APLICABILIDAD DE LA TERMOGRAFA PARA LAINSPECCIN DE LOS EDIFICIOS RURALES: CASO DE UNACOMARCA ESPAOLA(SUITABILITY OF INFRARED THERMOGRAPHY FOR THE EXAMINATION Of RURALBUILDINGS: THE PARTICULAR CASE OF A SPANISH REGlON)Ignacio Caas Guerrero l , Silvia Martn Ocaa l , Ignacio Gonzlez Requena2

I Departamento de Construccin y Vas Rurales. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Agrnomos. UniversidadPolitcnica de Madrid.2 Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos.Universidad Politcnica de Madrid.

Fecha de recepcin: 02-XlI-03

ESPAA

RESUMEN

En este artculo se pretende verificar la posibilidad deutilizacin de la termografia infrarroja como tcnica deinspeccin del estado de los edificios rurales. Se renen losresultados obtenidos en varios trabajos de campo. Medianteesta tcni~a se puede analizar: localizacin de materiales yelementos ocultos, localizacin de diferentes materiales enfachada. presencia de grietas, localizacin de estructuras,localizacin de zonas hlmedas y puntos de prdidas de calor.Esta tcnica permite inspeccionar IIIl alto nlmero deedificios en un breve perodo de tiempo. proporcionandoresultados vlidos. Los resultados muestran que en jLlIlcindel tipo de edificio las inspecciones se deben realizar endiferentes momentos del da: por la noche en los edificioscon muros de carga y al amanecer en edificios conestructuras internas.

1. INTRODUCCiN

En Espaa cl nmcro dc edificios rurales es clcvado y sulocalizacin es muy dispersa, no cxistiendo, cn ocasio-nes, vas dc acceso para automviles. Las tcnicas que seemplecn para diagnosticar el estado de estos edificiosdcben ser capaces de proporcionar unos resultados vli-dos con una sola medicin, debido al problema existentede desplazamiento. En la actualidad la termografa estsiendo ampliamente utilizada para la inspeccin de edifi-

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SUMMARY

This article is aimed at establishing the chance ofapplyingthe infrared thermography techniquefor the examination ofrural buildings. The results from field works are collected.The next issues were determined by thermography: Hiddenmaterials and elements; dijJerences between dijJerentmaterials; location ofcracks; location ofstructures; locationofhumid areas; points ofheat losses and areas where the hotair is accumulated. lt is possible to inspect a high number ofbuildings in a shorttime and get valuable results. The timewhere the inspection should be done is dependent on the typeofbuilding: in the evening for buildings with bearing wallsand at daybreakfor buildings with interior structures.

cios urbanos, viviendas y oficinas. Se encucntran trabajoscentrados cn la inspeccin dc instalaciones (1), de acaba-dos (2) y del aislamiento trmico (3); la mayora de lasaplicaciones sc cmplca para anlisis cualitativos pero tam-bin apareccn algunos estudios cuantitativos (4). Ademsdc edificios de viviendas, la termografia empieza a em-plearse para el estudio de edificios de inters cultural, de-bido a su carctcr de tcnica no destructiva y al valor aa-dido de este tipo de edificios (5,6); as como para el estu-dio de las estructuras de obras civiles (7,8,9)

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Inlorlllcs dc la Construccin. Vol. 55. n" 4ll11. noviembrc-dicicmbrc 2003

Este arteulo presenta los resultados de las inspeccionestermogrficas realizadas sobre los edificios rurales de lacomarca Soriana de "Tierras Sorianas del Cid", una co-marca tpicamente castellana de la zona interior de la pe-nnsula ibrica. Las condiciones de las construcciones ru-rales hacen dc la termografa una tcnica factible para lainspeccin del estado de los mismos. Dado el alto costede una inspeccin tcrmogrfica comparado con el valoreconmico de los edifcios rurales, se debe preparar unsistema que permita la realizacin de un alto nmero deinspecciones por da.

2. BASES FSICAS

Todos los materiales tienen la capacidad de absorber ra-diacin infrarroja aumentando su temperatura; asimismotodos los materiales con una temperatura superior al ceroabsoluto emiten energa infrarroja. La termografa es unatcnica que aprovecha la radiacin emitida por la superfi-cie de un cuerpo como variable termomtrica. Esta radia-cin es proporcional a la cuarta potencia de la temperatu-ra superficial del objeto (Ley de Stefan-Boltzmann):

Donde W es la energa radiante de un cuerpo, jl es laemisividad (valor entrey 1), Aes la constante de Stefan-Boltzmann (5,7.10'8 W.m'2.K'4) y T es la temperatura ab-soluta del objeto.

En la prctica se puede considerar la emisividad como unaconstante propia de cada material, aunque en realidad esfuncin de la longitud de onda, de la temperatura y delngulo de incidencia. Por tanto, si se conoce la emisividaddel objeto que vamos a inspeccionar, la medida de la ra-diacin nos dar un valor de temperatura. Los materialestpicamente empleados en la construccin tienenemisividades superiores a 0,8, estos valores hacen que latemperatura medida mediante termografa proporcionevalores fidedignos. Por el contrario los metales o materia-les brillantes tienen emisividades entre 0,05 y 0,2, por loque resulta dificil medir su temperatura si no se empleansistemas para aumentar su emisividad.

Mediante la captacin de la radiacin infrarroja emitidapor un cuerpo, la cmara es capaz de medir di ferel1l:ias detemperaturas por debajo de O,O~ "e.

El cspectro infrarrojo se extiende desde el limite del ran-go visible hasta llegar a la regin de las microondas. sinembargo, ex isten dos regiones donde la transmisin es mselevada, la zona dc 3 '15 Y.m (sistemas de onda corta) y lazona de S a 13 Y.m (sistemas de onda larga). El equipoempleado en nuestro trabajo es un sistema de onda largn.puesto que es ms recomendado para el uso en exterioresporque captan con ms dificultad las renexiones solares yson ms sensibles n las radiaciones de baja temperatura

del entorno. Se trata de un sistema de captacin de imge-nes trmicas que representan la distribucin superficial detemperaturas del objeto obscrvado, permitiendo la reali-zacin de medidas y anlisis trmico sobre la propia ima-gen.

El uso de la termografia infrarroja para la inspeccin deedificios requiere un conocimiento previo de los fenme-nos fsicos que tienen lugar entre el exterior y el interior.Durante el da, la radiacin solar que incide sobre la su-perficie exterior es absorbida haciendo que aumente latemperatura. Por la noche el calor es disipado desde lafachada hacia el ambiente exterior a menor temperaturapor radiacin. La capacidad de acumulacin de calor deun cuerpo es funein de su volumen, de su densidad y desu calor especfico, cuanto mayores sean stos, el cuerpoacumular ms calor/fro y mantendr su temperatura du-rante ms tiempo transcurrido el perodo de calentamien-to/enfriamiento. Las diferencias de temperaturas en loselementos de las fachadas estarn determinadas por lasdistintas cualidades de los materiales.

Con el fin de evitar el conflicto del aumento de temperatu-ra debido a la radiacin solar, las inspecciones se debenrealizar por la noche o en das nublados, con poco viento,para reducir las prdidas por conveccin.

3. DESCRIPCIN DEL ESTUDIO

Este trabaj o se enmarca dentro de un proyecto dereutilizacin de edificios rurales financiado por el Minis-terio de Ciencia y Tecnologa. Uno de los primeros pasosque hay que dar antes de determinar las posibilidades dereutilizacin de un edificio es el de conocer el estado deconservacin del mismo. El objetivo de este estudio esevaluar las posibilidades de aplicacin de la termografia aeste tipo de edificios como uno de los primeros pasos quenos ayude en su diagnstico.

Las inspecciones termogrficas se han realizado desde elexterior del edificio, por tanto se han obtenido mapas detemperaturas de las fachadas de los mismos. Con este sis-tema se pueden diagnosticar los defectos de los edificiosque lleven aparejadas variaciones de las temperaturas su-perficiales, como son: fallos estructurales, problemas dehumedades, falta de aislamicnto trmico y estructuras ocul-tas, entre otros. El objetivo es localizar zonas problcmti-cas para un posterior anlisis. los resultados obtenidos sebasan en l:omparacin de temperaturas de una superficiey no cn valores absolutos, es decir. se trata de un anlisiscualitativo.

4. REALIZACiN DE LAS INSPECCIONES

Se han inspeccionado 36 edi ficios pertenecientes a los tr-minos municipales de Valdanzo y Castillejo de Robledo,

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Informes de la Construccin. Vol. 55. n" 4l!l!. noviembre-diciembre 2003

en Soria. Las inspecciones termogrficas se han realizadoen dos jornadas, la tarde- noche del 26 de marzo y el ama-necer del 27 de marzo. La hora del da se ha seleccionadode forma que no incida la radiacin solar para evitar quese enmascaren algunos fallos constructivos. Para la reali-zacin de las inspecciones se han seguido las indicacionespropuestas en la norma europea EN 13187: 1998 (10).

La cmara empleada es una ThermaCAM SC 2000 de FLlRSYSTEMS y el software es ThermaCAM Researcher 200 Ide la misma firma. La cmara tiene la capacidad de proce-sar tanto imgencs visuales como trmicas, con salidadigital de 14-bits en tiempo real y enfoque automtico. Lacalibracin automatizada del sistema de la ThermaCAMSC 2000 usa cuatro referencias de temperatura interna,identificacin de lente automtico y avanzados algoritmosmatemticos lo cual asegura la fiabilidad en la ejecucinde mediciones de temperaturas.

Especificaciones tcnicas:

- Campo de visin/Distancia mnima de enfoque:24xI8% ,3 m- Sensibilidad trmica: 0,07 oC a 30 oC- Resolucin espacial: 1,3 rnrad

5. RESULTADOS: APLICACIONES

5.1. Determinar materiales y elementos ocultos

Gran parte de los edificios rurales antiguos han sufridouna serie de remodelaciones a lo largo del tiempo. Lo quehoy vemos en el entorno rural es raramente un edificio ensu estado original. Antes de decidir las necesidades de re-habilitacin para una futura reutilizacin, es preciso co-nocer tanto los materiales empleados en su construccincomo la existencia de elementos ocultos. La tennografaes una herramienta que puede facilitar este proceso.

Uno de los detalles que se pueden observar mediante latermografa es la existencia en la fachada de antiguos hue-cos ocultos. Esta prctica era muy habitual, debido a cam-

bios de uso o de la unidad familiar, en muchos edificios sehaca necesario cambiar la disposicin de puertas o venta-nas, abriendo huecos nuevos y tapando otros existentes.En la figura I aparece la imagen visual y termogrfica dela faehada dc una vivienda rural. En la termografa se dis-tingue claramente un hueco de fachada que no aparecc enla imagen visual. Se trata de un antiguo hueco que ha sidotapado, el grosor empicado para tapar el hueco es menorque el espesor del muro de cerramiento, por tanto su capa-cidad para acumular calor tambin es inferior. Latermografa ha sido realizada al anochecer, cuando la tem-peratura exterior est descendiendo. El hueco oculto apa-rece a una temperatura similar a la del resto de huecos defachada y a menor temperatura que el resto del muro.

Otro de los resultados que obtuvimos en las inspeccionesfue la determinacin del material de construccin ocultotras un enfoscado de cemento. A simple vista no se podradeterminar el material de cerramiento del edificio de caraa futuras reparaciones. En la imagen termogrfca pudi-mos observar con claridad que el muro estaba constituidopor piezas de pequeo tamao; por la disposicin e irre-gularidad se pudo afirmar que se trataba de un muro deadobe. Adems, la presencia de una zona inferior a mayortemperatura, indicaba la existencia de un zcalo de pie-dra, que, debido a su mayor espesor, acumul ms calordurante el da y, por tanto, apareca en la imagen ms ca-liente.

5.2. Distinguir materiales empleados en la construc-cin

Esta aplicacin se debe a la distinta capacidad de almace-nar calor que tienen los materiales. Los materiales conmayor densidad (piedra, barro) tienen una capacidad dealmacenar calor ms elcvada que los materiales ligeros(maderas y aislantes). Esto quiere decir que los primerosacumulan calor por el da y lo mantienen durante ms tiem-po que los ligeros. Al anoc~ecer, los materiales ligeros yahan perdido todo su calor y aparecen a menor temperaturaque los pesados, lo contrario ocurre al amanecer.

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Figura /.- Fuchada de 1I/l0 "h';euda rural. I~a imageJl (('rmogrtUicl/ n,,"e/a /a ex;s!t'lIciu ele UJl a,,'iguo hlleco l'u!afuchacla lJue /Ill sido tllpado.l()lJlllc/c' al C1110C/U'Cl'/:

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Infonnes de lu Construccin. Vol. 55. n" 488. noviembre-diciembre 2003

Los edificios antiguos encontrados en el entorno rural fue-ron construidos con distintos materiales, teniendo en cuentael criterio de economa y la disponibilidad de los mismos.En las inspecciones realizadas se han encontrado facha-das realizadas con diferentes materiales, en la figura 2aparece un ejemplo de vivienda rural construida con mam-postera de piedra y adobe. En la imagen termogrfica seobserva perfectamente el diferente comportamiento tr-mico de los mismos. La parte inferior del edificio realiza-da en mampostera de piedra tiene un espesor mayor quela ltima planta realizada en adobe debido a las necesida-des de capacidad portante, al aumentar el espesor aumen-ta el volumen que puede almacenar calor, es por esto queal anochecer, cuando las temperaturas han disminuido, laparte del muro realizada con mampostera de piedra est amayor temperatura que el adobe.

5.3. Identificacin de grietas

Una aplicacin muy interesante de la termografia es la dedeterminar fallos en la estructura y en el cerramiento. Paradeterminar el estado de conservacin de un edificio es im-portante conocer si existen grietas en el mismo, su nme-ro y su tamao. En la figura 3 se muestra la imagen de unanave agrcola, la termografia desvela la localizacin deuna junta que no era apreciable a simple vista. La detec-cin de este tipo de fallos obedece a una diferencia de

emisividad ms que a una diferencia de temperaturas. Lazona donde se localiza lajunta no tiene las mismas carac-tersticas superficiales que la fachada intacta, lo que haceque vare su capacidad de emitir radiacin.

5.4. Identificacin de estructuras

La termografa es una herramienta eficaz a la hora de iden-tificar las estructuras de los edificios. A pesar de que latermografa se basa en la medicin de la radiacin y, portanto, la temperatura superficial de un cuerpo, se puedendetectar elementos interiores siempre que stos transmi-tan por conduccin su diferente temperatura hacia el exte-rior. La estructura interna de los edificios responde a lasvariaciones de la temperatura interior. Las inspeccionesrealizadas indican que slo son visibles las estructurasportantes de los edificios en las termografias tomadas alamanecer. La razn es que el interior del edificio, a veces,al amanecer, est a mayor temperatura que el exterior, ade-ms el muro de fachada permanece todava a baja tempe-ratura lo que resulta en un mayor contraste de temperatu-ras. Esta identificacin permite conocer el estado en elque se encuentra dicha estructura.

Reconocer el lugar exacto en el que se encuentran las vi-gas y los pilares nos da una informacin valiosa a la horade acometer obras de rehabilitacin de edificios.

Figura 2.- Fachada de 1IIU1 viviel/da rural. La.~ dos primeras plal/las estl/ realizadas el/mampostera de piedra y la p/al/ta de cubierta el/ adohe.I.a tcrmogralia IJII/{!stra el di/erel/te comportamiel/to de estos maleria/es. 7;lIlJat/" al al/oc/u'cer.

Figura 3.- NlI\'(! agrcola. lO 1t..,.,n()gn~/i(J re\TllI fa pn'sl'I1c;a de ll"ojllll/a de impor/uN/e (,,\"!Jesor ('11 e/ muro. Tomada o/ l/mancc,"':

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Informcs dc la Constru"in. Vol. 55, nU 4KK. novicmbre-dicicmbrc 2003

En la figura 4 aparecc la imagen de una bodega de cons-truccin actual, la termografia realizada muestra perfecta-mente la ubicacin de la estructura portante.

S.S. Identificacin de zonas hmedas

La humedad es uno de los agentes atmosfricos que msdao provoca en los edificios. La termografa permite co-nocer este tipo de defectos de la construccin. El agua esun elemento con un elevado calor especfico, es decir, re-quiere gran cantidad de energa para modificar su tempe-ratura; es por ello que los materiales de construccin car-gados de humedad se comportan de forma distinta que losmismos materiales secos. Adems de este efecto existe laposibilidad de que el agua se evapore produciendo unadisminucin de la temperatura de la superficie. Un mate-rial hmedo retiene el calor absorbido durante ms tiem-po que seco, y, por lo tanto, radiar energa durante mstiempo.

En la figura 5 aparece llna imagen de una vivienda rural.La rotura del canaln de desage ha provocado que lasaguas de lluvia caigan directamente por el muro. Este he-cho hace que aparezca una zona hmeda en la parte delmuro en contacto con el suelo. En la imagen termogrficatomada al amanecer esta zona aparece ms fra debido aque su inercia es mayor que la del resto del muro, portanto tarda ms en calentarse que el resto.

5.6. Prdidas de calor

Dado que la termografia permite reconocer diferencias detemperatura, es posible determinar zonas de prdidas decalor. Reconocer estos puntos crticos es fundamental a lahora de decidir las intervenciones necesarias para solu-cionar el problema. Reducir las prdidas de calor de loscdificios conlleva una reduccin en el gasto energtico asicomo una mejora del confort interior. Si se pretendereutilizar un edificio rural, habr que tener este hecho pre-sente, dado que muchos edificios antiguos carecen de unaislamiento efectivo. La falta de aislamiento aparece en latermografa como una zona a mayor temperatura.

La figura 6 muestra una imagen de una vivienda rural enla que aparecen puntos de prdidas de calor en los tambo-res de las persianas.

5.7. Reconocer zonas de acumulacin de calor

En todas las termografas realizadas al anochecer han apa-recido puntos calientes bajo los salientes de la fachada(bajo balcones, bajo alero de cubierta), as como en losremetimientos de la misma (marcos de ventanas y puer-tas). stos son puntos en los que el aire no puede circularlibremente. Durante el da la envolvente se va calentandoy en estos puntos se acumula aire caliente.

Figura 4. - Hoc!ega e/e cOJlsrllccjll moderna, 1:'/1 /a t('nn()grt~/i(l aparece /(1 ('s/rlle/llra {/ IIJ1U lempera/ura superior o/ res/o tlcl muro ele i,c!tudo.I~II la imageN in(crior aparece 1tI1({ /crlllOgra/i" c/c detalle ('11 /0 l/l/C se ,\"l',ja/" 1IJ111 honc///a. 'f(Jlllat!as o/ {/JIJ(IJ1('( ('/:

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Informcs tIc I~ Conslruccin, Vol. 55. n" 488, novicmbrc-tIicicmbrc 2003

12.0"C12

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Figura 5.- Vivienda rura/. El callaln de desagiie se ha partido y la aguas de I/uvia caen directamellte al suelo. se ha formado /lllU zona hmedaen la parte inferior del muro que aparece como ulla zona Fa ell la imagell termogrjica. Tomada al amanecer.

14,OC14

12

1C

Figura 6.- Viviellda rural. EII la imagen termogrjica se seiialall pUlltos de prdidas de calor que correspondell con los /{/mbores de las persianas.En la planla baja tambin se pierde calor por la velltalla del garaje. Termograjia lomada al allochecer.

6. VENTAJAS DE LA TERMOGRAFA PARA DE-TERMINAR EL ESTADO DE CONSERVACiN DEEDIFICIOS RURALES

La termografla es una tcnica no dcstructiva que propor-ciona informacin amigable y completa sobre diversas ca-ractersticas de los edificios, El programa informtico queacompaa a la cmara termogrfca permite explorar laimagen trmica para obtener la mxima inform.lcin posi-ble. Entre las posibi lidades existentes estn:

- Regulacin de la escab de temperaturas: por defecto nor-malmente la imagen tcrmogrfica viene definida entre unastemperaturas que son la mxima y la minima encontradasen el entorno que se inspeeci011.l. Sin embargo existe laposibilidad de reducir este intervalo oe temperaturas paraidenti ficar problemas en zonas concretas del termograma(ver figura 7).

- Realiz.lr perfiles de temperatura: esto permite conocer bvari.lcin oe l.l temperatura a lo l.lrgo de una superficie

determinada, En la figura 8 el perfil de temperaturas per-mite ver la variacin de la temperatura con la altura deledificio.

- Realizar histogram.ls de temperaturas. Esta herramientaes til para determinar las prdidas de calor por el cerra-miento. Conociendo la temperatura media del exterior ysituando esta temperatura en el punto medio del histogramase puede determinar el comportamiento del edificio a di-ferentes horas del da (ver figura 9 en la pgina 28) o com-parar distintos edificios.

- Realizar un mosaieo de varias termografias. Las imge-ncs tennogrficas tienen la posibi lidao de ser trataoas comoimgenes de formato JPEG. es por ello que se pueden rea-lizar mosaicos de varias imgenes. La conoicin indispen-sable para que no se pierda infoJ'lnaein es quc todas lasimgenes estn en la misma escala oe temperaturas y sehayan realizado consecutivamente. Esto permite obteneruna imagen termogrfica de un eoificio completo que, porsu situacin, no permite la realizacin de la teJ'lnogr.lfacompleta "in situ".

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Intormes de la Conslruccin. Vol. SS. n" 4gX. nO"iembre-dicicmbre 2U03

-24.0C

Figllra 7.- Imgenes termogrjicas de lllla vivienda rural. EII la izqllierda el rallgo de temperatllras correspollde a la mxima ya la millima detoda la imagen. EII la derecha se ha redllcido el rallgo a las mximas y fas minimas encolltradas ell lafachada.

Planta baja

14.0C141210

Primera plantaSegunda planta1

2l!

Inlonne~ de la Con~trlll:l:il1. Vol. 55. n" 488. noviembre-diciembre 2003

12.S'C 1.2 11.3

f"0.0

10.90.0

10 10.50.0

10.18.5'C 0.0 9.7

0.09.3

0.08.9

0.08.5

0.0

... OC0.0

11.04.1

10.615.9

10.2

~ :" SS.s 9.832.5 eA13.1 9.00.88.6

0.082

0.07.8

0.07.4

0.07.0

0.0

9b

9a

Figura 9.- Imagell termogrfica de ulla vivienda rural. 9a: corresponde a la termografia tomada al allochecer, la temperatura del aire exteriorera de 10,5 oC. se ha cOllsiderado ste como pumo illtermedio del illtervalo. El histograma muestra que todos los PUlltoS estll a temperat/lra muysuperior a la exterior. 9b: corresponde a la termografia realizada al amallecer, la temperalllra del aire era de 9 oC, este punto se ha situado ell elpunto medio del intervalo. El histograma muestra que hay un grall porcelltaje de pUlltOS por encima de la temperatura media. existielldo tambinplllltOS a mellos temperatura. La distribucin de temperatllras 110 est tan alejada de la media como ell 9a.

AGRADECIMIENTOS

Los autores quieren agradecer el apoyo financiero prestado al proyecto de investigacin PB8-0nO "Aproximacin auna metodologa de reutilizacin de construcciones rurales" del Ministerio de Ciencia y Tecnologa.

BIBLIOGRAFA(1) Balaras, C. A; Argiriou, A. A. Infrarc