Environmental analysis of residential building facades through energy consumption, GHG emissions and costs

This paper provides some results on the potential to minimize environmental impacts in residential buildings life cycle, through façade design strategies, analyzing also their impact on costs from a lifecycle perspective. On one hand, it assesses the environmental damage produced by the materials of the building envelope, and on the other, the benefits they offer in terms of habitability and liveability in the use phase. The analysis includes several design parameters used both for rehabilitation of existing facades, as for new facades, trying to cover various determinants and proposing project alternatives. With this study we intended to contribute to address the energy challenges for the coming years, trying also to propose pathways for innovative solutions for the building envelope.

Efectos de los dispositivos de protección solar en el aislamiento acústico a ruido aéreo de las fachadas de los recintos. Estudio de casos

La fachada es la parte visible de un edificio que en general consta de diferentes sistemas constructivos. El índice de reducción acústica del cerramiento del hueco de la fachada de un recinto es determinante en el aislamiento acústico a ruido aéreo de la fachada del mismo. Una ventana es la parte transparente de la fachada y para mejorar su comportamiento térmico y controlar la radiación solar, se ha equipado con diferentes protecciones externas o internas, como por ejemplo las contraventanas, celosías, persianas, etc. En este trabajo se muestran los resultados experimentales de varias decenas de ensayos realizados, de las mediciones in situ del aislamiento acústico a ruido aéreo de las fachadas de recintos mediante la aplicación de la Norma UNE-EN ISO 140-5:1999. En cada uno de los recintos, los ensayos acústicos se han realizado en dos situaciones, con y sin protección solar. Posteriormente se ha analizado el comportamiento acústico de cada una de las protecciones solares.

Efectos de la vibración de la pared sobre la desviación estándar de L2 en ensayos UNE EN ISO 140-4 y 140-5

En los ensayos de aislamiento acústico según normas UNE EN ISO 140-4 y 140-5 el valor de L2 es un promedio espacio-temporal de los niveles de presión sonora medidos en diferentes posiciones de la sala receptora. La desviación estándar de estos valores se puede considerar como una medida de la uniformidad del campo sonoro en el recinto. Se analiza este parámetro en función de la frecuencia y se propone un cálculo teórico del mismo como una incertidumbre combinada de la desviación estándar derivada de modelos teóricos centrados en la geometría del recinto y la desviación estándar asociada a la vibración de la pared separadora

Coeficiente de absorción a incidencia normal de espumas de aluminio de poro abierto fabricadas mediante el método de infiltración

Dependiendo de la conexión entre sus poros, las espumas metálicas se clasifican en espumas de poro abierto o poro cerrado. La mayoría de las espumas que se comercializan actualmente son espumas de poro cerrado. Sin embargo, para algunas aplicaciones son más apropiadas las espumas de poro abierto. En este trabajo, se estudia el coeficiente de absorción en tubo de impedancia de espumas de aluminio de poro abierto fabricadas mediante el proceso de infiltración. Estas espumas se caracterizan por una estructura muy homogénea y por un elevado valor del coeficiente de absorción a bajas frecuencias cuando se combinan con una cámara de aire

Influence of loudspeaker directivity on the measurement uncertainty

One of the most significant aspects of a building’s acoustic behavior is the airborne sound insulation of the room façades, since this determines the protection of its inhabitants against environmental noise. For this reason, authorities in most countries have established in their acoustic regulations for buildings the minimum value of sound insulation that must be respected for façades. In order to verify compliance with legal requirements it is usual to perform acoustic measurements in the finished buildings and then compare the measurement results with the established limits. Since there is always a certain measurement uncertainty, this uncertainty must be calculated and taken into account in order to ensure compliance with specifications. The most commonly used method for measuring sound insulation on façades is the so-called Global Loudspeaker Method, specified in ISO 140-5:1998. This method uses a loudspeaker placed outside the building as a sound source. The loudspeaker directivity has a significant influence on the measurement results, and these results may change noticeably by choosing different loudspeakers, even though they all fulfill the directivity requirements of ISO 140-5. This work analyzes the influence of the loudspeaker directivity on the results of façade sound insulation measurement, and determines its contribution to measurement uncertainty. The theoretical analysis is experimentally validated by means of an intermediate precision test according to ISO 5725-3:1994, which compares the values of sound insulation obtained for a façade using various loudspeakers with different directivities

Viscoelastic vibration damping identification methods. Application to laminated glass.

Laminatedglass is composed of two glass layers and a thin intermediate PVB layer, strongly influencing PVB's viscoelastic behaviour its dynamic response. While natural frequencies are relatively easily identified even with simplified FE models, damping ratios are not identified with such an ease. In order to determine to what extent external factors influence dampingidentification, different tests have been carried out. The external factors considered, apart from temperature, are accelerometers, connection cables and the effect of the glass layers. To analyse the influence of the accelerometers and their connection cables a laser measuring device was employed considering three possibilities: sample without instrumentation, sample with the accelerometers fixed and sample completely instrumented. When the sample is completely instrumented, accelerometer readings are also analysed. To take into consideration the effect of the glass layers, tests were realised both for laminatedglass and monolithic samples. This paper presents in depth data analysis of the different configurations and establishes criteria for data acquisition when testing laminatedglass.

El caolin y la arena silicea como materiales de construcción

El caolín es una arcilla, blanca procedente de la descomposición de rocas feldespáticas y puede venir mezclada con cuarzo, feldespato y minerales ferruginosos. El caolín que se trata en esta ponencia procede la compañía Caolina, ubicada en Arguisuelas - Cuenca (España). El objetivo es la explotación minera, lavado, concentración y comercialización de caolín y arena silícea, dado que los dos minerales aparecen conjuntamente en la explotación. Caolina explota a cielo abierto su recurso minero, para obtener un producto cuyas características sean aceptadas por grandes fabricantes de porcelana sanitaria y de esmaltes cerámicos. El valor añadido de los productos finales de Caolina se aporta en la planta de tratamiento, mediante procesos de molienda, lavado, cribado, hidrociclonado, filtrado, secado y extrusionado. El caolín es un mineral básico para la fabricación de la porcelana sanitaria y otros materiales cerámicos de construcción tales como baldosas, azulejos, tejas y sus correspondientes esmaltes. En Caolina el principal mercado es la porcelana sanitaria dadas las excelentes propiedades cerámicas del producto. El segundo mineral que se obtiene en Caolina, es un importante material de construcción, la arena silícea. Además de las aplicaciones en la industria de la cerámica, el vidrio y los abrasivos, la arena silícea es un constituyente de morteros y hormigones de alta resistencia a la abrasión. Caolina comercializa su arena silícea fundamentalmente para estos prefabricados de hormigón. Además, la arena silícea presenta muy buenas propiedades como material de construcción drenante y filtrante. El artículo describe detalladamente las aplicaciones del caolín de Caolina en los materiales cerámicos y de construcción

Operational Modal Analysis on laminated glass beams

Laminated glass is a sandwich element consisting of two or more glass sheets, with one or more interlayers of polyvinyl butyral (PVB). The dynamic response of laminated glass beams and plates can be predicted using analytical or numerical models in which the glass and the PVB are usually modelled as linear-elastic and linear viscoelastic materials, respectively. In this work the dynamic behavior of laminated glass beams are predicted using a finite element model and the analytical model of Ross-Kerwin-Ungar. The numerical and analytical results are compared with those obtained by operational modal analysis performed at different temperatures.

Dynamic analysis of road vehicle-bridge systems under turbulent wind by means of Finite Element Models

When an automobile passes over a bridge dynamic effects are produced in vehicle and structure. In addition, the bridge itself moves when exposed to the wind inducing dynamic effects on the vehicle that have to be considered. The main objective of this work is to understand the influence of the different parameters concerning the vehicle, the bridge, the road roughness or the wind in the comfort and safety of the vehicles when crossing bridges. Non linear finite element models are used for structures and multibody dynamic models are employed for vehicles. The interaction between the vehicle and the bridge is considered by contact methods. Road roughness is described by the power spectral density (PSD) proposed by the ISO 8608. To consider that the profiles under right and left wheels are different but not independent, the hypotheses of homogeneity and isotropy are assumed. To generate the wind velocity history along the road the Sandia method is employed. The global problem is solved by means of the finite element method. First the methodology for modelling the interaction is verified in a benchmark. Following, the case of a vehicle running along a rigid road and subjected to the action of the turbulent wind is analyzed and the road roughness is incorporated in a following step. Finally the flexibility of the bridge is added to the model by making the vehicle run over the structure. The application of this methodology will allow to understand the influence of the different parameters in the comfort and safety of road vehicles crossing wind exposed bridges. Those results will help to recommend measures to make the traffic over bridges more reliable without affecting the structural integrity of the viaduct

Evaluación energética de materiales y procesos en el mantenimiento de una sección de autopista en España

La evaluación energética de una autopista nos lleva a conclusiones muy interesantes sobre la importancia del correcto uso de materiales y procesos en todo su ciclo de vida. Varios estudios afirman que la etapa de mantenimiento es la que gasta más energía. (Stripple, H. 1993 y Thenoux, G et al.2006) Este estudio llega a cuantificar la energía consumida en los materiales y procesos, usando un ejemplo de una unidad de dos carriles de autopista, en la fase de mantenimiento. Para realizar el estudio, se ha definido un escenario tipo, con valores medios para España. Al tener un autopista un sistema tan complejo, se ha dividió en unidades funcionales UF, con un grado menor de complejidad y con similares características morfológicas y energéticas. Para este estudio se ha elegido la UF con mayor repercusión energética por su mayor uso en una autopista, el tronco. Formada por dos carriles por sentido, con 10m de ancho de firme y un kilómetro de medida de longitud. El objetivo es conocer el consumo energético asociado a todos los materiales y las acciones debidas al mantenimiento y conservación de una autopista, en toda la vida útil de la infraestructura, que se estima y se justifica en 50 años. Los resultados del estudio son bastante claros, sólo hay dos capítulos con un peso elevado en el consumo energético: iluminación con un 17% y con un porcentaje mayoritario, las reposiciones de firmes 78%.El resto de capítulos tienen un porcentaje inferior a 2%.

Wedges and plate-bandes: mechanical theories after De la Hire

Plate-bandes are straight masonry arches (they are called, also, flat arches or lintel arches). Ideally they have the surfaces of extrados and intrados plane and horizontal. The stones or bricks have radial joints converging usually in one centre. The voussoirs have the form of wedges and in French they are called "claveaux". A plate-bande is, in fact, a lintel made of several stones and the proportions of lintels and plate-bandes are similar. Proportions of plate-bandes, that is the relationship between the thickness t and the span s (t/s)varies, typically between 1/4–1/3 in thick plate-bandes, and is less than 1/20 in the most slender ones. A ratio of circa 1/8 was usual in the 18th Century and follows a simple geometrical rule: the centre form with the intrados an equilateral triangle and the plate-bande should contain an arc of circle. The joints are usually plane, but in some cases present a «rebated» or «stepped» form. Plate-bandes exert an inclined thrust as any masonry arch. This thrust is usually very high and it requires either massive buttresses, or to be built in the middle of thick walls. Master builders and architects have tried since antiquity to calculate the abutment necessary for any arch. A modern architect or engineer will measure the arch thrust in units of force, kN or tons. Traditionally, the thrust has been measured as the size of the buttresses to resist it safely. Old structural rules, then, addressed the design problem establishing a relationship between the span and the depth of the buttress. These were empirical rules, particular for every type of arch or structure in every epoch. Thus, the typical gothic buttress is 1/4 of the vault span, but a Renaissance or baroque barrel vault will need more than 1/3 of the span. A plate-bande would require more than one half of the span; this is precisely the rule cited by the French engineer Gautier, who tried unsuccessfully to justify it by static reasons. They were used, typically, to form the lintels of windows or doors (1-2 m, typically); in Antiquity they were used, also, though rarely, at the gates of city walls or in niches (ca. 2 m, reaching 5.2 m). Plate-bandes may show particular problems: it is not unusual that some sliding of the voussoirs can be observed, particularly in thick plate-bandes. The stepped joints on Fig. 1, left, were used to avoid this problem. There are other «hidden» methods, like iron cramps or the use of stone wedges, etc. In seismic zones these devices were usual. Another problem relates to the deformation; a slight yielding of the abutments, or even the compression of the mortar joints, may lead to some cracking and the descent of the central keystone. Even a tiny descent will convert the original straight line of the intrados in a broken line with a visible «kink» or angle in the middle. Of course, both problems should be avoided. Finally, the wedge form of the voussoirs lead to acute angles in the stones and this can produce partial fractures; this occurs usually at the inferior border of the springers at the abutments. It follows, that to build a successful plate-bande is not an easy matter. Also, the structural study of plate-bandes is far from simple, and mechanics and geometry are related in a particular way. In the present paper we will concentrate on the structural aspects and their constructive consequences, with a historical approach. We will outline the development of structural analysis of plate-bandes from ca. 1700 until today. This brief history has a more than purely academic interest. Different approaches and theories pointed to particular problem, and though the solution given may have been incorrect, the question posed was often pertinent. The paper ends with the application of modern Limit Analysis of Masonry Structures, developed mainly by professor Heyman in the last fifty years. The work aims, also, to give some clues for the actual architect and engineer involved in the analysis or restoration of masonry buildings.

Revisión sobre el estado del arte del análisis de ciclo de vida para tableros derivados de la madera

El presente trabajo tiene por objeto realizar una revisión del „estado del arte‟ sobre los estudios del análisis de ciclo de vida de la madera, más concretamente el caso de los tableros derivados, ya que conforman el eslabón que permite su reutilización en fases sucesivas, asumiéndose de forma intrínseca el concepto de reciclado dentro de la cadena de transformación de esta industria. Todo ello sumado a las ventajas medioambientales de la madera caracterizadas por el efecto sumidero del CO2, así como la reducción del consumo de energía en el proceso de fabricación. En la etapa de recopilación de la documentación durante la búsqueda, se han tratado de recoger y resaltar aquellas experiencias, más interesantes e innovadoras, llevadas a cabo en los últimos años en el tema mencionado, tratando de extraer aquellos casos que permitan obtener una visión tanto de las tendencias en el ámbito internacional como del nacional, e incluso local. De la información aquí recogida sobre el análisis del ciclo de vida de los productos derivados de la madera, se busca constatar las ventajas resultantes de su empleo, respecto de otros materiales.

Modelling Crowd Load for Floor Vibration Analysis

The dynamic floor loads induced by crowds in gymnasium or stadium structures are commonly modelled by superposition of the individual contributions using reduction factors for the different Fourier coefficients. These Fourier coefficients and the reduction factors are calculated using full scale measurements. Generally the testing is performed on platforms or structures that can be considered rigid, such that the natural frequencies are higher than the frequencies of the spectator movement. In this paper we shall present the testing done on a structure that used to be a gymnasium as well as the procedure used to identify its dynamic properties and a first evaluation of the socalled “group effect”.

Estabilidad del tráfico en viaductos de carretera y ferrocarril

Cuando un automóvil o un tren circula sobre un viaducto se producen efectos dinámicos que, además de aumentar los esfuerzos que ha de soportar el puente, afectan a los propios vehículos. Los fenómenos de vibración lateral en los viaductos de ferrocarril están contemplados de manera muy sucinta en la normativa y pueden afectar a la seguridad y comodidad del tráfico. En el caso de las carreteras, esa dinámica también puede contribuir al riesgo de accidente y al aumento de la sensación de incomodidad, sobre todo si se considera la presencia de vientos laterales. La preocupación por estos fenómenos queda reflejada en el número de artículos publicados en revistas científicas en los últimos años. Para este trabajo se han desarrollado modelos de interacción dinámica que representan el comportamiento de las estructuras, mediante el método de los elementos finitos, y el de los vehículos, mediante sistemas multicuerpo.

Models for Lateral Dynamic Interaction of High-Speed Trains and Bridges

In this work a methodology for analysing the lateral coupled behavior of large viaducts and high-speed trains is proposed. The finite element method is used for the structure, multibody techniques are applied for vehicles and the interaction between them is established introducing wheel-rail nonlinear contact forces. This methodology is applied for the analysis of the railway viaduct of the R´ıo Barbantino, which is a very long and tall bridge in the north-west spanish high-speed line.