sal amoniacal ), cloruro cuproso / ácido clorhídrico y sulfato de amonio tienen cierto éxito. [75] [76] Los acabados estatuarios se pueden producir en marrón claro, medio y oscuro, según la concentración y el número de aplicaciones de coloración. Una ventaja es que el tratamiento disfraza las marcas de la superficie en el cobre con acabado brillante y puede hacer avanzar el proceso de patinado natural. [11] [38]
Debido al número de variables involucradas, las pátinas inducidas químicamente son propensas a problemas tales como falta de adhesión, tinción excesiva de materiales adyacentes e incapacidad para lograr una uniformidad de color razonable en áreas de superficie grandes. No se recomienda la patinación química aplicada en el campo debido a las variaciones de temperatura, humedad y requisitos químicos. [59] Las garantías son prudentes al comprar cobre prepatinado para proyectos arquitectónicos. [ cita requerida ]
Se encuentran disponibles técnicas y recetas útiles para colorear cobre, latón, latón amarillo, bronce, bronce fundido, metal dorado, junto con varios acabados de textura física y química. [77]
Recubrimientos. Los revestimientos transparentes conservan el color natural, la calidez y el tono metálico de las aleaciones de cobre. Sin embargo, particularmente en aplicaciones exteriores, introducen mantenimiento en lo que naturalmente es un material libre de mantenimiento. Son productos químicos orgánicos que se secan a temperatura ambiente o requieren calor para curar o evaporar el solvente. Los ejemplos de revestimientos orgánicos transparentes incluyen alquídicos , acrílicos , acetato butirato de celulosa, epoxi , nitrocelulosa , silicona y uretano . Más detalles están disponibles. [78] [79]
Los aceites y ceras excluyen la humedad de las superficies de cobre y al mismo tiempo mejoran su apariencia al resaltar un rico brillo y profundidad de color. La lubricación se usa típicamente para prolongar el tiempo que el cobre expuesto permanece en un tono de marrón a negro. No mantendrá el cobre brillante en una instalación exterior. Los aceites y ceras ofrecen protección a corto plazo para aplicaciones exteriores y protección a largo plazo para aplicaciones interiores. [80]
Predomina la lubricación para trabajos de cubiertas y tapajuntas. Los aceites más populares son Lemon Oil, USP, Lemon Grass Oil, Native EI, aceites de parafina, aceite de linaza y aceite de ricino . En techos de cobre o tapajuntas, la reaplicación con tan poca frecuencia como una vez cada tres años puede retardar eficazmente la formación de pátina. En climas áridos, el lapso máximo entre lubricaciones puede extenderse de tres a cinco años.
El encerado generalmente se reserva para componentes arquitectónicos sujetos a una inspección minuciosa y / o tráfico. Las mezclas consideradas satisfactorias incluyen cera de carnauba y trementina de madera , o cera de abejas y trementina de madera , o ceras en pasta. [76]
Los recubrimientos de pintura opacos se utilizan principalmente para trabajos que se aplican sobre cobre cuando se desea la integridad del sustrato y la longevidad, pero se requiere un color específico que no sean los tonos de cobre naturales. [81]
Los recubrimientos de zinc-estaño son una alternativa a los recubrimientos de plomo ya que tienen aproximadamente la misma apariencia y manejabilidad. [82] [83]
Los revestimientos de esmalte vítreo se utilizan principalmente para trabajos de arte sobre cobre.
Más detalles sobre los acabados de cobre están disponibles. [84] [85] [86] [87]
Aplicaciones
Los artesanos y diseñadores utilizan los beneficios inherentes del cobre para construir sistemas de construcción duraderos y estéticamente agradables. Desde catedrales hasta castillos y desde hogares hasta oficinas, el cobre se utiliza en muchos productos: techos inclinados y con pendiente baja, plafones , impostas , tapajuntas , canalones , bajantes , juntas de expansión de edificios, cúpulas , torres y bóvedas . El cobre también se usa para revestir paredes y otras superficies en el ambiente exterior e interior. [10] [11] [88]
Techumbre
El cobre ofrece un carácter y una durabilidad únicos como material para techos. Su apariencia puede complementar cualquier estilo de construcción, desde el tradicional al moderno. Su calidez y belleza lo convierten en un material deseable para muchos arquitectos. El cobre también satisface las demandas de los arquitectos y propietarios de edificios con respecto al costo de por vida, la facilidad de fabricación, el bajo mantenimiento y el respeto al medio ambiente.
La instalación de techos de cobre es un oficio que requiere instaladores experimentados. Su ductilidad y maleabilidad lo convierten en un material compatible para formar sobre estructuras de techo irregulares. Es fácil de martillar o trabajar en diseños herméticos sin masilla ni juntas. [89] Las cúpulas y otras formas de techo curvo se manipulan fácilmente con cobre.
Cuando se diseña e instala correctamente, un techo de cobre proporciona una solución económica para techos a largo plazo. Las pruebas en techos de cobre europeos del siglo XVIII mostraron que, en teoría, los techos de cobre pueden durar mil años. [19]
Otra ventaja de los sistemas de techado de cobre es que son relativamente fáciles de reparar. Para pequeños hoyos o grietas, las áreas afectadas se pueden limpiar y rellenar con soldadura . Para áreas más grandes, los parches se pueden cortar y soldar en su lugar. Para las áreas principales, el cobre afectado se puede cortar y reemplazar usando una costura soldada plana bloqueada. [28]
Los techos de cobre pueden diseñarse para cumplir o superar a otros materiales en términos de ahorro de energía. Un conjunto de techo de cobre ventilado en Oak Ridge National Laboratories (EE. UU.) Redujo sustancialmente la ganancia de calor en comparación con las tejas de acero revestidas de piedra (SR246E90) o las tejas de asfalto (SR093E89), lo que resulta en menores costos de energía. [90]
Los tipos de techos de cobre incluyen: [91]
El techo con junta alzada se compone de bandejas preformadas o formadas en el campo. Las bandejas corren paralelas a la pendiente del techo y se unen a las bandejas adyacentes con uniones verticales de doble bloqueo. Los listones de cobre bloqueados en estas uniones aseguran el techo a la plataforma.
El techo con juntas de listones consiste en bandejas de cobre que corren paralelas a la pendiente del techo, separadas por listones de madera. Los listones están cubiertos con tapas de cobre que se fijan sueltas en bandejas adyacentes para ayudar a asegurar el techo. Los listones unidos a los listones aseguran las bandejas de techo. Se requieren costuras transversales para unir los extremos de las bandejas preformadas.
Los techos de costura horizontal, también llamados estilo Bermuda, consisten en bandejas de cobre donde la dimensión larga corre horizontalmente a través de un techo, unida a clavadoras de madera horizontales. Se utiliza un escalón en cada clavadora para permitir que las bandejas adyacentes se bloqueen de manera efectiva. La altura y el espaciamiento de los escalones permiten diferentes apariencias.
Un diseño común para un techo de chevron se basa en una construcción de costura de listones a la que se unen listones auxiliares. Con un diseño adecuado, los listones decorativos pueden tener casi cualquier forma o tamaño y correr en cualquier dirección.
Los sistemas de techado con costuras planas y soldadas se utilizan normalmente en techos planos o de pendiente baja. También se utilizan en superficies curvas como cúpulas y bóvedas de cañón.
Los techos de cobre sin soldar con uniones planas son una opción similar a una teja para aplicaciones en pendientes altas.
Los techos de mansarda se utilizan en superficies verticales o casi verticales. En su mayor parte, estos techos se basan en la construcción de juntas alzadas o juntas de listones.
Los sistemas de bandejas largas (bandejas y longitudes de costuras mayores de 3 mo 10 pies) se adaptan a la tensión de expansión acumulativa en tramos largos de láminas de cobre. Estas instalaciones pueden ser complicadas debido a la longitud de la placa del techo en comparación con la longitud de la junta, el diseño y el espaciado de las abrazaderas y las características de expansión física de las láminas de cobre. Esta expansión debe acomodarse fijando la bandeja en un extremo (que acumula la expansión en el extremo suelto) o fijando el centro de la bandeja (que acumula la mitad de la expansión en ambos extremos libres). [59] [92] Además de los paneles, las tejas de cobre pueden agregar singularidad a un sistema de techado. Se pueden utilizar en cualquier forma de techo y en todo tipo de climas. [93]
Brillante
Si bien la mayoría de los materiales de construcción modernos son bastante resistentes a la penetración de humedad, muchas juntas entre unidades de mampostería, paneles y elementos arquitectónicos no lo son. Los efectos del movimiento natural debido al asentamiento, expansión y contracción pueden eventualmente conducir a fugas.
El cobre es un material excelente para tapajuntas por su maleabilidad, resistencia, soldabilidad, trabajabilidad, alta resistencia a los efectos cáusticos de morteros y ambientes hostiles y larga vida útil. Esto permite construir un techo sin puntos débiles. Dado que el tapajuntas es costoso de reemplazar si falla, la larga vida útil del cobre es una gran ventaja de costos. [19] [64]
Laminado en frío Se recomienda cobre templado duro de 1 ⁄ 8 pulgadas (3,2 mm) para la mayoría de las aplicaciones de tapajuntas. Este material ofrece más resistencia que el cobre blando a las tensiones de expansión y contracción. El cobre blando se puede especificar donde se requiera un conformado extremo, como en techos de formas complicadas. El movimiento térmico en los tapajuntas se evita o se permite solo en lugares predeterminados. [61]
El tapajuntas instalado incorrectamente puede promover la corrosión de la línea y acortar la vida útil del tapajuntas de valle, especialmente en ambientes ácidos. El riesgo es más frecuente en el borde delantero de las tejas, donde los bordes de las tejas descansan sobre el tapajuntas de cobre. [58] [59]
El tapajuntas a través de la pared desvía la humedad que ha entrado en la pared antes de que pueda causar daños. El contraflujo desvía el agua hacia el tapajuntas de la base, que a su vez la desvía hacia otros materiales.
Existen varios tipos de tapajuntas y cofias de cobre. Hay explicaciones esquemáticas disponibles. [94] [95] [96]
Canaletas y bajantes
Las canaletas y bajantes con fugas pueden causar daños graves al interior y al exterior de un edificio. El cobre es una buena opción para canalones y bajantes porque hace juntas fuertes a prueba de fugas. Se espera que los canalones y bajantes hechos con cobre duren más que otros materiales metálicos y plásticos. Incluso en entornos costeros propensos a la corrosión o en áreas con lluvia ácida o smog , las canaletas y bajantes de cobre pueden proporcionar 50 años o más de servicio. [97] [98]
Los bajantes pueden ser lisos o corrugados, redondos o rectangulares. Se suele utilizar cobre laminado en frío de dieciséis o veinte onzas (450 o 570 g). También hay diseños decorativos disponibles.
Las canaletas de cobre colgadas están sostenidas por soportes o perchas de latón o cobre, o por correas de latón. Los revestimientos de cobre de las canaletas a menudo se construyen en estructuras de soporte con marcos de madera. Los imbornales se utilizan para proporcionar una salida a través de muros de parapeto o topes de grava en techos planos y construidos para permitir el drenaje del exceso de agua. Se pueden usar junto con canalones y bajantes para desviar el flujo de agua a la ubicación deseada. Los sumideros de cobre para techo se utilizan generalmente para drenar áreas de techo pequeñas, como marquesinas. Los desagües de sumidero de techo no se recomiendan para sistemas de drenaje de techo generales.
Una de las desventajas del cobre es su propensión a teñir materiales de construcción de colores claros, como el mármol o la piedra caliza . [19] La tinción verde es particularmente visible en superficies de colores claros. El cobre recubierto de plomo puede dar como resultado una mancha negra o gris que puede mezclarse bien con materiales de construcción más livianos. Las manchas se pueden reducir recolectando la escorrentía en las canaletas y alejándola del edificio a través de bajantes o diseñando bordes de goteo para ayudar a reducir la cantidad de humedad cargada de cobre que entra en contacto con el material debajo. Recubrir la superficie adyacente del material poroso con un sellador de silicona transparente también reduce las manchas. Es posible que no se produzcan manchas en áreas de rápida escorrentía debido al corto tiempo de permanencia del agua en el cobre.
Cúpulas, chapiteles y bóvedas
Hay muchos tipos de cúpulas , torres y bóvedas de cobre , tanto con geometrías simples como con superficies curvas complejas y diseños multifacéticos. [99] Los ejemplos incluyen cúpulas circulares con sistemas de costura plana diagonales, cúpulas circulares con sistemas de costura plana, cúpulas circulares con sistemas de costura plana, agujas cónicas, techos de costura plana sobre agujas octogonales, bóvedas de cañón con junta alzada y bóvedas de cañón con junta plana. Se dispone de información sobre los pasos para la disposición de los paneles de domo [100] y las especificaciones para las construcciones de cobre [101] .
revestimiento de la pared
El revestimiento de cobre se ha vuelto popular en la arquitectura moderna. La tecnología permite a los arquitectos incorporar características visualmente deseables en sus diseños, como revestimientos de metal en relieve o con forma.
El revestimiento permite fabricar estructuras con mucho menos peso que el cobre sólido. Los compuestos de cuatro milímetros de espesor ( 5 ⁄ 32 pulgadas ) pesan 10 kgf / m 2 (2.08 libras por pie cuadrado), solo el 35% del cobre sólido del mismo espesor. [102]
El revestimiento de cobre se utiliza en exteriores e interiores de edificios. En los exteriores de los edificios, las láminas de revestimiento de cobre, las tejas y los paneles prefabricados protegen los edificios de los elementos y actúan como la primera línea de defensa contra el viento, el polvo y el agua. El revestimiento es liviano, duradero y resistente a la corrosión, lo que es particularmente importante para edificios grandes. [103] Las aplicaciones interiores comunes incluyen paredes de vestíbulos , plafones , revestimientos de columnas y paredes interiores de cabinas de ascensores .
El revestimiento de cobre se puede cortar, enrutar, aserrar, limar, perforar, atornillar, soldar y curvar para formar formas complejas. Hay una variedad de acabados y colores disponibles.
Las paredes planas, circulares y de formas inusuales se pueden cubrir con un revestimiento de cobre. La mayoría están formados en campo a partir de material laminado. También pueden ser prefabricados. Además, se encuentran disponibles sistemas diseñados como paneles aislados, paneles de nido de abeja no aislados, paneles de pantalla de cobre y revestimientos de paredes estructurales. El revestimiento de cobre horizontal proporciona una apariencia relativamente plana con finas líneas horizontales. Los paneles de cobre biselados tienen profundidad para efectos de sombras intensas. El revestimiento plano tiene sombras mínimas. Los paneles estructurales están diseñados para unirse directamente a una estructura de pared sin el uso de un sustrato continuo. Los paneles de bloqueo plano diagonales se utilizan en superficies curvas, como cúpulas, torres y bóvedas. Los paneles de cerradura plana horizontales son básicamente idénticos a los techos de costura plana aplicados sobre una superficie vertical. Los paneles de pantalla de cobre son una pantalla de acabado liviano que puede perforarse o tener aberturas con forma para funcionar como pantallas solares o decorativas. Un muro cortina de aleación de cobre es una cubierta exterior de edificio no estructural que evita la intemperie. [104] El revestimiento de cobre compuesto se fabrica uniendo láminas de cobre a ambos lados de la lámina termoplástica rígida .
Se encuentran disponibles varios sistemas de revestimiento de fachadas de cobre diferentes:
Técnica de costura. Se trata de una construcción de revestimiento clásica vertical u horizontal que se utiliza en diseños de techos y fachadas de cobre. Disponible en láminas y tiras, el revestimiento se fija con clips. Dado que la estanqueidad al agua puede no ser un problema en superficies verticales, las juntas verticales en ángulo suelen ser suficientes. Las costuras alzadas de doble bloqueo a menudo no son necesarias. Enlaces a fotografías de costuras planas y de pie horizontales y verticales en la Puerta de Cobre de la Universidad de Debrecen en Hungría [105] y de fachadas con costuras revestidas de cobre oxidado en el Hotel Crowne Plaza Milano, en Milán , Italia , [106] están disponibles.
Sistema de tejas. Las tejas son tejas planas rectangulares o cuadradas prefabricadas para techos, paredes y componentes de construcción individuales. Tienen 180 0 pliegues a lo largo de los cuatro bordes: dos pliegues hacia el lado externo y dos hacia el lado interno. Las tejas se bloquean durante la instalación. La fijación se oculta con clips de acero inoxidable o cobre sobre chapas de madera o paneles trapezoidales. La muesca y el plegado a máquina aseguran que las tejas tengan dimensiones uniformes. Se encuentran disponibles enlaces a ejemplos pictóricos de tejas de cobre en un entorno exterior [107] e interior [108] .
Paneles. Los paneles son láminas de cobre preperfilado con longitudes de hasta 4 a 5 m (13 a 16 pies) y anchos estándar de hasta 500 mm (20 pulgadas). Son elementos de revestimiento de dos caras que pueden ser con o sin base final. El montaje se realiza utilizando el principio de machihembrado o por superposición. Los paneles se pueden ensamblar vertical, horizontal o diagonalmente. Hay tres formas básicas: paneles machihembrados colocados verticalmente como revestimiento de fachada de superficie nivelada; paneles de lengüeta y ranura colocados horizontalmente como revestimiento de fachada de superficie nivelada; y paneles personalizados colocados en diferentes direcciones con fijación visible o enmascarada, a ras de la superficie o superpuestos. Se encuentran disponibles enlaces a fotografías representativas de paneles de color dorado [109] y verde patinado [110] .
Casetes del sistema. Se trata de un sistema de muro ventilado rectangular rígido que consta de paneles metálicos curvos o planos montados y fijados a una estructura de soporte. Los cuatro bordes vienen plegados de fábrica. Los bordes doblados en cada lado permiten que las piezas grandes de chapa estén niveladas con la superficie del revestimiento. La fijación se suele realizar remachando, atornillando o utilizando escuadras o ganchos para tornillos para fijar los cassettes directamente al sustrato. Los casetes del sistema se perfilan previamente para cumplir con los requisitos arquitectónicos específicos. Se encuentran disponibles enlaces a fotografías representativas de revestimientos de casetes. [111] [112]
Láminas perfiladas. Las láminas perfiladas son muy adecuadas para cubrir grandes superficies de revestimiento sin juntas debido a sus perfiles regulares y no imponentes. Disponibles en una amplia variedad de formas, son ideales para techos planos nuevos, fachadas y techos inclinados y trabajos de renovación. Los perfiles disponibles incluyen: perfiles ondulados ondulados sinusoidales; perfiles trapezoidales con diversas geometrías; y perfiles personalizados con geometría y aristas especiales. Pueden ser prefabricados y especificados con patrones en relieve u otros diseños.
Formas especiales. Se encuentran disponibles fachadas de formas especiales para impartir los efectos visuales deseados. Las láminas de metal perforadas están disponibles con una variedad de formas (redondas, cuadradas, oblongas, etc.) y disposiciones (rectangulares, diagonales, de ancho paralelo, escalonadas, etc.). Pueden diseñarse para crear patrones sutiles, 'supergráficos' y texto. También se encuentran disponibles estructuras de malla y textiles. Se encuentran disponibles enlaces a fotografías de edificios revestidos de formas especiales. [113] [114] [115]
Construcción de juntas de expansión
Diseñar para el movimiento de los componentes del edificio debido a la temperatura, las cargas y el asentamiento es una parte importante de los detalles arquitectónicos. Las juntas de expansión del edificio proporcionan barreras al exterior y cubren los espacios entre los componentes. El cobre es un material excelente para juntas de expansión porque es fácil de formar y dura mucho tiempo. Los detalles sobre las condiciones del techo, los bordes del techo, los pisos están disponibles. [116]
Diseño interior
El cobre mejora estéticamente los sistemas de paredes interiores, techos, accesorios, muebles y herrajes al evocar una atmósfera de calidez, tranquilidad y calma. En cuanto a las ventajas de rendimiento, es liviano, resistente al fuego, duradero, viable y no orgánico (no desprende gases). Los interiores típicos a base de cobre incluyen paneles, tejas , pantallas, adornos , accesorios y otras mejoras decorativas. [10]
Dado que las superficies de cobre matan a los microbios patógenos , los arquitectos que diseñan instalaciones públicas, como hospitales e instalaciones de transporte público , ven los productos de cobre como un beneficio para la salud pública . [8] [41] En los últimos años, las encimeras de cobre , las campanas extractoras, los fregaderos , las manijas, los pomos de las puertas , los grifos y los adornos de muebles se han puesto de moda, tanto por su apariencia como por sus propiedades antimicrobianas . (Ver artículo principal: Superficies táctiles antimicrobianas de aleación de cobre ).
El cobre se une en ambientes interiores mediante soldadura a tope, soldadura, remaches, clavos, tornillos, pernos, uniones alzadas, uniones traslapadas (con y sin sujetadores), uniones planas, bridas atornilladas, estrías, solapas al ras y uniones de listones. [117]
Edificios verdes
Los materiales sostenibles son elementos clave de los edificios ecológicos . Algunos de los beneficios de los materiales sostenibles incluyen durabilidad, larga vida útil, reciclabilidad y eficiencia energética y térmica. El cobre ocupa un lugar destacado en todas estas categorías.
El cobre es uno de los conductores eléctricos y térmicos más eficientes de la naturaleza, lo que ayuda a conservar energía. Debido a su alta conductividad térmica, se utiliza ampliamente en la construcción de sistemas de calefacción , intercambio directo bombas de calor , y la energía solar y el equipo de agua caliente. Su alta conductividad eléctrica aumenta la eficiencia de la iluminación , los motores eléctricos , los ventiladores y los electrodomésticos, lo que hace que la operación de un edificio sea más rentable con menos energía e impacto ambiental. [118]
Debido a que el cobre tiene una mejor clasificación de conductividad térmica que los materiales habituales para fachadas y techos, se adapta bien a los sistemas de fachadas solares térmicas. La primera aplicación comercial de un sistema de fachada de cobre termosolar totalmente integrado se instaló en el Complejo Público de Natación de Pori en Finlandia . La instalación es un ejemplo urbano de sostenibilidad y reducción de emisiones de carbono . La fachada solar funciona en conjunto con colectores de techo y se complementa con energía fotovoltaica montada en el techo que proporciona 120.000 kWh de calor, una cantidad de energía equivalente a la utilizada anualmente por seis casas unifamiliares promedio en la Finlandia de clima frío. [119]
Un estándar en el sistema de clasificación de Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental ( LEED ) del Consejo de Construcción Ecológica de los Estados Unidos (USGBC) requiere que los edificios recién construidos incluyan materiales que contengan contenido reciclado antes y después del consumo. La mayoría de los productos de cobre utilizados en la construcción (excepto los materiales eléctricos que requieren cobre virgen altamente refinado) contienen un gran porcentaje de contenido reciclado. Ver: Cobre en arquitectura # Reciclaje .
Premios
Los programas de premios destacan las instalaciones de arquitectura de cobre en Canadá y Estados Unidos [120] y en Europa. [121] También existe un Concurso Internacional del Cobre y el Hogar. [122] Juzgados por expertos en arquitectura y la industria del cobre, los criterios para los programas de premios incluyen cobre en el diseño de edificios, artesanía en la instalación de cobre, excelencia en innovación y renovación histórica.
Ver también
- Materiales de construcción
- Arquitectura sostenible
- Edificios verdes
Referencias
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