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 casas hasta oficinas , el cobre se utiliza para una variedad de elementos arquitectónicos, incluidos techos , tapajuntas , canaletas , bajantes , cúpulas , agujas , bóvedas , revestimiento 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 estéticamente agradables y duraderos. [10]
Durante el último cuarto de siglo, el cobre se ha utilizado 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. Algunos ejemplos incluyen a Frank Lloyd Wright , quien especificó materiales de cobre en todos sus proyectos de construcción; [9] Michael Graves, medallista de oro del AIA que diseñó más de 350 edificios en todo el mundo; [12] Renzo Piano , quien diseñó cobre revestido prepatinado para el NEMO -Metropolis Museum of Science en Ámsterdam ; [13] Malcolm Holzman, cuyas tejas de cobre patinado en el WCCO Television Communications Centre hicieron de la instalación un elemento arquitectónico destacado 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]
La característica estética más notable del cobre es su gama de tonos , desde un color metálico brillante hasta un marrón iridiscente, pasando por un tono casi negro y, finalmente, una pátina verdosa . Los arquitectos describen la gama 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 interior y edificios ecológicos.
El cobre ha desempeñado un papel en la arquitectura durante miles de años. Por ejemplo, en el antiguo Egipto , las enormes puertas del templo de Amón-Ra en Karnak estaban revestidas de cobre. En el siglo III a. C., se instalaron tejas de cobre en la parte superior del templo de Lowa Maha Paya en Sri Lanka . [10] Y los romanos utilizaron cobre como cubierta del techo del Panteón en el año 27 a. C. [20]
Siglos más tarde, el cobre y sus aleaciones fueron parte integral de la arquitectura medieval . Las puertas de la Basílica de la Natividad en Belén (siglo VI) están cubiertas con placas de bronce, recortadas en patrones. Las de Santa Sofía en Constantinopla , del siglo VIII y IX, están labradas en bronce. Las puertas de bronce de la Catedral de Aquisgrán en Alemania datan de alrededor del año 800 d. C. Las puertas de bronce del baptisterio de la Catedral de Florencia fueron completadas 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 el castillo de Elsinore en Hamlet de Shakespeare , se instaló en 1585 d. C. [23] El cobre en la torre fue renovado en 2009. [24]
Durante años, el cobre se reservó principalmente para instituciones públicas, como iglesias, edificios gubernamentales y universidades. Los techos de cobre suelen ser una de las características arquitectónicas más distintivas de estas estructuras. [9]
En la actualidad, el cobre arquitectónico se utiliza en sistemas de techado , tapajuntas y albardillas , canaletas y bajantes , juntas de expansión de edificios , revestimiento de paredes , cúpulas , pináculos , bóvedas y otros elementos de diseño. Al mismo tiempo, el metal ha evolucionado desde una barrera climática y un elemento de diseño exterior hasta 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 del cobre continúa evolucionando en el ambiente interior. Sus propiedades antimicrobianas , recientemente demostradas, reducen la carga bacteriana patógena en productos como pasamanos , barandillas de cama, accesorios de baño, encimeras , etc. Estos productos antimicrobianos a base de cobre ahora se están incorporando a instalaciones públicas ( hospitales , residencias de ancianos , instalaciones de transporte público ) así como a edificios residenciales debido a los beneficios para la salud pública. (Para ver el artículo principal, consulte: Superficies de contacto antimicrobianas de aleación de cobre ).
Como metal arquitectónico, el cobre proporciona una excelente resistencia a la corrosión . [26] Las superficies de cobre forman recubrimientos 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 un ritmo insignificante en aire no contaminado, agua, ácidos no oxidantes desaireados y cuando se expone a soluciones salinas , soluciones alcalinas y productos químicos orgánicos . Los techos de cobre en atmósferas rurales se corroen a un ritmo de menos de 0,4 mm ( 1 ⁄ 64 in) en 200 años. [27]
A diferencia de la mayoría de los demás metales, el cobre no sufre corrosión en su parte inferior, que puede provocar fallas prematuras en los techos. En los techos de cobre, los sustratos y las estructuras de soporte suelen fallar mucho antes que el cobre del techo. [11]
Sin embargo, el cobre arquitectónico es susceptible al ataque corrosivo bajo ciertas 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 una pátina o película protectora de óxido tenga tiempo de formarse. 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 que no es de cobre y 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 canto, o proporcionar una tira de refuerzo reemplazable entre las tejas y el cobre. [26] Un diseño y detalles adecuados que reduzcan 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, a los álcalis y a los ácidos orgánicos. Sin embargo, en algunas aguas potables y en el agua de mar, las aleaciones de latón con un 20 % o más de zinc pueden sufrir ataques corrosivos. [29]
.JPG/1280px-Kresge_Auditorium,_MIT_(roof_detail).JPG)
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]
Los techos de cobre diseñados adecuadamente minimizan los movimientos debidos a los cambios térmicos. La baja expansión térmica del cobre , un 40 % menor que la del zinc y el plomo, [30] ayuda a prevenir el deterioro y las fallas. Además, el alto punto de fusión del cobre garantiza que no se deforme ni se estire como lo hacen otros metales.
En los techos a dos aguas pequeños , el movimiento térmico es relativamente menor y, por lo general, no es un problema. En los 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 y, al mismo tiempo, permanezca seguro. [31]
El cobre no requiere limpieza ni mantenimiento. Es especialmente adecuado para zonas de difícil o peligroso acceso después de la instalación.
Cuando se utiliza como revestimiento de techo con soporte completo, el cobre pesa la mitad (incluido el sustrato) que el plomo y solo una cuarta parte del peso de los techos de tejas. Esto generalmente permite ahorrar en costos de materiales y estructuras de soporte. 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).
El cobre no requiere medidas de ventilación complejas . Es adecuado tanto para construcciones de tejados "calientes" sin ventilación como para tejados "fríos" ventilados. [20]
Los equipos electrónicos sensibles son vulnerables a las interferencias y a la vigilancia no autorizada . Estos productos también requieren protección contra voltajes altos . El blindaje de radiofrecuencia (RF) puede solucionar 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 las ondas de radio y magnéticas . Otras propiedades útiles para el blindaje de RF son que el cobre tiene una alta conductividad eléctrica, es dúctil, maleable y se suelda fácilmente. [32]
Los gabinetes de protección de RF filtran una gama de frecuencias para condiciones específicas. Los gabinetes de cobre diseñados y construidos adecuadamente satisfacen la mayoría de las necesidades de protección de RF, desde salas de computadoras y de conmutación eléctrica hasta instalaciones de tomografía computarizada y resonancia magnética de hospitales . [10] [32] Se debe prestar especial atención a las posibles penetraciones de la protección, como puertas, rejillas de ventilación y cables.
Un blindaje puede ser eficaz contra un tipo de campo electromagnético, pero no contra otro. Por ejemplo, un blindaje de RF de lámina o pantalla de cobre será mínimamente eficaz contra campos magnéticos de frecuencia industrial. Un blindaje magnético de frecuencia industrial podría ofrecer poca reducción de los campos de radiofrecuencia. Lo mismo es válido para diferentes frecuencias de RF. Un simple blindaje de pantalla de malla grande puede funcionar bien para frecuencias más bajas, pero puede ser ineficaz para microondas. [33]
_-_geograph.org.uk_-_586003.jpg/1280px-Bradbury_Buildings,_Belfast_(1)_-_geograph.org.uk_-_586003.jpg)
Las láminas de cobre para protección de RF se pueden moldear en prácticamente cualquier forma y tamaño. La conexión eléctrica a un sistema de conexión a tierra proporciona un blindaje de RF eficaz.
La protección contra rayos minimiza los daños a los edificios durante su terminación. Esto se logra generalmente proporcionando múltiples vías interconectadas de baja impedancia eléctrica a tierra.
El cobre y sus aleaciones son los materiales más comunes utilizados en la protección contra rayos residenciales, sin embargo, en entornos industriales químicamente corrosivos, puede ser necesario revestir el cobre con estaño. [34] El cobre facilita eficazmente la transmisión de la energía del rayo a tierra debido a su excelente conductividad eléctrica . Además, se dobla fácilmente en comparación con otros materiales conductores.
Cuando los techos, canaletas y conductos de lluvia de cobre están conectados eléctricamente a una instalación de terminación 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 mayor que el aluminio y su impedancia durante la terminación de un rayo es menor, el cobre permite el uso de una menor área de superficie transversal por longitud lineal en su trayectoria de cables tejidos que el aluminio. Además, el aluminio no se puede utilizar en hormigón vertido ni en ningún componente subterráneo debido a sus propiedades galvánicas . [36]
Para ser eficaces, los sistemas de protección contra rayos generalmente maximizan la superficie de contacto entre los conductores y la tierra a través de una rejilla de puesta a tierra de diversos diseños. Para complementar las rejillas de puesta a tierra en terrenos 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 orificios en el tubo, lo que hace que el suelo circundante sea más conductor y aumenta la superficie total, lo que disminuye la resistencia efectiva. [34]
Los techos de cobre pueden utilizarse como parte de un esquema de protección contra rayos donde la capa de cobre , las canaletas y las tuberías de agua de lluvia pueden conectarse y unirse a una instalación de terminación de 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 esté unido al sistema de conductores. La unión asegura que los conductores y el techo permanezcan equipotenciales y reducen el destello lateral y los posibles daños al techo. [35]
A veces es deseable alterar químicamente la superficie del cobre o de las aleaciones de cobre para crear un color diferente. Los colores más comunes que se producen son los acabados marrones o estatuarios para el latón o el bronce y los acabados verdes o patinados para el cobre . [38] Los tratamientos mecánicos de superficies, la coloración química y los recubrimientos se describen en otras partes de este artículo en: Acabados.
Los arquitectos suelen recurrir al cobre arquitectónico para lograr continuidad en los elementos de diseño. Por ejemplo, un sistema de techado de cobre puede diseñarse con tapajuntas, revestimientos, respiraderos, canaletas y bajantes de cobre. Los detalles de la cubierta pueden incluir cornisas , molduras , remates y esculturas . [11]
Con el creciente uso de revestimientos verticales, las superficies verticales y de techado pueden unirse entre sí, de modo que se mantiene una continuidad completa del material y el rendimiento. Las pantallas contra la lluvia y los muros cortina (a menudo unidos con travesaños y montantes ) también están ganando popularidad en el diseño arquitectónico moderno. [39]
Amplias pruebas en todo el mundo han demostrado que el cobre y las aleaciones de cobre sin recubrimiento (por ejemplo, latón, bronce, cobre níquel, cobre-níquel-zinc) tienen fuertes propiedades antimicrobianas intrínsecas con eficacias contra una amplia gama de bacterias resistentes a enfermedades , mohos , hongos y virus . [40] Después de años de pruebas, EE. UU. aprobó el registro de más de 300 aleaciones de cobre diferentes (cobre, latones, 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 de cobre, encimeras, pasillos, puertas, placas de empuje, cocinas y baños son solo algunos de los productos antimicrobianos aprobados para hospitales, aeropuertos, oficinas, escuelas y cuarteles del ejército para matar bacterias dañinas. Ver: una lista de productos aprobados en EE.UU.
Aunque no se ha llegado a una definición universalmente aceptada de sostenibilidad , la Comisión Brundtland de las Naciones Unidas definió el desarrollo sostenible como el 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 exigencias ambientales, sociales y económicas. Estos "tres pilares" de la sostenibilidad abarcan la gestión responsable del uso de los recursos. También puede significar que podemos utilizar un recurso que no dejará de ser abundante a pesar de que aumente su consumo.
El cobre es un material sostenible. Su durabilidad ofrece un servicio prolongado con poco mantenimiento. Su alta eficiencia energética eléctrica y térmica reduce el desperdicio de energía eléctrica. Sus propiedades antimicrobianas destruyen los microorganismos patógenos que causan enfermedades. Y su alto valor como chatarra y su capacidad de reciclarse continuamente sin ninguna pérdida de rendimiento garantizan su gestión responsable como un recurso valioso.
Se encuentra disponible información sobre inventarios de ciclo de vida (ICV) de productos de tubos, láminas y alambres de cobre, utilizando normas ISO y cubriendo los sectores de minería y producción primaria de cobre (es decir, fundición y refinación). [42] Utilizados en evaluaciones de ciclo de vida (ECV), particularmente en el sector de la construcción, los conjuntos de datos de ICV ayudan a los fabricantes de productos que contienen cobre con iniciativas de cumplimiento y mejora voluntaria. También respaldan a los responsables de las políticas en el desarrollo de pautas y regulaciones ambientales con el objetivo de fomentar el desarrollo sustentable .
La larga vida útil de los techos y revestimientos de cobre tiene un efecto positivo significativo en las evaluaciones de la vida útil total 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 ), generación de CO 2 y costo.
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 prácticamente 100% reciclables [10] y pueden reciclarse infinitamente sin ninguna pérdida de calidad (es decir, el cobre no se degrada (es decir, no se recicla hacia abajo ) después de cada ciclo de reciclaje como lo hacen la mayoría de los materiales no metálicos, si es que son reciclables). El cobre conserva gran parte de su valor metálico primario: la chatarra de primera calidad normalmente contiene al menos el 95% del valor del metal primario del mineral recién extraído . Los valores de la chatarra para los materiales competidores varían desde aproximadamente el 60% hasta el 0%. Y el reciclaje de cobre requiere solo alrededor del 20% de la energía necesaria para extraer y procesar el metal primario.
En la actualidad, alrededor del 40% de la demanda anual de cobre de Europa [44] y aproximadamente el 55% del cobre utilizado en arquitectura [11] proviene de fuentes recicladas. Las bobinas y láminas de cobre nuevas suelen tener entre un 75% y un 100% de contenido reciclado.
En 1985, se reciclaba más cobre que la cantidad total de cobre que se consumía 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]
.
El rendimiento, el mantenimiento, la vida útil y los costos de recuperación del reciclaje son factores que determinan la rentabilidad de los componentes de construcción. Si bien el costo inicial del cobre es más alto que el de otros metales arquitectónicos, por lo general no es necesario reemplazarlo durante la vida útil de un edificio. Debido a su durabilidad, bajo mantenimiento y valor de recuperación 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 más económicos que los de plomo , pizarra o tejas de arcilla hechas a mano . Sus costos son comparables con los de zinc , acero inoxidable , aluminio e incluso algunas tejas de arcilla y hormigón si se consideran los costos generales del techo (incluida la estructura). [11]
Algunos estudios indican que el cobre es un material más rentable en términos de 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 techado de cobre con otros metales, concreto y tejas de arcilla, pizarra y betún encontró que en el mediano y largo plazo (para vidas de 60 a 80 años y 100 años o 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, el conformado in situ con máquinas, el engatillado mecanizado 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 prestigiosos como había sido común en el pasado. [11] [22]
Dado que el cobre de desecho conserva gran parte de su valor primario, los costos del ciclo de vida del cobre se reducen cuando se tiene en cuenta su valor residual. Para obtener más información, consulte la sección Reciclabilidad de este artículo.
Cobre puro. A diferencia de otros metales, el cobre se utiliza con frecuencia en su forma pura (99,9 % Cu) sin alear para aplicaciones en láminas y tiras en techos, revestimientos exteriores y tapajuntas. [8]
El templado es una técnica de tratamiento térmico que se utiliza para aumentar la tenacidad de los metales. Los templados 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 templados: 060 blando, 1 ⁄ 8 duro laminado en frío, 1 ⁄ 4 laminado en frío de alto rendimiento, medio duro, tres cuartos duro y duro. [48] [49] En el Reino Unido, solo existen tres designaciones: blando, medio duro y duro. [22] El cobre y sus aleaciones se definen en los EE. UU. en 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: Parte 12: 1970.
El cobre laminado en frío templado es, con diferencia, 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] El cobre laminado en frío templado de 1 ⁄ 8 suele recomendarse para instalaciones de techado y tapajuntas. Se pueden especificar láminas de techo con temples más altos para determinadas aplicaciones. [10] [50]
El cobre templado blando es extremadamente maleable y ofrece mucha menos resistencia que el cobre laminado en frío a las tensiones inducidas por la expansión y la contracción. Se utiliza para trabajos ornamentales intrincados y donde se requiere un 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 recubrimiento, donde tanto la maleabilidad como la resistencia son importantes.
En los EE. UU., el espesor de las láminas y tiras de cobre se mide por su peso en onzas por pie cuadrado. Los espesores que se utilizan habitualmente en la construcción en los EE. UU. oscilan entre 12 onzas (340 g) y 48 onzas (1400 g). Dado que la industria suele utilizar números de calibre o espesores reales para láminas metálicas 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 en espesores que varían entre 0,5 y 1,0 mm ( 1 ⁄ 64 y 3 ⁄ 64 in) ( 1,5–3,0 mm o 1 ⁄ 16 – 1 ⁄ 8 in para muros cortina), pero un espesor de 0,6–0,7 mm ( 3 ⁄ 128 – 1 ⁄ 32 in) se utiliza 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 Unificado (UNS) desarrollados por ASTM [51] y SAE [52] son los siguientes:
En la práctica, el término "bronce" puede utilizarse para una variedad de aleaciones de cobre con poco o nada de estaño si su color se parece al del bronce verdadero.
Hay disponible más información sobre aleaciones de cobre arquitectónicas. [53] [54]
Los criterios por los que se seleccionan el cobre y las aleaciones de cobre para proyectos arquitectónicos incluyen el color, la resistencia, la dureza, la resistencia a la fatiga y la corrosión, la conductividad eléctrica y térmica y la facilidad de fabricación. [55] Los espesores y temples apropiados para aplicaciones específicas son esenciales; las sustituciones pueden provocar un rendimiento inadecuado. [28]
El cobre arquitectónico se utiliza generalmente en láminas y tiras. Las tiras tienen un ancho de 60 cm (24 pulgadas) o menos, mientras que las láminas tienen un ancho de más de 60 cm (24 pulgadas), hasta 120 cm (48 pulgadas) de ancho por 240 o 300 cm (96 o 120 pulgadas) de largo, y también en forma de bobina.
Las consideraciones estructurales desempeñan un papel importante en el diseño adecuado de las aplicaciones de cobre. La principal preocupación son los efectos térmicos: movimiento y tensiones relacionadas con las variaciones de temperatura. Los efectos térmicos se pueden tener en cuenta evitando el movimiento y resistiendo las tensiones acumuladas o permitiendo el movimiento en ubicaciones predeterminadas, aliviando así las tensiones térmicas previstas. [56]
La resistencia al viento es una consideración estructural importante. Underwriters Laboratories (UL) realizó una serie de pruebas en sistemas de techos de cobre. Un techo de cobre con juntas alzadas con paneles de prueba de 10 x 10 pies (3 m × 3 m) se sometió al Protocolo de prueba de resistencia a la elevación UL 580. El sistema de cobre no mostró una deformación inusual, los listones no se aflojaron de la cubierta estructural y el sistema cumplió con los requisitos de UL 580. Se le otorgó la designación UL-90. [58] [59]
El cobre y sus aleaciones se unen fácilmente mediante técnicas mecánicas, como engarce, estacado, remachado y atornillado; o mediante técnicas de unión, como soldadura blanda , soldadura fuerte y soldadura autógena . La selección de la mejor técnica de unión está determinada por los requisitos del servicio, la configuración de la unión, el espesor de los componentes y la composición de la aleación.
La soldadura es el método de unión preferido cuando se requieren uniones resistentes y herméticas, como en el caso de canaletas internas, techos y aplicaciones de tapajuntas. [28] Una costura soldada une dos piezas de cobre en una unidad cohesiva que se expande y se contrae como una sola pieza. Las costuras bien soldadas suelen ser más resistentes que el material base original y brindan muchos años de servicio. [59]
Los sujetadores mecánicos, como tornillos, pernos y remaches, se utilizan a menudo para reforzar las uniones y las costuras. Las tiradas largas y continuas de costuras soldadas pueden provocar fracturas por tensión y, por lo tanto, deben evitarse. [60] La soldadura de barra de estaño-plomo 50-50 común se utiliza a menudo para el cobre sin revestimiento; la soldadura de estaño-plomo 60-40 se utiliza para el cobre revestido con plomo. [61] Muchas soldaduras sin plomo también son aceptables.
Los adhesivos se pueden utilizar en determinadas aplicaciones. Se pueden unir láminas de aleaciones relativamente delgadas a madera contrachapada o a ciertos tipos de espuma que actúan como aislantes rígidos.
La soldadura fuerte es el método preferido para unir aleaciones de cobre para caños y tubos. Las secciones de metal de cobre se unen con un material de relleno no ferroso con un punto de fusión superior a 800 grados Fahrenheit pero inferior al punto de fusión de los metales base. Se recomiendan las uniones ciegas u ocultas, ya que la coincidencia de color del material de relleno de plata es de regular a mala.
La soldadura es un proceso en el que se funden piezas de cobre, ya sea mediante llama, electricidad o alta presión. Con la creciente disponibilidad de equipos de soldadura TIG modernos, la soldadura de elementos decorativos de cobre, incluso de calibres finos, está ganando aceptación.
Hay videos instructivos disponibles sobre técnicas de aplicación de fundente y soldadura ; cómo hacer juntas de soldadura con costura plana, juntas alzadas de doble cierre, juntas traslapadas, soldadura de juntas traslapadas de láminas de cobre verticales y puntadas (incluida la puntada de mariposa); así como también estañado , doblado , abocardado y soldadura fuerte de cobre . [62]
Los selladores son una alternativa a la soldadura cuando 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 relativamente a corto plazo que requiere un mantenimiento frecuente. [28] De todos modos, las juntas rellenas de sellador se han utilizado con éxito como una medida de impermeabilización secundaria para aplicaciones de techos con junta alzada y junta de listones donde los techos de pendiente baja tienen menos de 250 mm/m (3 pulgadas por pie). Los selladores también se pueden utilizar 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, los selladores a base de butilo , polisulfuro , poliuretano y otros materiales inorgánicos o de caucho son razonablemente compatibles con el cobre. Los selladores a base de acrílico , neopreno y nitrilo corroen activamente el cobre. Los selladores de silicona son relativamente eficaces con el cobre, pero su idoneidad debe verificarse antes de su aplicación. [59]
La corrosión galvánica es un proceso electroquímico por 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 diferentes potenciales de electrodo . La diferencia de potencial entre los metales diferentes 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 según los 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 mayor diferencia 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 ambientes 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 ve afectado por el contacto con otros metales, pero puede provocar corrosión en otros metales si entra en contacto directo con ellos. Los principales metales que generan preocupación en relación con el contacto directo con el cobre son el aluminio, el acero de calibre ligero y el zinc. No se deben utilizar tapajuntas de aluminio y acero ni sujetadores de acero galvanizado con cobre. El agua de escorrentía de un techo de cobre corroe el aluminio y las canaletas de 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 cinc entre el cobre y el aluminio. Las imprimaciones bituminosas, de cromato de cinc o de minio pueden ser eficaces para separar el cobre del hierro y otros metales ferrosos. Las cintas o juntas con materiales no absorbentes o selladores son eficaces para separar el cobre de todos los demás metales. En áreas con exposición severa, se deben utilizar materiales de junta de plomo o similares, excepto entre el cobre y el aluminio. Se debe evitar que el agua que drena 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.
El cobre pasa por un proceso de oxidación natural que forma una pátina protectora única sobre 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 o negros opacos y, finalmente, por un verde claro o verde azulado. [19]
El proceso de patinado del cobre es complejo. Comienza inmediatamente tras la exposición al medio ambiente con la formación inicial de películas de conversión de óxido de cobre que se notan en un plazo de seis meses. La erosión puede ser irregular al principio, pero la película se vuelve uniforme después de unos nueve meses. [19] En los primeros años, las películas de conversión de sulfuro cúprico y cuproso oscurecen la superficie hasta alcanzar tonos marrones y luego un gris pizarra opaco o negro opaco. La erosión continua transforma las películas de sulfuro en sulfatos , que son las notables pátinas de color verde azulado o verde grisáceo. [11] [20]
La velocidad de conversión de la pátina depende de la exposición del cobre a la humedad, la sal y la acidez de los contaminantes que forman ácidos. En climas marinos, todo el proceso de pátina 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 entornos áridos, es posible que no se forme una pátina en absoluto si la humedad es insuficiente. Cuando la pátina se produce en entornos áridos, puede madurar hasta un color marrón ébano o avellana. En todos los entornos, excepto las áreas costeras, la pátina tarda más en las superficies verticales debido a una 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 metal de cobre 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 al metal subyacente contra la erosión adicional. A medida que avanza la pátina y se forma la capa de sulfato duradera, la tasa de corrosión disminuye, con un promedio de entre 0,0001–0,0003 mm (3,9 × 10 −6 –1,18 × 10 −5 in) por año. Para una lámina de 0,6 milímetros de espesor (0,024 in), esto equivale a menos del 5% de corrosión durante un período de 100 años. [11] [71] Hay más información disponible sobre la patinación del cobre. [28] [60] [72] [73]
El cobre y sus aleaciones pueden "acabarse" para lograr un aspecto, una sensación y/o un color determinados. Los acabados incluyen tratamientos mecánicos de superficie, coloración química y revestimientos. Estos se describen aquí.
Tratamientos mecánicos de superficies. Existen varios tipos de tratamientos mecánicos de superficies. Los acabados de laminación se obtienen mediante procesos de producción normales, como laminado, extrusión o fundición. Los acabados "pulidos" imparten apariencias brillantes similares a espejos después del esmerilado, pulido y abrillantado. Los acabados "texturizados direccionales" proporcionan un brillo satinado suave y aterciopelado en un patrón continuo de rayas finas casi paralelas. Los acabados "mate texturizado no direccional" logran una textura rugosa, principalmente en piezas fundidas, a medida que se aplica arena pulverizada o granalla de metal a alta presión. Y los acabados "estampados", que se obtienen al presionar una lámina de aleación de cobre entre dos rodillos, producen un aspecto texturizado y en relieve.
Pátina inducida químicamente. Los arquitectos a veces solicitan un color de pátina particular en el momento de la instalación. Los sistemas de prepatinado inducido químicamente aplicados en fábrica pueden producir una amplia gama de acabados de colores similares a la pátina natural. El cobre prepatinado es particularmente útil en reparaciones cuando es necesario lograr colores que coincidan con los de los techos de cobre antiguos. [74] La prepatinado también se considera en algunos materiales de construcción modernos, como revestimientos verticales, plafones y canaletas donde se desea la pátina pero normalmente no se produciría. [11]
La coloración química de los 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] Los fabricantes producen láminas de cobre prepatinadas en entornos controlados mediante 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 disimula las marcas de la superficie del cobre con acabado brillante y puede hacer avanzar el proceso de pátina natural. [11] [38]
Debido a la cantidad de variables involucradas, las pátinas inducidas químicamente son propensas a problemas como falta de adherencia, manchas excesivas de materiales adyacentes e incapacidad para lograr una uniformidad de color razonable en grandes áreas de superficie. No se recomienda la pátina química aplicada en el campo debido a las variaciones de temperatura, humedad y requisitos químicos. [59] Es prudente ofrecer garantías al comprar cobre prepatinado para proyectos arquitectónicos. [ cita requerida ]
Existen técnicas y recetas útiles para colorear cobre, latón, latón amarillo, bronce, bronce fundido, dorar metales, junto con diversos acabados texturales físicos y químicos. [77]
Recubrimientos. Los recubrimientos transparentes conservan el color natural, la calidez y el tono metálico de las aleaciones de cobre. Sin embargo, especialmente 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 el curado o la evaporación del disolvente. Entre los ejemplos de recubrimientos orgánicos transparentes se incluyen los alquídicos , acrílicos , acetato de butirato de celulosa, epoxi , nitrocelulosa , silicona y uretano . Hay más detalles disponibles. [78] [79]
Los aceites y las ceras eliminan la humedad de las superficies de cobre y, al mismo tiempo, mejoran su apariencia al resaltar un brillo intenso y una profundidad de color. El engrasado se utiliza generalmente para prolongar el tiempo en que el cobre expuesto permanece en un tono marrón a negro. No mantendrá el brillo del cobre en una instalación exterior. Los aceites y las ceras ofrecen protección a corto plazo para aplicaciones exteriores y protección a largo plazo para aplicaciones interiores. [80]
El aceitado predomina en trabajos de techado y tapajuntas. Los aceites más populares son el aceite de limón, USP, el aceite de limoncillo, Native EI, los aceites de parafina, el aceite de linaza y el aceite de ricino . En techados o tapajuntas de cobre, la reaplicación con una frecuencia de una vez cada tres años puede retardar eficazmente la formación de pátina. En climas áridos, el intervalo máximo entre aceitados puede extenderse de tres a cinco años.
El encerado se reserva generalmente para los componentes arquitectónicos sujetos a una inspección minuciosa y/o tráfico. Las mezclas que se consideran satisfactorias incluyen cera de carnauba y trementina para madera , o cera de abejas y trementina para madera , o ceras en pasta. [76]
Los recubrimientos de pintura opacos se utilizan principalmente para trabajos aplicados sobre cobre cuando se desea la integridad y longevidad del sustrato pero se requiere un color específico distinto de 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 trabajabilidad. [82] [83]
Los recubrimientos de esmalte vítreo se utilizan principalmente para obras de arte sobre cobre.
Hay más detalles disponibles sobre los acabados de cobre. [84] [85] [86] [87]
Los artesanos y diseñadores utilizan los beneficios inherentes del cobre para construir sistemas de construcción estéticamente agradables y duraderos. Desde catedrales hasta castillos y desde hogares hasta oficinas, el cobre se utiliza en muchos productos: techos de poca pendiente e inclinados, plafones , fascias , tapajuntas , canaletas , bajantes , juntas de expansión de edificios, cúpulas , agujas y bóvedas . El cobre también se utiliza para revestir paredes y otras superficies en el entorno exterior e interior. [10] [11] [88]
El cobre ofrece un carácter y una durabilidad únicos como material para techos. Su apariencia puede complementar cualquier estilo de construcción, desde el tradicional hasta el moderno. Su calidez y belleza lo convierten en un material deseable para muchos arquitectos. El cobre también satisface las demandas de arquitectos y propietarios de edificios en cuanto a costo de vida útil, facilidad de fabricación, bajo mantenimiento y respeto al medio ambiente.
La instalación de cubiertas de cobre es una actividad que requiere instaladores experimentados. Su ductilidad y maleabilidad lo convierten en un material compatible para encofrar estructuras de techo irregulares. Es fácil martillarlo o trabajarlo en diseños herméticos sin necesidad de masilla ni juntas. [89] Las cúpulas y otras formas de techos curvos se manejan fácilmente con cobre.
Si se diseña e instala correctamente, un techo de cobre ofrece una solución económica y duradera. Las pruebas realizadas en techos de cobre europeos del siglo XVIII demostraron 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. En el caso de pequeñas grietas o hoyos, las áreas afectadas se pueden limpiar y rellenar con soldadura . En el caso de áreas más grandes, se pueden cortar parches y soldarlos en su lugar. En el caso de áreas más grandes, el cobre afectado se puede cortar y reemplazar utilizando una costura soldada plana y cerrada. [28]
Los techos de cobre pueden diseñarse para igualar 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 resultó en menores costos de energía. [90]
Los tipos de techos de cobre incluyen: [91]
Los techos con juntas alzadas están compuestos por paneles preformados o formados en el lugar de instalación. Los paneles corren paralelos a la pendiente del techo y se unen a los paneles adyacentes con juntas alzadas de doble cierre. Los listones de cobre fijados en estas juntas aseguran el techo a la cubierta.
El techado 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 de forma suelta a las bandejas adyacentes para ayudar a asegurar el techado. Los listones están sujetos a las bandejas del techo mediante grapas. Se requieren juntas transversales para unir los extremos de las bandejas preformadas.
Los techos con juntas horizontales, también llamados estilo Bermuda, consisten en bandejas de cobre donde la dimensión más larga corre horizontalmente a través de un techo, unidas 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 espaciado de los escalones permiten diferentes apariencias.
Un diseño común para un techo en forma de V se basa en una construcción con juntas de listones a la que se fijan listones auxiliares. Con un diseño adecuado, los listones decorativos pueden tener casi cualquier forma o tamaño y colocarse en cualquier dirección.
Los sistemas de techado con juntas soldadas y planas se utilizan generalmente en techos planos o de poca pendiente. También se utilizan en superficies curvas, como cúpulas y bóvedas de cañón.
Los techos de cobre sin soldadura con costura plana son una opción similar a las tejas para aplicaciones con grandes pendientes.
Los techos abuhardillados se utilizan en superficies verticales o casi verticales. En su mayoría, estos techos se basan en una construcción con juntas alzadas o juntas de listones.
Los sistemas de tejas de techo de gran longitud (tejas y juntas de mayor longitud que 3 m o 10 pies) se adaptan a la tensión de expansión acumulada en tramos largos de láminas de cobre. Estas instalaciones pueden ser complicadas debido a la longitud de la teja de techo en comparación con la longitud de la junta, el diseño y el espaciado de las abrazaderas y las características físicas de expansión de las láminas de cobre. Esta expansión debe adaptarse fijando la teja de techo en un extremo (que acumula la expansión en el extremo suelto) o fijando el centro de la teja de techo (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 usar en cualquier forma de techo y en todo tipo de climas. [93]
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, la expansión y la contracción pueden eventualmente provocar filtraciones.
El cobre es un material excelente para los tapajuntas debido a su maleabilidad, resistencia, soldabilidad, trabajabilidad, alta resistencia a los efectos cáusticos de los morteros y los ambientes hostiles y su larga vida útil. Esto permite construir un techo sin puntos débiles. Dado que los tapajuntas son costosos de reemplazar si fallan, la larga vida útil del cobre es una importante ventaja en términos de costo. [19] [64]
Se recomienda el cobre laminado en frío de temple duro de 1 ⁄ 8 de pulgada (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 requiere un conformado extremo, como en formas de techo complicadas. El movimiento térmico en los tapajuntas se evita o se permite solo en ubicaciones predeterminadas. [61]
Los tapajuntas instalados incorrectamente pueden 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]
Los tapajuntas que atraviesan la pared desvían la humedad que ha entrado en la pared antes de que pueda causar daños. Los tapajuntas desvían el agua hacia el tapajuntas de base, que, a su vez, la desvía hacia otros materiales.
Existen varios tipos de tapajuntas y albardillas de cobre. Se encuentran disponibles explicaciones esquemáticas. [94] [95] [96]
Las canaletas y bajantes con fugas pueden causar graves daños en el interior y el exterior de un edificio. El cobre es una buena opción para canaletas y bajantes porque permite crear uniones resistentes a las fugas. Se espera que las canaletas y bajantes fabricadas 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 brindar 50 años o más de servicio. [97] [98]
Los bajantes pueden ser lisos o corrugados, redondos o rectangulares. Normalmente se utiliza cobre laminado en frío de dieciséis o veinte onzas (450 o 570 g). También hay diseños decorativos disponibles.
Las canaletas de cobre suspendidas se sostienen con soportes o colgadores de latón o cobre, o con correas de latón. Los revestimientos de cobre para canaletas suelen estar integrados en estructuras de soporte con estructura de madera. Los imbornales se utilizan para proporcionar una salida a través de parapetos o topes de grava en techos planos y de hormigón para permitir el drenaje del exceso de agua. Se pueden utilizar junto con canaletas y bajantes para desviar el flujo de agua hacia la ubicación deseada. Los sumideros de cobre para techos se utilizan generalmente para drenar áreas pequeñas del techo, como marquesinas. Los sumideros de techo no se recomiendan para sistemas generales de drenaje de techos.
Una de las desventajas del cobre es su propensión a manchar los materiales de construcción de colores claros, como el mármol o la piedra caliza . [19] Las manchas verdes son particularmente visibles en superficies de colores claros. El cobre recubierto de plomo puede dar lugar a una mancha negra o gris que puede combinarse bien con materiales de construcción más claros. Las manchas se pueden reducir recogiendo el agua de escorrentía en canaletas y dirigiéndola lejos 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 de abajo. Recubrir la superficie adyacente del material poroso con un sellador de silicona transparente también reduce las manchas. Es posible que no se desarrollen manchas en áreas de escorrentía rápida debido al corto tiempo de permanencia del agua en el cobre.
Existen muchos tipos de cúpulas , agujas 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 diagonal, cúpulas circulares con sistemas de costura alzada, cúpulas circulares con sistemas de costura plana, agujas cónicas, techado de costura plana sobre agujas octogonales, bóvedas de cañón de costura alzada y bóvedas de cañón de costura plana. Hay disponible información sobre los pasos para los diseños de paneles de cúpula [100] y especificaciones para construcciones de cobre [101] .
El revestimiento de cobre se ha vuelto popular en la arquitectura moderna. Esta tecnología permite a los arquitectos incorporar características visualmente atractivas en sus diseños, como revestimientos de metal en relieve o moldeados.
El revestimiento permite realizar estructuras con mucho menos peso que el cobre macizo. Los compuestos de cuatro milímetros de espesor ( 5 ⁄ 32 pulgadas) pesan 10 kgf/m2 ( 2,08 libras por pie cuadrado), solo el 35 % más que el cobre macizo del mismo espesor. [102]
El revestimiento de cobre se utiliza en exteriores de edificios y ambientes interiores. En exteriores de edificios, las láminas de revestimiento de cobre, las tejas y los paneles prefabricados protegen los edificios de los elementos, actuando como 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, fresar, serrar, 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 revestimiento de cobre. La mayoría se forman en el campo a partir de material laminado. También se pueden fabricar previamente. Además, hay disponibles sistemas de ingeniería como paneles aislados, paneles de nido de abeja sin aislamiento, paneles de pantalla de cobre y revestimientos de paredes estructurales. El revestimiento de cobre horizontal proporciona una apariencia relativamente plana con líneas horizontales finas. Los paneles de cobre biselados tienen profundidad para efectos de sombras intensas. El revestimiento plano tiene sombras mínimas. Los paneles estructurales están diseñados para fijarse directamente a una estructura de pared sin el uso de un sustrato continuo. Los paneles de bloqueo plano diagonal se utilizan en superficies curvas, como cúpulas, agujas y bóvedas. Los paneles de bloqueo plano horizontal son básicamente idénticos a los techos de costura plana aplicados en una superficie vertical. Los paneles de pantalla de cobre son una pantalla de acabado liviana que se puede perforar o tener aberturas con forma para funcionar como pantallas solares o decorativas. Un muro cortina de aleación de cobre es una cubierta exterior de construcción no estructural que protege del clima. [104] El revestimiento de cobre compuesto se fabrica fijando láminas de cobre a ambos lados de una lámina termoplástica rígida .
Hay varios sistemas diferentes de revestimiento de fachadas de cobre disponibles:
Técnica de costura. Se trata de una construcción clásica de revestimiento vertical u horizontal que se utiliza en diseños de fachadas y tejados de cobre. Disponible en láminas y tiras, el revestimiento se fija con clips. Dado que la estanqueidad puede no ser una preocupación en superficies verticales, las juntas alzadas en ángulo suelen ser suficientes. Las juntas alzadas de doble cierre no suelen ser necesarias. Hay disponibles enlaces a fotografías de juntas alzadas horizontales y verticales y de cierre plano en la Puerta del Cobre de la Universidad de Debrecen en Hungría [105] y de fachadas con juntas revestidas de cobre preoxidado en el Hotel Crowne Plaza Milano, en Milán , Italia , [106] .
Tejas de sistema. Las tejas son tejas planas rectangulares o cuadradas prefabricadas para techos, paredes y componentes individuales de construcción. Tienen pliegues de 180 ° a lo largo de los cuatro bordes: dos pliegues hacia el lado externo y dos hacia el lado interno. Las tejas se entrelazan durante la instalación. La fijación se oculta con clips de acero inoxidable o cobre sobre láminas de madera o paneles trapezoidales. El entallado y plegado a máquina garantiza que las tejas tengan dimensiones uniformes. Hay disponibles enlaces a ejemplos ilustrados de tejas de cobre en un entorno exterior [107] e interior [108] .
Paneles. Los paneles son láminas de cobre preperfiladas con longitudes de hasta 4–5 m (13–16 ft) y anchos estándar de hasta 500 mm (20 in). Son elementos de revestimiento de dos caras que pueden tener o no una base final. El montaje se realiza mediante el principio de machihembrado o por superposición. Los paneles se pueden montar vertical, horizontal o diagonalmente. Hay tres formas básicas: paneles machihembrados colocados verticalmente como revestimiento de fachada de superficie nivelada; paneles machihembrados colocados horizontalmente como revestimiento de fachada de superficie nivelada; y paneles personalizados colocados en diferentes direcciones con fijación visible o enmascarada, al ras de la superficie o superpuestos. Hay disponibles enlaces a fotografías representativas de paneles de color dorado [109] y verde patinado [110] .
Casetes de sistema. Se trata de un sistema de pared ventilada rectangular rígido que consta de paneles metálicos curvos o planos montados y fijados a una estructura de soporte. Los cuatro bordes se doblan previamente en fábrica. Los bordes doblados en cada lado permiten que las piezas de chapa metálica de gran tamaño queden alineadas con la superficie del revestimiento. La fijación se realiza normalmente mediante remaches, tornillos o utilizando soportes angulares o ganchos con pernos para fijar los casetes directamente al sustrato. Los casetes de sistema se perfilan previamente para cumplir con los requisitos arquitectónicos específicos. Hay disponibles enlaces a fotografías representativas de revestimientos de casetes. [111] [112]
Chapas perfiladas. Las chapas perfiladas son muy adecuadas para cubrir grandes superficies de revestimiento sin juntas debido a sus perfiles regulares y discretos. Disponibles en una amplia variedad de formas, son muy adecuadas para cubiertas planas nuevas, fachadas y cubiertas inclinadas, y trabajos de renovación. Los perfiles disponibles incluyen: perfiles corrugados de onda sinusoidal; perfiles trapezoidales con varias geometrías; y perfiles personalizados con geometría y bordes especiales. Pueden prefabricarse y especificarse con patrones en relieve u otros diseños.
Formas especiales. Existen fachadas con formas especiales para impartir los efectos visuales deseados. Las láminas de metal perforadas están disponibles en una variedad de formas (redondas, cuadradas, oblongas, etc.) y disposiciones (rectangulares, diagonales, de ancho paralelo, escalonadas, etc.). Se pueden diseñar para crear patrones sutiles, "supergráficos" y texto. También se encuentran disponibles estructuras de malla y textiles. Hay enlaces a fotografías de edificios revestidos con formas especiales. [113] [114] [115]
El diseño para el movimiento de los componentes de un edificio debido a la temperatura, las cargas y el asentamiento es una parte importante del detalle arquitectónico. Las juntas de expansión de los edificios proporcionan barreras hacia el exterior y cubren los espacios entre los componentes. El cobre es un material excelente para las juntas de expansión porque es fácil de moldear y dura mucho tiempo. Hay disponibles detalles sobre las condiciones del techo, los bordes del techo y los pisos. [116]
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, trabajable y no orgánico (no emite gases). Los interiores típicos a base de cobre incluyen paneles, tejas , mamparas, 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 , consideran que los productos de cobre son un beneficio para la salud pública . [8] [41] En los últimos años, las encimeras , campanas extractoras, fregaderos , manijas, pomos de puertas , grifos y adornos de muebles de cobre se han puesto de moda, tanto por su apariencia como por sus propiedades antimicrobianas . (Ver artículo principal: Superficies táctiles de aleación de cobre antimicrobianas ).
El cobre se une en ambientes interiores mediante soldadura a tope, soldadura blanda, remaches, clavos, tornillos, pernos, juntas alzadas, juntas traslapadas (con y sin sujetadores), juntas planas, bridas atornilladas, estrías, juntas traslapadas al ras y juntas de listones. [117]
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 térmicos y eléctricos más eficientes de la naturaleza, lo que ayuda a conservar la energía. Debido a su alta conductividad térmica, se utiliza ampliamente en sistemas de calefacción de edificios, bombas de calor de intercambio directo y equipos de energía solar y agua caliente. Su alta conductividad eléctrica aumenta la eficiencia de la iluminación , los motores eléctricos, los ventiladores y los electrodomésticos, lo que hace que el funcionamiento de un edificio sea más rentable y tenga un menor impacto energético y ambiental. [118]
Debido a que el cobre tiene una mejor conductividad térmica que los materiales habituales para fachadas y techos, es muy adecuado para los sistemas de fachadas con energía solar térmica. La primera aplicación comercial de un sistema de fachada de cobre con energía solar térmica totalmente integrado se instaló en el complejo de piscinas públicas 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 paneles fotovoltaicos montados en el techo que proporcionan 120.000 kWh de calor, una cantidad de energía equivalente a la que utilizan anualmente seis casas familiares promedio en el clima frío de Finlandia. [119]
Una norma del sistema de clasificación de Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental ( LEED ) del Consejo de Construcción Ecológica de los Estados Unidos (USGBC) exige que los edificios de nueva construcción incluyan materiales que contengan contenido reciclado pre y post 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. Véase: El cobre en la arquitectura#Reciclaje.
Los programas de premios destacan las instalaciones de arquitectura de cobre en Canadá y los EE. UU. [120] y en Europa. [121] También existe un concurso internacional sobre el cobre y el hogar. [122] Los criterios para los programas de premios, juzgados por expertos en arquitectura y en la industria del cobre, incluyen el cobre en el diseño de edificios, la artesanía de la instalación de cobre, la excelencia en la innovación y la renovación histórica.