Muros Cortina

Criterios de diseño Criterios de diseño

de muros cortinade muros cortina

Master de Elementos de la EdificaciónEUAT

Ignacio Fernández SollaMadrid, 23 de Marzo de 2009

Master de Elementos de la EdificaciónEUAT

Ignacio Fernández SollaMadrid, 23 de Marzo de 2009

1. Cómo funciona una fachada ligera

2. Problemas más frecuentes en los muros cortina

3. Criterios de diseño y montaje

4. Ensayos y normativa de aplicación

Indice

1.1 De la fachada tradicional al muro cortina:A. Muro portante: espesorB. Pórticos de acero (1870)C. Estructura reticular (1930)D. Núcleo central resistente

(1950)E. Contribución estructural de la

fachada (1960)

1.2 El vidrio toma el mando� Del vidrio simple al doble

acristalamiento.� Medidas, capas, acabados.� Resistencia a viento y a otras

cargas: templado, laminado…

ED

CB


1.3 … y las cosas se complican


Conceptos:

� Fachada colgada (no apoyada)� Dilatación vertical entre plantas� Dilatación horizontal entre montantes� Ajustes fachada – estructura: anclaje en el canto del

forjado� Cargas: viento, peso propio, sobrecargas de uso� Vidrio no colaborante (elemento de relleno)

A. Sistema de montantes y travesaños


A. Sistema de montantes y travesaños

Ventajas:� Solución común en el mercado� Costo mínimo de suministro� Tiempo mínimo de proyecto y suministro� Fácil entrega de componentes extra� Se pueden cerrar dos plantas con un solo

montante

Desventajas:

� Solución arquitectónica simple� Tendencia a atraer fachadistas de baja calidad� El montaje se efectúa con andamios (coste y

tiempo)� Tiempo elevado de montaje� Calidad del montaje difícil de controlar� Los materiales se deben almacenar en obra� Montantes sin capacidad de absorción de

grandes movimientos horizontales� Sellado de juntas en obra, no controlable� Paneles de relleno con juntas de goma,

posibilidad de entrada de agua� Fijación del vidrio desde el exterior� Corte y montaje de perfiles no a 90º: difícil y

con pobre resultado final


Conceptos:

� Fachada colgada (no apoyada)� Dilatación vertical entre plantas (doble travesaño)� Dilatación horizontal entre semi-montantes� Ajuste fachada – estructura: anclaje sobre el forjado� Cargas: viento, peso propio, sobrecarga de uso� Vidrio no colaborante (relleno)

B. Sistema de fachada modular


B. Sistema de fachada modular

Ventajas:� Solución arquitectónica flexible� Atrae a fachadistas de calidad� No necesita andamios (ahorro de tiempo /

coste)� Montado en taller (calidad / rapidez)� Evita que el montaje sea el cuello de botella� Buen control de calidad en la fabricación� Reduce el control de calidad en obra� No necesita almacenamiento en obra� Admite movimientos mayores en las juntas� Estanqueidad entre paneles muy eficaz� Incorpora carriles de guiado de la góndola de

limpieza� Acceso desde el interior para el cambio de

vidrio

Inconvenientes:

� Pocos suministradores� Coste de suministro más alto (no siempre)� Mayor tiempo de proyecto y pre-entrega� Requiere mano de obra más especializada� Planificación del transporte y de la grúa para

descargar y elevar los paneles en obra.


C. Sistema de paneles con junta abierta

Componentes:

1. Estructura principal2. Estructura soporte del cerramiento:

� Muros de ladrillo o bloques� Estructura metálica

3. Barrera de vapor4. Aislamiento

� Lana de roca� Poliuretano proyectado

5. Membrana traspirable (opcional)6. Estructura auxiliar de los paneles7. Paneles de junta abierta (rain screen)

� Aluminio� Acero inoxidable o lacado� Composites� Piedra, resina, fibrocemento, otros

8. Remates de evacuación de agua infiltrada9. Juntas entre paneles: abiertas


Componentes:

1. Estructura principal2. Estructura soporte del cerramiento :

� Pilar metálico� Bielas � Montantes de vidrio

3. Nudos de fijación del vidrio:� Araña � Rótula

4. Vidrio:� Monolítico, laminado o doble

acristalamiento� Templado con HST

5. Sellado con silicona neutra

D. Sistema de vidrio estructural


Sistema de vidrio estructural

Oficinas de Endesa en Madrid. KPF + Rafael

de la Hoz


2. Problemas más frecuentes en los muros cortina

1. Compatibilidad de movimientos estructura -fachada

2. Resistencia última y de servicio3. Exceso de iluminación (deslumbramiento)4. Pérdidas de calor en invierno5. Ganancias de calor en verano6. Estanqueidad al agua7. Permeabilidad al aire8. Aislamiento acústico9. Comportamiento al fuego10. Seguridad, mantenimiento y durabilidad

3.1 Compatibilidad de movimientos estructura - fachada

Deformaciones y movimientos de la estructura principal (caso stick system):

� Flexión del forjado entre apoyos: cargas diferenciales

� Giro en el plano de fachada: el vidrio entra en carga

� Dilatación térmica lateral: previsión


Deformaciones y movimientos de la estructura principal (caso fachada modular):

� Flexión del forjado entre apoyos: travesaño de dilatación vertical

� Desplazamiento de los paneles fijados a un forjado deformado

� Diagrama de anclajes y sus movimientos

Tipos de anclaje: caso stick system

� Anclaje frontal, por encima o bajo el forjado� Anclaje en doble T, anclaje en L� Anclaje visto / oculto� Dimensiones y tolerancias de movimiento


Tipos de anclaje: caso paneles

� Anclaje en placa o cajón, por encima del forjado� Sistemas modulares: más libertad de movimientos en

tres dimensiones� Anclaje colgado de una placa: nivelación y grados de

movimiento� Anclaje directo de vidrio sobre estructura metálica:

riesgos


Peso propio:� Muro cortina:

� el peso del vidrio más 7 – 10 kg / m2� peso del vidrio: espesor en mm x 2,5 = kg/m2

� Atención a paneles opacos, protección contra el fuego, piedra o lamas de vidrio.

� Pasarelas exteriores o doble piel: cálculo detallado de las acciones (cortante, momento, axil)

Sobrecargas:

� De viento� De nieve sobre cubiertas y aleros� De uso: mantenimiento sobre cubiertas o

pasarelas (120 kg/m2 o superior)� Elementos especiales: carriles de góndola de

limpieza� Cargas por dilatación térmica: el proyecto debe

evitarlas, pero a veces existen.

3.2. Resistencia última y de servicio

C. Presión interna en función de las aperturas

B. Presión externa en función de las caras y la pendie nte

A. Presión externa en un edificio rectangular


Cargas de viento:

Cargas de viento según el CTE db SE1:

� Cálculo estático o dinámico (coeficiente Cd)� Presión dinámica de referencia de la zona ( qref)� Coeficiente de exposición (Ce(z))

� depende del terreno y de la altura del edificio

� Coeficiente de presión externa (Cpe)� depende de la forma del edificio y varía para cada orientación

� Coeficiente de presión interna (Cpi)� depende del número de huecos y de su posición en fachada

� Fórmula de la carga de viento sobre fachadas (cálculo estático):

Fw = Cd x q ref x Ce(z) x (Cpe – Cpi)

D. Presión interna en función de las aperturas

1/ aperturas a barlovento3/ aperturas a sotavento

2/ aperturas laterales


En el ejemplo, W = 1,5 kN/m2; Q= W x l = 1,95 kN/m; L= 4 m; L/200= 20mm; E= 70x103 N/mm2 (aluminio 6063)

Por lo que fmax = 15 mm

Y finalmente obtenemos: Ix (bi-apoyado) = 629 cm4 Ix (semi-empotrado) = 261cm4

Módulo de Young Inercia Ix

fmax: la menor entre L/200 y 15mm (EN 13116),Así podemos obtener Ix en los dos casos.

Deformaciones en montantes:

� Muro cortina de montantes y travesaños� Cada montante se comporta como una viga bi-apoyada

sin límites de rotación en los extremos.� Queremos conocer la relación entre deformación

máxima en el centro del vano y la inercia del montante.

fmax = (5 / 384) (Q x L4 / E x I)

Fórmula con apoyo semi-empotrado:

� Un apoyo simple (inferior) y un empotramiento (superior)

fmax = (1 / 185) (Q x L4 / E x I)


Deformaciones de los travesaños:

1. Carga horizontal: viento, idem caso montantes.2. Carga vertical: el peso propio del vidrio:

� Posición de cargas: en 2 puntos, a L/10 de cada esquina.

� Deformación vertical admisible: L/500, máximo 3mm (EN 13116)

� Formula simplificada para calcular la inercia Iycon travesaños de aluminio (fmax = 3mm)

Deformación admisible del vidrio:

� Vidrio simple: L/200, máximo 10mm� Vidrio doble: L/300, máximo 8mm

Iy = 0,058 x Q/2 x L3


1 Coeficiente U (W/m2ºK)• expresa la cantidad de energía

calorífica que atraviesa un cerramiento (pérdidas de calor en invierno, del interior al exterior)

• es mejor cuanto más bajo

2 Factor solar, g (%)• expresa el porcentaje de

radiación solar que atraviesa el cerramiento (ganancias de calor en verano, del exterior al interior)

• es mejor cuanto más bajo

3 Transmisión luminosa (%)• expresa el porcentaje de luz

visible que atraviesa el cerramiento acristalado

• es mejor cuanto más alto, hay confort a partir del 50%

3.3 a 3.5. Luminosidad frente a control térmico

0

1

2

3

4

5

6

7

vidrio sim

ple

vidrio dob le

v idr io tr ip le

b ajo emisi vo

ba jo E + gas

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

coeficiente K Factor Solar Tr Luminosa

W/m2ºK %

Concepto de estanquidad: pantalla de lluvia (rain sc reen principle)

� El agua atraviesa un cerramiento por la presencia de 3 factores simultáneos:1/agua 2/ una abertura 3/ una fuerza que mueva el agua a través de la apertura

� Si eliminamos uno de los factores, no hay entrada de agua. � Conceptos a considerar: diseño de la junta abierta, goterón, cámara ecualizada, barrera

estanca interior, evacuación del agua infiltrada en la cámara intermedia

3.6. Estanquidad al agua

Concepto de estanquidad: evacuación interior del agua

� Encuentro travesaño montante con drenaje de agua del travesaño a las canales de evacuación vertical en el montante

� Sellado o estanqueidad del encuentro travesaño / montante

3.6. Estanquidad al agua

3.7 Ventilación• En muros cortina de una sola piel

no es siempre posible.• Fácil en doble piel: usuario

satisfecho

3.8 Aislamiento acústico• Se puede mejorar con pantallas

exteriores y carpinterías muy poco permeables.

• Depende mucho de la masa del vidrio

Postdamer Platz 1, BerlínHans Kolhoff (2000)

3.7 y 3.8. Ventilación y aislamiento acústico

Pasos de forjado. Exigencias: • Aislamiento acústico• Aislamiento antifuego• Dilatación vertical• Protección del anclaje

Soluciones: • panel ciego de paso de forjado o vidrio

pasante, con trasdós ventilado• RF 90: Promatect H 8mm + lana de roca

50mm• RF 180: Promatect H 15mm + lana de

roca 100mm• Fijación del vidrio con acero inox• Chapa parapastas

3.9. Comportamiento a fuego

3.10 Seguridad, mantenimiento y durabilidad

1. Análisis de seguridad anti explosión

� Elementos despiezados: estudio de tensiones� Diseño de anclajes antibomba: absorción de impactos� Presión sobre el vidrio y posición de los anclajes

2 Mantenimiento• muros cortina en altura: góndola

exterior• ejemplo OK: Ciudad de la Justicia

Barcelona. Todo se limpia desde dentro

3 Durabilidad: Ciclo de vida del producto• análisis del consumo total de energía

desde la fabricación de materiales hasta su reciclado tras vida útil. Ejemplo: renovación Edificio Windsor

3.10 Seguridad, mantenimiento y durabilidad

Norma de producto UNE EN 13830. Ensayos sucesivos:

� Ensayo de permeabilidad al aire EN 12153� Ensayo de estanqueidad bajo presión estática EN 12154� Ensayo de resistencia estructural al viento, EN 13116/2001� 2º ensayo de permeabilidad� 2º ensayo de estanqueidad bajo presión estática� Ensayo de estanqueidad bajo presión dinámica

4. Ensayos y normativa de aplicación

Conclusiones

� Diseño estructural robusto� Anclajes y conexiones durables� Análisis de comportamiento térmico� Previsión de cargas y movimientos� Adecuada selección de materiales� Diseño de detalles con un objetivo:

Asegurar un buencomportamiento de la fachada

ligera

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