Disseny i simulació d’un forjat alleugerit i tèrmicament millorat

Abstract

El forjat és un element estructural horitzontal fonamental en edificació, ja que suporta les càrregues d’ús i les transmet als pilars i murs de càrrega. Representa la part més pesada de l’estructura i el component amb un consum més elevat de material, de manera que la seva optimització té un impacte directe en el cost i en la sostenibilitat de l’edifici. Alleugerir-lo comporta un doble benefici: redueix el volum de formigó i acer necessari i disminueix el pes transmès als elements verticals i fonamentacions. No obstant això, els forjats més pesants aporten una major inèrcia tèrmica, que millora l’eficiència energètica en esmorteir les oscil·lacions de temperatura exterior. L’objectiu principal d’aquest treball és el disseny i la simulació d’un forjat alleugerit amb propietats tèrmiques millorades mitjançant la incorporació de materials de canvi de fase (PCMs), capaços d’emmagatzemar energia en forma de calor latent. La metodologia ha combinat la selecció de materials comercials, la definició d’una geometria de referència i la simulació per elements finits. S’han dut a terme anàlisis estructurals per comprovar la resistència i rigidesa del sistema i anàlisis tèrmiques en règim estacionari i transitori, prenent com a cas d’estudi un dia d’estiu de disseny a Barcelona. Els resultats mostren que totes les tipologies analitzades compleixen els requisits estructurals. Des del punt de vista tèrmic, la configuració tipus Bubble Deck redueix de manera significativa el flux màxim de calor i l’energia transmesa cap a l’interior, millorant el desfasament i reduint l’amplitud de les oscil·lacions tèrmiques en comparació amb la llosa massissa i el forjat reticular. La incorporació dels PCMs no altera de forma rellevant l’energia total intercanviada, però sí que modula les puntes tèrmiques i retarda la seva transmissió, contribuint a un ambient interior més estable i confortable. En termes econòmics, el cost dels PCM encara suposa una barrera per a la seva implantació generalitzada, tot i que la reducció potencial en consum energètic pot compensar la inversió inicial al llarg de la vida útil de l’edifici. Des d’una perspectiva ambiental, l’ús de forjats alleugerits disminueix el volum de formigó i, per tant, les emissions associades, mentre que els PCM poden reduir la demanda de climatització, contribuint indirectament a una menor petjada de carboni. El treball conclou que els forjats alleugerits, especialment amb geometria Bubble Deck i suportats per la incorporació de PCM, representen una alternativa prometedora per avançar cap a edificis més eficients energèticament i amb un menor impacte ambiental, establint les bases per a futures validacions experimentals i aplicacions reals en el sector de l’edificació.