Copper se ha ganado un lugar respetado en los campos relacionados de la arquitectura, la construcción de edificios y el diseño de interiores. Desde catedrales hasta castillos y desde casas a oficinas, el cobre se utiliza para una variedad de elementos arquitectónicos, incluidos techos, tapajuntas, canales, bajantes, cúpulas, 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. Durante siglos, los artesanos y los diseñadores utilizaron estos atributos para construir sistemas de construcción estéticamente agradables y duraderos.
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. Las paredes revestidas de cobre son un elemento de diseño moderno en ambientes interiores y exteriores.
Algunos de los arquitectos modernos más distinguidos del mundo han confiado en el cobre. Los ejemplos incluyen Frank Lloyd Wright, que especificó los materiales de cobre en todos sus proyectos de construcción; Michael Graves, un medallista de oro de AIA que diseñó más de 350 edificios en todo el mundo;Renzo Piano, quien diseñó cobre revestido prepátinado para el Museo de Ciencias NEMO-Metropolis en Amsterdam; Malcolm Holzman, cuyas tejas de cobre patinadas en el Centro de Comunicaciones de la Televisión WCCO hicieron de la instalación un destacado arquitectónico en Minneaoplis; y Marianne Dahlbäck y Göran Månsson, que diseñaron el Museo Vasa, una característica destacada del horizonte de Estocolmo, con un revestimiento de cobre de 12,000 metros cuadrados. La enorme escultura de peces de cobre del arquitecto Frank O. Gehry sobre la Vila Olimpica en Barcelona es un ejemplo del uso artístico del cobre.
El rasgo más famoso del cobre es su exhibición desde un color metálico brillante hasta un marrón iridiscente hasta casi negro y finalmente a una pátina verde cardenillo. Los arquitectos describen la gama de marrones como el bermejo, el chocolate, la ciruela, la caoba y el ébano. La distintiva pátina verde del metal ha sido codiciada 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.
Beneficios
Resistencia a la corrosión
Como metal arquitectónico, el cobre proporciona una excelente resistencia a la corrosión. Las superficies de cobre forman revestimientos de pátina óxido-sulfato resistentes que protegen las superficies de cobre subyacentes y resisten la corrosión durante un tiempo muy largo.
El cobre se corroe a tasas insignificantes en el aire no contaminado, el agua, los ácidos no oxidantes desaireados y cuando se exponen a soluciones salinas, soluciones alcalinas y productos químicos orgánicos. El techado de cobre en ambientes rurales se corroe a tasas de menos de 0.4 mm en 200 años.
A diferencia de la mayoría de los otros metales, el cobre no sufre de corrosión de la parte inferior que puede causar fallas prematuras en el techo. Con un techo de cobre, los sustratos de soporte y las estructuras generalmente fallan mucho antes que el cobre en el techo.
El cobre arquitectónico es, sin embargo, susceptible de 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 se forme 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 en la atmósfera. La corrosión por erosión puede ocurrir cuando el agua ácida de un techo no de cobre que no neutraliza la acidez, como baldosas, pizarra, madera o asfalto, cae sobre un área pequeña de cobre. La corrosión de la línea puede ocurrir si el borde de goteo de un material de cubierta inerte descansa directamente sobre el cobre. Una solución a esto puede ser elevar el borde inferior de las tejas con una tira de cantos, o proporcionar una tira de refuerzo reemplazable entre las tejas y el cobre. El diseño y los detalles adecuados para la eliminación de agua, que reducen el tiempo de permanencia del agua ácida en las superficies metálicas, pueden evitar la mayoría de los problemas de corrosión atmosférica.
El latón, una aleación de cobre y zinc, tiene buena resistencia a la corrosión atmosférica, álcalis y 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 un ataque corrosivo.
Durabilidad / larga vida
Los techos de cobre son extremadamente duraderos en la mayoría de los ambientes. Se han comportado bien durante más de 700 años, principalmente debido a la pátina protectora que se forma en las superficies de cobre. Las pruebas realizadas en tejados de cobre del siglo XVIII en Europa mostraron que, en teoría, podrían durar mil años.
Bajo movimiento térmico
Los techos de cobre correctamente diseñados minimizan los movimientos debido a los cambios térmicos. La baja expansión térmica del cobre, 40% menos que el zinc y el plomo, ayuda a prevenir el deterioro y la falla. 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 generalmente no es un problema. En edificios de gran luz de más de 60 metros 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.
Bajo mantenimiento
El cobre no requiere limpieza o mantenimiento. Es particularmente adecuado para áreas que son difíciles o peligrosas de acceder después de la instalación.
Ligero
Cuando se usa como cubierta de techo totalmente soportada, el cobre tiene la mitad del peso (incluido el sustrato) de plomo y solo una cuarta parte de los techos de tejas. Esto generalmente proporciona ahorros en la estructura de soporte y los costos de los materiales. El revestimiento de cobre ofrece oportunidades adicionales para reducir el peso de las estructuras de cobre (para obtener más información, consulte: Revestimiento de cobre y Revestimiento de pared).
Ventilación
El cobre no requiere medidas complejas de ventilación. Es adecuado para construcciones de tejado «frío» ventilado y «ventilado» sin ventilación.
Blindaje de radiofrecuencia
Los equipos electrónicos sensibles son vulnerables a la interferencia y la vigilancia no autorizada. Estos productos también requieren protección contra altos voltajes. El blindaje de radiofrecuencia (RF) puede resolver estos problemas al reducir la transmisión de campos eléctricos o magnéticos de un espacio a otro.
El cobre es un excelente material para blindaje de RF porque absorbe la radio y las ondas magnéticas. Otras propiedades útiles para el blindaje de RF es que el cobre tiene una alta conductividad eléctrica, es dúctil, maleable y suelda fácilmente.
Los gabinetes de blindaje de RF filtran un rango de frecuencias para condiciones específicas. Los gabinetes de cobre diseñados y construidos adecuadamente satisfacen la mayoría de las necesidades de blindaje de RF, desde las salas de conmutación de computadoras y eléctricas hasta las instalaciones de resonancia magnética y resonancia magnética de los hospitales. Se debe prestar especial atención a posibles penetraciones de blindaje, como puertas, conductos de ventilación y cables.
Un escudo puede ser efectivo contra un tipo de campo electromagnético pero no contra otro. Por ejemplo, una lámina de cobre o blindaje RF de pantalla será mínimamente efectiva contra campos magnéticos de frecuencia de potencia. Un escudo magnético de frecuencia de potencia podría ofrecer una pequeña reducción de los campos de frecuencia de radio. Lo mismo es cierto para diferentes frecuencias de RF. Un escudo de pantalla de malla grande simple puede funcionar bien para frecuencias más bajas, pero puede ser ineficaz para microondas.
Galeón de cobre finial.
La chapa de cobre para blindaje de RF puede formarse esencialmente en cualquier forma y tamaño. La conexión eléctrica a un sistema de conexión a tierra proporciona una caja de RF efectiva.
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 ambientes industriales, químicamente corrosivos, el cobre puede necesitar ser revestido de estaño. El cobre facilita efectivamente 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, canaletas y líderes de lluvia están conectados eléctricamente a una instalación de terminación de tierra, se proporciona una vía de baja impedancia eléctrica a tierra, sin embargo, sin vías de conducción específicas para concentrar el canal de descarga, una superficie energizada dispersa puede no ser la más deseable .
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 la sección transversal por longitud lineal, en su camino de alambres tejidos que el aluminio. Además, el aluminio no se puede usar en concreto colado o para ningún componente subterráneo debido a sus propiedades galvánicas.
Para ser eficaces, los sistemas de protección contra rayos generalmente maximizan el contacto del área de superficie entre los conductores y la tierra a través de una rejilla de varios diseños. Para complementar las rejillas de puesta a tierra en tierra de baja conductividad, como arena o roca, hay disponibles tubos largos de cobre hueco llenos de sales metálicas. Estas sales se filtran a través de orificios en el tubo, lo que hace que el suelo circundante sea más conductivo y aumenta la superficie total que disminuye la resistencia efectiva.
Los techos de cobre se pueden usar como parte de un esquema de protección contra rayos, donde la capa de cobre, las canaletas y las tuberías de agua de lluvia se pueden unir y unir 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. Se puede recomendar un sistema de protección contra rayos específico para una protección contra rayos adecuada 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 cables descendentes 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 permanecen en equipotencial y reduce el parpadeo lateral y el posible daño al techo.
Amplia gama de acabados
A veces es deseable alterar químicamente la superficie del cobre o las aleaciones de cobre para crear un color diferente. Los colores más comunes producidos son los acabados marrón o estatuario para los acabados de latón o bronce y verde o pátina para cobre. Los tratamientos superficiales mecánicos, colorantes químicos y recubrimientos se describen en otro lugar de este artículo en: Acabados.
Continuidad del diseño
Los arquitectos a menudo miran al cobre arquitectónico por la continuidad en los elementos de diseño. Por ejemplo, un sistema de techado de cobre se puede diseñar con tapajuntas de cobre, intemperie, orificios de ventilación, canalones y bajantes. Los detalles de la tapa pueden incluir cornisas, molduras, remates y esculturas.
Con el uso creciente del revestimiento vertical, las superficies verticales y de techo se pueden unir entre sí para mantener la continuidad completa del material y el rendimiento. Las pantallas para lluvia y muros cortina (a menudo vinculados con travesaños y parteluces) también están ganando popularidad en el diseño arquitectónico moderno.
Antimicrobiano
Extensas pruebas mundiales han demostrado que las aleaciones de cobre y cobre sin recubrimiento (por ejemplo, bronce, bronce, cobre, níquel y zinc) tienen fuertes propiedades antimicrobianas intrínsecas con eficacia contra una amplia gama de bacterias, hongos y virus resistentes a enfermedades. Después de años de pruebas, EE. UU. Aprobó el registro de más de 300 aleaciones de cobre diferentes (cobre, latón, bronce, cobre, níquel y plata de níquel) 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 construcción, los productos antimicrobianos a base de cobre están disponibles en una amplia gama de colores, acabados y propiedades mecánicas. 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 las bacterias dañinas. Ver: una lista de productos aprobados en los EE. UU.
Sostenibilidad
Si bien una definición universalmente aceptada de sostenibilidad sigue siendo difícil de alcanzar, la Comisión de las Naciones Unidas de Brundtland 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 de energía eléctrica y térmica reducen el desperdicio de energía eléctrica. Sus propiedades antimicrobianas destruyen microorganismos patógenos que causan enfermedades. Y su alto valor de desecho y su capacidad para reciclarse continuamente sin pérdida de rendimiento aseguran su gestión responsable como un recurso valioso.
Se encuentra disponible la información del inventario del ciclo de vida (LCI) en tubos de cobre, láminas y productos de alambre, usando estándares ISO y cubriendo los sectores de minería y producción primaria de cobre (es decir, fundición y refinación). Utilizado en las evaluaciones de ciclo de vida (LCA), particularmente en el sector de la construcción, los conjuntos de datos de LCI ayudan a los fabricantes de productos que contienen cobre con iniciativas de cumplimiento y mejora voluntaria. También apoyan a los legisladores en el desarrollo de directrices y regulaciones 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 la evaluación del cobre frente a otros materiales en términos de consumo de energía incorporado (es decir, la energía total consumida durante cada fase de cada ciclo de vida en MJ / m2), generación de CO2, y costo
Comparación de vida útil, energía incorporada y emisiones de CO2 incorporadas de cobre, acero inoxidable y aluminio en materiales para techos y revestimientos.(Fuente: Ministerio de Asuntos Ambientales de Alemania, 2004)
| 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 prácticamente 100% reciclables y pueden reciclarse infinitamente sin pérdida de calidad (es decir, el cobre no se degrada (es decir, después de reciclar) después de cada ciclo de reciclaje como la mayoría de los materiales no metálicos, si son reciclables) . El cobre retiene 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 chatarra para los materiales de la competencia varían desde aproximadamente 60% hasta 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 y alrededor del 55% del cobre utilizado en la arquitectura provienen de fuentes recicladas. La nueva bobina de cobre y la hoja a menudo tienen un contenido reciclado del 75% al 100%.
En 1985, se recicló más cobre que la cantidad total de cobre que se consumió en 1950. Esto se debe a la relativa facilidad de reutilización de los desechos de procesamiento y la recuperación de cobre de los productos después de su vida útil.
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 otros metales arquitectónicos, por lo general no necesita ser reemplazado durante la vida de un edificio. Debido a su durabilidad, bajo mantenimiento y máximo valor de recuperación, el costo adicional para el cobre puede ser insignificante a lo largo de la vida de un sistema de techado.
El techado de cobre es considerablemente menos costoso que el plomo, la pizarra o las tejas de arcilla hechas a mano. Sus costos son comparables con el zinc, el acero inoxidable, el aluminio e incluso algunas tejas de arcilla y hormigón cuando se consideran los costos generales de techado (incluida la estructura).
Algunos estudios indican que el cobre es un material más rentable en términos de ciclo de vida que otros materiales de techo con una vida útil de 30 años o más.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 a largo plazo (para vidas de 60 a 80 años y más de 100 años), el cobre y el acero inoxidable los materiales de techado más rentables de todos los materiales examinados.
Las técnicas de instalación como la prefabricación, la conformación in situ de la máquina, la costura mecanizada y el sistema de cinta larga ayudan a reducir los costos de instalación del techo 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 proyectos de gran prestigio como los que solían ser en el pasado.
Debido a que la chatarra de cobre retiene gran parte de su valor primario, los costos del ciclo de vida del cobre se reducen cuando se considera su valor residual.Para obtener más información, consulte la sección de Reciclabilidad en este artículo.
Cobre puro frente a aleado
Cobre puro. A diferencia de otros metales, el cobre se usa con frecuencia en su forma pura (99,9% Cu) no aleada para aplicaciones de chapa y banda en techos, revestimientos exteriores y tapajuntas.
Tempering es una técnica de tratamiento térmico utilizada para aumentar la dureza de los metales. Los ánimos determinan la ductilidad del metal y, por lo tanto, qué tan bien se forma y mantendrá su forma sin soporte adicional. En los EE. UU., El cobre está disponible en seis tipos de temperatura: 060 blanda, 1/8 dura laminada en frío, 1/4 laminada en frío de alto rendimiento, mitad dura, tres cuartos duras y duras. En el Reino Unido, solo existen tres designaciones: suave, medio dura y dura. El cobre y sus aleaciones se definen en los Estados Unidos en las designaciones estándar para aleaciones de cobre y cobre de ASTM; en Europa por BS EN 1172: 1997 – ‘Aleaciones de cobre y cobre en Europa’; y en el Reino Unido por el Código de Práctica Estándar Británico CP143: Parte 12: 1970.
El temple de cobre laminado en frío es, con mucho, el más popular en la construcción de edificios en los Estados Unidos. Es menos maleable que el cobre blando, pero es mucho más resistente. En general, se recomienda el cobre laminado en frío de 1/8 de pulgada para instalaciones de techado y tapajuntas. Las hojas de techo con temperes más altos se pueden especificar para ciertas aplicaciones.
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 la contracción. Se utiliza para trabajos ornamentales complejos y donde se requiere una formación extrema, como en condiciones complicadas de tapajuntas a través de la pared.
El uso principal para el cobre de alto rendimiento es en productos de evaporación instantánea, donde la maleabilidad y la resistencia son importantes.
El grosor de la lámina y el fleje de cobre se mide por su peso en onzas por pie cuadrado. Los espesores comúnmente usados en la construcción en los Estados Unidos oscilan entre 12 onzas y 48 onzas. Dado que la industria a menudo utiliza números de calibre o espesores reales para chapa metálica u otros materiales de construcción, es necesario convertir 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 varían entre 0.5 y 1.0 milímetros (1.5 – 3.0 milímetros para muros cortina) pero un espesor de 0.6 – 0.7 milímetros se usa generalmente para techar.
Cobre aleado Las aleaciones de cobre, como el latón y el bronce, también se utilizan en estructuras de edificios residenciales y comerciales. Las variaciones en el color provienen principalmente de las 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 y SAE son los siguientes:
| Aleación de cobre | Termino común | Composición | Color natural | Color degradado |
|---|---|---|---|---|
| C11000 / C12500 | Cobre | 99.90% de cobre | Salmón rojo | Pátina de color marrón rojizo a gris-verde |
| C12200 | Cobre | 99.90% de cobre; 0.02% de fósforo | Salmón rojo | Pátina de color marrón rojizo a gris-verde |
| C22000 | Bronce comercial | 90% de cobre; 10% de zinc | Oro rojo | Pátina de color marrón a verde grisáceo en seis años |
| C23000 | Latón rojo | 85% de cobre; 15% de zinc | Amarillo rojizo | Pátina marrón chocolate a gris-verde |
| C26000 | Cartucho de latón | 70% de cobre; 30% de zinc | Amarillo | Amarillento, gris-verde |
| C28000 | Muntz metal | 60% de cobre; 40% de zinc | Amarillo rojizo | Rojo-marrón a gris-marrón |
| C38500 | Bronce arquitectónico | 57% de cobre; 3% de plomo; 40% de zinc | Amarillo rojizo | Marrón rojizo a marrón oscuro |
| C65500 | Bronce de silicio | 97% de cobre; 3% de silicio | Oro viejo rojizo | Marrón rojizo a gris marrón finamente moteado |
| C74500 | Níquel plateado | 65% de cobre; 25% de zinc; 10% de níquel | Plata caliente | Gris-marrón a finamente moteado gris-verde |
| C79600 | Níquel plateado con plomo | 45% de cobre; 42% de zinc; 10% de níquel; 2% de manganeso; 1% de plomo | Plata caliente | Gris-marrón a finamente moteado gris-verde |
Más información sobre aleaciones arquitectónicas de cobre está disponible.
Criteria de selección
Los criterios por los que se seleccionan las aleaciones de cobre y 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. Los espesores y temperamentos apropiados para aplicaciones específicas son esenciales; las sustituciones pueden conducir a un rendimiento inadecuado.
El cobre arquitectónico generalmente se usa en hojas y tiras. La tira mide 24 pulgadas o menos de ancho, mientras que la hoja mide más de 24 pulgadas de ancho, hasta 48 pulgadas de ancho por 96 o 120 pulgadas de largo, más en forma de espiral.