Un modelo matemático predice lo que la lluvia filtra de las fachadas de los edificios

4 de octubre de 2023

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por Tanja Fleck, Sociedad Fraunhofer

Los yesos y morteros utilizados en las fachadas suelen contener metales pesados ​​y biocidas que se filtran y se infiltran en el suelo cuando llueve. El Instituto Fraunhofer de Física de la Construcción (IBP) ha creado un modelo que combina mediciones de las sustancias que se filtran con datos meteorológicos regionales.

Esto crea una previsión precisa que puede utilizarse en la fase de planificación para determinar el tipo y la cantidad de sustancias que podrían liberarse de los materiales de la fachada cuando llueve. Este complejo proyecto fue un esfuerzo de colaboración entre universidades y numerosos socios de la industria.

Los materiales utilizados para las fachadas, como el yeso y el mortero, son formulaciones complejas. Generalmente, las formulaciones minerales se componen mayoritariamente de arena y aglutinantes como cemento, yeso o cal. Los revoques pastosos más modernos suelen estar enriquecidos con biocidas para inhibir el crecimiento de hongos y algas en la fachada. Cuando brilla el sol, esto no es un problema. Sin embargo, si llueve y el viento empuja el agua de lluvia contra la pared del edificio, podría convertirse en un problema.

Si esto sucede, los ingredientes utilizados en el revoque de fachadas son arrastrados por la lluvia y, junto con el agua de escorrentía, drenan al sistema de alcantarillado, al suelo y, en el peor de los casos, al agua subterránea. Investigadores del Fraunhofer IBP han desarrollado un modelo matemático que puede predecir con precisión qué sustancias del revoque de fachadas se filtrarán con la lluvia.

El Dr. Pablo Alberto Vega García, experto en química ecológica y microbiología del departamento de Medio Ambiente, Higiene y Sensores del Fraunhofer IBP, afirma: "Los riesgos medioambientales causados ​​por la escorrentía del agua de lluvia de las fachadas revestidas con yeso y mortero han despertado un mayor interés en los últimos años. El yeso mineral contiene metales pesados ​​inorgánicos como cromo, vanadio y plomo, mientras que los yesos pastosos contienen biocidas.

"Nuestro modelo termodinámico proporciona información sobre las concentraciones de sustancias en el agua de lluvia. El modelo es muy detallado e informativo, ya que hemos incorporado datos meteorológicos regionales y la receta de cada material de construcción".

Por primera vez, las empresas de construcción y los estudios de arquitectura pueden evaluar la compatibilidad medioambiental de los materiales que están considerando para una fachada desde la fase de planificación. Los fabricantes de yeso y mortero pueden utilizar el modelo para desarrollar productos altamente respetuosos con el medio ambiente.

En este proyecto, Fraunhofer IBP colabora con diversos socios, entre ellos la Universidad Técnica de Múnich, la Universidad RWTH de Aquisgrán y la Asociación Alemana de Sistemas de Aislamiento, Yeso y Mortero (VDPM), así como socios de la industria y fabricantes de materiales de construcción para fachadas. .

Desde hace más de una década, los expertos del Fraunhofer IBP en Holzkirchen llevan a cabo pruebas de campo para investigar los procesos químicos, físicos y cinéticos que se producen durante la lixiviación de sustancias nocivas. Para ello, han expuesto a la intemperie muestras de diversas formulaciones de yeso y mortero durante 18 meses seguidos.

Después de cada lluvia, el agua que se desprendió de las muestras fue sometida a pruebas de laboratorio para detectar sustancias relevantes y se determinó su concentración. A esto se sumaron datos meteorológicos como la cantidad y duración de la lluvia, la fuerza y ​​dirección del viento y la temperatura. También se tuvo en cuenta la radiación solar. Además, se realizaron pruebas de laboratorio de lixiviación en condiciones específicas.

Esto ha dado como resultado una extensa base de datos con conjuntos de datos sobre la concentración de las sustancias lixiviadas, las condiciones climáticas y los componentes de las muestras analizadas. Los fabricantes proporcionaron recetas de materiales sobre los componentes.

"Hemos utilizado estos datos para desarrollar un modelo termodinámico de tres etapas", explica Vega García. "En la primera etapa, medimos cuánta agua de lluvia sale de la fachada. Esto es vital para obtener resultados precisos, ya que no toda el agua sale de la fachada en forma de película durante las fuertes lluvias: parte rebota en la pared y otra se escurre. absorbido por la fachada, teniendo en cuenta también los datos climáticos y las propiedades del material.

"En la segunda etapa se miden y cuantifican las concentraciones de metales pesados ​​en el agua que escurre de cada muestra. En este punto se encontró que el vanadio, el cromo y el plomo son sustancias relevantes ya que aparecen en altas concentraciones. Finalmente, se sigue en la etapa tres mediante una Evaluación de Riesgos de Aguas Subterráneas para estimar la concentración en un punto de cumplimiento específico".

De este modo, los fabricantes pueden crear un modelo para cada uno de sus revoques de fachada durante la fase de planificación y utilizarlo para evaluar las propiedades medioambientales de cada producto.

El modelo diseñado por los investigadores de Fraunhofer evalúa la conformidad medioambiental con los límites establecidos por el grupo de trabajo alemán sobre cuestiones hídricas de los estados federados y el gobierno federal (LAWA). Si las concentraciones de sustancias nocivas determinadas están por debajo del umbral mínimo, la concentración de sustancias presentes en la filtración se considera segura.

Los fabricantes de materiales de construcción de fachadas pueden confiar en el modelo de tres etapas de Fraunhofer IBP cuando desarrollan nuevos productos, ya que les permite adaptar sus fórmulas de tal manera que los niveles de sustancias que se espera que se liberen debido a la escorrentía de agua de lluvia para una región específica y su clima típico se mantiene por debajo del umbral de minimis.

"Esto es de vital importancia, por ejemplo, para fachadas en zonas urbanas y en regiones donde, por ejemplo, llueve mucho", afirma Vega García. Las autoridades pueden utilizar el modelo para definir áreas específicas en las que se pueden utilizar materiales de construcción de fachadas, por ejemplo.

Como siguiente paso, los investigadores de Fraunhofer quieren perfeccionar el modelo para calcular los productos de transformación que surgen de los biocidas como resultado de las influencias ambientales y transferir el modelo para su uso con otros materiales. Por ejemplo, se sabe desde hace tiempo que los inhibidores de la penetración de raíces utilizados para proteger las membranas de tejados contra la penetración de raíces en tejados planos con láminas bituminosas se lixivian y pueden filtrarse al medio ambiente a través del agua de escorrentía.