M A N U A L D E FA C H A D AS L I G E R A S I n t r o d u c c i ó n te c n o l ó g i c a
Índice 1. G E N E R A L I DA D ES Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 E l a l u m i n i o y s u e x t r u s i ó n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Tr a t a m i e n to s s u p e r f i c i a l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2 . T E R M I N O LO G Í A 3. E X I G E N C I AS F U N C I O N A LES Estructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 E l e m e n to s d e r e l l e n o
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4. ELE M E N TO S D E R ELLE N O El vidrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Los paneles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cor tafuegos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E l e m e n to s d e r e m a te . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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6. BAS ES D E P R OYECTO To l e r a n c i a s d e l s i s te m a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . To l e r a n c i a s d e l a e s t r u c t u r a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S e n s i b i l i d a d a l o s d e s p l a z a m i e n to s d e l a e s t r u c t u r a . . . . . . . S e n s i b i l i d a d a l o s d e s p l a z a m i e n to s té r m i c o s . . . . . . . . . . . . Bases de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C o m p r o b a c i ó n d e l o s e l e m e n to s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ejemplo de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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7. FAC H A DAS V E N T I L A DAS Analisis de las fachadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipologías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F a c h a d a s r e s p i r a n te s y f a c h a d a s v e n t i l a d a s . . . . . . . . . . . . F a c h a d a s f o to v o l t a i c a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
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5. S I ST E M A D E S I L I CO N A EST R U CT U R A L Te r m i n o l o g í a y t i p o l o g í a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R e q u i s i to s d e l s e l l a d o e s t r u c t u r a l . . . . . . . . . . . . . . . . Dimensiones mínimas del sellado . . . . . . . . . . . . . . . . Piezas de sguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
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46 49 50
58 58 59
62 62 62 63 64 65 69
83 85 86 88
8 . N O R M AT I VAS Norma Básica de la Edificación NBE- AE/88 . . . . . . . . . . . . . . . 95 9. B I B L I O G R A F Í A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Generalidades
3
Generalidades 1.1. I N T R O D U CC I Ó N La arquitectura moderna se entiende estilísticamente hoy en día como sinónimo de abstracción y autenticidad, empleando toda combinación de materiales, entre los cuales destaca el vidrio. Este material ha ejercido un interés y fascinación tan especial que ha llevado al hombre a desarrollar unas técnicas constructivas, que le han permitido realizar los más audaces y luminosos edificios. El vidrio destaca por su transparencia, dicho de otro modo, su relación con la luz. Por es te motivo el uso de las fachadas liger as, en sus orígenes como solución a unas necesidades muy concretas, presentes únicamente en edificios singulares, se ha extendido de tal forma que constituye ya un elemento común del paisaje urbano de nuestras ciudades. Son muchos los factores que han contribuido a su auge, entre otros cabe citar: La clara tendencia a la industrialización del sector de la construcción. La evolución de los costes, con un progresivo peso específico de la mano de obra frente al valor de los materiales. La creciente impor tancia de la fiabilidad, la planificación y el mantenimiento. Su ligereza, lo que permite reducir el dimensionado de la estructura resistente (por tante) El aumento de zona útil y habitable. El aumento de luminosidad, pudiendo llegar a obtener se un 90% de luminosidad. Los materiales utilizados para realizar la estructura de las fachadas ligeras son el acero, la madera y en la mayoria de de los casos, se confeccionan con elementos de aluminio extruído, cuyas propiedades básicas son: Ligereza: e l alu m i ni o p e s a 3 ve c e s m e no s q ue el h ierro . Re s i s te nc i a a l o s a g e n te s a t m o s fé r i c o s : se autoprotege. Es té ti c a : p e r m i te d i s e ñ o y a c a b a d o s s u p e r f i c i a l e s .
1.1.1. GENERALIDADES Entendemos por fachada ligera, a toda fachada en la que su peso y espesor adoptan valores muy reducidos, de l o r d en d e 5 0 a 7 0 K g / m 2 y d e 15 a 2 0 cm d e es p es o r. Según la norma En 13830, se define la fachada ligera como: “conjunto de elementos ver ticales y horizontales conectados conjuntamente y anclados en la estructura del edificio y rellenos para formar una super ficie continua, ligera y limitando el espacio, que apor ta, por sí misma o conjuntamente con la estructura del Muro Cortina Fa c h a d a P a n e l edificio, todas las funciones normales de un muro exterior, pero no asume características alguna de sopor te de carga de la estructura del edificio”. La fachada ligera se subdivide en muro cor tina y en fachada panel. El concepto de muro cor tina indica que la fachada pasa por delante de los forjados y en consecuencia está suspendida de ellos. El concepto de fachada panel indica que la fachada es tá situada entre los forjados y en consecuencia está apoyada en ellos. La fachada ligera constan básicamente de unos elementos verticales ( montantes) y de elementos horizontales ( travesaños) que dan origen a una retícula en la que se in s e r t a : Figur a 1
4
Un vidrio para conseguir la visión. Un panel ciego para conseguir zonas opacas. Elementos practicables para posibilitar la limpieza o la ventilación. E s t a s f a c h a d a s e s t á n f i j a d a s a l a e s t r u c t u r a r e s i s te n te d e l e d i f i c i o p e r o s i n fo r m a r p a r te d e l a m i s m a , es d ecir, n o c o ntr i b u ye n a a um e nta r l a r e s is ten cia d e la es tr uctur a s in o q ue g r avita n s o b re ella . En cualquier caso los muros cor tina deben estar concebidos para poder resistir por sí mismos las acciones que incidan sobre ellos.
1.1.2. DESCRIPCIÓN Y CL ASIFICACIÓN Como resultado, en la actualidad conviven en el mercado un gran número de soluciones prefabricadas de cerramiento. Atendiendo a su construcción, fabricación y montaje las fa chadas liger as se agr upan en dos gr andes sis temas aunque implícitamente se admite un tercero constituido por cualquier sis tema híbrido entre los dos anteriores:
Sistema modular Módulo a módulo
Sistema modular: este sistema consiste en fabricar en el taller módulos totalmente acabados, es decir, incorporando los elementos de relleno. Generalmente la altura de estos módulos es la distancia entre forjados por lo que cada uno posee su propio anclaje y es independiente del resto de módulos.
Sistema modular Módulos compuestos
Sistema tradicional: o bien sistema de reja o retícula. En este sistema se fabrican en taller los montantes y travesaños con sus elementos de fijación y par te de los accesorios. En obra se realiza el ensamblaje de los perfiles y posterior mente se incorpora el acristalamiento, ventanas y/o paneles. Sistema semimodular: es un sistema híbrido entre los dos anteriores.
Sistema tradicional
Sistema semimodular
Figur a 2
5
Generalidades C l a s i fi c a c i ó n s e g ú n
Fa c h a d a s l i g e r a s Muro Cor tina
S is te m a co n s tr u c ti vo S i s te m a d e m o n t a j e Aspecto de fa chada
Fa chada Panel
M o d ula r Pa r r i l l a Tr a d i c i o na l
Tr a d icio n a l Tr a m a Horizontal
S ilico n a E s tr uctur a l
S em im o d ular Vidrio Abotonado
Vidrio Enmarcado
C o m p o s i c i ó n d e l a s fa c h a d a s Elementos resis tentes
M o n t a n te s ve r t i c a l e s y t r ave s a ñ o s h o r i z o n t a l e s
E l e m e n to s p r a c t i c a b l e s
Ve n t a n a s
Elementos de relleno
Vidrios, paneles y cor tafuegos
Elementos de fijación
Anclajes fijos, anclajes deslizantes y uniones
Elementos de remate
Chapas y ángulos
A. Elementos resistentes: Montantes ver ticales: son los elementos ver ticales fijados a los anclajes y destinados a sopor tar su propio peso, las acciones de los elementos que se fijan a ellos, y la carga del viento que incide sobre la fachada.
Montante
Travesaños horizontales: son los elementos dispues tos horizontalmente, que generalmente van anclados a los montantes, y dimensionados de tal forma que puedan aguantar la carga de los elementos de relleno que gravitan sobre ellos.
Travesaño
B. Elementos practicables: Se entiende por elemento practicable, aquellos sistemas que permiten la aper tura del elemento de relleno, de manera que introducen a la fachada un hueco a través del cual se puede ventilar o facilitar el mantenimiento. Asimismo contribuye a la seguridad para el caso de evacuación de humos y ser vicio para la entrada de emergencia ( bomberos ).
Figur a 3
6
Podríamos ampliar la información ya que el campo de la carpintería de aluminio hoy en día está muy desarrollado como consecuencia de la necesidad del ahorro de energía ante el encarecimiento de los productos petrolíferos. Así se ha reconsider ado la impor tancia de los cerramientos en cuanto al per fecto ajuste y resistencia de sus par tes practicables, pero no es objeto de estudio en este proyecto y por tanto no se desarrolla el tema.
C. Elementos de relleno: E n u n a f a c h a d a l i g e r a d e e s t r u c t u r a c l á s i c a , l a s s u p e r f i c i e s s o n c e r r a d a s p o r d o s e l e m e n to s b á s i c o s : el vidrio y el panel ciego. Así el relleno con uno de estos dos elementos puede ser total o combinación de ambos, ya que la utilización de vidrio está indicada en las zonas de visión; en cambio, los paneles, se destinan a las zonas de antepecho y paso de forjado.
D. Elementos de fijación: L a m i s i ó n d e l o s e l e m e n to s d e f i j a c i ó n e s i n m ov i l i z a r y u n i r l o s e l e m e n to s r e s i s te n te s d e l a e s t r u c t u r a d e l e d if icio . D i s ti ng ui mo s d o s ti p o s d e u nio n es : Anclajes U ni on e s ( m e c h a s )
D .1 A n c l a j e s Los anclajes son los elementos que conectan la fachada ligera con la estructura por tante del edificio, y a través de los cuales, se transmitirán las cargas debidas principalmente a la acción del viento; es por ello que han de dimensionar se adecuadamente para responder a estas solicitaciones. Una vez efectuadas las mediciones correspondientes, sabremos las desviaciones a corregir provocadas por cantos de forjado, desnivel, etc...; para ello el anclaje está provisto de elmentos de regulación, que permiten esta, en las tres dimensiones. Distinguimos entre anclajes fijos o deslizantes que permitan la dilatación o no.
Anclaje intermedio
Anclaje superior
Anclaje inferior o mecha
Figur a 4
Figur a 5
Figur a 6
7
Generalidades Cada fabricante tiene su propio diseño y normalmente es tán fabricadas en acero o bien en aluminio. El problema fundamental reside precisamente en el contacto acero - aluminio que puede provocar corrosión p o r p a r - g a l vá n i c o . Po r e l l o , s e c o l o c a e n t r e l a s d o s p i e z a s u n r e c u b r i m i e n to p l á s t i c o q u e l o s a í s l e , p e r o por otr a par te, los tornillos que se utilizan son de acero y el contacto es inevitable. En el mercado existen diferentes tipos de anclajes, dependiendo del tipo da la estructura principal de la cual cuelga el muro cor tina.
D.2 Uniones Ejemplo de unión entre montantes
Las uniones, igual que los anclajes, pueden ser fijas o deslizantes. Las uniones fijas se utilizan para anclar los travesaños a los montantes Las uniones deslizantes tienen su aplicación en las juntas de dilatación. Según se tr ate de muros cor tina o fachadas panel, la aplicación de cada uno de los dos tipos de fijación cambia: En los muros cor tina se utiliza un anclaje fijo en el forjado superior o inferior y una unión deslizante en la zona de junta de dilatación ( mecha ). En las fachadas panel, se utiliza un anclaje fijo o d e s l i z a n te e n e l fo r j a d o s u p e r i o r e i n fe r i o r, c o m b i n á n d o l o s a l te r n a t i va m e n te , e s d e c i r, s i s e c o l o c a fijo en el forjado superior, debe ser deslizante en el inferior o vicever sa.
Figur a 7 Figur a 10
Muro Cortina
Fa c h a d a P a n e l
J u n t a Ve r t i c a l
Unión
Anclaje fijo o deslizante
Anclaje fijo
Per fil Aluminio Unión
Junta Horizontal
Anclaje fijo o deslizante
Anclaje fijo
Figur a 8
Figur a 9
8
Figur a 11
Detalle anclaje
Figur a 12
9
Generalidades 1.1. 3. AS P ECTO S D E L AS FAC H A DAS L I G E R AS Exis ten varios tipos de fachadas liger as, según el sis tema utilizado y la metodología usada a la hor a de construir la fachada. El muro cor tina es un sistema abier to, flexible y completo que permite al proyectista personalizar la arquitectura y expresar su creatividad. Los aspectos que suelen contemplar los sis temas son:
1. P a r r i l l a Con la opción parrilla se pueden realizar múltiples soluciones, diferentes a las demás, según la modularidad y los perfiles elegidos. Se caracteriza por formar módulos marcados ( marca las líneas horizontales y verticales ) por las tapas exteriores que pueden ser de distintas profundidades o colores, permitiendo la creación de ritmos distintos.
2 . Tr a m a h o r i z o n t a l L a u t i l i z a c i ó n d e p e r f i l e s , d e g r a n s e c c i ó n , c o m b i n a n d o c o n j u n t a s ve r t i c a l e s m u y p o c o m a r c a d a s , c r e a u n m ayo r p r o t a g o n i s m o d e s u s l í n e a s h o r i z o n t a l e s q u e f r a g m e n t a n l a i m a g e n r e f l e j a d a y d a u n a s p e c to lo n git u d in al al e d i fi c i o .
3 . Tr a m a v e r t i c a l Tiene la misma finalidad que la trama horizontal, pero a diferencia se resaltan l a s l í n e a s ve r t i c a l e s c r e a n d o una sen sació n d e e s b e l te z .
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4. Silicona estructural Fa c h a d a s d e p i e l d e c r i s t a l e n l a s q u e e l a l u m i n i o e s t á to t a l m e n te o c u l to y d e j a p r o t a g o n i s m o a l v i d r i o . L as fach ad as c o b r a n vi d a r e fl e j a nd o to d o s u en to rn o .
5. Vidrio Exterior Abotonado Fachadas que crean una sensación de transparencia y luminosidad, gracias al sistema de vidrio suspendido, alejado del montante y sin necesidad de travesaños. El vidrio está fijado a la estructura mediante unas piezas o rótulas, que permiten las dilataciones y la flexión.
6. Vidrio Enmarcado Este tipo de fachadas se caracterizan por formar retículas enmarcadas por un perfil perimetral, creando un ritmo repetitivo de estructuras suspendidas.
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Generalidades 1. 2 . EL A L U M I N I O Y S U E XT R U S I Ó N 1. 2 .1. EL A L U M I N I O El aluminio es el tercer elemento más abundante en nuestro planeta constituyendo aproximadamente el 8% de la cor teza terrestre. Sólo el oxígeno y el silicio son más abundantes. Ningún otro metal está siendo tan utilizado por el hombre. El miner al aluminio, llamado bauxita a par tir de su descubrimiento en 1821, cerca del pueblo de Les Baux en e l s u r d e Fr a nc i a , ha s i d o e nc o ntr a d o en to d o s los continentes. Las reser vas mundiales se estiman en más de 40.000 millones de toneladas. Para que su explotación sea rentable, es preciso que l a b a u x i t a c o n te n g a a l m e n o s u n 3 0 % d e a l ú m i n a ( ó x i d o d e a l u m i n i o ) y q u e e l ya c i m i e n to s e a f á c i l mente accesible. La producción de aluminio requiere grandes cantidades de energía por lo que las fábricas d e f u n d i c i o n e s e s t á n l o c a l i z a d a s m ayo r i t a r i a m e n te e n p a í s e s c o n b a j o s c o s te s d e e n e r g í a y a d e m á s , p o r motivos ecológicos, otorga preferencia a la energía de or igen h i d r o e l é c t r i c o . E l a l u m i n i o n o a p a r e c e e n l a n a t u r a l e z a e n fo r m a d e m e t a l , s i n o d e ó x i d o ( A l 2 O 3 ) . L a b a u x i t a , d e tex t u r a te r r o s a y c o l o r r o j i z o , t i e n e m á s d e u n 4 0 % e n a l ú m i n a , e s t á m e z c l a d a c o n o t r o s ó x i d o s m i n e r a l e s t a l e s como el sílice, óxido de hierro, titanio, etc. E l p r o c e s o p a r a o b te n e r e l m e t a l d e l a b a u x i t a s e d ivid e en d o s fa s es : 1. E x t r a c c i ó n d e l a a l ú m i n a d e l a b a u x i t a s e g ú n e l p r o c e d i m i e n to d e B ayer 2. Electrólisis E n té r m i n o s c u a n t i t a t i vo s , p a r a o b te n e r 1 T n d e a l u m i n i o s e r e q u i e r e n 2 T n d e a l ú m i n a , p a r a l a s c u a l e s a s u ve z , s e n e c e s i t a n 5 T n d e b a u x i t a .
1. E x t r a c c i ó n d e l a a l ú m i n a E l p r o c e d i m i e n to p a r a a i s l a r l a a l ú m i n a d e e s to s m i n e r a l e s c o n s i s te e n t r i t u r a r l a b a u x i t a p a r a o b te n e r polvo fino, el cual se mezcla con sosa cáustica líquida y se calienta la mezcla a baja presión. Posteriormente s e p r o c e d e a l a c a l c i n a c i ó n d e l a a l ú m i n a o b te n i d a p o r h i d r ó l i s i s , d e c a n t a c i ó n y a c o n t i n u a c i ó n s e f i l t r a el conjunto resultante par a detener las impurezas. L a s o l i d i f i c a c i ó n d e l m e t a l s e c o n s i g u e m e d i a n te p r e c i p i t a c i ó n , e s d e c i r, s e c o n j u n t a n l o s c r i s t a l e s y s e l e q u i t a l a h u m e d a d a m u y a l t a te m p e r a t u r a o b te n i e n d o u n p o l v o b l a n c o . E s l a a l ú m i n a c a l c i n a d a .
ALÚMINA
B A U X I TA
12
2. Electrólisis La electrólisis permite descomponer la alúmina en aluminio y oxígeno. La reacción tiene lugar en unas cubas especiales, que pueden alcanzar temperaturas muy elevadas ( 900 -1000ºC ). No obs tante, la temper atur a de fusión de la alúmina es de 1800ºC, pero se consigue bajar mezclándola con fluor uro de sodio ( criolita ), que actúa de fundente. La corriente eléctrica pasa a través de la mezcla, descomponiéndola en oxígeno y aluminio. El metal fundido se deposita en el polo negativo ( cátodo ) del fondo de la cuba, mientr as que el oxígeno se acumula en los electrodos de carbono ( ánodo ). Par te del carbono que está en el baño se quema por la acción del oxígeno, tr ansformándose en dióxido de carbono. As í, m e d ian te l a e l e c tr ó l i s i s l o g r a mo s s e p a r a r el oxíg en o y o b ten em o s a lum in io m eta l p uro , q ue tie ne un gr ado de pureza entre el 93,3% y 99,8%. D e l a l u m i n i o p u r o y l a u n i ó n c o n o t r o s m e t a l e s s e o b t i e n e n l a s a l e a c i o n e s , q u e p u e d e n te n e r d i ve r s i d a d d e c a r a c te r í s t i c a s , l e a u m e n t a n s u s c u a l i d a d e s y p r o p i e d a d e s c o m o l a r e s i s te n c i a a l a c o r r o s i ó n y l a s c a r a c te r í s t i c a s m e c á n i c a s . E s t a s a l e a c i o n e s s e p u e d e n p r e s e n t a r e n l i n g o te s p a r a l a f u n d i c i ó n , to c h o s par a la extr usión, etc.
Figur a 13
Propiedades del aluminio: Es ligero: a igualdad de volumen el aluminio pesa una tercera par te que el acero. Es un buen conductor de la electricidad. El aluminio puro tiene propiedades mecánicas reducidas, pero sus aleaciones alcanzan límites muy altos, también superiores a las de los aceros empleados corrientemente en la construcción, por lo que se puede usar tranquilamente en aplicaciones en que se precisen elevadas resistencias. Es resistente a los agentes atmosféricos: el aluminio y la mayor par te de sus aleaciones no se corroe, o si lo hace, en pequeña cantidad, pues to que se autoprotege por medio de una capa o lámina de alúmina. El aluminio presenta buena plasticidad y formabilidad: no sólo puede ser sometido a variados tipos de trans formaciones plás ticas sino que también pueden elabor ar se en diferentes tipos de fundición, pueden ser extruídos, laminados, etc. Tiene una buena conductividad térmica. Debido a su excelente aspecto exterior se presta a tratamientos super ficiales con lo que se pueden obtener interesantes efectos decorativos, muy apreciados en la arquitectura. Su metalúrgica fue desarrollada en 1886 simultáneamente por el francés Heroult y el nor teamericano Hall. En el caso de las fachadas ligeras y en general en el campo de la construcción sólo se utiliza la serie 6000 y más concretamente la aleación 6063 (según NBE) por reunir los requisitos adecuados tanto por sus propie dades mecánicas como por sus posibilidades en acabados super ficiales desde un punto de vista estético.
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Generalidades 1. 2 . 2 . E XT R U S I Ó N D EL A L U M I N I O El proceso industrial para la fabricación de per files extrusionados de aluminio con destino al sector de la carpintería metálica y las fachadas ligeras consta, a grandes rasgos, de dos fases: la fundición y la extrusión.
1. Fu n d i c i ó n E s l a fa b r i c a c i ó n d e l material base. Según a qué uso se destine el per fil de aluminio, la composición química de la aleación diferirá ligeramente; p o r l o t a n to l a f a b r i c a c i ó n d e l m a te r i a l b a s e d e b e c o n t r o l a r s e p a r a a d a p t a r l a a l a s n e c e s i d a d e s d e l a p o s ter i o r p r o d u c c i ó n . La obtención de la aleación de aluminio se efectúa en la fundición por fusión de lingotes de aluminio puro, a l e a c i o n e s d e A l - M g - S i y c h a t a r r a d e a l u m i n i o p r o c e d e n te d e l o s r e s i d u o s d e l a s p l a n t a s d e ex t r u s i ó n . Las aleaciones normalmente usadas son de la familia Al - Mg - Si, siendo la más corriente la que se identifica co n la s igu ien te c o mp o s i c i ó n q uí mi c a , s e g ún la n o rm a U N E - 38. 337: Si
( s ilicio )
entre
0 ,2 y 0, 6 %
Mg
( m agn e s i o )
entre
0 ,4 5 y 0, 9 %
Mn
(manganeso)
má x i mo
0,1%
Cu
(cobre)
má x i mo
0,1%
Fe
(hierro)
má x i mo
0, 35 %
Al
( alu m ini o )
el res to
Esta aleación se corresponde con las denominaciones: AA 6 0 6 3
U.S .A .
H 9
G R A N B R E TA Ñ A
AGS
FRANCIA
Al M g Si 0 ,5
A LE M A N IA
La comprobación de la composición química de la aleación se efectúa mediante un análisis espectográfico y una vez confirmada, se solidifica el material en forma de barras cilíndricas de diámetro y longitud variable, en función de la prensa de extr usión a utilizar y del per fil a extr usionar, denominadas TOCHOS. En general los TOCHOS tienen longitudes entre los 3 y 6 metros y diámetros entre los 130 y los 300 mm. Para la obtención del material base, TOCHO, en una fundición se sigue el proceso siguiente: Fu s i ó n d e l a m a te r i a p r i m a Homogeneizado de la aleación C o l a d a o s o l i d i f i c a c i ó n d e l m a te r i a l Estabilización de las barras C o r te a m e d i d a d e l a s b a r r a s
14
2. Extrusión E l p r oce so a t r avé s d e l c u a l o b te ne m o s e l per fil. A l a m á q u i n a d e ex t r u s i o n a r s e l a d e n o m i n a P R E N S A y s e clasifica por su potencia, que es la fuerza máxima que puede ejercer el pis tón y se expresa en toneladas (Tn). La matriz es la base del proceso y en su forma más sencilla consiste en un disco de acero templado en que se ha practicado un orificio que reproduce la forma del per fil a extr usionar. Pueden existir matrices planas para obtener per files abier tos y m a t r i c e s p u e n te ( c o n s t a n d e va r i a s p a r te s ) p a r a o b te n e r per files cerrados. Las matrices puente estan formadas por la matriz, con la forma exterior del per fil, y el puente con la forma interior del per fil.
Pe r f i l e s c e r r a d o s
Figur a 14
Pe r f i l e s a b i e r t o s
Figur a 15
El TOCHO ( barra de aluminio ) se calienta en unos hornos de precalentamiento hasta una temperatura aproximada de 500º C. Una vez estabilizada la temperatura en toda la barra, se extrae del horno y se coloca en la máquina de extruir ( PRENSA ) donde se presiona mediante un pistón contra la matriz. Por efecto de la presión y con el estado semiplástico del tocho de aluminio, el material fluye a través de la matriz adoptando la figura de la misma y dando origen al perfil, que una vez enfriado, se endereza estirándolo por medios mecánicos. Finalmente se cor ta a la longitud solicitada para posteriormente efectuar el tr atamiento térmico al objeto de que los per files extruídos adquieran la dureza solicitada.
15
Generalidades El ciclo d e ex t r us i ó n p ue d e e s q u e m a ti z a r s e d e la m a n er a s ig uien te:
Extrusión Prensa
Tocho
Utillaje
Per fil
p: 1.000 a 10.000 t
to 450 a 520
Pistón
Separador
to 350 a 420
Matriz
Contra - matriz
Figur a 16
En resumen, el proceso de extrusión consta d e l a s s i g u i e n te s e t a p a s : C a l e n t a m i e n to d e l to c h o Co r te en calien te d e to c ho Colocación de la matriz en la prensa extru sión propiamente dicha Extrusión propiamente dicha por presión del pis tón sobre el to cho E n f r i a m i e n to d e l p e r f i l a l a s a l i d a d e l a prensa C o r te d e l m a te r i a l Es tir ado y enderezado del per fil Control de calidad dimensional y control de calidad del estado super ficial Co r te a m ed id a d e l o s p e r fi l e s Colocación en contenedores para entrar e n e l h o r n o d e t r a t a m i e n to tér m i c o
I n s t a l a c i o n e s p a r a l a ex t r u s i ó n Extrusión
Refrigeración por aire Estirado
Cor te
Envejecimiento
Refrigeración por aire
Acabado
Recepción
Almacenado
Figur a 17
El tratamiento térmico o templado hace que se mejoren las propiedades de las aleaciones una vez extruídas. Las propiedades de aleaciones, especialmente la serie 6000, pueden mejor ar se mediante un tr atamiento térmico después de la extr usión. Exis ten dos tipos de tr atamiento: el tr atamiento térmico de solución y el envejecimiento ar tificial. 1. El tr atamiento térmico de solución proporciona una solución sólida sobresatur ada de los elementos de aleación, calentándolos a unos 450 - 550 º C y luego enfriándolos rápidamente a unos 20 º C sumergiéndolos en agua o soplando con aire. Ahora el estado del aluminio se denomina T4, lo que significa que la resistencia de la aleación es una buena capacidad de alargamiento. Por eso, es apropiado elegir el templado T4 cuando se desea cur var las piezas.
16
2. El envejecimiento ar tificial consiste en calentar la aleación uniformemente a una temperatura controlada, normalmente entre 160 - 190 º C. Se mantiene esta temperatura durante un período de 4 a 10 horas y luego se enfría por aire. D e s p u é s d e s e r s o m e t i d a a l t r a t a m i e n to té r m i c o d e s o l u c i ó n y a l e nve j e c i m i e n to a r t i f i c i a l , s e d e n o m i n a te mplado T6. Te m p l a d o d e a l e a c i o n e s
AA
Extrusión calentada y enfriada por aire
F
Ab lan d ad a y r e c o c i d a 3 5 0 - 5 0 0 º C , 1 - 5 h o r a s
O
Tr a t a m i e n to tér m i c o d e s o l u c i ó n y e nve j e c i m i e n to n a t u r a l 2 0 º C , 5 - 10 d í a s
T4
Enfriado de la temper atur a de extr usión y envejecido ar tificialmente 160-190ºC, 4 -10 hor as
T5
Tr a t a m i e n to tér m i c o d e s o l u c i ó n y e nve j e c i m i e n to a r t i f i c i a l , 16 0 - 19 0 º C , 4 - 10 h o r a s .
T6
Las propiedades mecánicas son las car acterís ticas medibles y el compor tamiento del material cuando se s o m e te a d i s t i n t a s f u e r z a s . E s t a s f u e r z a s i n c l u ye n t a n to l a r e l a c i ó n e n t r e te n s i ó n y d e fo r m a c i ó n c o m o l a cuantificación de las reacciones elás ticas e inelás ticas. Métodos de pr ueba es tándar miden la resis tencia a la tr acción, es tir ado, rotur a por alargamiento y dureza. Par a utilizar el aluminio en carpintería, se requieren unas propiedades físicas y mecánicas determinadas, que se caracterizan por el tipo de dureza. Existen varias pruebas para determinar la dureza: Brinell, Vickers y Webster. E l s i s te m a B r i n e l l e s c o n o c i d o p o r e l a p a r a to d e m e d i d a s B r i n e l l . E s te m i d e l a h u e l l a q u e d e j a 1 kg de peso sujeto en un punzón que contiene en su extremo una bola de 5mm de diámetro, y que cae desde una altur a de 1m. Este sistema es el más utilizado en los talleres de carpintería de aluminio. Los otros dos métodos se utilizan en otros campos, como por ejemplo el Vickers en automoción y el Webseter p a r a a q u e l l o s q u e s e n e c e s i te u n a d u r e z a ex a c t a , ya q u e s e t r a t a d e u n s i s te m a d e m e d i c i ó n c o n p i n z a calibrada. Las plantas de extr usión utilizan tablas de equivalencias par a poder compar arlas. La dureza aceptada en c a r p i n te r í a , c o n u n t r a t a m i e n to T 5 , t i e n e q u e e s t a r e n t r e l o s va l o r e s ( 6 5 , 7 5 ) e n l a e s c a l a B r i n e l l , y e n t r e ( 11,13 ) e n la e s c a l a We b s te r. La extrusión debe contar con un taller de matricería ya que al terminar el proceso de extrusión, debe ponerse a punto la matriz para poder ser utilizada en una nueva extrusión. Esta puesta a punto compor ta las siguientes operaciones: Desmontaje de la matriz de por tamatrices E l i m i n a c i ó n d e l a l u m i n i o s o l i d i f i c a d o y a d h e r i d o a e l l a m e d i a n te u n b a ñ o d e s o s a c a l i e n te . Limpieza con la máquina de chorreado Re toq u e y p u l i d o a s í c o m o ver i f i c a c i ó n d e s u e s t a d o Nit r u r ad o Protección Almacenaje L a s p l a n t a s d e ex t r u s i ó n e s t á n to d a s a c r e d i t a d a s b a j o l a n o r m a t i va I S O e n c a l i d a d d e s e r v i c i o s .
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Generalidades 1. 3. T R ATA M I E N TO S S U P E R F I C I A LES El aluminio es un material que tiene una gran afinidad con el oxígeno y al estar en contacto con la atmósfera se recubre de una capa natural de óxido, que en la mayoría de los casos es capaz de detener el principio de corrosión. La oxidación natur al del aluminio no proporciona una capa super ficial adecuada para el empleo arquitectónico exterior en lugares expuestos, donde la apariencia más l a r e s i s te n c i a a l a a b r a s i ó n , c o r r o s i ó n y e r o s i ó n s o n factores determinantes. Para conseguir estas caracterís ticas es preciso recurrir a unos procesos industriales como son el anodizado y los lacados.
1. 3.1. A N O D I Z AC I Ó N El aluminio es sensible al proceso de oxidación ambiental, como cualquier metal. Esto produciría manchas aleatorias, que afectarían negativamente la estética de los per files. Podemos definir el proceso de anodizado, como la oxidación controlada, acelerada y uniforme de la capa super ficial del per fil, por medio de un proceso electroquímico. La oxidación anódica, proceso de anodizado, es un tratamiento electrolítico para producir capas de óxido de mayor espesor, uniformidad, estabilidad y diferente estructura de las que se forman espontáneamente en la super ficie del aluminio. El anodizado del aluminio como tecnología de tratamiento de super ficie se puede dividir en tres etapas básicas y de gran impor tancia: pretratamiento, tratamiento anódico y postratamiento. El pretratamiento comprende inicialmente el desengrase del material en estado de suministro en el caso de muros cor tina, extruído. Entre las opciones conocidas para la inmersión del material para su desengrase la más extendida es la utilización de un producto comercial consistente en una solución alcalina compuesta por agentes humectantes, emulsionantes solubilizantes, saponizantes y secuestrantes y con un tiempo de inmer sión de 3 a 5 minutos. La operación subsiguiente al desengrase de la super ficie es el decapado, como resultado de un fuer te ataque químico al entrar en contacto el per fil con soluciones fuer temente alcalinas. Se utiliza el hidróxido de sodio con un aditivo comercial inhibidor de formación de depósitos duros y con propiedades detergentes. El tiempo de inmersión es de 5 a 10 minutos. A consecuencia de la capa delgada de par tículas metálicas y óxidos que permanecen en la super ficie del aluminio al salir del baño decapante se hace imprescindible un tratamiento de remoción de dicha película. A esta nueva operación se la denomina neutralizado y se lleva a cabo mediante la inmersión en una solución que contenga ácido nítrico. Habiendo superado los pasos anteriores los per files extruídos ya se encuentran listos para ser sometidos a la conversión de su super ficie: la formación de una capa de óxido anódica. El tratamiento anódico es un proceso e l e c t r o q u í m i c o e n e l q u e e l a l u m i n i o q u e va a s e r t r a t a d o s e h a c e e l é c t r i c a m e n te p o s i t i vo o á n o d o e n un electrolito adecuado. Este proceso mejora notablemente la característica natural del aluminio de rea ccionar con el oxígeno. Cuando se aplica corriente se libera oxígeno del electrolito dirigiéndose al ánodo donde reacciona con la super ficie del aluminio, formando una película de óxido de aluminio. Esta
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película de óxido se conoce como capa anódica. La reacción sigue mientras dura el paso de corriente. A medida que se forma el óxido, el electrolito tiende a disolverlo. Por consiguiente la capa se vuelve porosa y aument a el espesor. El electrolito penetra en los poros, permitiendo el paso de corriente y la formación continua de una película de óxido porosa en la inter fase del metal. Esta película inter fásica se conoce como capa barrera. Puede haber billones de poros por centímetro cuadrado. La porosidad y el espesor de la capa son factores impor tantes en la determinación de las propiedades del anodizado. Esta capa es el resultado del tratamiento anódico del aluminio, en un electrolito que, en la mayoría de los casos, hay ácido sulfúrico entre el 15 y el 20 %. La corriente directa, a suficiente voltaje, circula a través de la celda electrolítica que tiene como cátodos el mismo tipo de aleación de aluminio. El flujo de corriente adecuado para la obtención de la capa anódica corresponde a una densidad entre 1,0 y 1,5 amperios por decímetro cuadrado, que requiere un voltaje de entre 13 y 17 voltios. La capa anódica del aluminio ya anodizado debe ser sometida a un tr atamiento final, pos tr atamiento, de eliminación de su propiedad absorbente, que gar antice la estabilidad química de la capa frente a cier tos medios, al igual que la estabilidad de color frente a la luz. Esta operación final se denomina sellado y con ella se aumenta la resistencia a las manchas y a la corrosión de dicha capa. El sellado consiste en un tratamiento de hidratación aplicado a los recubrimientos anódicos de óxido, después de la oxidación con el fin de reducir la porosidad y por lo tanto la capacidad de absorción del recubrimiento. Los valores del espesor de la capa anódica recomendados están en función de la agresividad atmosférica y s e c o n o c e n c o n e l n o m b r e d e c l a s e , a te n d i e n d o a l a n o m e n c l a t u r a f a c i l i t a d a p o r e l E WA A - E U R A S ( Q UA L A N O D ) , q u e e s e l s e l l o d e c a l i d a d q u e g a r a n t i z a e l a n o d i z a d o e n to d o s u p r o c e s o . L a s c l a s e s d e es p es or son : Cl a s e
5
Implica que el espesor medio mínimo es de 5 µ
Cl a s e 10
Implica que el espesor medio mínimo es de 10 µ
Cl a s e 15
Implica que el espesor medio mínimo es de 15 µ
Cl a s e 2 0
Implica que el espesor medio mínimo es de 20 µ
Cl a s e 2 5
Implica que el espesor medio mínimo es de 25 µ
L a s c l a s e s 5 y 10 s e r e s e r va n p a r a a p l i c a c i o n e s i n te r i o r e s y l a s c l a s e s 15 , 2 0 y 2 5 s e u t i l i z a n p a r a expo siciones exteriores. La elección de la clase viene definida por el Prescriptor en función de la situación d e l a obr a y de la agresividad ambiental. QUAL ANOD es la Asociación Europea responsable de la Marca de Calidad en la industria del anodizado. Está sostenida por la Asociación Europea de Aluminio Transformado, EWAA, y por la Asociación Europea de Anodizadores EURAS. Actualmente el sello EWAA - EURAS está englobado dentro de la Marca QUAL ANOD que es internacional. To d o s l o s p e r f i l e s d e b e r í a n s e r a n o d i z a d o s p o r s o c i e d a d e s q u e p o s e a n l a l i c e n c i a o m a r c a d e c a l i d a d , E WA A - E U R A S ( Q UA L A N O D ) . To d o s l o s A n o d i z a d o r e s q u e d i s p o n e n d e e s te s e l l o e s t á n o b l i g a d o s y d e b e r e g i r s e , e n to d o s u p r o c e s o productivo por las directrices que estos organismos dictaminen tanto en lo concerniente a controles ( de sellado, de micraje, de diferencias de tonalidades etc.) como en lo concerniente a garantías.
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Generalidades 1. 3. 2 . CO N T R O LES Y GA R A N T Í AS Para asegurar las garantías exigidas de calidad, los per files deben pasar durante el proceso de fabricación los ensayos siguientes: Control de sellado Con t r ol m icr as a no d i z a d o Control diferencias de tonalidad en el anodizado Las sociedades que disponen de estos sellos de calidad pueden garantizar que los per files son tratados según las directrices de la marca de calidad EWAA - EURAS ( QUAL ANOD ) y visados por ASESAN, licenciataria general para España de la marca de calidad EWAA - EURAS ( QUAL ANOD ). Docu m e n tos: Precer tificado de intenciones para anodizado. Documento por el cual se garantiza que los materiales de un pedido concreto serán anodizados en plantas poseedoras de la licencia de la marca de calidad EWAA - EURAS ( QUAL ANOD ), debiendo ser refrendadas posteriormente por un cer tificado de calidad conforme los mate riales han sido tratados en dichas plantas y visados por ASESAN. Cer tificado de calidad. Documento por el cual se cer tifica que l o s m a te r i a l e s d e u n p e d i d o o d e u n a o b r a c o n c r e t a h a n s i d o tratados en la clase ( micras ) y en el color definidos por la dirección facultativa según las directrices de la marca ASESAN.
1. 3. 3. L ACA D O El tratamiento de lacado consiste en proteger la super ficie de los per files de aluminio con una capa de pintura. Esta capa se puede conseguir mediante la aplicación de pintura en polvo o de pintura en líquido. Pintura líquida: Tiene como medio de aplicación del recubrimiento, disolvente, el cual debe evapor ar se par a obtener la capa protec to r a d e r e s i n a p i g m e n t a d a . Pintura en polvo: Se aplica por pulverización del polvo, depositado electrostáticamente para obtener la capa protectora de resina pig mentada. En España se utiliza, casi exclusivamente, el proceso de pintur a en polvo par a el lacado de per files des ti n a d o s a l a c o n s t r u c c i ó n . S u p r o c e s o i n d u s t r i a l t í p i c o c o n s i s te e n : Desengrasado de los per files en un baño con productos medianamente alcalinos. Es el mismo tratamiento descrito para el anodizado. Aclarado, se realiza un enjuague con agua desmineralizada para eliminar arrastres Decapado con productos fuer temente alcalinos para conseguir una super ficie uniforme del aluminio. Es el mismo proceso que en el anodizado. Neutralizado, igual que en el anodizado. Cromatizado, que es un tr atamiento con soluciones acuosas que contienen iones hexavalentes de cromo y que forman una capa protectora.
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Lavado con agua desmineralizada y desionizada y posterior secado en el horno para que los per files lleguen secos a la cabina de pintura. Cabina de pintura, donde se pulverizan los per files con polvo de poliéster. Al abandonar el polvo las pistolas de proyección se cargan eléctricamente por acción de un campo eléctrico positivo dado que los per files de aluminio están conectados a tierra con un potencial negativo; esto hace que el polvo sea atraído y se deposite sobre las super ficies de los per files. Horno de polimerización, una vez aplicado el polvo sobre los per files, éstos pasan al horno donde se realiza el termoendurecimiento a una temperatura de 200º C. El recorrido de los per files por dentro de este horno dura unos 30 minutos. Este tratamiento produce la fusión de las par tículas de polvo proporcionando una película protectora uniforme. Los espesores que se obtienen son generalmente muy uniformes y con un espesor que oscila entre 60 y 80 µ como exigen las directrices marcadas por QUALICOAT. QUALICOAT es una Marca de Calidad Europea que exige y determina un buen lacado del aluminio y que controla los procesos industriales y los ensayos necesarios entre sus asociados. En España está homologada por el Ministerio de Obras Públicas, Transpor tes y Medioambiente como Marca Oficial, para el lacado del aluminio destinado a la arquitectura. La Asociación Española ASELAC es la Licenciataria General para España de esta Marca Europea de Calidad.
1 . 3 . 4 . O T R O S P R O C E S O S P A R A M E J O R A R L A S P R E S TA C I O N E S D EL L ACAD O “Calidad Marina” es un proceso recogido dentro de los parámetros del sello Qualicoat, que mejora las pres taciones del lacado en ambientes muy agresivos como primera línea de mar, industriales, etc... que consiste en pasar de rebajar la super ficie del material de 0,8 gr/m 2 a rebajar entre 2 y 4 gr/m 2 , lo que beneficia la penetración y agarre del cromatizado. El proceso esta homologado por el sello Qualimarine. “Fluororucarbonados” o “PVDF” ( laca en base fluoruropolimeros 70:30 ) sistemas multicapas que ofrecen excelentes prestaciones ante el envejecimiento y la degradación del color debido a los rayos UV, en ambientes de alta agresividad. El sistema contempla la aplicación de 3 o 4 capas: una primaria inhibidora de la corrosión, eventualmente una capa barrera, una capa de color y una última capa de barniz. La temperatura de horneado llega a los 240º C. por el contrario la diversidad de colores está más limitada. Este producto cumple o sobre pasa las exigencias de la Norma AAMA 2605-98.
1 . 3. 5 . C O R R O S I Ó N Para el caso del aluminio utilizado en la construcción, debe tenerse en cuenta dos tipos de corrosión que afectan gravemente el material. No sólo tiene consecuencias estéticas sino también consecuencias estructurales muy graves. Corrosión filiforme. Es una corrosión que avanza desde el interior del perfil hacia el exterior. Tiene aspecto de filamentos y su aparición generalmente se debe a una mala preparación de la superficie en el cromatizado, antes del lacado. También puede aparecer la corrosión filiforme por la porosidad del recubrimiento o por la falta de adherencia del mismo. Corrosión por par galvánico. La corrosión galvánica ocurre cuando dos metales se ponen en contacto y ambos poseen potenciales eléctricos diferentes, lo que favorece la aparición de un metal como ánodo y otro como cátodo. A mayor diferencia de potencial, el material más activo será el ánodo. En los muros cortina el par galvánico debe tenerse muy en cuenta tanto en los anclajes como en la mechas, puesto que generalmente los dos son de acero galvanizado, zincado o pintado, mientras que el resto de uniones o torni llerías son de acero inoxidable, de aluminio o de zamac, que no causan problemas. El par galvánico puede evitarse colocando separadores de materiales iner tes ( plásticos) entre el aluminio y los otros metales, generalmente el acero de los anclajes y de las mechas.
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e aluminio e espesor
lvanizado. m o n t a n te llería M12
07 9
Terminología
23
Terminología To m a n d o c o m o r e fe r e n c i a l a n u e v a n o r m a t i v a e u r o p e a E n 13119 “ F a c h a d a s L i g e r a s – Te r m i n o l o g í a ” , s e d e n o m i n a n l a s p a r te s d e u n m u r o c o r t i n a c o m o s i g u e :
1
Travesaño inferior
Elemento horizontal del armazón secundario situado en la base de la fachada ligera y que sopor ta por lo general los rellenos de la hilera inferior ( ventanas, vidrios, paneles).
2
Guía eléctrica
Per fil específico continuo entrante o en voladizo ( con respecto a la alineación de la fachada) integrado o fijo sobre los montantes y que permite el paso de un cable.
3
Acri s ta l a m i e n to a i s l a nte
Ensamblaje de una o varias hojas de vidrio selladas herméticamente con aire para asegurar prestaciones térmicas y acústicas mejoradas.
4
J un ta ex te r i o r de estanqueidad
Per fil de estanqueidad elastómero situado entre la cara exterior del relleno y el marco que lo rodea.
5
Anclaje
Pieza metálica fabricada para asegurar la conexión mecánica entre la fachada y la estructura.
6
Fa cha d a p a n e l m od ul a r
Sistema formado por elementos vítreos pre-ensamblados acristalados en taller que tiene una altura de uno o más pisos.
7
Ca l z o
Pieza de metal, madera o PVC empleado alrededor de la per filaría del acrista lamiento o de cualquier otro relleno para asegurarlo en su marco.
8
Tr ave s añ o superior
Elemento horizontal del armazón secundario colocado en la par te alta de la fachada por encima de la última hilera de rellenos ( acristalamientos, ventanas, elemento de relleno o puer tas).
9
Re l l e n o
Panel de relleno o de revestimiento que compor ta uno o más componentes y que se coloca en obra en un marco.
3
Sección travesaño
A B
D
A. B. C. D.
J u n t a i n te r n a d e e s t a n q u e i d a d Cavidad con compar timentos sellados J u n t a ex ter n a d e e s t a n q u e i d a d Aber tur as par a equilibr ado de presiones
C 9
Figur a 18
24
5
8
26 3
20
13
Figur a 19
10
J un ta i n te r i o r de estanqueidad
Pe r f i l d e e s t a n q u e i d a d e l a s tó m e r o c o l o c a d o e n t r e l a c a r a i n te r i o r d e u n relleno y el marco que lo rodea.
11
M o n t a n te l a te r a l
Elemento ver tical del armazón secundario colocado en el lateral de la fachada liger a, adyacente a una tr ama en esquina que puede estar formada d e a c r i s t a l a m i e n to s , ve n t a n a s , r e l l e n o s o p u e r t a s .
12
M e cha
Tro z o d e p e r f i l d e e n s a m b l a j e fa b r i c a d o p a r a a s e g u r a r l a u n i ó n d e p e r f i l e s de armazón tubulares.
13
M o n t a n te
Elemento ver tical del armazón secundario que separa y por lo general s o p o r t a ve n t a n a s , a c r i s t a l a m i e n to s , r e l l e n o s y p u e r t a s a d ya c e n te s .
14
Tapeta d e m o n t a n te
Per fil de reves timiento exterior, clipado sobre los montantes y que asegur a el aspecto arquitectónico.
15
Equilibrado de presión
P r i n c i p i o d e p u e s t a e n c o m u n i c a c i ó n c o n e l ex te r i o r d e c á m a r a s fo r m a d a s e n l a f a c h a d a l i g e r a . L o s b u r l e te s d e e s t a n q u e i d a d i n te r i o r a s e g u r a n l a estanqueidad al aire, y los exteriores funcionan como paraguas. Un conjunto de orificios de ventilación y salidas en zig - zag aseguran un e q u i l i b r a d o d e p r e s i ó n m i n i m i z a n d o l o s e fe c to s d e l v i e n to s o b r e e l b u r l e te ex te r i o r.
16
Contratapa o presor
Pieza metálica, por lo general de aluminio extruído, colocada en la periferia de rellenos ( acris talamientos o elementos de relleno ) que permite la tr ans m i s i ó n d e e s f u e r z o s p o r m e d i o d e l o s b u r l e te s d e e s t a n q u e i d a d .
25
Terminología 17
Pa n t a l l a d e a g u a
E l e m e n to d e d i s e ñ o d e u n a j u n t a q u e p e r m i te e l i m i n a r l a s i n f i l t r a c i o n e s d e a g u a p o r d i s p o s i t i vo s d e e q u i l i b r a d o d e p r e s i ó n d e u n a y o t r a p a r te d e l a p i e l ex ter i o r. E s te e l e m e n to d e p a n t a l l a d e a g u a f u n c i o n a p o r l a u t i l i z a c i ó n d e b u r l e te s de estanqueidad, de salidas en zig - zag, de gotas de agua y de drenaje.
18
Ca l z o d e a s i e n to
P i e z a d e n e o p r e n o , p l o m o , m a d e r a y o t r o m a te r i a l a d e c u a d o , c o l o c a d o bajo el canto inferior de una hoja de vidrio para su colocación en un marco.
19
A n te p e c h o
Pa r te d e u n a p a r e d exter i o r s i t u a d a e n t r e d o s e l e m e n to s h o r i z o n t a l e s .
20
Pa n e l d e a n te p e c h o
Elemento de relleno colocado en el antepecho.
21
Em b u d o
Pieza fabricada que permite el ensamblaje mecánico de un prefil de tr ave s a ñ o t u b u l a r y u n m o n t a n te .
22
Fa cha d a c o n m o n t a n te y t r ave s a ñ o
S i s te m a d e f a c h a d a , r e a l i z a d o e n o b r a c o n e l e m e n to s d i s t i n to s y e n s a m b l a d o e nte r a m en te en o b r a .
23
El e m e n to s de estanqueidad
Ta p o ne s d e e s ta n q ueid a d d is p ues to s en la s un io n es .
24
S i s te m a de silicona estructural
Principio de puesta en obra de un acristalamiento por sellado sobre su marco c o n u n m í n i m o d e f i j a c i ó n m e c á n i c a p a r a fo r m a r u n a fa c h a d a e n te r a m e n te de vidrio.
25
Puente té rmico
C o m p u e s to d e b a j a c o n d u c t i v i d a d té r m i c a i n c r u s t a d o e n u n e n s a m b l a j e p a r a r e d u c i r l o s f l u j o s té r m i c o s e n t r e d o s m a te r i a l e s q u e t i e n e n u n a a l t a c o n d u c t i v i d a d tér m i c a .
26
Tr ave s añ o
E l e m e n to h o r i z o n t a l d e l a r m a z ó n s e c u n d a r i o q u e s e p a r a y p o r l o g e n e r a l s o p o r t a ve n t a n a s , a c r i s t a l a m i e n to s , r e l l e n o s o p u e r t a s a d ya c e n te s .
27
Tapeta d e t r ave s a ñ o
Per fil extruído, por lo general sopor tado por abrochamiento sobre los trave saños y que asegur a el aspecto arquitectónico.
28
Coe fi c i e n te K ( U )
Coeficiente de transmisión térmica global, entre el interior y el exterior, de u n o o va r i o s e l e m e n to s d e p a r e d .
29
Barrera de vapor
Material o película suficientemente resistente a la transmisión de vapor para retrasar el paso de vapor de agua entre las zonas con alta humedad relativa y las zonas con débil humedad relativa.
30
Junta periférica
B u r l e te d e e s t a n q u e i d a d a p l i c a d o e n t r e e l b o r d e d e l a fa c h a d a l i g e r a y l a e s tr uc tu r a d e l ed if icio .
31
Drenaje
Pequeña aber tur a en la pared o un marco de ventana a tr avés de la cual el a g u a e s d r e nad a h a cia el exterio r d el ed if icio .
32
Fl e cha
Deformación o combadura que sufre una estructura, relativa a la línea recta que une los apoyos, debido a las cargas que inciden sobre ella.
26
10
13
18
25
23
16
26
21 23
4
14
Figur a 20
27
Exigencias funcionales
29
Exigencias funcionales 3.1. EST R U CT U R A Resistencia La fachada ligera es autopor tante, los montantes están fijados a los forjados, lo que permite repar tir el peso al edificio. La fachada liger a debe sopor tar, gener almente, su propio peso y la acción del viento ya que el efecto de otras cargas es mucho menor, y normalmente no se tienen en cuenta en los cálculos. El peso del aluminio, debido a su ligereza, es despreciable en comparación con las cargas de viento y el peso d e l o s p a n e l e s o v i d r i o s q u e d e b e s o p o r t a r, p o r l o q u e e l c r i te r i o b á s i c o d e c á l c u l o e s e l d i m e n s i o n a d o en función de la flecha admisible. Se destaca que en el caso de los tr avesaños, el peso del vidrio o panel está concentrado en los puntos donde se colocan los calzos. L o s p r i n c i p a l e s c a s o s a e s t u d i a r s o n l o s s i g u i e n te s : M o n t a n te s a f l exot r a c i ó n ( f l ex i ó n c o m b i n a d a c o n t r a c c i ó n ) Montantes a flexocompresión ( flexión y compresión axial ) Tr ave sañ os
Montantes anclados forjados superior
Montantes anclados f o r j a d o s i n fe r i o r
( flexotracción )
( flexocompresión ) z Peso
Tr a v e s a ñ o s
x y
P/ 2
P/ 2
Carga puntual Peso del vidrio
Carga de viento uniformemente repartida
x y
Carga de viento uniformemente repartida
z Carga de viento uniformemente repartida
x
y z Peso Figur a 21
Figur a 23
Figur a 24
Aislamiento térmico El aislamiento térmico es un factor determinante ya que está ligado intrínsecamente con el ahorro energético. Se sabe que si un cerramiento no apor ta el aislamiento térmico adecuado, se necesitará más calefacción (en invierno) o aire acondicionado (en verano), repercutiendo en equipos de mayor peso para la estructura del edificio y mayor consumo energético a lo largo de la vida del edificio. Por lo tanto, hay que tener en cuenta que el aluminio es un material conductor y se debe asegurar el aislamiento térmico así como elegir los materiales más adecuados de relleno con un buen coeficiente de transmisión. Las fachadas ligeras pueden tener numerosos puntos deficientemente aislados, llamados puentes térmicos, es decir, zonas que permiten el flujo de energía calorífica entre el interior y exterior de la estructura, provo cando la fuga o ganancia de calor y condensaciones. Se localizan preferentemente en los montantes, travesaños, anclajes y remates, así como en las entregas de las ventanas, y en los acristalamientos si no es el adecuado. La solución consiste en disminuir el coeficiente de transmisión térmica con la utilización de perfiles compuestos, o la inyección de aislantes.
30
El calor, como se conoce, se puede propagar mediante la transmisión, la convección y la radiación de los rayos solares, como veremos más adelante. La consecuencia de la rotura térmica es la resistencia a la propagación de la energía calorífica. Para eso se ha creado sistemas para evitar el contacto directo entre materiales conductores entre la zona interior y la exterior. Las fachadas liger as son diseñadas con rotur a de puente térmico representando un aumento significativo del ahorro energético y la sensación de confor t. Se consigue separando la estructura interna formada por los montantes y travesaños, de los elementos exteriores de sujeción de relleno mediante materiales no conductores del calor.
Junta clip junquillo Junta interior Reductor de 14 mm. Zona de rotura de puente térmico. Se obser va que la tapeta exterior está completamente separada de la estructura interna por el intercalario de poliamida.
Relleno vidrio doble
Relleno vidrio simple o panel
Junta acristalamiento Presor externo
Figur a 25
3. 2 . ELE M E N TO S D E R ELLE N O En toda fachada ligera, y especialmente en un muro cor tina, el acristalamiento y los paneles forman la mayor par te de la superficie de la fachada. Según el tipo de edificio ( vivienda, edificio comercial, oficinas, etc. ) las proporciones variarán, ya que se debe es tudiar con antelación las funciones que debe realizar el reves timiento, de acuerdo con las necesidades requeridas. Obviamente, tratándose de un muro cor tina, se tendrá en cuenta su función visual o arquitectónica, destacando del resto de las fachadas por su novedosa tecnología y modernidad. El color y la textura de los materiales utilizados influirán en la belleza de la obra. Pero no sólo es un elemento con finalidad decorativa, sino que también se le exige otras funcionalidades, las mismas que cumpliría cualquier cerramiento, es decir, cerrar y proteger de los agentes exteriores ( luz, calor, agua, viento y ruidos ). En gener al, se busca: E s té t i c a
Tr a n s p a r e n c i a , r e f l e j o s , d i m e n s i o n e s , fo r m a s y m a n te n i m i e n to
Seguridad
Protección de las r adiaciones, de las per sonas , bienes y dur abilidad
C o n fo r t
C o n t r o l d e l a l u z , a i s l a m i e n to té r m i c o y a i s l a m i e n to a c ú s t i c o
Nuevas tendencias
Aprovechamiento de la enegía solar
31
Exigencias funcionales Estética Los arquitectos se inclinan por la transparencia total del vidrio, por lo que se han desarrollado novedosas técnicas par a tr ansformarlo y obtener el color y la reflexión deseada, siempre teniendo en cuenta su limpieza y mantenimiento.
Seguridad P a r a a u m e n t a r e l n i ve l d e s e g u r i d a d d e u n v i d r i o ex is te n 2 p o sib i l i d a d e s : Templar el vidrio: se aumenta el nivel de resistencia para evitar la rotura. Laminar el vidrio: Adhesión de varias láminas de vidrio, garantizado la impenetrabilidad aunque se produzca r o t u r a d e l v i d r i o ex te r i o r. S e d e s t a c a n l o s v i d r i o s d e s e g u r i d a d f í s i c a , a n t i a g r e s i ó n o a n t i r r o b o y a n t i b a l a (ver elementos de relleno).
Confor t 1. Control de la luz L o s m u r o s c o r t i n a d e b i d o a s u l i g e r e z a p o s e e n b a j a i n e r c i a té r m i c a , y l a s f l u c t u a c i o n e s d e l s o l e a m i e n to se reflejarían en el interior, y sin protección adecuada el acondicionamiento térmico interior es excesivamente c o s to so. Par a ello hay diferentes elementos adicionales de protección que procur an disminuir el flujo de r adiación s o l a r d i r e c t a i n c i d e n te s o b r e l a s u p e r f i c i e a c r i s t a l a d a , y n o i m p i d e n l a v i s i b i l i d a d d e s d e e l i n te r i o r.
Sistema”brise-soleil” horizontal
Anclaje superior a fachada ligera Montante de estructura
A
Viga soporte
A
Tapa de extremo Anclaje inferior a fachada ligera
Figur a 26
Figur a 27
32
Sección AA figura 26 Anclaje superior a fachada ligera
Tirante
Montante de estructura Tapa de extremo
Viga soporte Anclaje inferior a fachada ligera
Figur a 28
Tipos Protecciones interiores: cor tinas, persianas, cor tinas reflejantes, etc. pero tienen una eficacia térmica limitada. Vidrios especiales: tal y como se explica posteriormente, hay vidrios especiales absorbentes, reflectantes, de control solar, etc. todos ellos diseñados para limitar buena par te de la energía radiante solar. Los vidrios con multicapas metálicas son una buena solución. Protecciones exteriores: reciben el nombre de parsoles o bien “brise-soleil”. Son dispositivos fijos o móviles, exteriores al plano de fachada y susceptibles de proyectar sombras. Otras protecciones solares exteriores pueden ser “screens” o cor tinas. Se distinguen varios tipos o diseños:
A . Horizontales Ver ticales B. Fijos Orientables Móviles La elección del tipo y material depende de la orien tación del edificio, la latitud, las sombras a proyectar, e t c . L o s m a te r i a l e s m á s i d ó n e o s s o n a q u e l l o s m á s ligeros y de gr an poder reflector.
33
Exigencias funcionales 2. Aislamiento térmico Es un factor determinante para el bienestar y ahorro energético. Existen varios mecanismos de transmisión d e c a l o r a t r avé s d e u n c e r r a m i e n to ( re c o g i d a e n l a N B E - C T - 7 9 C o n d i c i o n e s T é r m i c a s d e l o s e d i f i c i o s ) . Conducción y acumulación: es el modo de tr ansferencia en el que el calor viaja desde una super ficie del cerramiento a una temperatura T1 a otra super ficie de temperatura T2, inferior a T1. Convección: el intercambio de calor tiene lugar cuando el aire del ambiente se pone en contacto con la super ficie de un cerramiento a una temperatura distinta. La convección puede ser libre ( natural ) o for zada, dependiendo de si inter viene alguna fuer za motriz ( por ejemplo el viento ). Radiación: es el modo de transmisión entre la super ficie del cerramiento y el ambiente mediante la absorción y emisión de energía por ondas electromagnéticas. En las super ficies tales como vidrio, paneles, per files, etc. que estén en contacto con el ambiente exterior e interior, el calor se intercambia por radiación y convección entre el am biente interior y exterior. E l c a l o r a l m a c e n a d o e n e l i n te r i o r del cerramiento se transmite por con ducción entre las super ficies interior y exterior. Las regiones del interior del cerr a miento, zonas de aislamiento, carecen de capacidad de acumulación de calor y actúan por convección y radiación.
Radiación incidente Absorbida
Convección natural
Reflejada Forzada
Irradiación incidente
Reflejada
Absorbida Conducción sup. exterior = acumulación interior + conducción sup. interior
Emitida
Propiedades térmicas
Figur a 29
Trasnsmisión energética (TE): es la cantidad de energía que atraviesa directamente una super ficie. Se expresa en un porcentaje de la energía incidente sobre el mismo. Reflexión energética (RE): es la cantidad de energía reflejada por una super ficie. Se expresa en un porcentaje de la energía incidente sobre el mismo. Absorción energética (AE): es la cantidad de energía solar incidente absorbida por la super ficie. Esta absorción provoca un aumento de la temperatura de la misma irradiando hacia el interior y hacia el exterior par te de esta energía absorbida (Ai, Ae). Coeficiente K: es la cantidad de energía que atraviesa un m 2 de super ficie por unidad de tiempo y por cada incremento de temperatura entre ambos lados de la super ficie. Las unidades más utilizadas son (kcal/hm 2 ºC) También se puede dar en (W/m 2 ºK) pero en este caso normalmente se denomina U. Factor solar (FS): es la cantidad total de energía que el sol introduce dentro del edificio. Es la suma de la transmisión energética (TE) más una par te irradiada hacia el interior procedente de la absorción energética (Ai). E x i s te n m u c h o s t i p o s d e v i d r i o s , y e n t r e e l l o s l o s d e b a j a e m i s i v i d a d , q u e r e d u c e n ex t r e m a d a m e n te e l coeficiente de transmisión garantizando en invierno mayor temperatura en las caras interiores de los vidrios y condensaciones mínimas.
34
3. Aislamiento acústico Hoy en día, una de las exigencias más destacadas es el aislamiento de un edificio ( NBE - CA - 82 Condiciones Acústicas de los Edificios ). Además de los aspectos de diseño exterior y aislamiento térmico, el aislamiento acústico contribuye de manera impor tante a garantizar el confor t en una edificación.
Gener alidades. El sonido y su balance ener gético El sonido es cualquier variación de la presión, debida a las vibr aciones de las par tículas del aire, que puede detectar el oído humano. En gener a l, lo q u e p er c ib im os es u n c on ju n to d e p er t u r b ac ion es que ,
EI
E†
EI
E†
E AI
E AS
ER E AI
E AS
ER
La energía incidente de una onda sonora, al chocar contra una pared, par te se transmite E † a través de ella, otra par te se disipa en su interior, E AI , y la restante se refleja hacia su lugar de origen, E R . Una cantidad de esta energía reflejada se disipa por absorción en el límite de la superficie de la pared.
Fu ente: Tec tonica .
s u p e r p u e s t a s , p r o d u c e n l o s d i s t i n to s t i p o s d e s o n i d o , e n t r e e l l o s e l r u i d o .
Figur a 30
El ruido
S e d e f i n e e l r u i d o c o m o c u a l q u i e r s o n i d o n o d e s e a d o q u e i n te r f i e r e c o n l a a c t i v i d a d h u m a n a . E l c o n fo r t v i e n e d e te r m i n a d o s e g ú n l o s n i ve l e s d e r u i d o d e fo n d o d e u n e d i f i c i o . En gener al, hay dos clases de ruidos a los que están sometidos los usuarios de un edificio: Ruido de tr ansmisión externa: r uido de tr áfico, maquinaria de obr as públicas y fuentes de r uido externas como equipos de aire acondicionado, de extracción, etc. Ruido de transmisión interna: ruido de las instalaciones internas como ascensores, grupos de presión, aire acondicionado, etc. La tra ns m i s i ó n de l r u i do s e p u e de e fe c t uar d e t r es maner as d is t int as : Por vía directa a través de los paramentos: se produce a través del elemento constructivo. Por transmisiones laterales, por vía estructural: se produce por la solidarización del elemento constructivo respecto sus colindantes. Por impacto o parásitas, se produce a través de los debilitamientos acústicos producidos por la existencia de instalaciones y otros (caída de objetos, pisadas, vibración de equipos, etc.). Recepción
TL TD TL
Figur a 31
35
Fu e n te : Tec to ni ca.
Emisión
La transmisión del ruido aéreo de un local a otro, se transmite por vía directa al vibrar la pared de sepa ración bajo la acción de las ondas incidentes. La presión sonora excita también el resto de las super ficies adyacentes que provocan las tr ansmisiones laterales.
Exigencias funcionales L a s t r a n s m i s i o n e s d i r e c t a s e n l a s f a c h a d a s s e p r o d u c e n g e n e r a l m e n te p o r e l p a n e l o p a c o o l a s z o n a s acris taladas. El aislamiento de la fachada viene deter minado por el tanto por ciento que representa cada u n a d e l a s s u p e r f i c i e s y s e i d e n t i f i c a m e d i a n te u n c o e f i c i e n te d e n o m i n a d o a g , q u e c o r r e s p o n d e a l va l o r de aislamiento acús tico global de la fa chada. Las transmisiones laterales se producen por el contacto de los frentes de forjado, tabiques y medianerías, con el muro cor tina. Las provocadas por tabiques y medianerías pueden eliminar se casi en su totalidad, desconectándolas del muro exterior de fachada. Las transmisiones parásitas, se producen fundamentalmente por las cajas de persianas, instalaciones de cale facción, etc. Pa r a a te n u a r l o s e p u e d e a c t u a r d e d o s m a n e r a s d i s t i n t a s : Po r ais lam ien to Por absorción Cuando hablamos de aislamiento acústico, para conseguir el nivel de ruido deseado, se impide la propagación del sonido actuando sobre la diferencia de nivel de intensidad acústica en el local emisor y el del receptor. Es decir, se actúa sobre la energía transmitida E T . Cuando hablamos de absorción, se actúa colocando materiales absorbentes que consiguen bajar el nivel de ruido en el local emisor, pero el aislamiento no se modifica; es decir, se acondiciona el local actuando sobre la energía reflejada. Disminuye el nivel sonoro del local emisor y en consecuencia se reduce la energía que llega al local receptor. R e s e l í n d i c e d e a te n u a c i ó n a c ú s t i c a y r e p r e s e n t a l a c a p a c i d a d q u e t i e n e u n e l e m e n to d e a te n u a r l a t r a n s m i s i ó n d e l r u i d o . E n E u r o p a s e e m p l e a e l í n d i c e R w q u e s e o b t i e n e c o m p a r a n d o e l v a l o r d e R , en función de la frecuencia, con un valor de referencia estándar. El valor a 500 Hz de la cur va de referencia q u e más se aproxime a la cur va de los valores de R es el va lo r d e Rw. El aislamiento global par a todas las frecuencias depende del espectro y por lo tanto ser á diferente par a cada tipo de r uido. Par a determinar los aislamientos se utilizan r uidos normalizados en su repar to de la energía acústica entre todas las frecuencias. Se distingue: el ruido blanco, el ruido rosa y el ruido de tráfico. El r uido blanco tiene una dis tribución uniforme de energía por todo el espectro y se emplea como r uido patrón; el r uido rosa tiene una dis tribución uniforme de energía en el espectro de octavas y reproduce el ruido en el interior de un edificio. El ruido de tráfico posee una mayor energía en el rango correspondiente a las bajas frecuencias. El r uido rosa y el r uido de tr áfico se emplean normalmente como referencia par a el cálculo del nivel de aislamiento de una fachada. S e g ú n l a n o r m a d e p r o d u c to E n 13 8 3 0 “ Fa c h a d a s L i g e r a s . N o r m a d e P r o d u c to ” , r e s p e c to l a a te n u a c i ó n acústica enuncia que “cuando se requiera el índice de atenuación acústica será determinado por ensayo de acuerdo con la norma En ISO 140 - 3. Los resultados de los ensayos serán determinados de acuerdo con la Norma Europea EN ISO 717 - 1.” Los niveles de aislamiento medidos en laboratorio siempre son más favorables ya que no tienen en cuenta factores como las transmisiones laterales u otros, que suponen una disminución considerable del aislamiento.
36
A diferencia de la NBE CA 82, el CTE (Código Técnico de la Edificación) exige algunos aspectos nuevos: Exigencia de niveles de aislamiento acústico superiores para distintos elementos constructivos. Limitaciones de ruidos transmitidos a vivienda por las distintas instalaciones. Exigencia de unos tiempos de reverberación determinados para cier tos espacios públicos en función de su volumen y actividad. El control se llevará a cabo para garantizar su cumplimiento a través de la Cer tificación expedida por Laboratorio de Acústica Acreditado para ensayos in situ, sin el cual no se otorgará la licencia de primera ocupación. Para los acristalamientos, el aislamiento a ruido aéreo se puede asegurar mediante diferentes soluciones: Acr i s t a l a m i e n to a c ú s t i c o y d e s e g u r i d a d V i d r i o d o b l e d e a te n u a c i ó n a c ú s t i c a y b a j o c o e f i c i e n te d e t r a n s m i s i ó n tér m i c a V i d r i o l a m i n a d o c o n r e s i n a a i s l a n te Los vidrios dobles incrementan el aislamiento, combinando vidrios de diferente espesor, o vidrios especiales laminados que contengan resinas amor tiguantes. Por otra par te, cuanto mayor sea la cámara de aire, mayor será la atenuación, pero pueden producir se resonancias por lo que es conveniente introducir a l g ú n t i p o d e absorbente en su interior. Valo r es té cn ic o s d e a l g uno s ti p o s d e vi d rio s a cús tico s
Composición (mm)
E speso r ( m m )
Índice de aislamiento acústico (db)
6 - 12 - 4
22
33
6 - 16 - 4
26
36
23
36
2. 5
10 - 15 - 6
31
38
L9 - 20 - 4
33
40
L 11 - 12 - 6
29
41
L 13 - 24 - L9
46
50
L = l a m i na r
Fu e n te : C r i s t a l g l a s s
En la tabla siguiente se muestra los niveles de aislamiento al ruido aéreo entre dos locales, exigidos por el CTE:
Aislamiento entre
Niveles de aislamiento
Re c i n to h a b i t a b l e – r e c i n to d e a c t i v i d a d
> 60 d BA
Re c i n to h a b i t a b l e – r e c i n to c o n i n s t a l a c i o n e s
> 55 d BA
Re c i n to h a b i t a b l e – r e c i n to c o m ú n
> 50 d BA
Re c i n to h a b i t a b l e – o t r o r e c i n to , d i s t i n t a u n i d a d d e u s o
> 50 d BA
Re c i n to s h a b i t a b l e s , m i s m a u n i d a d d e u s o
> 30 d BA
E n r e s u m e n , e l r u i d o ex te r i o r ex i g i r á e n p r i m e r l u g a r, u n b u e n d i s e ñ o d e l c e r r a m i e n to , p r o c u r a n d o q u e los vidrios, sellantes y anclajes contribuyan a la atenuación del ruido; en segundo lugar, la determinación de las propiedades acústicas de forma experimental del cerramiento; y por último, un control del aislamiento “ in sit u ” q u e p r e s e nta l a fa c ha d a ya c o ns tr uid a .
37
Elementos de relleno
39
Elementos de relleno 4.1. EL V I D R I O Características mecánicas El vidrio puede estar sometido a esfuerzos mecánicos de diferentes tipos: tracción, torsión, impacto y penetración. La resistencia real del vidrio siempre está por debajo de la resistencia teórica debido a los defectos microscópicos. Los ensayos proporcionan los siguientes resultados:
Resis tencia a compresión La rotura del vidrio a compresión es prácticamente imposible ya que su resistencia es muy elevada ( 10.000kg/cm 2 ).
Resistencia a tracción Vidrio recocido: 4 0 0 kg / c m 2 . V i d r i o te m p l a d o : 1. 000 kg /cm 2
Resistencia a flexión En es te caso se tiene una carga que provoca un gr adiente de tensiones, a tr acción y compresión, sobre l a s ección d e l m a te r i a l . La r e s i s te nc i a a r o tur a s er á : Vidrio recocido sin defectos visibles: 4 0 0 kg /cm 2 . V i d r i o tem p l a d o : 1. 000 kg /cm 2 Ten s i on e s d e tr a b a jo a d m is ib le s ( da N /c m 2 ) Posición vertical
Posición inclinada
Posición horizontal
Posición horizontal
Vidrio no sometido a tensiones permanentes.
Vidrio sometido parcialmente a tensiones permanentes.
Vidrio sometido a tensiones permanentes. Ambiente húmedo.
Vidrio sometido a tensiones permanentes. Ambiente húmedo - Piscinas
Recocido
200
150
100
60
Templado
500
375
250
250
Semi - templado
350
260
175
175
Templado Serigrafiado
350
260
175
-
Laminado
200
150
100
100
Colado recocido
180
135
90
90
Colado templado
400
300
200
200
Armado
160
120
80
-
1 d aN/ cm 2 = 10 5 Pa = 14. 5 PS I
Fu e n te : A r i ñ o
Otr as car acterís ticas físicas y mecánicas del vidrio son: C a r a c te r í s t i c a s
Símb olo
Valor nu mér ic o y u nid ad (*)
ρ
2500 kg /m 3
D en sid ad ( a 18 º C )
6 un id a d es (es ca la d e M o hs)
Dureza M ód u lo d e Yo u ng
Ε
7x10 10 Pa
Í n d ice d e Pois s o n
µ
0. 2
Calo r es p ecíf i c o
c
0. 72 x10 3 J/(kg . K)
C o e f i c i e n te m e d i o d e d i l a t a c i ó n l i n e a l entre 20 y 300ºC
α
9x10 - 6 K - 1
C o n d u c t i v i d a d tér m i c a
λ
1W/(m . K)
Índice de refr acción medio en el es p ect r o v i s i b l e ( 3 8 0 nm a 7 8 0 nm)
n
1. 5
(*) Estos valores numéricos convencionales no son especificaciones precisas que deba cumplir estrictamente el vidrio, sino valores generalmente aceptados para los cálculos cuando no se exige una gran precisión. Fu e n te : A r i ñ o
40
Tr a n s f o r m a c i o n e s d e l o s v i d r i o s y t i p o l o g í a s P a r a a u m e n t a r l a r e s i s te n c i a m e c á n i c a y s e g u r i d a d , s e r e c o m i e n d a h a c e r u n p u l i d o s o b r e l o s b o r d e s de los vidrios. L os can tos m á s uti l i z a d o s s o n l o s s i g ui e n tes : Arista arenada
Canto pulido industrial plano
Figur a 33
Figur a 32
P r o c e s o s d e t r a n s fo r m a c i ó n Los principales procesos de transformación del vidrio que existen en el mercado son: cor te, pulido, manu fa c t u r a s , s e r i g r a f i a d o , te m p l a d o , c u r va d o , d e p o s i c i ó n m e t á l i c a , l a m i n a d o y d o b l e a c r i s t a l a m i e n to . Vidrio Templado: el templado térmico consiste en calentar el vidrio hasta una temperatura próxima a la de reblandecimiento para, a continuación, enfriar bruscamente, haciendo incidir sobre su super ficie aire a una presión controlada. Así, la super ficie queda sometida permanentemente a fuer zas de compresión, mientras que el interior se somete a fuer zas de tracción. Las intensidades de estas tensiones varían de acuerdo con el gradiente térmico que se estableció en el momento de su enfriamiento, con lo que se puede obtener vidrios templados o termoendurecidos. Los vidrios templados presentan un aumento de la resistencia mecánica, mayor resistencia al choque térmico y mayor seguridad. Se pueden realizar manufacturas, como taladros y serigrafías. Esquema de rotur a:
Vidrio termoendurecido
Vidrio templado Fu e n te : A r i ñ o
Vidrio convencional
Figura 34
Vidrios termoendurecidos Los vidrios termoendurecidos nos llevan a un refor zamiento de la resis tencia mecánica, pero és tos no se consideran un producto de seguridad, ya que en caso de rotura los trozos son de una gran dimensión y pueden ocasionar accidentes. En el proceso de transformación el enfriamiento es mucho más lento, por lo que las tensiones super ficiales son inferiores y por tanto tienen una resistencia mecánica más baja.
41
Elementos de relleno Tem p l e q u í m i c o En este caso, la generación de las tensiones se produce por una modificación super ficial de la composición qu ím ica d e l v id r i o . E x i s te n d o s p r o c e d i mi e n to s d iferen tes : C r e a c i ó n d e c a p a s s u p e r f i c i a l e s d e m e n o r c o e f i c i e n te d e d i l a t a c i ó n q u e e l v i d r i o b a s e : e l r e c u b r i m i e n to s e l l eva a c a b o a te m p e r a t u r a s s u p e r i o r e s a l a d e l a r e l a j a c i ó n d e l v i d r i o , c u a n d o é s te s e e n f r í a l a p a r te inter ior se con t r a e má s q u e l a s up e r fi c i e q ued a n d o és ta s o m etid a a co m p res ió n . I n te r c a m b i o s u p e r f i c i a l d e i o n e s d e l v i d r i o p o r o t r o s d e m ayo r t a m a ñ o : e n e s te c a s o , l a c o m p r e s i ó n s e p r o d u c e p o r l a s u s t i t u c i ó n d e i o n e s a l c a l i n o s d e l a s u p e r f i c i e p o r o t r o s m á s vo l u m i n o s o s . E s te p r o c e s o de cam b io d eb e p r o d uc i r s e a te m p e r a tu r a s in ferio res a la d e reb la n d ecim ien to d el vid rio .
Vidrio Laminado Está compuesto por varias lunas unidas mediante láminas de butir al de polivinilo ( PVB ), material plástico con muy buenas cualidades de adherencia, elas ticidad, tr ansparencia y resis tencia. L a c a r a c te r í s t i c a m á s s o b r e s a l i e n te e s l a r e s i s te n c i a a l a p e n e t r a c i ó n , p o r l o q u e r e s u l t a e s p e c i a l m e n te indicado para la seguridad y protección de per sonas y bienes. Ofrece también buenas cualidades ópticas, m ejor a la ate n u a c i ó n a c ú s ti c a y p r o te g e c on tr a la r a d ia ció n ultr avio leta .
V i d r i o c o l o r e a d o e n m a s a ( p a r s o les ) Es un vidrio en el cual, dur ante el proceso de fabricación, se le han añadido óxidos metálicos que le dan un color car acterís tico con el consiguiente aumento de la absorción. El vidrio coloreado se utiliza funda mentalmente como protección solar. Debido a la gran absorción de energía solar, es necesario el templado para evitar la rotura por choque térmico.
V i d r i o Te m p l a d o - L a m i n a d o Otr a posibilidad es primero templar el vidrio par a poder manufactur alo y l u e g o l a m i n a r l o . L o q u e s e p r e te n d e c o n s e g u i r e s r e u n i r to d a s l a s cualidades que apor tan los dos sistemas de tratamiento ( mejor resistencia m e c á n i c a , s e g u r i d a d , m a n u fa c t u r a s , e t c . ) . Fu e n te : A r i ñ o
E s te t i p o d e v i d r i o t i e n e m á s r e s i s te n c i a m e c á n i c a , p u e d e s o p o r t a r u n choq u e té r m ico d e 2 0 0 º C y e s s e g ur o .
Figur a 35
Vidrios recubier tos con capas metálicas Son vidrios en los que se ha depositado, sobre una de sus super ficies, una o varias capas metálicas m e d i a n te b o m b a r d e o i ó n i c o e n a l to va c í o . E s te t r a t a m i e n to s e r e a l i z a a b a j a te m p e r a t u r a , p o r l o q u e n o a fe c t a a l a p l a n i m e t r í a d e l v i d r i o . E s to s t i p o s d e v i d r i o s b r i n d a n l a p o s i b i l i d a d d e te n e r u n g r a n c o n t r o l sobre la tr ansmisión de luz y de energía, así como conseguir diferentes aspectos es téticos. En las zonas c l i m á t i c a s e n l a s q u e e l a i r e a c o n d i c i o n a d o e s n e c e s a r i o , e s d e s e a b l e l i m i t a r b u e n a p a r te d e l a e n e r g í a r a d i a n te s o l a r. L o s v i d r i o s c o n m u l t i c a p a s m e t á l i c a s s o n l a s o l u c i ó n i d e a l p a r a e s te p r o p ó s i to . Ta m b i é n p o d e m o s c o m b i n a r e s to s r e c u b r i m i e n to s c o n v i d r i o c o l o r e a d o s e n m a s a , l o q u e p r ovo c a q u e e l c o l o r e n r e f l ex i ó n c a m b i e , d á n d o s e a s í u n a m p l i o r a n g o d e c o l o r e s y p r o p i e d a d e s d e p r o te c c i ó n s o l a r. U n a c l a s e especial de vidrios con capa la constituyen los vidrios bajo emisivos en los que la capa metálica es
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p r á c t i c a m e n te t r a n s p a r e n te a l a r a d i a c i ó n s o l a r v i s i b l e , r e f l e j a n d o e n c a m b i o l a r a d i a c i ó n d e l i n f r a r r o j o . Es ta car acterís tica permite una reducción impor tante de la ganancia solar, a la vez que mantiene un alto coeficiente de tr ansmisión luminosa.
Vidrios serigrafiados En los vidrios serigrafiados, se depositan en una de sus caras esmaltes vitrificables por el sistema de impresión serigráfica. Posteriormente se someten al proceso de templado. En dicha operación el esmalte queda vitrificado formando masa con el vidrio y adquiriendo las mismas propiedades que el vidrio templado normal, excepto su resistencia al choque mecánico, la cual está condicionada por la super ficie esmaltada, el espesor de los esmaltes, las dilataciones, etc.
Vidrios con cámara Están formados por dos o más lunas separadas entre sí por una cámara de aire o algún otro gas deshidratado. La separación entre las lunas la proporciona un per fil de aluminio en c u yo i n te r i o r s e i n t r o d u c e e l d e s h i d r a t a n te . E l c o n j u n to p e r m a n e c e e s t a n c o g r a c i a s a u n a d o b l e b a r r e r a c o n t r a l a humedad. Fu e n te : A r i ñ o
El segundo sellante asegur a la adherencia entre las dos lunas y la inte gridad del sistema. S e c a r a c te r i z a p o r s e r u n b u e n a i s l a n te té r m i c o , y a q u e t i e n e u n b a j o coeficiente de transmisión y disminuye mucho las pérdidas de calor con Figur a 36
respecto los vidrios monolíticos. Por otra par te, la super ficie interior del acristalamiento permanece a una temperatura próxima a la de la habitación, aumentando la sensación de confor t, junto a la ventana y disminuyendo el riesgo de condensaciones en invierno. Es recomendable par a conseguir las mayores prestaciones en aislamiento térmico y acústico, así como un mayor ahorro energético.
D o b l e Ac r i s t a l a m i e n to T P S Es un vidrio de nueva tecnología que mejor a las prestaciones del doble a c r i s t a l a m i e n to c o nve n c i o n a l , r e e m p l a z a n d o e l p e r f i l d e a l u m i n i o p o r u n m a te r i a l te r m o p l á s t i c o ( T P S ) . E s te s i s te m a e s e l ú n i c o q u e p e r m i te r e a l i z a r e l r e l l e n o d e g a s e s d e a l to p e s o m o l e c u l a r c o m b i n a d o c o n sellad os d e s i l i c o na e s tr uc tu r a l . L a fo r m u l a c i ó n d e l T P S e s t á b a s a d a e n p o l i - i s o b u t i l e n o , d e s e c a n te s e Fu e n te : A r i ñ o
i n h i b i d o r e s d e u l t r av i o l e t a . C o m o g r a n ve n t a j a s e p u e d e d e s t a c a r q u e ev i t a e l p u e n te tér m i c o a l e l i m i n a r e l s e p a r a d o r m e t á l i c o . El plástico TPS permite una mayor retención de gases pesados y el sis tema se car acteriza por una dis tribución uniforme de la temper atur a en toda la super ficie de la ventana. Asimismo, mejora el aislamiento acústico y e l m a te r i a l e s c o m p l e t a m e n te r e c i c l a b l e .
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Figur a 37
Elementos de relleno En r e su m en , p a r a e s c o g e r e l vi d r i o a d e c u ad o s e d eb e p la n tea r lo s ig uien te: Di m e n s i on e s
M á x i mo y m í ni mo p o s ib le C á l c ul o d e e s p e s o res . Teo ría d e p la ca s . S im ula ció n n um érica
A s p e c to
Reflexión luminosa. Color e intensidad en reflexión. * Pa r s o l e s . C a p a s up er f icia l. S erig r a f ía
Il um i n a c i ón
Tr a ns mi s i ó n l u min o s a . Co lo r e in ten s id a d en tr a n s m is ió n Pa r s o l . C a p a s up er f icia l. S erig r a f ía
Seguridad
Protección de per sonas y bienes. Laminado. Templado
Con for t
Tem p e r a t u r a d e l a c a r a i n te r i o r Condensaciones - Cámar a. Baja emisividad Ate nu a c i ó n a c ú s tica P r o te c c i ó n ul tr av io leta - L a m in a d o
Ahorro energético
Fa c to r s o l a r - Pa r s o l. Ca p a s up er f icia l. S erig r a f ía C o e fi c i e nte d e tr a n s m is ió n térm ica - Cá m a r a . Ba ja em is ivid a d Fa chada ventilada
* Pa r s o l : v i d r i o c o l o r e a d o e n m a s a .
Consideraciones para el cálculo de espesores El espesor del vidrio debe ser el adecuado para so por tar una carga determinada y condicionar la flecha del producto cuando se aplica dicha carga. G e n e r a l m e n te e l c á l c u l o s e d e te r m i n a m e d i a n te l a fo r m u l a c i ó n d e l a te o r í a d e f l ex i ó n p u r a d e p l a c a s según Timoshenko. Los datos necesarios para poder determinar el espe sor son los siguientes: Tip o d e v id r io q u e s e d e s e a E m p l a z a m i e n to ( datos de la obra: zona geográfica, situación del edificio, altura, situación climática, etc.) P r e s t a c i o n e s té c n i c a s Tipo de enlace p laca ap oya d a e n l o s 4 l a d o s p laca ap oya d a e n l o s d o s l a d o s o p ues to s p laca e n ca s tr a d a e n u n l a d o p u n t u a l e s ( v i d r i o ex ter i o r a n c l a d o ) Ángulo de la fa chada Neces id ad d e m e c a ni z a d o s T i p o l o g í a d e fac h a d a / ve n t a n a Para mayor información técnica sobre los productos, v e r “ M a n u a l d e l V i d r i o ” ( C I TAV ) o “ M E M E N T O ” ( Saint - Gobain Glass). El cálculo analítico del espesor del vidrio debe ser d e ter m i n a d o p o r e l fa b r i c a n te .
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Propiedades ópticas del vidrio: Fa c to r d e t r a n s m i s i ó n l u m i n o s a : c o c i e n te e n t r e e l f l u j o d e r a d i a c i ó n v i s i b l e t r a n s m i t i d a a l a t r ave s a r u n m e d io y la r ad i a c i ó n v i s i b l e i nc i d e nte . Fa c to r d e r e f l ex i ó n l u m i n o s a : c o c i e n te e n t r e e l f l u j o l u m i n o s o r e f l e j a d o y e l f l u j o l u m i n o s o i n c i d e n te , medido para una incidencia casi normal. Tr a n s m i s i ó n d e e n e r g í a d i r e c t a : p o r c e n t a j e d e l a e n e r g í a s o l a r q u e a t r av i e s a e l v i d r i o e n r e l a c i ó n c o n l a e n e r g í a s o l a r i n c i d e n te . A b s orci ón e n e r g é t i c a : p a r te d e l f l u j o d e e n e r g í a s o l a r i n c i d e n te a b s o r b i d a p o r e l v i d r i o . Fa c to r d e t r a n s m i s i ó n tot a l d e l a e n e r g í a s o l a r o Fa c to r S o l a r : c o c i e n te e n t r e l a e n e r g í a to t a l q u e p a s a a t r avé s d e u n a c r i s t a l a m i e n to y l a e n e r g í a s o l a r i n c i d e n te . Esquema de la distribución energética:
Radiación incidente
Tr ansmisión directa Re flexión directa
Reemitida al ex te rior
Reem i t i d a a l i nter i o r
Figur a 38
Métodos de control solar Dependiendo de las pres taciones técnicas que se deseen se utilizan diferentes tipos de vidrio: Vidrios Vidrios Vidrios Vidrios
coloreados en masa serigr afiados con recubrimientos met álicos ( vidrios bajo - emisivos ) aislantes
Coeficiente de transmisión térmica, K (U) Pa r a d e s c r i b i r e l c o m p o r t a m i e n to té r m i c o d e u n a c r i s t a l a m i e n to s e d e f i n e e l c o e f i c i e n te d e t r a n s m i s i ó n K el cual indica si el material es buen aislante. Dicho coeficiente depende de las características intrínsecas del material, su espesor, de la existencia de cámara de aire así como del tratamiento super ficial del vidrio. Un valor K pequeño indica que es buen aislante térmico.
Puesta en obra La puesta en obra de los productos vítreos viene definida y regularizada según la norma UNE 85222:1985 “Ventanas. Acristalamiento y Métodos de Montaje”. En ella se hace referencia a los principios de colocación, g a l c e s , n o r m a s d e a c u ñ a d o , a c r i s t a l a m i e n to s e s p e c i a l e s , j u n t a s , a l m a c e n a m i e n to y m o n t a j e .
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Elementos de relleno 4. 2 . LO S PA N ELES Los paneles opacos forman una par te impor tante del muro cor tina, aunque variable según el diseño. Igual que los vidrios tienen como misión las mismas funciones. Están compuestos por las siguientes super ficies: 1. C a r a ex te r i o r d e l p a n e l : e s i m p o r t a n te y a q u e d e e l l a d e p e n d e e l a s p e c to ex te r i o r y s u r e s i s te n c i a a los agentes atmosféricos. Los materiales generalmente utilizados son: Metales: Chapa de acero vitrificada Chapa de acero inoxidable Chapa de acero cor ten Chapa de cobre Chapa de aluminio (esmaltada al fuego, color natural, coloreada, ( aluminio fundido )) P l a c a s d e f i b r o c e m e n to v i t r i f i c a d o Placas de vidrio
2 . C a r a i n te r i o r d e l p a n e l : l o s m a te r i a l e s m á s u t i l i z a d o s s o n : Ch ap a d e alu m i ni o Ch ap a d e alu m i ni o p l a s ti fi c a d a M ad er a Ch ap a d e f ib r oc e m e nto 3 . Pa r te c e n t r a l ( a i s l a n te ) : l o s m a te r i a l e s m á s e m p l e a d o s s o n : Aislan tes ve ge ta l e s : C o r c ho Li no A i s l a n te s m i n e r a l e s : L a n a d e v i d r i o Espuma de vidrio Polies tireno expandido C l o r u r o d e p o l i v i ni l o exp a n d id o Po l i u r e t a n o ex p a n d i d o
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Tipologías Cara exterior
Encolados Aislante
L a p l a c a e x te r i o r e i n te r i o r s e encolan al aislante para obtener
Estructura interna
un panel rígido. C u a n d o e l a i s l a m i e n to té r m i c o contribuye a la rigidez, estas placas pueden ser más delgadas. Cara exterior
Ensamblados mecánicamente
Cara interior Estructura interna
Cuando se desea realizar un pa Aislante
n e l ve n t i l a d o , e l p a n e l ex te r i o r no puede pegar se; entonces se recurre a la unión de las placas mediante otros sistemas de fija -
Relleno adicional (fibrocemento, yeso...)
Cara exterior Figur a 39
Fijación del conjunto a la estructura de fachada Sellado de silicona estructural Travesaño estructura fachada
Vidrio exterior
Fijación a estructura de panel
Marco de estructura de panel de aluminio
Zona de ventilación Aislante medio
Aislante
Figur a 40
47
Cara interior de panel
ción.
Elementos de relleno Fi j a d o s s e p a r a d a m e n te En este caso, la placa exterior, la interior y el aislante se fijan por separado a la estructura auxiliar. Montante estructural
Marco de estructura del panel y el vidrio
Marco de estructura del vidrio
Panel aislante
Sellado de silicona estructural
Vidrio templado con cantos púlidos Figur a 41
Paneles trasdosados Cuando además del panel ligero se dispone interiormente de un antepecho de albañilería, el panel puede simplificarse ya que entonces el cerr amiento es tá definido por el conjunto de panel y antepecho, en el que el panel constituye únicamente la hoja exterior.
Figur a 42
48
4. 3. CO RTA F U EG O S Re co gid o en l a N B E - C P I - 9 6 . Los espacios que se originan entre la estructura del edificio y l a fa c h a d a l i g e r a s u p o n e u n p e l i g r o e n c a s o d e i n c e n d i o ya que el fuego se puede propagar entre plantas. Es por ello que se exige, según la NTE “ Fachadas - Par ticiones” 19 8 9 , e n e d i f i c i o s d e m á s d e 2 5 m , c o l o c a r e n l o s p a s o s d e f o r j a d o a p a r t i r d e e s t a a l t u r a , e l e m e n to s r e s i s te n te s al fuego ( mínimo durante 60 minutos ). Estos deben ser s o l i d a r i o s a l fo r j a d o y c o n u n a a l t u r a m ayo r d e 6 0 c m p o r en cim a d el fo r j a d o y d e 2 5 c m p o r d e b a j o d e és te.
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Elementos de relleno 4.4. ELE M E N TO S D E R E M AT E
Detalle paso forjado
Per fil tapeta horizontal
Suelo técnico
Dilatación
25 - 30
Falso techo Per fil de travesaño Según montante Figur a 43
50
Detalle de coronación
Per fil de travesaño
25 - 30
Falso techo
Per fil tapeta horizontal
Según montante Figura 44
51
Elementos de relleno
Detalle lateral
Per fil de montante
300 Según montante
Per fil tapeta ver tical
Per fil de montante
Según montante
Figur a 45
52
Detalle entrega tabiqueria
Per fil de montante
D e t a l l e a r r a n q u e i n fe r i o r
Per fil tapeta ver tical
Per fil tapeta horizontal
Figur a 46
53
Per fil de travesaño
Sistema de silicona estructural
55
Sistema de silicona estructural El sistema de silicona estructur al o vidrio estructur al ( structur al glazing ), es el más novedoso de la actua lidad. Consiste en eliminar de la cara externa de la fachada el elemento de sujección del relleno ( contratapa o p r e s o r ) , p a r a ev i t a r l í n e a s m a r c a d a s d e fa c h a d a y c o n s i g u i e n d o u n a s u p e r f i c i e tot a l d e v i d r i o . Pa r a e l l o , e l v i d r i o s e f i j a a u n a e s t r u c t u r a ( ge n e r a l m e n te d e a l u m i n i o a n o d i z a d o a t r avé s d e p r o c e s o s d e calidad muy exigentes ), independiente de la estructura de la fachada, y mediante siliconas de características especiales ( resis tentes a r ayos UV...), obteniendo así módulos prefabricados que pos teriormente cerr ar án la fa chada. S e p u e d e n i n c o r p o r a r ve n t a n a s ( p r oye c t a n te s a l ex te r i o r o p r a c t i c a b l e s a l i n te r i o r ) q u e p o r e l ex te r i o r carecen de resaltes impidiendo dis tinguir los módulos pr acticables de los fijos ya que su apariencia es idéntica al tr atar se de s i s te m a s d e o c u l t a c i ó n d e l a p e r f i l e r í a d e b a s e . El peso del vidrio queda sopor tado por los calzos de acristalamiento, tal y como se puede obser var en la siguiente figur a, par a evitar que la silicona trabaje a cor tadura; de manera que la función de esta es evitar el despren dimiento debido a acciones perpendiculares a la super ficie del vidrio, como la presión o succión del viento ( a tracción). La Norma Europea EN 13022 -1 hace referencia solo al sistema de silicona estructural empleado con per files de aluminio anodizado o bien sobre otros per files metálicos conformes con los requisitos determinados en dichas nor mativas. Tampoco abarca cier tas clases de vidrio ( vidrios impresos, vidrio plano armado, serigrafiados, etc. ). Figur a 47
Sección horizontal
Sección ver tical
Montante estructural
Pieza puntual de seguridad
Travesaño estructural
Marco de estructura sopor te del vidrio
Junta de remate interior
Vidrio
Sellado de silicona estructural
Vidrio Fondo de junta para sellado Calzo de acristalamiento Elementos de estanqueidad y para rotura de puente térmico Figur a 47
56
Figur a 48
5.1. T E R M I N O LO G Í A Y T I P O LO G Í AS Se gú n la n or ma E N 13 0 2 2 s e d i s ti ng u e n tres tip o s d e s ella d o : (2)
(4 )
4
3
2
1
4
( 1)
3
2
1
( 5) ( 7) ( 3) ( 5) (3) ( 6) ( 8) Figur a 49
Ca s o 1 : v i d r i o c o n c á m a r a . La silicona se aplica en la car a interior del vidrio ex te r i o r ( c a r a 2 ) , y a q u e e l v i d r i o v a d e c a l a d o .
2
1
C as o 2: v i d r i o c o n c á m a r a . L a s ilico n a s e a p lica en la ca r a 4.
( 9)
(5) (7 )
( 8) Figur a 51
Caso 3: vidrio laminado. El cordón de silicona se aplica e n l a c a r a 2.
Ter m i n o l o g í a 1
Vidrio de cámara
2
Intercalario + sello primario
3
Sello secundario o sellado del doble acristalamiento
4
Sellado de estanquidad
5
Cordón de silicona estructural
6
S up e r fi c i e de a dh e s i ó n
7
Distanciador y cordón de estanqueidad
8
Pe r fi l de a l u m i n i o
9
Vi d ri o l a m i n a do
57
Figur a 50
Sistema de silicona estructural 5. 2 . R EQ U I S I TO S D EL S ELL A D O EST R U CT U R A L Según la Norma Europea 13022-1, la silicona estructural es ensayada para garantizar los requisitos siguientes:
1
Fa l l o d e a dh e s i ó n
Se considera que hay fallo cuando la fractura supere el 10% en la s up er f icie d e s o p o r te.
2
Ca m b i o de vo l u m e n
No debe sobrepasar un 10%
3
Re c u p e r a c i ó n e l á s t i c a
Co m o m ín im o d eb e s er un 85%
4
Resistencia al desgarre
No puede empeor ar respecto de la inicial
5
Te n s i ó n d e t r a c c i ó n y m ód u l o de e l a s t i c i da d
R u, 5 (ten s ió n a tr a cció n (23ºC)) > 0. 5 M Pa Ten s ió n tr a cció n ( 80ºC ) > 70% R u, 5 Ten s ió n tr a cció n ( -20C ) > 70% R u, 5
6
D e fo r m a c i ó n a c i z a l l a d u r a
L o p e r m i t i d o e n s e r v i c i o e s d e u n 15%
7
Carga mecánica cíclica
E l va lo r d e la ten s ió n d e tr a cció n d es p ués d e en s ayo debe ser mayor que el 70% de la tensión de tr acción media
8
Radiación solar e inmer sión en el agua
E l va lo r d e la ten s ió n d e tr a cció n d es p ués d e en s ayo debe ser mayor que el 70% de la tensión de tr acción media
9
Ni e b l a s a l i n a
E l va lo r d e la ten s ió n d e tr a cció n d es p ués d e en s ayo debe ser mayor que el 70% de la tensión de tr acción media
10
At m ó s fe r a d e S O 2
E l va lo r d e la ten s ió n d e tr a cció n d es p ués d e en s ayo debe ser mayor que el 70% de la tensión de tr acción media
11
Ag e n te s d e l i m p i e z a
E l va lo r d e la ten s ió n d e tr a cció n d es p ués d e en s ayo debe ser mayor que el 70% de la tensión de tr acción media
12
A l t a te m p e r a t u r a
E l va lo r d e la ten s ió n d e tr a cció n d es p ués d e en s ayo debe ser mayor que el 70% de la tensión de tr acción media
13
Compatibilidad con materiales adyacentes u otros sellantes
N o d eb e p ro d ucir s e d eco lo r a ció n . La tensión media puede ver se afectada por la presencia del otro objeto
14
Formación de burbujas
N o s e p e r m i te l a ex i s te n c i a d e b u r b u j a s
5. 3. D I M E N S I O N ES M Í N I M AS D EL S ELL A D O Las dimensiones mínimas enunciadas en la Norma Europea EN 13022-1 del sellado estructural son las siguientes: Vidrio
Per fil
donde: hmc es la altur a del sellado es tr uctur al emc es el espesor del sellado es tr uctur al
h mc
e mc
h mc ( m m )
e mc ( m m )
6 ≤ h mc ≤
6 ≤ e mc ≤
12 ≤ h mc ≤ 2 0
h mc /2 ≤ e m c
≤
12
∆e h mc > 2 0 Figur a 52
58
10 ≤ e mc > 12
5.4. P I E Z AS D E S EG U R I DA D E n n u e s t r o p a í s ex i s te u n va c í o l e g a l e n Tornillo
Pieza de seguridad superior
cuanto a la obligatoriedad de colocar piezas de seguridad para este tipo de fijación del vidrio. Estas piezas sujetan m e c á n i c a m e n te e l v i d r i o a l a e s t r u c t u r a (sólo en caso de desprendimiento del vidrio) y prácticamente no se aprecian una vez colocadas. La garantía que ofrecen los fabricantes de silicona estructural es como mínimo 10 a ñ o s , r e fe r e n te a l a a d h e r e n c i a d e s u producto. En otros países, como por ejemplo Francia y Alemania, la utilización de es tas piezas es obligatoria.
Calzo
Pieza de seguridad inferior Precalzo
Figur a 53
59
Bases de proyecto
61
Bases de proyecto 6.1. TO LE R A N C I AS D EL S I ST E M A Una de las exigencias de los muros cor tina se refiere a las tolerancias en el montaje. En este caso, a diferencia de las fachadas tradicionales, se requiere un sistema de montaje que permita el ajuste preciso de la posición en cada una de las direcciones del espacio. Para ello se utilizan tornillos de calibración que una vez anclados mediante cualquier procedimiento pueden ser par te del sistema definitivo de transmisión de cargas.
6. 2 . TO LE R A N C I AS D E l A EST R U CT U R A L a m a g n i t u d d e l a s d e s v i a c i o n e s e s d i f e r e n te q u e e n e l c a s o a n te r i o r ( h a b l a m o s d e m m e n r e f e r e n c i a a l a s f a c h a d a s l i g e r a s y d e c m e n c a s o d e l a e s t r u c t u r a d e l e d i f i c i o ) , l o q u e i m p l i c a s i s te m a s d e a j u s te d i s t i n to s . P a r a c o r r e g i r l o s e r r o r e s d e d e s v i a c i ó n d e l a e s t r u c t u r a s e s u e l e n u t i l i z a r fo r r o s , a g u j e r o s r a s g a d o s y e l e m e n to s q u e p e r m i t a n e l a j u s te a m p l i o , a u n q u e n o d e g r a n p r e c i s i ó n . E s to s e l e m e n to s s e s i t ú a n e n t r e l a e s t r u c t u r a y e l a n c l a j e , d e fo r m a q u e s e c o l o q u e d e n t r o d e l a s to l e r a n c i a s d e l a f a c h a d a , p r o c e d i é n d o s e a l a j u s te f i n a l m e d i a n te l a to r n i l l e r í a s o l i d a r i a a l o s p a n e l e s . L a n e c e s i d a d d e c o n s i d e r a r to l e r a n c i a s d e i m p o r t a n c i a o b l i g a a d e j a r e n t r e l a f a c h a d a y l a e s t r u c t u r a s e p a r a c i o n e s q u e c o n d i c i o n a n e l s i s te m a d e a n c l a j e e n v i r t u d d e l a exc e n t r i c i d a d i n t r o d u c i d a e n t r e l a s c a r g a s g r a v i t a t o r i a s y l a e s t r u c t u r a . Ta l s e p a r a c i ó n c o n d i c i o n a i g u a l m e n t e e l c o m p o r t a m i e n t o a n t e e l fuego, siendo necesario disponer algún tipo de relleno que separe los niveles pero que no introduzca coacciones a la fachada.
6.3. SENSIBILIDAD A LOS DESPLAZAMIENTOS DE LA ESTRUCTURA Las dimensiones de los elementos de cerr amiento son muy inferiores a las luces de la es tr uctur a y vienen condicionadas por fabricación ( hasta 6 m ). Esto implica que los apoyos habrán de realizar se en los puntos intermedios de los forjados. Como consecuencia el cerr amiento queda afectado por las flechas inducidas del forjado que se suma a la flecha provocada por las sobrecargas. L a fac h a d a s e s u j e t a a l fo r j a d o d e l e d i f i c i o , p r ovo c á n d o l e f l ex i ó n y a s u ve z , a s u p r o p i a e s t r u c t u r a .
Forjado
Anclaje
Figura 54
62
L a f le ch a m áx i ma s o b r e l o s e l e m e nto s d e la fa ch a d a lig er a s e o b tien e d e la s ig uien te fo rm a :
(0) δ0
δ1
δ máx = δ1+ δ 2 - δ 0
(1) (2)
δ máx δ2 Figur a 55
d on d e :
δ máx e s la f lec ha e n e l e s ta d o fi na l r e l a ti va a la lín ea recta q ue un e lo s a p oyo s ; δ0 es la contr aflecha inicial (combadur a) de la viga en estado de descarga (estado 0); δ1 e s l a va r i a c i ó n d e l a f l e c h a d e l a v i g a d e b i d a a l a s c a r g a s p e r m a n e n te s i n m e d i a t a m e n te
después
de la carga (estado 1);
δ2
e s l a va r i a c i ó n d e l a f l e c h a d e l a v i g a d e b i d a a l a s c a r g a s va r i a b l e s m á s c u a l q u i e r d e fo r m a c i ó n d e p e n d i e n te d e l t i e m p o d e b i d a a l a s c a r g a s p e r m a n e n te s ( es t a d o 2 ).
6.4. S ENSIBILIDAD A LOS DESPL AZ AMIENTOS TÉRMICOS Las diferencias de temper atur a a las que es tán sometidos a los cerr amientos plantean impor tantes condi c i o n a n te s t a n to e n l a o r g a n i z a c i ó n d e l p r o p i o c e r r a m i e n to c o m o a l s i s te m a d e a n c l a j e . Las variaciones dimensionales del aluminio son debidas a las dilataciones y contr acciones originadas por los cambios de temperatura. Estas variaciones son función del coeficiente de dilatación térmica del material, α , y d e las d i fe r e nc i a s d e te m p e r a tu r a , y o rig in a n en lo s p er f iles un es f uer z o σ ( kg /cm 2 ). Si tenemos un material a una temperatura t 0 y se calienta hasta una temperatura t 1 , el alargamiento experim e n t a d o s e o b t i e n e d e l a ex p r e s i ó n :
∆L = L1− L 0 = α ( t 1 − t 0 ) s i e n d o:
L1 la L 0 la α el t1 e l
longitud del elemento a la te mper atur a t 0 longitud del elemento a la te mper atur a t 1 c o e f i c i e n te d e d i l a t a c i ó n tér m i c a s a l to tér m i c o
A p r ox i m a d a m e n te , l a v a r i a c i ó n d e l o n g i t u d q u e ex p e r i m e n t a u n p e r f i l d e a l u m i n i o s o m e t i d o a u n s a l to té r m i c o d e 4 0 º C ( 4 0 º e n ve r a n o y 0 º e n i nv i e r n o ) e s d e 1 m m p o r m e t r o d e l o n g i t u d . Se gú n la ley d e H o o ke , e l e s fu e r z o p r o d ucid o p o r el a la rg a m ien to es :
σ = ε⋅ E = E α∆t σ ε E
Ten sió n e n k p / c m 2 A l a r g a m i e n to u n i t a r i o σ ∆ t M ód u lo d e e l a s ti c i d a d e n k p / c m 2
63
Bases de proyecto Cuando se calienta el aluminio y no puede expandir se libremente produce sobre los elementos que l e i m p i d e n e x p a n s i o n a r s e u n e s f u e r z o q u e v i e n e d a d o p o r l a f ó r m u l a a n t e r i o r, q u e s e t r a d u c e e n u n a deformación del elemento más débil. Es decir, si el montante es más débil que el tr avesaño, se producir á una falta de ver ticalidad. Si por el contrario es el travesaño el más débil, se originan pandeos con f l e c h a s m u y i m p o r t a n te s . E n e l p r i m e r c a s o , l a m a g n i t u d d e l a s d e fo r m a c i o n e s i m p i d e c o n c e n t r a r s u e fe c to e n j u n t a s a i s l a d a s y, p o r t a n to , c a d a p a n e l h a d e m o n t a r s e c o n l a h o l g u r a s u f i c i e n te c o m o p a r a n o to p a r c o n l o s a l e d a ñ o s e n c a s o d e d i l a t a c i ó n ex t r e m a . Re s p e c to a l a n c l a j e , l a e s t r u c t u r a t i e n e q u e s e r i s o s t á t i c a p a r a a c o m o d a r los desplazamientos relativos entre el sis tema y la es tr uctur a. Exis ten diferentes tipologías que permiten s i t u a r l a e s t r u c t u r a e n e l e s p a c i o y p e r m i t i r e l d e s l i z a m i e n to d e b i d o a l a d i l a t a c i ó n d e l m a te r i a l . L a n o r m a U N E 8 5 2 2 2 : 19 8 5 p o s t u l a e l p r i n c i p i o d e i n d e p e n d e n c i a c o m o s i g u e : “Los productos vítreos, recocidos o templados, deben estar colocados de forma tal que en ningún momento puedan sufrir esfuer zos debidos a: Contracciones o dilataciones del propio vidrio Con t r accion e s, d i l a ta c i o ne s o d e fo r ma c i o nes d e lo s b a s tid o res q ue lo en m a rca n Deformaciones aceptables y previsibles del asentamiento de la obr a, como pueden ser las flechas de los elementos resis tentes Las lunas, jamás han de tener contactos entre si, evit ándose igualmente el contacto vidrio–metal, salvo en aq u e llos casos d e p e r fi l e s y me ta l e s b l a nd o s , co m o p ued en s er el p lo m o y el a lum in io reco cid o . E n g e n e r a l , l o s c o n t a c to s v i d r i o – v i d r i o , v i d r i o – m e t a l y v i d r i o – h o r m i g ó n e s t á n p r o h i b i d o s ”
6. 5. BAS ES D E C Á LC U LO Según la Norma Europea EN 13830: 2002, “Fachadas Liger as – Norma de Producto”, los requisitos a tener en cuenta para el proyecto de una fachada ligera son: 1. Re s i s tencia a la carga de viento: el sistema debe ser capaz de resistir las cargas de viento y tr ansmi tirlas a la es tr uctur a del edificio mediante los puntos de anclaje. 2. Pe s o m u e r to : e l s i s te m a d e b e s o p o r tar su propio peso y el peso de cualquier otro elemento adicional, t r a n s f i r i é n d o l o s a l a e s t r u c t u r a d e l e dificio mediante los puntos de anclaje. Los pesos propios deben ser calculados mediante la Norma Europea ENV 1991 - 1 - 1. 2001. 3. Re s i s te n c i a a l i m p a c to : s i e l a r q u i te c to l o r e q u i e r e , s e d e b e n r e a l i z a r e n s ayo s d e r e s i s te n c i a s e g ú n la Norma Europea EN 12600. 4. Permeabilidad al aire: se debe realizar un ensayo según la Norma Europea 12153. 5. Permeabilidad al agua: se debe realizar un ensayo según la Norma Europea 12155. 6. Ate n u a c i ó n a l r u i d o a é r e o : cuando el arquitecto o constructor lo desee, se realiza el ensayo mediante la norma EN ISO 140–3. 7. Transmitancia térmica: el método de cálculo y ensayo viene definido en la norma prEN 13947:2000. 8. Resistencia al fuego: si se solicita, la fachada se clasifica según la norma prEN13501-2:1999. 9. Reacción al fuego: en caso de ser solicitado, la fachada se clasificará según la norma EN 13501-1:2000. 10. Propagación al fuego: cuando el proyecto lo exija, se incorporarán en la fachada interruptores de fuego y humo para prevenir su propagación y facilitar la evacuación de humos. 11. Durabilidad: depende de los componentes y acabados del sistema. No se somete a ningún ensayo para evaluar su durabilidad, pero el fabricante tiene que dar algunas recomendaciones para su mantenimiento.
64
12 . Pe r m e a b i l i d a d a l v a p o r d e a g u a : s e d e b e n i n c o r p o r a r e l e m e n to s p a r a l a e v a c u a c i ó n d e l v a p o r d e a g u a y ev i t a r c o n d e n s a c i o n e s . 13 . E q u i p o t e n c i a l i d a d : l a s f a c h a d a s c o n u n a a l t u r a s u p e r i o r a 2 5 m t i e n e n q u e m a n te n e r s u s p a r te s m e t á l i c a s l i g a d a s m e c á n i c a m e n te e n t r e s í y a l e d i f i c i o , a s e g u r a n d o e q u i p o te n c i a l i d a d c o n e l c i r c u i to d e to m a d e t i e r r a d e l e d i f i c i o . S ó l o s e e j e r c i t a c u a n d o e l p r oye c to l o exi j a . 14 . Re s i s te n c i a a l c h o q u e s í s m i c o : s ó l o c u a n d o e l p r oye c to l o s o l i c i te s e r á d e te r m i n a d o s e g ú n l a l o c a liz ació n y l a s e s p e c i fi c a c i o ne s té c ni c as d e la z o n a . 15 . Re s i s te n c i a a l c h o q u e té r m i c o : s e g ú n l a s p r e s t a c i o n e s q u e s e r e q u i e r a n s e c o l o c a r á u n v i d r i o d e te r minado ( endurecido o te mplado ). 16 . M ov i m i e n to d e l e d i fi c i o y té r m i c o : l a fa c h a d a l i g e r a d e b e a b s o r b e r l o s m ov i m i e n to s d e l a e s t r u c t u r a d el ed if ici o , p r evi a me nte e s p e c i fi c a d o s p o r el p royectis ta . 17. Resistencia a las cargas vivas horizontales: la fachada debe resistir dichas cargas según lo especificado e n l a n o r m a E N V 19 91 - 1 - : 2 0 01.
6.6. CO M P R O BAC I Ó N D E LO S ELE M E N TO S 6.6.1. V I D R I O S El cálculo del espesor de un vidrio se efectúa mediante la formulación según Timoshenko, que se reduce a l c á l c u l o e s t r u c t u r a l d e u n a p l a c a s o m e t i d a a u n a c a r g a u n i fo r m e . E n r e a l i d a d s e t r a t a d e u n a p l a c a r í g i d a s o b r e a p oyo s e l á s t i c o s d e r i g i d e z m u c h o m e n o r q u e l a p l a c a , ya q u e los es f u e r z o s s e tr a ns mi te n a tr avé s d e la jun ta s itua d a en tre el vid rio y el m a rco . E n e l c a s o p a r t i c u l a r d e l o s m u r o s c o r t i n a , e l v i d r i o va a p oya d o p o r u n o s c a l z o s ú n i c a m e n te e n 4 p u n to s ( 2 en cada travesaño ), situados a una distancia L/10 de los apoyos, siendo L la longitud del travesaño.
Cálculo del espesor Se to m an las s i g u i e nte s hi p ó te s i s : L a c a r g a e s u n i fo r m e e n to d a l a s u p e r f i c i e d e l v i d r i o L a ten sió n m á x i ma a d m i s i b l e ( σ adm ) d e b e s er eleg id a s eg ún el tip o d e vid rio q ue s e d es ee Pa r a e l c á l c u l o d e l p e s o p r o p i o d e l v i d r i o , e l e s p e s o r a te n e r e n c u e n t a e s l a s u m a d e l e s p e s o r n o m i n a l y d e la tole r an c i a e n e s p e s o r d e l p r o d u c to E l r e s u l t a d o d e l c á l c u l o e s e l e s p e s o r m í n i m o q u e d e b e te n e r e l v i d r i o
C a s o 1: p l a c a a p oya d a en 4 lados sometida a u n a c a r g a u n i fo r m e .
Es p e s or
Fl e c h a
e = 6βP
f =
a2 σ
α a4 P 72 e 3
C as o 2: p la ca a p oya d a en 2 lados sometida a u n a c a r g a u n i fo r m e .
e = 7.5P
f =
65
a2 σ
149 a 4 P 72 e 3
C as o 3: p la ca en ca s tr ada en 1 lado sometida u n a c a r g a u n i fo r m e .
e = 30P
f =
a2 σ
1500 a 4 P 72 e 3
Bases de proyecto b/ a
1
1.1
1. 2
1.3
1. 4
1. 5
1. 6
1. 7
1. 8
1. 9
2
3
4
5
∞
6β
2.8
3 .3
3 .7
4 .1
4 .5
4.8
5.1
5. 4
5. 6
5. 9
6.1
7.1
7.4
7.5
7. 5
α
46
55
64
73
80
88
95
101
106
111
116
140
146
148
149
e P a b σ f α yβ
Si e n d o:
Espesor del vidrio C a r g a u n i fo r m e m e n te r e p a r t i d a ( P a ) D i s t a n c i a m á s c o r t a e n t r e a p oyo s D i s t a n c i a m á s l a r g a e n t r e a p oyo s Te n s i ó n m á x i m a a d m i s i b l e e n e l v i d r i o ( d a N / c m 2 ) Flecha en mm en el centro de la placa C o e f i c i e n te s d e fo r m a
S e g ú n e s t a s fó r m u l a s s e h a l l a e l e s p e s o r d e v i d r i o d e c á l c u l o , q u e d e b e s e r m u l t i p l i c a d o p o r u n f a c to r c o r r e c to r d e e q u i va l e n c i a p a r a d e ter m i n a r e l e s p e s o r m í n i m o d e l v i d r i o r e a l . Pa r a l o s v i d r i o s h a b i t u a l e s s e u t i l i z a n l o s s i g u i e n te s f a c to r e s :
ε
Clase de vidrio
1. 2
Vidrio armado V i d r i o tem p l a d o
Vidrios laminados
P ≤ 900 Pa
0.8
P > 900 Pa
0.7
D o s ho j as del m i s m o e
1. 3
Tre s ho j as d el m i s m o e
1. 6 1. 5
Doble acristalamientos
E n l a n o r m a p r E N 13 0 2 2 ( p r oye c to d e n o r m a , n o e n v i g o r a ú n ) s e d e f i n e e l e s p e s o r ( t ) e q u i v a l e n te d e l o s v i d r i o s l a m i n a d o s y a i s l a n te s d e l a s i g u i e n te m a n e r a :
Vidrio laminado
t1 t 2 t 3
Vidrio aislante de dos hojas de vidrio monolítico
t1
t2
Vidrio aislante con vidrio laminado
t3
t1 t 2 pa r a
pa r a
t1 − t 2 ≤ ± 2 mm d ≤ 14 mm
3 1
3 2
3 n
t = 3 ( t + t + ... + t )
t=
( t1 + t 2 ) 1. 4
t1 − t 3 ≤ ± 2 mm d ≤ 14mm t=
(tl + t3 ) 1. 4
con
tl = 3 ( t 13 + t 23 ) Figur a 56
Los valores obtenidos a par tir de las ecuaciones anteriores son más conser vadores que los indicados en el manual del vidrio.
66
6.6. 2 . P E R F I LE R Í A Se distingue entre el cálculo de los montantes y los travesaños. El proyectista debe atender a dos comprobaciones: Comprobación de la resistencia de la sección del per fil Se d eb e co m p r o b a r q ue l a te ns i ó n d e c á l culo d e la s ecció n s o licita d a n o s o b rep a s e la ten s ió n admisible d e l m a te r i a l . Fl e cha m á x i m a a dm i s i bl e Se debe comprobar que la flecha inducida no sobrepase los valores es tablecidos por las normas.
Diseño S e p u ed e n d a r d o s s i tu a c i o ne s : Ca s o 1 : E l p r oye c ti s ta q ui e r e c a l c ul a r l a i n ercia n eces a ria p a r a lo s p er f iles d e la o b r a . Ca s o 2 : S e p a r te d e u n p e r f i l d e ter m i n a d o . E n am b os cas o s s e d e b e n r e a l i z a r l a s d o s co m p ro b a cio n es a n terio rm en te m en cio n a d a s .
Mont antes E l d i s e ñ o d e l o s m o n t a n te s v i e n e d e te r m i n a d o p o r e l a r q u i te c to o constructor pero normalmente van de forjado a forjado y se sujetan mediante los anclajes. Por lo general, se suele dejar libre el extremo inferior ( par a absorber las dilataciones ) consiguiendo así que las cargas ve r ticales provoquen tr acciones y no compresiones. El montante es tá sometido a la acción del viento, a lo largo de su l o n g i t u d , y a l a x i l p r ovo c a d o p o r s u p e s o p r o p i o y l a s c a r g a s , t a l y como se indica en el esquema siguiente:
Carga de viento uniformemente repartida
x
Según la NTE la flecha admisible para los elementos estructurales es:
1 / 3 0 0 p a r a a c r i s t a l a m i e n to s i m p l e . 1 / 5 0 0 p a r a a c r i s t a l a m i e n to d o b l e o e l e m e n to o p a c o .
y z Peso Figur a 57
Caso 1 A Comprobación de la resis tencia de la sección
B Aptitud al ser vicio ( fl ech a )
S e co n d icio n a a l cá lculo de la flecha y se compr ueba la s ecció n (ca s o 2 A)
I min ≥
5 q L4 384 E fmáx
67
Caso 2
σ calc =
N* M * σ admAl + ≤ A W γM
fmáx =
5 q L4 384 E I min
Bases de proyecto
N* A M* W
σ admAl
γM q L E I
Sien d o: E s f u e r z o n o r m a l d e l a s e c c i ó n m ayor a d o Área de la sección M o m e n to fl e c to r m ayo r a d o d e b i d o a la a cció n d el vien to Módulo resis tente de la sección Te n s ió n a d m i s i b l e d e l a l um i ni o , d e p en d e d el tip o d e a lea ció n . = 1.1, c o e f i c i e n te d e m i n o r a c i ó n d e l m a te r i a l la carga de viento uniformemente repar tida, calculada según la Norma Básica NBE AE-88 “Acciones e n l a e d i f i c a c i ó n ” , d e s a r r o l l a d a e n l a N T E E C V - 8 8 “ E s t r u c t u r a s . C a r g a s d e V i e n to ” L a l o n g i t u d d e l m o n t a n te M ó d u lo d e e l a s ti c i d a d M o m e n to d e i ne r c i a d e l a s e c c i ó n e n el eje co n s id er a d o
En el caso 1, una vez conocida la inercia y tipo de sección, esta debe ser comprobada. En el caso 2, la sección elegida debe verificar los dos criterios.
Tr avesaños El tr avesaño está sometido a una flexión biaxial, debido en primer lugar, a las cargas ver ticales a su peso propio y el peso de las lunas o paneles que debe sopor tar; y sometido, a la vez, a las cargas de viento que provocarán una flexión en el plano horizontal. Según la NTE la flecha admisible para los elementos estructurales es: 1/300 para acristalamiento simple. 1/500 para acristalamiento doble o elemento opaco.
P /2
P /2
Carga puntual Peso del vidrio
x y z
Carga de viento uniformemente repartida Figur a 58
C as o 1 A Comprobación de la resis tencia de la sección
B Aptitud al ser vicio ( fl ech a )
C as o 2
S e c o n d icio n a a l cá lculo de la flecha y se compr ueba l a s e cció n (ca s o 2 A)
Ac c i ó n d e l vien to
Ix =
5 qL4 384 Efmax
Pe s o v i d r i o
σ calc
* M *x M y σ admAl = + ≤ Wx Wy γM
Acció n d el vien to
fmax =
5 qL4 384 EI x
Pe s o v i d r i o
qb Iy = ( 3L2 − 4b 2 ) 24Efmax
68
fmax =
qb ( 3L2 − 4b 2 ) 24EI y
Mx My Wx Wy
σ admAl
γM q L E I
Sien d o : M o m e n to f l e c to r m ayo r a d o d e b i d o a l a c a r g a d e v i e n to M o m e n to f l e c to r m ayo r a d o d e b i d o a l p e s o d e l v i d r i o Módulo resis tente de la sección según el eje x Módulo resis tente de la sección según el eje y Te n s ió n a d mi s i b l e d e l a l um i ni o = 1.1, c o e f i c i e n te d e m i n o r a c i ó n d e l m a te r i a l l a c a r g a d e v i e n to u n i fo r m e m e n te r e p a r t i d a , c a l c u l a d a s e g ú n l a N o r m a B á s i c a N B E A E - 88 “Ac c i o n e s e n l a e d i f i c a c i ó n ” , d e s a r r o l l a d a e n l a N T E E C V - 8 8 “ E s t r u c t u r a s . C a r g a s d e V i e n to ” L a lon g i tu d d e l tr ave s a ño M ó d u lo d e e l a s ti c i d a d M o m e nto d e i ne r c i a d e l a s e c c i ó n en el eje co n s id er a d o
Después de realizar las dos comprobaciones (A y B) en el caso 1 se elige la sección de mayor inercia. E n e l c a s o 2 , l a s e c c i ó n e l e g i d a d e b e ver i f i c a r l o s d o s c r i te r i o s .
6.7. EJ E M P LO D E C Á LC U LO Re c o r d a to r i o : L o s p r i n c i p a l e s e s f u e r z o s q u e a c t ú a n s o b r e u n a f a c h a d a l i g e r a s o n l o s d e b i d o s a l a a c c i ó n d e l v i e n to y en menor medida los originados por su peso propio. La carga teórica del viento que actúa sobre una fachada, atendiendo a presiones y succiones, se deduce y calcu la m e d i a nte l a N B E A E - 8 8 “Ac c i o nes en la E d if ica ció n ”. P a r a c a l c u l a r l a r e s i s te n c i a m e c á n i c a d e l o s e l e m e n to s d e u n a f a c h a d a l i g e r a d e b e a te n d e r s e a d o s conceptos: Comprobación de los E.L.U ( Estados Límites Ultimos ): el coeficiente de tr abajo no puede sobrepasar los valores mínimos admitidos ( momento resis tente ). C om p rob a ci ó n de l o s E . L . S ( E s t a do s L í mites d e Ser vic io ) : la flecha no puede sobrepasar los límites marcados. C o m o n o r m a g e n e r a l s e a c e p t a q u e l o s m o n t a n te s d e l a f a c h a d a l i g e r a a g u a n t a n p o r s í s o l o s l a c a r g a d e v i e n to y q u e l o s t r ave s a ñ o s ú n i c a m e n te d e b e n a g u a n t a r e l p e s o p r o p i o d e l o s e l e m e n to s q u e g r av i t a n sobre ellos. En consecuencia debe tener se presente que si un mismo per fil se utiliza como montante y como travesaño, en un caso se consider ar a su momento de inercia respecto a los ejes X - X y en el otro respecto a los ejes Y - Y ( ver recapitulativo de per files en págs. 78 y 79). E n e l á m b i to d e c a r g a s s e e fe c t ú a n l a s h i p ó te s i s s i g u i e n te s :
Montantes E n e l c a s o d e l a s fa c h a d a s l i g e r a s t i p o M U RO C O RT I N A , e s to e s , p a s a n d o p o r d e l a n te d e l o s fo r j a d o s y s u j e to s e n d o s p u n to s p o r l o s a n c l a j e s , l o s m o n t a n te s d e b e n a g u a n t a r, s e g ú n l o ex p u e s to a n te r i o r m e n te , u n a c a r g a d e v i e n to a p l i c a d a a u n a s u p e r f i c i e r e c t a n g u l a r t a l c o m o s e m u e s t r a e n l a f i g u r a 5 8 :
69
Bases de proyecto
Figur a 59
En el caso de fachadas liger as tipo FACHADA PANEL, es decir, las fachadas liger as inser tadas entre los forjados, la carga de viento que deben aguantar los montantes es una super ficie trapezoidal como se indica en la figura 60:
Figur a 60
Dado que los montantes pueden asimilar se, en lo que a cálculos estáticos se refiere, a unas vigas con sus extremos simplemente apoyados o con un extremo empotrado y el otro apoyado, y sometidas a una distribución de carga. Dichas cargas ser án rectangulares si se tr ata de un muro cor tina y tr apezoidales en el caso de fachada panel, puesto que los travesaños en este caso contribuyen al repar to de carga al estar sujeto a los forjados. En cualquier caso siempre se ha de permitir la libre dilatación del montante. Los casos p osib l e s a c a l c ul a r e n l o s m o nta n tes s eg ún lo exp ues to en la in tro d ucció n p reced en te son los sigu ien te s:
70
Caso 1
Caso 2
Caso 3
Caso 4
Figur a 61
A n te l a d i f i c u l t a d d e l l ev a r a c a b o u n e m p o t r a m i e n to p r ó x i m o a l “ e m p o t r a m i e n to te ó r i c o ” , y a q u e p a r a c a d a c a s o s e h a s e l l ev a r a u n l a b o r a to r i o d e e n s ayo ; s i s te m á t i c a m e n te , s e o p t a p o r r e a l i z a r e l c á l c u l o s e g ú n e l c a s o p r i m e r o c o n e l m o n t a n te b i - a p oya d o .
Tr avesaños P a r a l o s t r a v e s a ñ o s h o r i z o n t a l e s , t a l y c o m o h e m o s d i c h o c o n a n te r i o r i d a d , s e c o n s i d e r a r á q u e s ó l o aguantan la carga ver tical de los elementos que gravitan sobre ellos. En consecuencia se puede considerar el tr avesaño como una viga simplemente apoyada por sus extremos y sometida a la acción de dos cargas p u n t u a l e s e q u i d i s t a n te s d e l o s ex t r e m o s , c u ya s i t u a c i ó n e s c o i n c i d e n te c o n l o s c a l z o s d e a p oyo , d e l o s v id r io s o p an e l e s , o c o n l a s fi j a c i o ne s d e lo s elem en to s p r a ctica b les .
P/2
La situación de los calzos o fijaciones es el corres p o n d ien te a la d is ta n cia b _ d e lo s extrem os de los tr aves a ñ o s . El valor de b _ corresponde a 1/10 de la longitud total a del travesaño, que viene especificado por la norma _ U N E 85222.
P/2
Figur a 62
71
Bases de proyecto Excepcionalmente en los travesaños, a causa de su longitud ( luz entre montantes ) puede ser preciso tener e n c u e n t a q u e t a m b i é n e l l o s s o p o r t a n l a c a r g a d e v i e n to , c o n l o c u a l s i l o s s e g u i m o s a s e m e j a n d o a u n a viga podremos considerarlos como vigas simplemente apoyadas en sus extremos y con una carga triangular q u e d e b e s o p o r t a r.
Figur a 6 4
b
b a Figur a 63
Esfuerzos transmitidos L o s e s f u e r z o s q u e l a s fa c h a d a s l i g e r a s t r a n s m i te n , a t r avé s d e l o s a n c l a j e s , a l o s fo r j a d o s o e s t r u c t u r a s por t an tes d e la s q u e s e s u s p e nd e n y a p oyan s o n : C a r g a s ver t i c a l e s c o r r e s p o n d i e n te s a l p e s o propio y total de un módulo c o m p l e to d e l m u r o y a p l i cado en el anclaje.
Figur a 65
72
Cargas horizontales perpendiculares al plano de la fachada y que corres ponden a la carga de viento sobre un módulo completo del muro cor tina y aplicada en el anclaje.
Figur a 66
E m p u j e p o r d i l a t a c i ó n tér m i c a Los Muros Cor tina es tán sometidos a unas variaciones dimensionales debidas a las dilataciones y contr a c c i o n e s o r i g i n a d a s p o r l o s c a m b i o s d e te m p e r a t u r a . E s t a s v a r i a c i o n e s s o n f u n c i ó n d e l c o e f i c i e n te d e dilatación térmica del material, α , y de las diferencias de temperatura, y originan en los per files un esfuer zo σ ( kg/ cm 2 ) . Se gú n la ley d e H o o ke :
σ = ε⋅ E
σ Te n s ió n e n k p / c m 2 ε A l a r g a m i e n to u n i t a r i o α ∆ t E m ód u lo d e e l a s ti c i d a d e n k p / c m 2 Lu e go :
σ = E α∆t
Si se calienta el aluminio y no puede expandir se libremente produce sobre los elementos que le impiden expansionar se un esfuer zo que viene dado por la fórmula anterior, que se tr aduce en una deformación del e l e m e n to m á s d é b i l . E s d e c i r, s i e l m o n t a n te e s m á s d é b i l q u e e l t r ave s a ñ o , s e p r o d u c i r á u n a f a l t a d e ver ticalidad. Si por el contr ario es el tr avesaño el más débil, se originan pandeos con flechas muy impor t a n te s . Par a evitar es te efecto deben disponer se juntas de dilatación que permiten que el material se dilate libre m en te . E l e m p u je t r ans m i ti d o p o r l a d i l a ta c i ó n té rm ica ven d r á exp res a d o p o r: E M P U JE ( K g) =
σx
S E C C IÓ N D E L P E R FIL
73
Bases de proyecto La magnitud, de la contr acción o dilatación, que hay que prever par a dimensionar las juntas de dilatación po r cau sas té r mi c a s vi e ne ex p r e s a d a p o r :
∆l = ε ⋅ l = α ⋅ ∆t ⋅ l ∆l < d
Figur a 67
D a d o q u e e n n u e s t r o p a í s l a m á x i m a d i s p e r s i ó n té r m i c a s e c o n s i d e r a q u e e s d e 4 2 º C , e l a l a r g a m i e n to m áx im o p or m e tr o d e p e r fi l s e r á :
∆l = 23 ⋅ 10 − 6 ⋅ 42º C ⋅ 1000 mm = 0.966 m E s p o r e l l o q u e a e fe c to s d e d i m e n s i o n a d o d e j u n t a s d e d i l a t a c i ó n s e r á s u f i c i e n te c o n p r eve r 1 m m p o r m e t r o p u e s to q u e c o n e l l o s e c o n s i g u e n a b s o r b e r l a s d i l a t a c i o n e s i n d e p e n d i e n te m e n te d e l a é p o c a d e l año en que se mecanice, monte y acabe la obr a.
C a s o p r á c t i c o d e c á l c u l o d e u n a fac h a d a Pa r t i e n d o d e l a s c a r g a s d e v i e n to e s t a b l e c i d a s e n l a N B E - A E - 8 8 y s a b i e n d o q u e e l p r oye c to c o n te m p l a u n a f a c h a d a l i g e r a c o n s t i t u i d a p o r u n m u r o c o r t i n a c o nve n c i o n a l c o n l a s c a r a c te r í s t i c a s d i m e n s i o n a l e s q u e d e f i n i m o s a c o n t i n u a c i ó n , v a m o s a c a l c u l a r l a p e r f i l e r í a d e m o n t a n te s y t r ave s a ñ o s r e q u e r i d a y e l a c r i s t a l a m i e n to m í n i m o n e c e s a r i o .
74
Hipótesis de cálculo 1. La distancia entre ejes de forjados es de 3.500 mm 2. La separación entre montantes es de 1.200 mm 3. La altura entre canto superior de forjado y nivel de 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
La fa chada queda definida en la figur a siguiente:
250 350
suelo técnico es de 250 mm La distancia entre canto inferior de forjado y falso techo es de 400 mm La distancia libre interior entresuelo técnico y falso techo es de 2.500 mm La zona opaca de paso de forjado es de 1.000 mm Carga de viento más desfavorable a succión, 238 Kp/m 2 Forjado de 350 mm Vidrio reflectante con cámara en las zonas de visión y reflectante opacificado en los pasos de forjado El tipo de muro cor tina será el de tapetas vistas verticales y horizontales Acabado del aluminio: anodizado plata mate, 25 µ
400
2500
3500
1000
1200 Figur a 68
Cálculo del espesor del vidrio Te n e m o s d o s m ó d u l o s b á s i c o s : ( 1. 2 0 0 x 1. 0 0 0 ) y ( 1. 2 0 0 x 2 5 0 0 ) y e s t u d i a r e m o s e l m á s d e s favo r a b l e e n lo que se refiere a carga de viento. A l r e q u e r i r s e u n v i d r i o r e f l e c t a n te o b l i g a to r i a m e n te d e b e r á s e r u n v i d r i o te m p l a d o i n d e p e n d i e n te m e n te d e las co n s id e r a c i o ne s q ue ta m b i é n l o a co n s eja ría n p o r r a z o n es d e s eg urid a d a n te un a ro tur a . L a s i t u a c i ó n d e l e d i f i c i o e s u n a z o n a ex p u e s t a . C o n to d o l o a n te r i o r y u t i l i z a n d o l o ex p u e s to e n e l a p a r t a d o 1. 5 . 4 d e a c r i s t a l a m i e n to te n d r e m o s : σ adm = 0 , 2 5 R R = 2 0 10 6 K g / c m 2 a = 1. 2 0 0 m m b = 2.500 mm v i d r i o s c o n c u a t r o a p oyos b/a = 2,083 con lo que b = 0,79
e = β ⋅a⋅
q σ adm
e = 0,00654 m = 6,54 mm Si el v id r io n o fu e r a te mp l a d o e l e s p e s o r req uerid o s ería e =10 m m . A l n o c o m e r c i a l i z a r s e e l e s p e s o r 7 m m e l c r i s t a l m í n i m o a u t i l i z a r s e r á u n c r i s t a l r e f l e c t a n te y te m p l a d o d e 8 m m p a r a e l ex ter i o r. C o nve n i m o s p u e s e n l a u t i l i z a c i ó n d e u n a c r i s t a l a m i e n to c o m p u e s to p o r u n v i d r i o r e f l e c t a n te y te m p l a d o d e 8 m m , u n a c á m a r a d e a i r e d e 15 m m y u n v i d r i o i n te r i o r l a m i n a r d e 4 + 4 m m c u yo p e s o tot a l e s : ( 8 + 4 + 4 ) x 2 , 5 x 1,2 x 2 ,5 = 12 0 K g . Par a el cálcu l o d e l o s tr ave s a ño s te nd r e m o s q ue co n s id er a r d o s ca rg a s p un tua les d e 60 kg .
75
Bases de proyecto Cálculo de los mont antes La d is t an cia en tr e a nc l a j e s e s d e 3 .5 0 0 m m . La f le ch a m áx im a s e g ú n N B E - A E - 8 8 e s d e L /300 ó 15 m m .
q = 238 Kp /m 2 f ma x = L /300 = 11, 66 m m P = q x S = 238 x 1, 2 x 3, 5 = 999, 6 Kp
3.500
Figur a 69
Lu ego
I=
5 PL3 5 ⋅ 999.6 ⋅ 350 3 = = 687,2cm 4 384 Ef 384 ⋅ 700.000 ⋅1.16
Po d em os u t iliz a r un p e r fi l s e g ún c a tá l o g o ( ver p á g . 78, ref . 10257), cuyo s va lo res s o n : I xx = 7 0 6 ,12 cm 4 > 6 87,2 c m 4 W x x = 6 5 , 5 8 cm 3 = 6 5 ,18 10 3 m m 3 Solo nos queda la comprobación de los ELS y los ELU ELS: Se cumplen pues to que hemos par tido de la flecha aceptada como imposición. Con la nueva inercia (70 6 ,12 cm 4 ) la fl e c ha p r ev i s ta e s d e 1.12 cm < L /300 cm . ELU: debemos comprobar la sección del per fil y verificar que la tensión de cálculo sea inferior a la tensión a d m i s i b l e d e l m a te r i a l , e s d e c i r :
M* ≤ σ * adm W don d e : M*=
γsM
= 1. 5 0M = 1.5 0 (
238 ⋅1.2 ⋅ 10 −2 ⋅ 350 2 qL2 ) = 1.5 5 ( ) = 67785, 375 Kp cm 8 8
sien d o
σ*adm =
σ adm 1300 kp / cm 2 130 N / mm 2 = = = 118 .2 N / mm 2 γM 1.10 1.10
γ s = c o e f i c i e n te d e m ayo r a c i ó n d e l a s c a r g a s γ M = c o e f i c i e n te d e m i n o r a c i ó n d e l m a te r i a l W x x = 6 5 .18 cm 3 = 6 5 .18 10 3 m m 3 Entonces, con los datos anteriores comprobamos si cumplen la hipótesis según la ecuación:
σ=
67785.375 = 1039.97 Kp/cm 2 = 104 N/mm 2 < 118.2 N/mm 2 65.18
76
Cálculo de los tr avesaños C o m o s e h a i n d i c a d o e n e l c a l c u l o d e e s p e s o r d e v i d r i o , e l p e s o d e l a c r i s t a l a m i e n to e s d e 12 0 K g . Por es té t ica li m i ta r e mo s l a fl e c ha má x i ma d e lo s tr aves a ñ o s a 3 m m .
P/2
P/2
1.200 120
120 Figur a 70
Lu e go
I=
pa 12 Ef
(
)
120 ⋅ 12 ⋅ 3 ⋅ 120 2 − 12 2 ⎛3 2 2⎞ 4 − = = 6.08 cm 4 L a ⎜ ⎟ ⋅ ⋅ 4 12 700 . 000 0 . 3 ⎝ ⎠
Po d em os u t ili z a r e l p e r fi l e nc o ntr a d o s e g ún ca tá lo g o (ver p á g . 79, ref 10165), cuyo s va lo res s o n: I y y = 8 . 5 2 cm 4 = 8 .5 2 10 4 mm 4 W y y = 3 . 27 cm 3 = 3 .27 10 3 m m 3 Solo nos queda la comprobación de los ELS y los ELU ELS: Se cumplen pues to que hemos par tido de la flecha aceptada como imposición. Con la nueva inercia ob te n e m o s el va l o r d e 2 .1 mm < 3 mm . E LU : d e b e m o s c o m p r o b a r l a s e c c i ó n d e l p e r f i l y v e r i f i c a r q u e l a te n s i ó n d e c á l c u l o s e a i n f e r i o r a l a te n s i ó n a d m i s i b l e d e l m a te r i a l , e s d e c i r :
M* ≤ σ * adm W donde: M*=
γsM
= 1. 35 M = 1.3 5 * 12 * P / 2 = 1.3 5 * 12* 60 = 972Kp cm
sie n d o
σ*adm =
σ adm 1300kp / cm 2 130 N / mm 2 = = = 118 .2 N / mm 2 γM 1.10 1.10
γ s = c o e f i c i e n te d e m ayo r a c i ó n d e l a s c a r g a s γ M = c o e f i c i e n te d e m i n o r a c i ó n d e l m a te r i a l W yy = 3 . 27 cm 3 = 3 .27 10 3 mm 3 Igualmente comprobamos si se cumple la hipótesis:
σ=
97 2 = 2 97 Kp / c m 2 = 2 9 .7 N / mm 2 < 118. 2 N /m m 2 3 . 27
77
Bases de proyecto X
X’ IXX’: en cm 4 IXX’: en cm 3 V
52
0.690 ml
1698.8 cm 4 114.7 cm 3
Tubo acero 140 x 40 x 4 70 x 40 x 4
4439.99 cm 4 336.45 cm 3
190
10257
0.590 ml
706.12 cm 4 65.58 cm 3
Tubo acero 120 x 40 x 4 40 x 40 x 4
2092.57 cm 4 202.19 cm 3
180
10159
0.570 ml
589.52 cm 4 58.87 cm 3
Tubo acero 120 x 40 x 4 40 x 40 x 4
1974.97 cm 4 197.41 cm 3
160
10256
0.530 ml
504.95 cm 4 50.64 cm 3
Tubo acero 120 x 40 x 4
1065.62 cm 4 117.69 cm 3
150
10255
0.510 ml
403.44 cm 4 44.64 cm 3
Tubo acero 120 x 40 x 4
964.11 cm 4 113.04 cm 3
140
10158
0.490 ml
298.30 cm 4 37.56 cm 3
Tubo acero 120 x 40 x 4
858.97 cm 4 107.75 cm 3
120
10157
0.450 ml
181.89 cm 4 27.87 cm 3
Tubo acero 100 x 40 x 4
528.96 cm 4 77.98 cm 3
110
10254
0.430 ml
152.65 cm 4 24.69 cm 3
Tubo acero 80 x 40 x 4
347.02 cm 4 56.98 cm 3
100
10169
0.410 ml
116.05 cm 4 20.95 cm 3
Tubo acero 80 x 40 x 4
310.42 cm 4 53.70 cm 3
90
10253
0.390 ml
93.13 cm 4 17.80 cm 3
Tubo acero 60 x 40 x 4
186.07 cm 4 36.37 cm 3
80
10156
0.370 ml
61.65 cm 4 13.41 cm 3
Tubo acero 60 x 40 x 4
154.59 cm 4 32.13 cm 3
10155
0.330 ml
30.99 cm 4 8.84 cm 3
Tubo acero 40 x 40 x 4
64.20 cm 4 17.12 cm 3
10252
0.310 ml
22.42 cm 4 6.83 cm 3
Tubo acero 20 x 40 x 2
26.71 cm 4 8.34 cm 3
10166
0.290 ml
12.11 cm 4 4.53 cm 3
Tubo acero 20 x 40 x 2
16.40 cm 4 5.85 cm 3
10165
0.250 ml
2.24 cm 4 1.28 cm 3
20
10160
60
Inercia con refuerzo
50
Inercia sin refuerzo
40
240
Referencia Perimetro
78
Y’
IYY’: en cm 4 IYY’: en cm 3 V
52
Y
20
40
50
60
80
90
100
110
Referencia
10165
10166
10252
10155
10156
10253
10169
10254
Inercia sin refuerzo
8.52 cm 4 3.27 cm 3
14.24 cm4 5.48 cm3
16.87 cm4 6.49 cm3
19.09 cm4 7.34 cm3
24.17 cm4 9.29 cm3
27.20 cm4 10.46 cm3
32.82 cm4 12.62 cm3
35.73 cm4 13.74 cm3
Tubo acero Tubo acero Tubo acero Tubo acero Tubo acero Tubo acero 20 x 40 x 2 20 x 40 x 2 40 x 40 x 2 60 x 40 x 2 60 x 40 x 2 80 x 40 x 2 27.5 cm 4 30.1 cm 4 52.3 cm 4 73.0 cm 4 76.0 cm 4 96.3 cm 4 10.6 cm 3 11.6 cm 3 20.1 cm 3 28.1 cm 3 29.2 cm 3 37.5 cm 3
Tubo acero 80 x 40 x 2 100.2 cm 4 38.5 cm 3
Inercia con refuerzo
120
140
150
160
180
190
Referencia
10157
10158
10255
10256
10159
10257
Inercia sin refuerzo
38.37 cm4 14.76 cm3
46.80 cm4 18.00 cm3
52.98 cm4 19.99 cm3
56.18 cm4 21.61 cm3
63.74 cm4 24.52 cm3
66.80 cm4 25.69 cm3
Inercia con refuerzo
Tubo acero Tubo acero Tubo acero Tubo acero Tubo acero Tubo acero 100 x 40 x 4 120 x 40 x 4 120 x 40 x 4 120 x 40 x 4 120 x 40 x 4 120 x 40 x 4 40 x 40 x 4 40 x 40 x 4 118.4 cm4 142.5 cm4 147.7 cm4 151.9 cm4 201.1 cm 4 204.2 cm 4 45.6 cm3 54.8 cm3 56.8 cm3 58.4 cm3 77.4 cm 3 78.5 cm 3
79
Fachadas ventiladas, respirantes y fotovoltaicas
81
Fachadas ventiladas, respirantes y fotovoltaicas Actualmente se está extendiendo el uso de fachadas acristaladas par a los revestimientos, con la finalidad d e b u s c a r u n a n u eva fo r m a d e e m b e l l e c e r e l e d i f i c i o , d a r u n i fo r m i d a d , s e n s a c i ó n d e l i b e r t a d y a p o r t a r al mismo tiempo gran cantidad de luz natural. Pero este tipo de fachadas presenta algunos inconvenientes derivados de las pérdidas de energía y aislamiento. Las fachadas ventiladas, a diferencia de las conven c i o n a l e s , s e b a s a n e n e l a l e j a m i e n to e n t r e e l p a r á m e t r o ex te r n o y e l i n te r n o , q u e p r o p o r c i o n a g r a n d e s ventajas advenidas de la economía de energía ligadas al confor t térmico. Pa r a r e d u c i r l a c a n t i d a d d e e n e r g í a c o n s u m i d a d e b i d a a l a c l i m a t i z a c i ó n y a u m e n t a r e l c o n fo r t té r m i c o d e l e d i f i c i o e s n e c e s a r i o e s t u d i a r y o p t i m i z a r e l d i s e ñ o d e c a d a fa c h a d a , u t i l i z a n d o l a s m á s n ove d o s a s herramientas ( análisis de cálculo numérico ) y los materiales adecuados. El sistema de fachadas es muy novedoso y generalmente están formadas por dos muros cor tina o un muro cor tina en el exterior y otro tipo de cerramiento en el interior. La fachada ventilada proporciona protección y mejor a el confor t térmico, gr acias a la cámara de aire que queda entre muros, diseñada especialmente para aumentar el aislamiento térmico y/o acústico. E l a i r e d e l a c á m a r a ve n t i l a l a fa c h a d a y r e d u c e l a c a n t i d a d d e e n e r g í a d e l i n te r i o r. S e p u e d e e fe c t u a r diferentes tipos de ventilación, utilizando diver sos tipos de materiales en la fachada interior, manteniendo la fachada exterior uniforme. L a p a r te i n te r i o r d e b e s e r c o n s t i t u i d a p o r m a te r i a l e s a i s l a n te s y m a te r i a l e s a b s o r b e n te s . E s c o nve n i e n te también colocar cor tinas en el interior de la cámara para reducir el máximo posible la cantidad de energía en la segunda fachada.
Cor tina exterior (opcional) Cor tina interior (opcional) Piel exterior
Zona opaca
1/3 h
Doble acristalamiento
Material aislante
W Figur a 71
82
La ventilación de las fachadas se efectúa por convección natur al, mixta o for zada. La convección natur al s e p r o d u c e p o r “ e fe c to c h i m e n e a ” a c a u s a d e l c a l e n t a m i e n to d e l a i r e , ev a c u a n d o l a e n e r g í a a b s o r b i d a p o r l o s c r i s t a l e s . E n c o n s e c u e n c i a s e r e d u c e l a c o m p o n e n te d e r a d i a c i ó n i n d i r e c t a d e l f a c to r s o l a r y disminuye la temper atur a super ficial del acris talamiento interior. Cuando hablamos de ventilación for zada, se actúa sobre la velocidad de convección, controlando el flujo d e a i r e q u e e n t r a y, p o r t a n to , l a te m p e r a t u r a s u p e r f i c i a l , p u d i e n d o i n c l u s o r e c u p e r a r e n e r g í a té r m i c a por acumulación pasiva o con intercambiador de calor. A m e n u d o s e i n s t a l a d e n t r o d e l a c á m a r a d e a i r e u n a p e r s i a n a o e l e m e n to s d e p r o te c c i ó n s o l a r , q u e p e r m i te v a r i a r s e n s i b l e m e n te e l f a c to r s o l a r, l a t r a n s m i s i ó n l u m i n o s a , l a te m p e r a t u r a s u p e r f i c i a l y e l coeficiente de tr ansmisión térmica, sin tener que variar el vidrio exterior. E l t i p o d e a c r i s t a l a m i e n to p a r a r eve s t i r l a fa c h a d a s e e l i g e s e g ú n l o s r e q u e r i m i e n to s q u e s e ex i j a n , p e r o e s h a b i t u a l u t i l i z a r c r i s t a l e s d e l t i p o semirreflectantes m o n o l í t i c o s , o s e r i g r a f i a d o s , p a r a l a p i e l ex te r i o r, pudiendo jugar con dis tintos tonos par a apor tar una óptima tr ansmisión luminosa y reflejos de imágenes; y un doble acristalamiento en la par te interior, proporcionando al edificio aislamiento acús tico y térmico.
7. 1. A N A L I S I S D E L A FAC H A DA Hay progr amas informáticos que calculan los flujos de energía, teniendo en cuenta tanto el flujo ver tical como el horizontal. Para analizar el flujo de energía de una fachada ventilada se necesita introducir en el programa de sim u lació n u na s e r i e d e d a to s o “ i np uts ” q ue h ay q ue ten er en cuen ta :
Pos i c i ón d el s o l Información meteorológica
Te mper atur a ambiente Ra d i a c ió n s o la r Ve l o c i d a d d el vien to Dirección del viento Humedad relativa
Geometría y propiedades te rmofísicas de los elementos de la fachada Datos del canal del aire
T i p o d e c o nve c c i ó n ( n a t u r a l , m i x t a o fo r z a d a ) T i p o d e c a n a l ( a b i e r to , c e r r a d o ) Te mp e r a tur a d el a ire in terio r
Datos del canal del aire
Te mp e r a tur a d el a ire en el in terio r d e la fa ch a d a o ed if icio Te mper atur a de las paredes interiores Te mper atur a en cada zona de la fa chada
Datos del interior
Te mp e r a tur a d el a ire en el in terio r d e la fa ch a d a o ed if icio Te mper atur a de las paredes interiores
D atos d e s a lid a
Te mper atur a en cada zona de la fa chada Fl u j o d e ca lo r Max. Min. y valor medio de las temper atur as Todos los valores pueden ser instantáneos o en función del tiempo
83
Fachadas ventiladas, respirantes y fotovoltaicas El flujo de ca lor y e l b a l a n ce d e e n e rg í a d e l a fa c h a d a s e m u e s t r a e n l a f i g u r a s i g u i e n te :
AEG
Te
FOG
NSR
TSR
OCC
ICC
OT R
Ti
FIG
ITR TSE
Figur a 72
E l f l u j o d e c a l o r ex te r i o r o g a n a n c i a ex te r i o r, F O G ( Fa c a d e O u t d o o r G a i n s ) , e s t á fo r m a d o p o r e l f l u j o de co nve cció n ( O C C ) , d e r a d i a c i ó n ( OT R ) y la g a n a n cia s o la r ( NSR ):
FOG = NSR + OCC + OTR NS R r ep r e sen t a ex a c ta me nte l a r a d i a c i ó n s o la r in cid en te m en o s la p o rció n ref leja d a p o r la fa ch a da. L a g a n a n c i a i n te r i o r, F I G ( Fa c a d e I n d o o r G a i n s ) , e s t á fo r m a d a p o r l a c o n t r i b u c i ó n d e l a r a d i a c i ó n s o l a r ( T S R ) , r a d i a c i ó n tér m i c a ( I TR ) y l a c o nve cció n d el ca lo r tr a n s m itid o ( I C C ):
FIG = TSR + ITR + ICC La energía almacenada por todos los elementos de la fachada, TSE, la obtendremos haciendo el balance global mediante la expresión:
FO G = F I G + T S E + A E G Siendo AEG la ganancia del aire del canal. C u a n d o s e t r a t a d e r e d u c i r l a g a n a n c i a i n te r i o r F I G , s e s u e l e h a b l a r d e l a g a n a n c i a to t a l o n e t a , l l a m a d a P FIG, y p o r lo ta nto ex i s ti r á una c o m p o ne n te n eg a tiva p a r a eq uilib r a r el b a la n ce:
FIG = PFIG - NFIG La energía que se tiene que compensar mediante los apar atos de aire acondicionado es PFIG. Para comparar los diferentes modelos y estudios de las fachadas se utiliza el parámetro
ηi p ,
que compara la ganancia interior respecto la radiación solar incidente ( I ), y se define con la expresión: η i p Cu an to m e no r s e a e l p a r á me tr o η i p , mejo r s er á el d is eñ o d e la fa ch a d a .
84
=
PFIG I
7. 2 . T I P O LO G Í AS L o s c a s o s m á s t í p i c o s y e s t u d i a d o s e n c o n d i c i o n e s e s t á n d a r s o n l o s s i g u i e n te s : Ca s os c on ve n t i l a c i ó n
1 C a s o e s t á n d a r ( ve r f i g u r a ) 2 C a s o e s t á n d a r p e r o to d a s l a s fa c h a d a s a c r i s t a l a d a s ( s i n z o n a s o p a c a s ) 3 Caso estándar con una cor tina en el canal, tapando la mitad del área 4 C a s o e s t á n d a r c o n u n 5 0 % d e z o n a o p a c a e n l a p i e l i n te r i o r 5 Caso estándar con un 50% de zona opaca con paneles tipo TIM* C a s os s i n ve n t i l a c i ó n
1 Caso estándar con el canal cerrado 2 Fa c h a d a c o nve n c i o n a l ( s i n c a n a l d e a i r e ) fo r m a d a p o r u n d o b l e a c r i s t a l a m i e n to , m a n te n i e n d o c o m o e l c a s o e s t á n d a r, u n v i d r i o m o n o l í t i c o s e m i r r e f l e c t a n te y u n v i d r i o a i s l a n te e n e l i n te r i o r.
3 Fachada convencional formada por una ventana y zona opaca. La ventana está formada por doble a c r i s t a l a m i e n to y l a z o n a o p a c a e s i g u a l q u e e n e l c a s o e s t á n d a r d e l a f i g u r a .
4 Fa c h a d a c o nve n c i o n a l c o n u n a z o n a o p a c a fo r m a d a p o r p a n e l e s t i p o T I M y u n a ve n t a n a . I g u a l q u e e n e l c a s o a n te r i o r p e r o l a z o n a o p a c a s e s u s t i t u ye p o r p a n e l e s t i p o T I M .
5 Fachada convencional, formada por una zona con panel tipo PCM y una ventana. Igual que el caso an ter ior p ero s e s us ti tu ye l a z o na o p a ca p ero co n un p a n el tip o PCM.
Fa c h a d a c o n v e n c i o n a l
Te
Fa c h a d a c o n d o b l e acristalamiento
Te
Fa c h a d a c o n c a n a l cerrado
Te Ti
Ti
Figur a 73
85
Ti
Fachadas ventiladas, respirantes y fotovoltaicas TIM ( Transparent Isulation Materials ): clase de panel formado por 0.04m de material, situado entre dos láminas de vidrio de 4mm, de carac terísticas: Factor d e t r an s m i s i ó n
π = 0 .8 5
Absorbancia
α = 0 .0 8
Emisividad
ε = 0.84
C o n d u c t i v i d a d tér m i c a
C p = 477 J / K g K
C o n d u c t i v i d a d tér m i c a
κ = 14 .9 W / mK
σ = 608
kg / m 3
Calo r es p e c í fi c o
C p = 14 2 6 J / Kg K
C o n d u c t i v i d a d tér m i c a
κ = 0 .2 2 W / m K
Calo r l a te nte Te mper atur a de fusión
Hoja interior para mantenimiento Silicona estructural
ε = 0 .9
El PCM tiene unos 0.05m de espesor y está for m a d o p o r u n m a ter i a l q u e t i e n e l a s c a r a c t e r í s t i c a s sigu ie nte s : De ns i d a d
Pieza de seguridad
σ = 7.9 0 0 kg / m 3
Calo r es p e c í fi c o
Emisividad
Estructura por tante
κ = 0 .1 W / mK
PCM ( Phase Change Materials ): clase de p a n e l fo r m a d o p o r u n m a te r i a l e n s a m b l a d o entre dos láminas de acero pintadas de negro de car acte r ís t ic a s : De ns i d a d
Membrana respirante
Junquillo
Junta de acristalamiento Vidrio exterior
Protección solar
L = 0 .9
Vidrio interior
T m = 19 .5 º C Figur a 74
E s te t i p o d e p a n e l e s s e u t i l i z a n p a r a a c u m u l a r e n e r g í a e n e l c a n a l d e fo r m a p a s i va . Del estudio de los diferentes casos se concluye que, en primer lugar, la elección del tipo de vidrio es funda mental, pero puede per feccionar se combinando zonas opacas, mediante canales ventilados o paneles tipo TIM o PCM.
7. 3. FAC H A DAS R ES P I R A N T ES Y FAC H A DAS V E N T I L A DAS A par te de las tipologías distinguidas según el método y material utilizado par a su construcción, nos refe rimos a las fachadas ventiladas o respir antes en función del sis tema de acondicionamiento de la cámar a interior.
86
Exterior
Interior
Exterior
Interior
Ti
Ti
Te
Te Abrir para mantenimiento
Orificio de respiración
Figur a 75
Figur a 76
S e l l a m a n f a c h a d a s r e s p i r a n te s a q u e l l a s q u e s e
A d i fe r e n c i a , l a s f a c h a d a s v e n t i l a d a s t i e n e n u n a
caracterizan por estar constituidas por una cámara
c á m a r a d e a i r e to t a l m e n te a b i e r t a a l ex te r i o r, p o r
de dimensiones restringidas, de manera que sólo
d o n d e c i r c u l a e l a i r e l i b r e m e n te , l o c u a l r e q u i e r e
existe una membrana que iguala la presión exterior
m ayo r m a n te n i m i e n to . U n a d e l a s ve n t a j a s d e l a s
e i n te r i o r d e c á m a r a y ev i t a r a s í c o n d e n s a c i o n e s .
ventiladas es que se consiguen mayores coefi -
L a p r i n c i p a l ve n t a j a e s q u e n o r e q u i e r e n m a n te n i -
c i e n te s tér m i c o s e n ver a n o e i nv i e r n o .
m i e n to e n e l i n te r i o r d e l a c á m a r a .
E n r e su m en , s e e nu nc i a e n l a s i g ui e nte tab la s us ca r a cterís tica s es en cia les : Fa c h a d a s r e s p i r a n te s
Fac had as vent ilad as
Te c n o l o g í a d e fa b r i c a c i ó n e l eva d a
S i m p l e s d e fa b r i c a r
N o t ien e m an te ni mi e nto
N eces ita n lim p iez a reg ula r
Tem p e r a t u r a i n te r i o r e l eva d a
Tem p er a tur a s in terio res in ferio res
B u e n a i s l a m i e n to tér m i c o y a c ú s t i c o
B u e n a i s l a m i e n to tér m i c o y a c ú s t i c o
P r o te c c i ó n m e d i a n te c o r t i n a s d e p r o te c c i ó n s o l a r
P r o te c c i ó n m e d i a n te c o r t i n a s d e p r o te c c i ó n s o l a r p e r o s u j e t a s a m a n te n i m i e n to
87
Fachadas ventiladas, respirantes y fotovoltaicas 7. 4. FAC H A DAS FOTOVO LTA I CAS El concepto de desarrollo sostenible y la cultura medioambiental giran en torno de temas como la preocu pación por la extinción de los recursos fósiles. Las energías renovables, además de ser limpias e inagotables, concuerdan con el ecosis tema y procur an tal desarrollo sos tenible. La energía solar fotovoltaica es una de las principales tecnologías, aplicadas hoy en día, por su disponibilidad tanto en el ámbito per sonal como indus trial. L a e n e r g í a s o l a r s e p u e d e a p r ove c h a r d e d o s fo r m a s d i s t i n t a s : De forma pasiva: según la orientación del edificio, los materiales utilizados, se aprovechan para aclimatar el edificio y proporcionar luz solar. De forma activa: la energía solar se aprovecha par a la calefacción ( captación de energía térmica ) o bien se genera electricidad. Ac t u a l m e n te e l m é to d o m á s u t i l i z a d o p a r a p r o d u c i r e n e r g í a e l é c t r i c a e s e l q u e p r ov i e n e d e l o s p a n e l e s fotovoltaicos. El interés que tienen hoy muchos arquitectos por la captación solar ha desarrollado nuevas te n d e n c i a s y ava n z a d a s te c n o l o g í a s . E l u s o d e p a n e l e s fo tovo l t a i c o s s e e s t á ex te n d i e n d o y s u c o s te e s más r azonable si se plantea su uso en una vivienda o edificio en la fase de proyecto. L o s s i s te m a s fotovo l t a i c o s s o n p e r fe c t a m e n te i n te g r a b l e s e n u n a fa c h a d a l i g e r a y c u b i e r t a s .
Principio de la gener ación de la ener gía fo tovolt aica Las células fotovoltaicas es tán formadas por materiales semiconductores ( silicio ) los cuales tr ansforman l a r a d i a c i ó n s o l a r q u e r e c i b e n e n e l e c t r i c i d a d . E s t a s c é l u l a s s e a g r u p a n fo r m a n d o p a n e l e s o m ó d u l o s f o to v o l t a i c o s , c o n e c t a d o s e n t r e s í d e m a n e r a q u e c r e a n u n g e n e r a d o r f o to v o l t a i c o . N o r m a l m e n te s e protegen con un vidrio y tienen una super ficie entre unos 0.5 y 1m 2 . E x i s te n va r i o s t i p o s d e c é l u l a s : M on oc ri s ta l i na s : s o n c o s to s a s d e fa b r i c a r p ero s e o b tien e un b uen ren d im ien to en erg ético . Policristalinas: son menos costosas que las anteriores, por no ser puras, y en consecuencia su rendimiento es m e n o r. Amor fas: son más económicas que las anteriores pero tienen una vida útil muy cor ta y el rendimiento no es m u y alto . La s fach ad as q ue i nc o r p o r a n s i s te ma s fotovo lta ico s p res en ta n g r a n d es ven ta ja s : S e p u e d e n i n s t a l a r e n l a s ve n t a n a s , p a n e l e s i n d i v i d u a l e s o e n to d a l a fa c h a d a . Es u n a e n e r gía l i mp i a , r e nova b l e , e c o l ó g i c a e in a g o ta b le. D e fá c i l m o d u l a c i ó n , l a r g a d u r a c i ó n , e s s i l e n c i o s a . Re quiere poco mantenimiento. Ev it a la gr an d e p e nd e nc i a e ne r g é ti c a ex te rn a . N o t i e n e l í m i te s : p u e d e i n s t a l a r s e e n c u a l q u i e r l u g a r. N o h ay p é r d i d a s d e t r a n s p o r te d e e n e r g í a , s e o b t i e n e e n e l m i s m o l u g a r d e c o n s u m o . Las fach ad as in te g r a d a s s us ti tu ye n ma te r i ales d e o b r a p o r lo q ue a h o rr a co s tes d e co n s tr ucció n . C u id an la es té ti c a d e l e d i fi c i o y e l c o ntr o l d e la luz . E l exc e d e n te d e e l e c t r i c i d a d s e r e m u n e r a i nye c t á n d o s e a l a r e d d e l a c o m p a ñ í a e l é c t r i c a .
88
Car acterís ticas L a can t id ad d e e ne r g í a q ue s e p r o d u c e d ep en d e: Del tipo de panel fotovoltaico y área integr ada en la fachada D e l a o r i e n t a c i ó n e i n c l i n a c i ó n d e l a s c é l u l a s : e s n e c e s a r i o p r eve r l a s z o n a s d e s o m b r a q u e a fe c t a a l o s p a n e l e s . Pa r a o p t i m i z a r l a i n s t a l a c i ó n s e d e b e n i n c o r p o r a r, o e n m ayo r n ú m e r o , e n l a fa c h a d a s u r y c o n una inclinación entre 5º y 10º menos que la latitud De la época del año Su peso es aproximadamente de unos 15 kg/m 2 L a e n e r g í a s e g e n e r a d u r a n te to d o e l a ñ o . Au n q u e n o h a g a s o l , l o s p a n e l e s c a p t a n r a d i a c i ó n s o l a r p e r o con un rendimiento menor. Es poco probable su avería. Para la seguridad del usuario la fachada integrada debe incorporar dispositivos tales como magnetotérmicos, diferenciales, pues tas a tierr a de los elementos metálicos, etc. en caso de producir se algún cor tocircuito o descarga eléctrica.
Tipologías Panel de aislamiento
Tubo corrugado std. Columna Alu Tapa Alu + PVC
Canaleta PVC según RBT Cableado Panel fotovoltaico Figur a 77
Panel de aislamiento
Panel fotovoltaico
Pared Figur a 78
89
Normativas
91
Normativas Normas de obligado cumplimiento NBE - AE - 88 NB - CT - 79 NBE - CA - 82 NBE - CPI - 96
“Acciones en la edificación” “Condiciones térmicas de los edificios” “Condiciones acústicas en los edificios” “Reglamento de seguridad con incendios en establecimientos industriales”
S e e n u n c i a n a c o n t i n u a c i ó n a l g u n a s d e l a s n o r m a s p a r a c o n s u l t a , e n r e fe r e n c i a a l a s fa c h a d a s l i g e r a s .
EN 12152: 2001
Fachadas ligeras. Permeabilidad al aire. Requisitos y clasificación
EN 12153: 2000
Fachadas ligeras. Permeabilidad al aire. Método de ensayo
EN 12154: 1999
Fachadas ligeras. Estanquidad al agua. Requisitos y clasificación
EN 12155: 1999
Fachadas ligeras. Estanquidad al agua. Ensayo de laboratorio bajo presión estática
EN 12179: 2001
Fachadas ligeras. Resistencia a la carga de viento. Método de ensayo
EN 12600: 2001
Vidrio para la edificación. Ensayo pendular. Método de ensayo al impacto para el vidrio plano.
prEN 13022 ENV 13050: 2000
Vidrio para la edificación. Acristalamiento con sellante estructural. Parte 1º Fachadas ligeras. Estanquidad al agua. Ensayo de laboratorio bajo presión de aire dinámica y proyección de agua
EN 13051: 2001
Fachadas ligeras. Estanquidad al agua. Ensayo in situ
EN 13116: 2001
Fachadas ligeras. Resistencia a la carga de viento - Requisitos y clasificación
prEN 13119
Fachadas ligeras. Terminología
prEN 13501
Clasificación al fuego de productos de construcción y elementos de edificación
pr EN 13830 prEN 13947: 2000 EN 14019: 2002
Fachadas ligeras. Norma de Producto Fachadas ligeras. Cálculo de la transmitancia térmica. Método simplificado Fachadas ligeras. Resistencia al impacto. Requisitos y clasificación
ENV 1991-1-1: 20001
Eurocódigo 1: Acción sobre las estructuras. Acciones generales. Densidades, propio peso y cargas impuestas.
EN ISO 140 -3: 1995
Acústica. Medición de la atenuación acústica en edificios y de elementos del edificio. Par te 3: Mediciones en laboratorio de atenuación al ruido aéreo de elementos de edificación.
EN ISO 717 -1: 1996
Acústica. Clasificación de la atenuación acústica de edificios y elementos de edificación. Par te 1: atenuación al ruido aéreo en edificios y de elementos interiores del edificio.
Según la norma de producto EN 13830, los ensayos de resistencia dependen unos de otros. Estos ensayos que simulan el compor tamiento de la fachada a la intemperie, deben llevar se a cabo de manera secuencial, co n el or d en sig ui e nte :
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Pe r m e a b i l i d a d a l a i r e . C l a s i f i c a c i ó n E s t an q u id ad a l a g u a b a j o p r e s i ó n e s tá ti ca , p a r a la cla s if ica ció n . Res is te n cia a l a c a r g a d e vi e nto , a p ti tud a l s er vicio Per m eab ilid a d a l a i r e , r e p e ti c i ó n E s t an q u id ad a l a g u a , r e p e ti c i ó n Re s i s te n c i a a l a c a r g a d e v i e n to , i n c r e m e n t a d o a favo r d e l a s e g u r i d a d Re s i s te n c i a a l a c a r g a d e v i e n to , i n c r e m e n t a d o a favo r d e l a s e g u r i d a d
No puede realizarse un ensayo si no ha superado e l a n te r i o r. Como resultado de estos ensayos, las fachadas se clasifican según las tablas siguientes:
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Estanquidad al agua
Permeabilidad al aire (A) basada en superficie total Presion máxima
Permeabilidad al aire
P m a x ( Pa)
m 3 /m 2 h
15 0 300 450 600 >600
1. 5 1. 5 1. 5 1. 5 1. 5
Máxima presión de ensayo
Clase
Clase
P ma x ( Pa )
150 300 450 600 >600
A1 A2 A3 A4 AE
R4 R5 R6 R7 RE xx x E = exce p cio n al
E = exc e p c i o na l
C o m o e n s ayo s u p l e m e n t a r i o s e p u e d e r e a l i z a r c u a n d o s e r e q u i e r a u n e n s ayo “ i n s i t u ” p a r a d e te c t a r l o s p u n tos d e f u g a d e a g u a .
Resistencia a la carga de viento No hay clasificación alguna debido a la gran variedad de sistemas estructurales. El resultado de un ensayo puede ser aplicado otr a fachada idéntica a la ensayada.
Re s i s te n c i a a l i m p a c to C l a s i f i c a c i ó n d e i m p a c to exter n o
C l a s i f i c a c i ó n d e i m p a c to i n te r n o Clase de ensayo 0 1 2
Clase de ensayo
Fuerza de impacto
0 1 2 3
0 700 N/m 900 N/m
Ejemplo: fa chada liger a de clase 2/3.
Fuerza de impacto 0 700 N /m 900 N /m 800 N /m
Ensayo “in situ”, es t anqueidad al agua Este ensayo es aplicable a cualquier tipo de elemento relativo a fachadas ligeras. El ensayo consiste en rociar la fachada exterior de un edificio de manera constante y durante un tiempo determinado, de manera que puedan detectar se los posibles puntos de fugas de agua. Para ello se necesita una barra de proyección de agua con boquillas dispuestas como máximo a unos 400 mm entre ellas y de manera que proyecten el chorro de agua en dirección perpendicular a la fachada. La barra debe distanciarse al menos unos 250mm de la cara exterior de la fachada. El chorro de agua debe progresar desde abajo hacia arriba del edificio, con un caudal constante durante 30 minutos, equivalente a 5l/min por metro de barra ( precisión de 10% ). Se necesita un dispositivo para mantener el caudal de agua constante con una presión de 2 a 3 bar, y un dispositivo para medir el caudal con una precisión del 10%. El agua debe ser limpia. Durante el ensayo se deben señalar los puntos de fuga. Una vez terminado se ensaya de nuevo durante un período de 30 minutos. Si después de realizar el ensayo completo siguen habiendo fugas, se debe realizar el ensayo señalado en el anexo A de la norma EN 13051: 2001. En otros casos si se requiere, se puede efectuar un ensayo más riguroso añadiendo una presión de aire, de acuerdo con la norma EN 12155.
93
Norma Básica de la Edificación NBE-AE/88 Acciones en la Edificación
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Capítulo I. Generalidades. 1.1. Ámbito de aplicación de la Norma
de ellas a los organismos que visaron formal o técnicamente el proyecto. El director de obra dará conocimiento de los valores adoptados al aparejador o, en su caso, al técnico ayudante, y al constructor de la obra, y dará las órdenes precisas para que durante la obra no se rebasen estos valores.
La norma NBE-AE/88, se aplicará en el proyecto y en la obra de toda edificación, cualquiera que sea su clase y destino.
1.2. Aplicación de la norma en los proyectos 1.4. Clasificación de las acciones
E l a r q u i te c to o e n l o s c a s o s p r ev i s to s e n l a legislación el técnico autor del proyecto de una edificación, está obligado a conocer y a tener en cuenta la Norma, pero puede, bajo su personal responsabilidad, adoptar valores de acciones y reacciones diferentes de los marcados en ella. En la Memoria del proyecto figurará un apartado con el título: "Acciones adoptadas en el cálculo", en el que detallar á todos los valores que ha aplicado en el cálculo de cada uno de sus elemen tos resistentes y de su cimentación, reseñando explícitamente que se ajustan a lo prescrito en la Norma, o en su caso, justificando por qué se apartan. Los Colegios Profesionales u otros organismos, para extender visado formal de un proyecto com probarán qué en su Memoria figura el apartado antes indicado. Los organismos que extiendan visado técnico de un proyecto comprobarán, además, que lo rese ñado en dicho apartado se ajusta a la Norma.
Las acciones que en general actúan en los edificios son las que se definen a continuación. En casos especiales puede ser preciso tener en cuenta acciones de otra clase. 1.4.1. Acción gravitatoria. Es la producida por el peso de los elementos constructivos, de los obje tos que puedan actuar por razón de uso, y de la nieve en las cubiertas. En ciertos casos puede ir acompañada de impactos o vibraciones. De ella se trata en los Capítulos 2, 3 y 4. 1.4.2. Acción del viento. Es la producida por las presiones y succiones que el viento origina sobre las superficies. De ella se trata en el Capítulo 5. 1.4.3. Acción térmica. Es la producida por las deformaciones debidas a los cambios de tempera tura. De ella se trata en el Capítulo 6.
1.3. Aplicación de la Norma en las obras
1.4.4. Acción reológica. Es la producida por las deformaciones que experimentan los materiales en el transcurso del tiempo por retracción, fluencia bajo las cargas u otras cosas. De ella se trata en el Capítulo 6.
El arquitecto, o en los casos previstos en la legislación el técnico director de obra, está obli gado, si no es autor del proyecto, a comprobar lo que figura en el apartado "Acciones adoptadas en el cálculo" de la Memoria del proyecto. En caso de no estar conforme deberá redactar las precisas modificaciones de proyecto, y dar cuenta
1.4.5. Acción sísmica. Es la producida por las aceleraciones de las sacudidas sísmicas. De ella se trata en la vigente Norma Sismorresistente.
95
1.4.6. Acción del terreno. Es la producida por el empuje activo o el empuje pasivo del terreno sobre las partes del edificio en contacto con él. Se de sarrolla en los Capítulos 8 y 9.
Acciones térmicas y reológicas. (Capítulo 6). Caso III. (Cuando sea preciso según la Norma Sismorresis tente). Concargas, sobrecargas de uso y de nieve y asientos de apoyo (con los valores que, combi nados con los siguientes, produzcan los efectos más desfavorables). Empujes del terreno, aumentados en el 25 por 100.
1.5. Simultaneidad de las acciones* En el cálculo de una estructura se consideran los casos de carga que se indican a continuación, detallando las acciones que se incluyen en cada uno de ellos.
Acciones del viento, reducidas en el 50 por 100. Acciones térmicas y reológicas, reducidas en el 50 por 100. Acciones sísmicas (Norma Sismorresistente).
CASO I. Concargas. (Capítulo 2). Sobrecargas de uso. (Capítulo 3, con las precisas hipótesis de alternancia según el artículo 3.8.). Sobrecargas de nieve. (Capítulo 4). Asiento de apoyo (si, de acuerdo con el Capítulo 8, deben considerarse). Empujes del terreno. (Capítulo 9).
Las tensiones admisibles, y / o los coeficientes de seguridad, aplicables en cada uno de los tres casos serán los que indiquen en las Normas para el cálculo de estructuras de los diferentes materia Ies.
CASO II. Todas las del caso I (con los valores que, combi nados con los siguientes, produzcan los efectos más desfavorables). Acciones del viento. (Capítulo 5).
1.6. Notaciones Las notaciones empleadas en la Norma se deta llan en la Tabla 1.1.
*Para estructuras de acero laminado consúltese la NBE - MV 103 -1972 "Cálculo de las estructuras de acero laminado en edificación". * Para estructuras de hormigón armado consúltese la vigente EH "Ins trucción para el proyecto y la ejecución de obras de hormigón en masa o armado ". *Para estructuras de hormigón pretensado consúltese la vigente EP " Ins trucción para el proyecto y la ejecución de obras de hormigón pretensa do ".
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Capítulo II. Acciones gravitatorias 2.1. Clasificación de las cargas
Para materiales de construcción pueden tomarse los valores consignados en la Tabla 2.1, para materiales almacenables los de la Tabla 2.2, y para líquidos los de la Tabla 2.3.
La carga producida por los pesos que gravitan sobre un elemento resistente, o una estructura, se descompone en concarga y sobrecarga.
2.3. Determinación de la carga permanente
2.1.1. Concarga. Es la carga cuya magnitud y posición es constante a lo largo del tiempo, salvo el caso de reforma del edifico. Se descompone en peso propio y carga permanente.
En el proyecto de cada elemento resistente se considerarán las cargas debidas a los pesos de todos los elementos constructivos que gravitan permanentemente sobre él: muros, pisos, pavimentos, guarnecidos, etc.; los tabiques, en los casos que se indican en el ar tículo 3.3; las instalaciones fijas; etc.
2.1.2. Peso propio. Es la carga debida al peso del elemento resistente. Constituye parte de la con carga. 2.1.3. Carga permanente. Es la carga debida a los pesos de todos los elementos constructivos, insta laciones fijas, etc., que soporta el elemento. Cons tituye parte de la concarga.
El peso de los elementos constructivos se calcu lará como se indica en el ar tículo 2.2, compo niendo el de sus diversas par tes cuando sean heterogéneas, y tomando el peso específico apa rente que corresponda a las condiciones más desfavorables, por ejemplo, el del material húmedo en los elementos expuestos a la intemperie.
2.1.4. Sobrecarga. Es la carga cuya magnitud y/o posición puede ser variable a lo largo del tiempo. Puede ser: de uso o de nieve. 2.1.5. Sobrecarga de uso. Es la sobrecarga debida al peso de todos los objetos que puedan gravitar por el uso, incluso durante la ejecución.
Para los casos más frecuentes de fábricas y macizos pueden utilizarse los pesos por unidad de volumen consignados en la Tabla 2.4, y para los de otros elementos constructivos, los pesos por uni dad de superficie de la Tabla 2.5.
2.1.6. Sobrecarga de nieve. Es la sobrecarga debida al peso de la nieve sobre las superficies de cubierta.
2.2. Determinaciones de pesos 2.4. Determinación del peso propio
La determinación del peso de un cuerpo homogéneo se hará, en general, multiplicando su volumen por su peso específico aparente.
El peso propio de un elemento resistente, cuyas dimensiones van a determinarse en el cálculo, se estimará inicialmente, pudiendo para ello utilizarse tablas o fórmulas empíricas, o datos de estructuras construidas de características semejantes.
El volumen se calculará geométricamente en función de sus dimensiones. El peso específico aparente se determinará experimentalmente en los casos en que sea preciso.
Con las dimensiones calculadas se determinará el
97
peso propio real del elemento, y se rectificarán, si es preciso, los cálculos basados en la estimación.
Tabla 1.1 Notaciones empleadas en la norma Símbolo Dimensión a ag b c d e f g h k n
LT−2 LT−2 L − L − L FL−2 L − −
p PH PN PV q t u v w y z zo A G P PH PV Q α
FL−2 FL−2 FL−2 FL−2 FL−2 L L FL−2 LT−2 L L L L2 F F F F F −
β γ γa γ’
− FL−3 FL−3 FL−3
δ
−
χ λH λV ϕ
FL−2 − − −
2.5. Empujes de materias almacenadas
Descripción
Los empujes de las materias almacenadas sobre las paredes de depósitos o silos se calcularán por los métodos que se indican en los artículos 9.3 y 9.6, que sirven tanto para terrenos como para materias almacenadas.
Aceleración Aceleración de la gravedad Anchura Coeficiente eólico Canto de una sección Base de los logaritmos neperianos Profundidad del nivel freático Concarga unitaria Altura Factor eólico de esbeltez Índice de huecos de un terreno en % Sobrecarga unitaria. Presión Presión horizontal Presión normal a una superficie Presión vertical Carga unitaria Grueso Perímetro de una sección Velocidad del viento Presión dinámica del viento Profundidad de un empuje Profundidad Profundidad Área de una sección Concarga aislada Sobrecarga aislada. Empuje Empuje horizontal Empuje vertical Carga aislada Angulo de una cubierta. Angulo de incidencia del viento Angulo de talud de un terreno Peso específico aparente Peso específico aparente del agua Peso específico virtual de un te rreno anegado Angulo de rozamiento entre terreno (o material) y muro Cohesión de un terreno Coeficiente de empuje horizontal Coeficiente de empuje vertical Angulo de rozamiento interno
El peso específico aparente γ y el ángulo de rozamiento interno ϕ del material almacenado se determinarán experimentalmente cuando sea preciso, pudiendo utilizarse los valores de la Tabla 2.2. El ángulo de rozamiento entre material y pared δ, se tomará en general con valor no superior 2 aδ = ϕ , debiendo tenerse en cuenta que en el 3 vaciado de depósitos o silos el rozamiento puede anularse.
98
Tabla 2.1 Peso específico de materiales de construcción Material
A.
Tabla 2.2 Carcterísticas de materiales almacenables
Peso específico aparente kg/m3
Material
Peso específico Angulo de aparente rozamiento kg/m3 interno
Rocas A. Materiales de construcción
Arenisca Arenista porosa y caliza porosa Basalto, diorita Calizas compactas y mármoles Granito, sienita, diabasa, pórfido Gneis Pizarra de tejados
2.600 2.400 3.000 2.800 2.800 3.000 2.800
Arena Arena de pómez Cal en polvo Cal en terrón Cascote o polvo de ladrillo Cemento en sacos Cemento en polvo Cenizas de coque Clinker de cemento Escoria de Altos Hornos (granulada) Escoria de Altos Hornos (troceada) Grava Yeso y escayola
B. Piedras artificiales Adobe Amiantocemento Baldosa cerámica Baldosa de gres Baldosa hidráulica Hormigón Ládrillo cerámico macizo Ladrillo cerámico perforado Ladrillo cerámico hueco Ladrillo de escorias Ladrillo silicocalcáreo
C.
1.600 2.000 1.800 1.900 2.100 2.200 1.800 1.400 1.000 1.400 1.900
B.
Maderas resinosas: Pino, pinabete, abeto Pino tea, pino melis
600 800
C.
Castaño, roble, nogal D.
800
Metales
Acero Aluminio Bronce Cobre Estaño Latón Plomo Zinc
7.850 2.700 8 .500 8.900 7.400 8.500 11.400 7.200
D. E.
Alquitrán Asfalto Caucho en plancha Linóleo en plancha Papel Plástico en plancha Vidrio plano
1.200 1.300 1.700 1.200 1.100 2.100 2.600
99
25° 40° 40° 25°
800 1.300 400 500
30° ----45° 45°
1.000 700 1.200 850 200 400 700 250 150
45° 25° 0° 30° 45° 45° 35° 45° 45°
450 750 650 800 800 500 170 750 750 400 750
30° --35° 25° 35° 25° 45° -----30° 25° 45° 30°
300 750 550 750
40° 30° 30° 25°
1.200 900 1.800 1.200 800 900 3.000 2.700 1.400 1.200
40° --30° 45° 45° 45° 30° -40° 45° 45° 40°
Otras materias
Abonos artificiales Carburo Estiércol apelmazado Estiércol suelto Harina de pescado Hielo Mineral de hierro Pirita Pirita tostada Sal común
Materiales diversos
1.100 1.500 1.700 1.250
Productos agrícolas
Avena Azúcar Cebada Centeno Guisantes Harina y salvado Heno prensado Judías Maíz Malta triturada Patatas Remolacha azucarera desecada y cortada Remolacha, nabos o zanahorias Sémola Trigo
Maderas frondosas:
30° 35° 25° 45° 35° ----25° 25° 30°
Combustibles
Briquetas de lignito, amontonadas. Briquetas de lignito, apiladas Carbón de leña en trozos Coque de hulla Hulla en bruto, con humedad de mina Hulla pulverizada Hulla en residuos de lavadero Hulla en otras formas Leña en astillas Leña troceada Lignito Serrín de madera asentado Serrín de madera suelto
Maderas
1.500 700 1.000 1.000 1.300 1.600 1.200 700 1.500
Tabla 2.3
Tabla 2.5
Peso específico de líquidos
Peso elementos constructivos
Material
Aceite de creosota Aceite de linaza Aceite de oliva Aceite de ricino Aceite mineral Acetona Acido clorhídrico al 40% Acido nítrico al 40% Acido sulfúrico al 50% Agua Alcohol etílico Anilina Bencina Benzol Cerveza Gasolina leche Petróleo Sulfuro de carbono Vino
Peso específico kg/m3
Peso kg/m2
1.100 940 920 970 930 790 1.200 1.250 1.400 1. 000 800 1.040 700 900 1.030 750 1.030 800 1.290 1.000
A.
Tabiques (sin revestir)
Tabique de rasilla (3 cm). Tabique de ladrillo hueco (4,5 cm) . Tabicón de ladrillo hueco (9 cm) . Tabicón de ladrillo hueco (12 cm) .
B.
Revestimientos (por cm de grueso)
Enfoscado o revoco de cemento Revoco de cal, estuco Guarnecido de yeso
C.
40 60 100 140
20 16 12
Pavimentos
Baldosa hidráulica o cerámica:
Tabla 2.4
Grueso total, incluso relleno: 3 cm. Grueso total, incluso relleno: 5 cm. Grueso total, incluso relleno: 7 cm. Tarima de 2 cm sobre rastrel recibido con yeso Parquet sobre tarima de 2 cm y rastrel Corcho aglomerado sobre tarima de 2 cm. con rastrel Terrazo sobre mortero (5 cm de espesor total) Linóleo o losetas de goma sobre capa de mortero de 2 cm.
Peso de fábricas y macizos Elemento
A.
Sillería
De basalto De granito De caliza compacta o mármol De arenisca De arenisca porosa o caliza porosa B.
1.800 1.500 1.200 2.000
E.
Hormigones
Armado En masa De cascote de ladrillo De escoria
2.500 2.300 1.900 1.600
100
40 80 50
5 15 40 100 50
Materiales de cobertura
Una capa de cartón embreado Dos capas de cartón embreado Pizarra (1/2 vista) Pizarra (1/3 vista) Plancha ondulada de fibroasfalto Plancha ondulada de fibrocemento Plancha de plomo (1,5 mm) Plancha de zinc (1 a 1,2 mm) Teja curva ligera (1,6 kg por pieza) Teja curva corriente (2,0 kg por pieza) Teja curva pesada (2,4 kg por pieza) Teja plana ligera (2,4 kg por pieza) Teja plana corriente (3,0 kg por pieza) Teja plana pesada (3,6 kg por pieza)
1.600 1.300 1.000
30 40
Forjados de cubierta
Enlistonado Tablero de madera de 2,5 cm. Tablero de rasilla (1 hoja) Tablero de rasilla (2 hojas) Tablero de rasilla (1 hoja), tendido de yeso.
Fábrica de bloques
Bloque hueco de mortero (pesado) Bloque hueco de mortero (ligero) Bloque hueco de yeso E.
D. 2.400 2.700 2.600 2.600
Fábrica de ladrillo
Cerámico macizo Cerámico perforado Cerámico hueco Silicocalcáreo cerámico D.
3.000 2.800 2.800 2.600 2.400
Mampostería con mortero
De arenisca De basalto De caliza compacta De granito C.
Peso kg/m3
50 80 110
5 15 20 30 5 15 18 10 40 50 60 30 40 50
Tabla 2.5 (Continuación) Peso de elementos constructivos Peso kg/m2
Dimensiones
F. Pisos Viguetas de madera y entarimado
t
d x b (cm )
2,5 cm 3,0 cm 3,5 cm
16 x 10 20 x 12 24 x 14
t
d x b (cm )
8 cm 10 cm 12 cm
16 x 10 20 x 12 24 x 14
Tablero
d x b (cm )
Tablero de rasilla (3 cm)
16 x 10 20 x 12 24 x 14
60 70 80
Tablero de hueco (4,5 cm)
16 x 10 20 x 12 24 x 14
80 90 100
(2 x 3 + 1 = 7 cm )
16 x 10 20 x 12 24 x 14
120 130 140
Bovedilla
PN (cm)
Bovedilla doble de rasilla
10 16 20 24
130 170 210 250
(3 x 3 + 2 = 11 cm )
16 20 24
200 240 280
Mortero
PN (cm)
Densidad 1.500 Kg/m3
10 16 20
160 260 330
Densidad 1.800 Kg/m3
10 16 20
190 310 390
t
dxa
50
Viguetas de madera y bovedillas de yeso
t
dxb
100 130 160
50
Viguetas de madera y tablero de ladrillo
dxb
40 55 70
Tablero doble de rasilla
50
Viguetas metálicas y bovedillas de ladrillo
(2 x 3 + 1 = 7 cm ) Bovedilla triple de rasilla 70
Viguetas metálicas y mortero ligero
70
Un tablero de rasilla tendido de yeso, como cielorraso, aumenta el peso en 50 kg/m3
101
Tabla 2.5 (Continuación) Peso de elementos constructivos F. Pisos
Peso kg/m2
Dimensiones
(continuación)
Vigueta de hormigón y bovedillas de ladrillo
d
Bovedilla
d (cm)
Bovedilla doble de rasilla
16 20 24
180 220 280
(3 x 3 + 2 = 11 cm )
16 20 24
210 250 290
Bloque
d (cm)
(2 x 3 + 1 = 7 cm )
70
Bovedilla triple de rasilla Un tablero de rasilla tendido de yeso, como cielorraso, aumenta el peso en 50 kg/m 2 Viguetas de hormigón y bloques huecos
Cerámico
16 20 24
100 130 160
De mortero
16 20 24
120 150 180
d
70
Canto d (cm)
Losa de hormigón armado
8 10 12 15 20
d
Canto d (cm)
Bloque
Losa aligerada de hormigón armado
190 240 290 360 480
Cerámico: t = 3 cm
15 20 25
200 230 260
Cerámico: t = 5 cm
15 20 25
240 270 300
De mortero: t = 3 cm
15 20 25
220 250 280
De mortero: t = 5 cm
15 20 25
260 290 320
d
50 - 70
Canto d (cm)
Losa de cerámica armada
d
50 - 60
102
12 15 20
150 180 240
Capítulo III. Sobrecargas de uso 3.1. Sobrecarga de uso Sobrecarga de uso en un elemento resistente es el peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre él por razón de su uso: personas, muebles, instalaciones amovibles, materias almacenadas, vehículos, etc.
Tabla 3.1 Sobrecargas de uso Uso del elemento
A. Azoteas Accesibles sólo para conservación Accesibles sólo privadamente Accesibles al público
3.2. Sobrecarga uniforme en pisos Sobre un piso, la posición de los objetos cuyo peso constituye la sobrecarga de uso es variable e indeterminada en general. Por esta razón se susti tuye su peso por una sobrecarga superficial uni forme, salvo en los casos especificados en los artículos 3.3, 3.4 y 3.5.
B. Viviendas Habitaciones de viviendas Escaleras y accesos públicos Balcones volados
Para cada parte del edificio se elegirá un valor de sobrecarga de uso adecuado al destino que vaya a tener, sin que el valor elegido sea menor que el correspondiente a este uso en la Tabla 3.1. La sobrecarga de uso de un local de almacén se calculará determinando el peso de las materias almacenables con la máxima altura prevista. Puede calcularse con los pesos específicos apa rentes de la Tabla 2.2. No se considerarán nunca incluidos en la sobre carga de uso los pesos del pavimento del piso y del revestido del techo o de cualquier otro ele mento que represente una carga permanente, como el peldañeado de escaleras, que se compu tarán expresamente en la carga permanente.
3.3. Sobrecarga de tabiquería Aunque estrictamente hablando la tabiquería no constituye una sobrecarga, sin embargo, como en la vida de un edificio suele ser objeto de reformas, su peso se calculará asimilándolo a una sobre carga superficial uniforme, que se adicionará a la sobrecarga de uso, siempre que se trate de
100 150 Según su uso 200 300 Según art. 3.5
C. Hoteles, hospitales, cárceles, etc. Zonas de dormitorio Zonas públicas, escaleras, accesos Locales de reunión y de espectáculo Balcones volados
200 300 500 Según art. 3.5
D. Oficinas y comercios Locales privados Oficinas públicas, tiendas Galerias comerciales, escaleras y accesos Locales de almacén Balcones volados
200 300 400 Según su uso Según art. 3.5
E. Edificios docentes Aulas, despachos y comedores Escaleras y accesos Balcones volados
300 400 Según art. 3.5
F. Iglesias, edificios de reunión y de espectáculos Locales con asientos fijos Locales sin asientos, tribunas, escaleras Balcones volados
300 500 Según art. 3.5
G. Calzadas y garajes Sólo automóviles de turismo Camiones
103
Sobrecarga kg/m2
400 1.000
tabiques ordinarios cuyo peso por metro cuadrado no sea superior a 120 kg/m 2 (de ladrillo hueco o de placas ligeras, con guarnecido en ambas caras, de grueso total no mayor de 7 cm.).
Tabla 3.2 Reducción de sobrecargas
Cuando la sobrecarga de uso sea menor de 300 kg/m 2 , la sobrecarga de tabiquería por metro cuadrado de piso que hay que adicionar no será inferior a 100 kg/m 2. Este valor corresponde a una distribución por m 2 de piso de 0,5 m. de tabique de 2,50 m. de altura y peso de 80 kg/m 2. Cuando la sobrecarga de uso sea de 300 ó de 400 kg/m 2, se podrá tomar como sobrecarga adicional de tabiquería la mitad del peso de ésta. Cuando la sobrecarga de uso sea mayor de 400 kg/m 2, no se precisa adicionar el peso de la tabiquería.
Número de pisos que actúan sobre el elemento
Reducción en la suma de sobrecargas %
1,2,3 4 5 6 o más
0 10 20 30
La cubierta se considera como un piso.
Cuando se trate de tabicones de peso superior a 120 kg/m 2 , no se asimilará su peso a una carga superficial uniforme, siendo preciso considerar la correspondiente carga lineal.
3.7. Reducción de sobrecargas En los edificios de varios pisos, incluidos en los apar tados B y C de la Tabla 3.1, se podr á considerar para el cálculo de todo elemento resis tente: jácena, pilar, muro, cimiento, etc., que reciba la carga de varias plantas, la reducción en la suma de las sobrecargas de los elementos cuya carga recibe, que se indica en la Tabla 3.2.
3.4. Sobrecargas aisladas Todo elemento resistente: vigueta, cabio, correa, etcétera, debe calcularse para resistir las dos sobrecargas siguientes, actuando no simultánea mente: a), una sobrecarga aislada de 100 kg. en la posición más desfavorable; b), la parte correspon diente de la sobrecarga superficial de uso según los artículos 3.2 y 3.3.
3.8. Hipótesis de aplicación de sobrecargas
Todo elemento resistente de calzadas y garajes debe calcularse para resistir las dos sobrecargas siguientes actuando no simultáneamente: a), las sobrecargas aisladas originadas por las ruedas de los vehículos en las posiciones más desfavorables; b), la par te correspondiente de la sobrecarga superficial de uso, según Tabla 3.1 G.
Cada elemento de una estructura se calculará con las solicitaciones más desfavorables, que, en muchos casos, especialmente en estructuras hiperestáticas, aparecen al actuar la sobrecarga completa sólo en determinadas par tes de la estructura, estando las demás descargadas.
3.5. Sobrecarga de balcones volados
3.9. Acciones dinámicas
Los balcones volados de toda clase de edificios se calcularán con una sobrecarga super ficial, actuando en toda su área, igual a la de las habitaciones con que comunican, más una sobre carga lineal, actuando en sus bordes frontales, de 200 kg/m.
El elemento que directamente soporta una sobre carga que actúa con impacto se calculará con la sobrecarga multiplicada por un coeficiente de impacto. En el cálculo de los elementos que indirectamente soportan la sobrecarga, el coefi ciente de impacto se reduce o anula.
3.6. Sobrecargas horizontales
Las sobrecargas A a F de la Tabla 3.1 llevan ya incluido el efecto del impacto, salvo el caso en que se prevean causas extraordinarias.
Los antepechos de terrazas, balcones, escaleras, etcétera, se calcularán para resistir una sobre carga lineal horizontal, actuando en su borde superior, del valor siguiente: Viviendas y edificaciones de uso privado 50 kg/m. Locales de uso público 100 kg/m. Se considerará toda otra sobrecarga horizontal que pueda producirse por el uso.
En las calzadas con tráfico el coeficiente de impacto será de 1,4 para los vehículos. La sobrecarga de máquinas que produzcan vibra ciones se calculará teniendo en cuenta la influen cia de éstas en la estructura.
104
Capítulo IV. Sobrecargas de nieve 4.1. Sobrecarga de nieve
Tabla 3.1
Sobrecarga de nieve en una superficie cubierta es el peso de la nieve que, en las condiciones climatológicas más desfavorables, puede acumu larse sobre ella.
Sobrecargas de nieve sobre superficie horizontal Altitud topográfica h m
4.2. Peso específico aparenete de la nieve
0 a 200 201 a 400 401 a 600 601 a 800 800 a 1.000 1.001 a 1.200 > 1.200
El peso específico aparente de la nieve acumulada es muy variable según las circunstancias, pudiendo servir de orientación los siguientes valo res: Nieve recién caída Nieve prensada o empapada Nieve mezclada con granizo
Sobrecarga de nieve kg/m2
120 kg/m3. 200 kg/m3. 400 kg/m3.
40 50 60 80 100 120 h: 10
cubier ta que forma el ángulo α con el plano horizontal, que no ofrezca impedimento al desliza miento de la nieve, tendrá por metro cuadrado de proyección horizontal el valor siguiente.
4.3. Sobrecarga sobre superficie horizontal
α ≤ 60° p cos α α > 60° cero
La sobrecarga de nieve sobre una super ficie horizontal se supone uniformemente repartida, y su valor en cada localidad puede fijarse con los datos estadísticos locales cuando existan con garantía suficiente. Cuando no existan datos estadísticos, el valor de la sobrecarga, en función de la altitud topográfica de la localidad, será el dado por la Tabla 4.1. Aún para las localidades en que no nieva se debe adoptar una sobrecarga de cubierta no menor de 40 kg/m2. En la Tabla 4.2. figura la altitud topográfica de las capitales de provincia españolas.
siendo p el valor de la sobrecarga sobre superficie horizontal. Cuando la superficie de cubierta tenga resaltos u otros obstáculos que impidan el deslizamiento natural de la nieve, se tomará, cualquiera que sea el ángulo α, sobrecarga por metro cuadrado de proyección horizontal de valor p.
4.5. Acumulaciones de nieve En las limahoyas y otras zonas de la cubierta en donde pueda acumularse normalmente la nieve por deslizamiento en los faldones confluyentes, o por efecto del viento, se calculará la sobrecarga debida a las acumulaciones previsibles. El peso específico de la nieve figura en el artículo 4.2.
4.4. Sobrecarga sobre superficie inclinada La sobrecarga de nieve sobre una superficie de
105
4.6. Diferencias de sobrecargas Se considerará la posibilidad de que la sobrecarga de nieve gravite con valor distinto sobre zonas parciales de la cubierta, a causa de desigualdades en la velocidad de fusión, arrastres de viento u otras causas. En general, la diferencia de sobrecarga que se considere entre distintas partes de la cubierta tendrá valor no superior a 30 kg/m 2.
Tabla 4.2 Altitud topográfica de las capitales de provincia Capitales Albacete Alicante Almería Avila Badajoz Barcelona Bilbao Burgos Cáceres Cádiz Castellón Ciudad Real Córdoba Coruña Cuenca Gerona Granada Guadalajara Huelva Huesca Jaén León Lérida Logroño Lugo Madrid Málaga Murcia Orense Oviedo Palencia Pamplona Palma de Mallorca Palmas (Las) Pontevedra Salamanca San Sebastián Santa Cruz de Tenerife Santander Segovia Sevilla Soria Tarragona Teruel Toledo Valencia Valladolid Vitoria Zamora Zaragoza
Altitud m 690 M M 1.130 180 M M 860 440 M M 640 100 M 1.010 70 690 680 M 470 570 820 150 380 470 660 M 40 130 230 740 450 M M M 780 M M M 1.000 10 1.090 M 950 550 M 690 520 650 210
La altitud topográfica de una población es variable. En la Tabla se da la que corresponde a un punto importame de la capital, que se tomará como base para la sobrecarga de nieve. Las capitales maritimas se marcan con M.
106
Capítulo V. Acciones del viento 5.1. Dirección del viento
Tabla 5.1
Se admite que el viento, en general, actúa horizon talmente y en cualquier dirección. Se considera en cada caso la dirección o direcciones que produz can las acciones más desfavorables.
Presión dinámica del viento Altura de coronación del edificio sobre el terreno en m, cuando la situación topográfica es
Las estructuras se estudiarán ordinariamente bajo la actuación del viento en dirección a sus ejes principales y en ambos sentidos. En casos espe ciales, por ejemplo, estructuras reticuladas abier tas, construcciones con caras dentadas, o con estructuras oblicua a las fachadas, se estudiará además su acción en las direcciones sesgadas que resulten más desfavorables.
Normal
De 0 a 10 De 11 a 30 De 31 a 100 Mayor de 100 −
En los casos especiales que se señalan, y en otros que lo requieran, se considerará que la dirección del viento forma un ángulo de ± 10° con la horizontal.
Expuesta
− − De 0 a 30 De 31 a 100 Mayor de 100
Velocidad Presión del viento dinámica v w m/s
km/h
kg/m 2
28 34 40 45 49
102 125 144 161 176
50 75 100 125 150
5.3. Sobrecarga del viento sobre un elemento superficial
5.2. Presión dinámica del viento
El viento produce sobre cada elemento superficial de una construcción, tanto orientado a barlovento como a sotavento, una sobrecarga unitaria p (kg/m 2 ) en la dirección de su normal positiva (presión) o negativa (succión), de valor dado por la expresión:
El viento de velocidad v (m/s) produce una presión dinámica de w (kg/m 2 ) en los puntos donde su velocidad se anula de valor: v2 16 La presión dinámica que se considerará en el cálculo de un edificio, función de la altura de su coronación y de su situación topográfica se da en la Tabla 5.1. w=
p = cw siendo w la presión dinámica del viento y c el coeficiente eólico, positivo para presión, o negativo para succión, que depende de la configuración de la construcción, de la posición del elemento y del ángulo α de incidencia del viento en la superficie. (Véase la figura de la Tabla 5.2).
Se considera situación topográfica expuesta la de las costas, las crestas topográficas, los valles estrechos, los bordes de mesetas, etc. En casos especiales de situación topográfica muy expuesta, por ejemplo: en alta montaña, en desfila deros, en acantilados, etc., pueden requerirse valores mayores, que se determinarán mediante estudio especial.
5.4. Sobrecarga local de viento en construcciones cerradas En una construcción cerrada, para obtener la
107
Tabla 5.2 Coeficiente eólico de sobrecarga en una construcción cerrada C2
Corriente
C2 C1
α
= 0°
α
C3
Viento
Viento α
Remanso
α
C1 C1
α α =90° α =90°
C2 C2
Remanso
α
C4
Coeficiente eólico en: Situación Angulo de incidencia del viento α
En remanso 90° − 0° En corriente 90° 80° 70° 60° 50° 40° 30° 20° 10° 0°
Superficies planas
Superficies curvas rugosas
Superficies curvas muy lisas A sotavento C4
A barlovento C1
A sotavento C2
A barlovento C3
A sotavento C4
A barlovento C3
+0 ,8
−0 ,4
+0 ,8
−0 ,4
+0 ,8
−0 ,4
+0 ,8 +0 ,8 +0 ,8 +0 ,8 +0 ,6 +0 ,4 +0 ,2 0 −0 ,2 −0 ,4
−0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4
+0 ,8 +0 ,8 +0 ,8 +0 ,4 0 −0 ,4 −0 ,8 −0 ,8 −0 ,8 −0 ,4
−0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4
+0 ,8 +0 ,8 +0 ,4 0 −0 ,4 −0 ,8 −1 ,2 −1 ,6 −2 ,0 −2 ,0
−0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −0 ,4 −2 ,0 −2 ,0 −2 ,0
Valores intermedios pueden interpolarse línealmente.
La sobrecarga exterior se combina con la interior. El coeficiente eólico total es la suma del de la sobrecarga exterior más el de la interior cambiado de signo. El cálculo se realizará con la combina ción o combinaciones que produzcan efectos más desfavorables.
sobrecarga local en cada elemento de su superfi cie exterior se tomará el coeficiente eólico de la Tabla 5.2. En las superficies a resguardo, o sea, situadas dentro de la proyección, en dirección del viento, de otro elemento, como por ejemplo, en las cubiertas múltiples a diente de sierra, el coeficiente eólico se puede reducir en el 25 %.
Tabla 5.3
En una construcción que tenga huecos (puertas o ventanas) actúa además sobre cada elemento una sobrecarga local en su superficie interior, que puede ser presión y puede ser succión, cualquiera que sea la dirección del viento.
Coeficiente eólico de sobrecarga total en una construcción Clase de construcción
Se calculará con los siguientes coeficientes eóli cos:
Coeficiente eólico c
Construcciones prismáticas De planta rectangular o combinación de rectángulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . De planta octogonal o análoga . . . . . . . .
Presión interior c = + 0,4 Succión interior c = − 0,2 En una construcción que tenga en una cara un hueco, o conjunto de huecos, cuya área practica ble sea en total mayor que el tercio del área de la cara, sin producirse corriente de viento a través de la construcción, la sobrecarga interior se calculará con los siguientes coeficientes eólicos:
1,2 1,0
Construcciones cilíndricas De superficie rugosa o nervada . . . . . . . . De superficie muy lisa . . . . . . . . . . . . . . . .
0,8 0,6
Construcciones esféricas Esferas o semiesferas . . . . . . . . . . . . . . . Casquetes esféricos de relación altura: diámetro ≤ 1: 4 . . . . . . . . . . . . .
Hueco a barlovento: Presión inter.: c = + 0,8 Succión inter.: c = − 0,2 Hueco a sotavento: Presión inter.: c = + 0,4 Succión inter.: c = − 0,4
108
0,4 0,2
Tabla 5.4 Coeficiente eólico en planos y diedros exentos C2 C1
α
C4
C3
α
C1
α
α
C2
Viento
Viento
Viento
α
α C4
C3
Viento
Coeficiente eólico en: Planos exentos Se calcularán los efectos más + 10° desfavorables con α −
Diedros exentos Se calculará cada elemento en los casos más desfavorables Caso I
Caso II
Angulo de incidencia del viento α
En el borde a barlovento
En el borde a sotavento
En el plano a barlovento
En el plano a sotavento
En el plano a barlovento
En el plano a sotavento
C1
C2
C3
C4
C3
C4
90° a 60° 50° 40° 30° 20° 10° 0°
1,2 1,4 1,6 1,6 1,2 0,8 0
1,2 1,0 0,8 0,8 0,4 0 0
1,2 1,2 1,2 1,2 1,0 0,8 0
0 0 0 0 0 0 0
0,8 0,6 0,4 0,4 0,2 0 0
0,4 0,6 0,8 0,8 0,8 0,8 0
Valores intermedios pueden interpolarse línealmente.
5.5. Sobrecarga total de viento sobre las construcciones
La sobrecarga total de viento se calculará como en el artículo 5.5, tomando el área de la proyección de la parte maciza de la construcción. En este tipo de construcciones es muy importante tener en cuenta el área de todas las instalaciones solidarias que puedan existir. En los planos y diedros exentos, la sobrecarga total, suma de la de sus dos caras, se calculará con los coeficientes eólicos dados en la Tabla 5.4.
La sobrecarga total del viento sobre una construc ción es la resultante de las sobrecargas locales sobre el total de su superficie. En los casos ordinarios puede calcularse directa mente esta sobrecarga total admitiendo una pre sión uniforme sobre el área proyección de la construcción en un plano normal al viento, con el valor del coeficiente eólico dado en la Tabla 5.3.
5.7. Influencia de la esbeltez La acción del viento es mayor en los edificios cuya esbeltez es grande. En función de la relación entre los valores medios de la altura h y de la anchura b de la construcción en el plano normal al viento, los coeficientes eólicos de los artículos 5.4, 5.5 y 5.6 se multiplicarán por el factor eólico de esbeltez k dado por la Tabla 5.5. En las estructuras reticuladas abiertas se aplicará el factor eólico de esbeltez k que corresponda a la esbeltez media de sus barras, si éste es mayor que el general de la estructura.
Se considerará incluso el área de los elementos eventuales: carteles, instalaciones, etc., que pue dan existir. En las banderas sueltas se computará el 25 por 100 del área de la tela.
5.6. Sobrecarga de viento en construcciones abiertas Se denomina construcción abierta la que tiene corriente de viento a través de ella.
Tabla 5.5 Factor eólico de esbeltez
La sobrecarga local de viento sobre sus elementos se calcula, en general, como en el artículo 5.4. Un elemento a resguardo de otro, o sea, situado dentro de su proyección en la dirección del viento, no recibe sobrecarga si la separación entre ambos es igual o menor que la mínima dimensión de elemento que resguarda. Si la separación es mayor, sin sobrepasar cinco veces la mínima dimensión, recibe sobrecarga reducida en el 25 por 100. Para separaciones superiores se conside rará la sobrecarga total.
h s i h >b b Esbeltez: b s i b >h h Factor eólico de esbletez K
1a5
10
60 o mayor
1
1,25
1,50
Valores intermedios pueden interpolarse línealmente.
109
Bibliografía
111
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Hydro Building Systems
T E C H N A L ® e s u n a m a r ca de H ydr o B u i l di n g S ys tem s . E di ci ó n 15 de M ayo 2 0 0 3 .
ZONA INDUSTRIAL
©TECHNAL • 2º Trimestre 2003 • Impreso en España • Nº de Documento 0008.001
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