Criterios de Diseño y Cálculo de Muros Cortina
Temas a desarrollar • normas técnicas como como criterio objetivo de calidad • cuál es el nivel de seguridad estructural de un muro cortina cortina ? • el muro cortina: solución solución arquitectónica y constructiva consolidada consolidada • tipologías tipologías técnicas técnicas de muros cortina cortina • requisitos estructurales y funcionales del muro muro cortina • especificaciones técnicas de materiales y componentes • memoria memoria de cálculo cálculo estructu estructural ral del muro cortina cortina
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Manual del Muro Cortina Norma Técnico: criterio objetivo de calidad • • •
Segú Según n dato datoss 2006 2006,, Espa España ña dis dispo pone ne de de 93 normas y documentos técnicos de referencia para los Muros Cortina. USA USA dis disp poní onía en en el 2004 2004 de 120 normas técnicas para las ventanas y puertas Segú Según n dato datoss del del INN INN,, Chil Chile e disp dispon one e app. app. de 26 normas para puertas y ventanas.
Ingreso Ingreso per cápita de cada país: país: • • • !
España US$ 26.000 USA US$ 35.000 Chile US$ 7.000
Debemos desarrollar más normas técnicas en Chile !!!
N ivel de de seguridad seguri seg uridad dad estructural estruc est ructur tural al Nivel diferenciados: • Niveles de protección diferenciados: • vida de las personas al interior interior del edificio y durante la evacuación • colapso del muro cortina y daños al edificio • Vida Útil del muro cortina: 30 años (no inferior al resto del edificio ?) • Garantías contra fallas y defectos: • garantía legal (según Ley Calidad) = 5 años • garantía contractual (típica) = 10 años • Periodo de retorno de las solicitaciones de viento: • norma chilena chilena NCh432 NCh432 of.71 = 20 años (probabilidad excedencia = 5,0 %) europea UNE 85 - 220 = 50 años (probabilidad excedencia = 2,0 %) • norma europea • Factor seguridad de resistencia de materiales (cargas eventuales): • aluminio A6063 T5 > 1,7 • cristal de seguridad > 3,0 (típico = 6,0) • silicona estructural ASTM C1184 > 2,5 • Cuánto vale la póliza de seguro de un Muro Cortina con respaldo ?
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Muros Cortina en Chile
Edificio Montolí n, Providencia
Fachada Norte y Poniente
Fachada Poniente y Sur
Fachada Sur y Oriente
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Sistemas de Muro Cortina "
un muro cortina es un revestimiento vertical de la envolvente del edificio " las dimensiones de paños depende del aprovechamiento de materiales, de la modulación del interior, de razones estéticas. " el muro cortina no forma parte de la estructura resistente del edificio
"
diseño estructural debe considerar las cargas: " cargas permanentes: peso propio " cargas eventuales: viento, sismo, temperaturas " otras solicitaciones que definen los requisitos funcionales: lluvia, radiación solar, iluminación, condensación, protección al fuego
"
según tipo de fabricación e instalación: • muros cortinas tipo “stick” (se ejecuta en obra) • muros cortinas unitizados, o del tipo “frame” (se ejecuta en taller)
"
tecnología de sellado: • silicona estructural (“wet glazing” / cantería húmeda) • con burletes (“dry glazing” / cantería seca)
Presentación de fachadas Parilla Ortogonal (con burletes)
Trama Horizontal (tapa horizontal)
Silicona Estructural (4 lados)
Arañas y tensores
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Muro Cortina tipo “stick”
Serie 23
Muro Cortina tipo “frame”
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Muro Cortina: Silicona Estructural El fabricante de la silicona estructural debe colaborar con:
• REVISIÓN DEL PROYECTO • ENSAYOS DE LABORATORIO • ITO TALLER y/o OBRA cada etapa concluye con la entrega de los certificados correspondientes. !
el fabricante del M.C. debe entregar dichos certificados a su mandante para respaldar su aplicación de silicona estructural. !
Los sellos estructurales de: • pegado de bastidor aluminio al vidrio • sello secundario del doble vidrio hermético !
deben cumplir la norma ASTM C1184
Silicona Estructural “4 sides” N o t a : el u s o d e c i n t a s d e 2 a 3 m m d e bas e acrílic a no d eber ían ser us adas en u n p aís s ísm ico com o C hile.
1/4”
Según memoria de cálculo de la silicona estructural: Ancho = Lc * V / 2 * Tadm
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Silicona Estructural “2 sides” Nota: NO us ar sili con as acé ticas en el sello climático, ya que agreden el sello estructur al del Dvh.
1/4”
El ancho del cordón del DVH y de la junta climática deben ser calculadas según propiedades de silicona a usar
M.C. M.C. Stick versus Frame sistema Stick
sistema Frame
• se instala directamente en obra, por lo cual requiere un mayor costo de s upervisión en obra • requiere andamios para instalación, y presenta mayor riesgo de accidente en obra y de quiebre de cristales por manipulación en obra • menor garantía de buena adhesión en obra de las siliconas • difícil realizar una revisión y chequeo detallado antes de la instalación • si no está bien ejecutado, tiende a “crujir” más • se adapta mejor a M.C. Menores, en los cuales no hay una óptima definición de proyecto
• desplaza las operaciones de fabricación al taller (ambiente más controlado), lo cual facilita el control de calidad del proceso • requiere más ingeniería de proyecto (recurso muy escaso en los armadores) • no requiere andamios, y ofrece menos riesgo de accidente en obra y de quiebre de cristales • mejor calidad del producto acabado (es más “silencioso”) • requiere de grúa o huinche para alzamiento de módulos en obra • adapto para soluciones más industrializadas grandes, que requieren mayor productividad y zonas de acopio en taller u obra
Edificios más bajos y superficies menores
Edificios en altura y grandes superficies
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Sistemas de Muros Cortina “Indalum” Sistema
• muros cortina grandes dimensiones (proyectos corporativos): • sistemas privados de empresas especializadas (solo extrusión perfiles)
Serie 21 Stick
• centros comerciales, edificios industriales y fachadas estéticas de edificios de departamentos. • tecnología “stick”
5388 (50x103)
Travesaño (mm) 2102 (45x45) 2207 (55x50) 2304 (42x58) 7016 (50x77.3)
5384 (48x100)
7016 (50x77.3)
Serie 22 Stick
2201 (55x113)
Serie 23 Silfour Sil. Estructural Serie 70 Multiplex => Mullion vista Serie 70 Multiplex => Mullion S.E.
2301 (42x100)
• tecnología “stick” o “frame”
• muros cortinas de pequeña y mediana dimensión:
Mullion (mm) 2101 (45x94.5)
• existe capacidad tecnológica nacional para fabricación de perfiles de
aluminio para muros cortina y perfiles complementarios (quiebrasoles)
Manual del Muro Cortina
Requisitos Estructurales y Funcionales del Muro Cortina
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Cargas de Viento (1) Norma NCh 432 of.71
• localidad del proyecto
• presión básica de diseño • factor de forma • factores de distribución • sobrepresión 2,0 en franjas de 10% • periodo retorno > 20 años
1) 150% P + 0% S 2) 100% P + 150% S Nota: no se recomienda la zonificación de la fachada; sólo en edificios altos para los que se hagan ensayos en túneles de viento.
Cargas de Viento (2) Estudio de zonificación de vientos, realizado por Decon-UC y la Univ. Bio Bio: • ráfagas de 10 min. a 10 mts altura • periodo de retorno 50 años
Clase Estructural por zona de presión de vientos y por ubicación:
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Otras Cargas de dise diseñ ño CARGAS SISMICAS (S): • norma sismoresistente NCh 433 of.96 • cualquier componente debe soportar aceleración horizontal y vertical (simultánea) de 1,32 g (suponiendo zona sísmica N °2) • deformación entre pisos < L/500 VARIACION DE TEMPERATURA (T): • su evaluación no es importante por los esfuerzos inducidos, sino que por las holguras que es necesario respetar. • en algunos vidrios coloreados, las temperturas exteriores pueden llegar a los 90°C. • todos los componentes deben estar diseñados para absorber dilataciones y contracciones con un diferencial de temperatura de entre – 10°C y +71°C SOBRECARGAS (SC): • en los elementos inclinados se considerará las sobrecargas producidas por la acumulación de nieve (N) según la NCh 431 of.77 • además se verificará la carga puntual de equipos (carro limpia fachadas “CLF”) o de personas sobre cada elemento.
Comportamiento Sismico M.C. M.C. •
A nivel internacional existen pocas normas sísmicas, y en general sólo dicen “las deformaciones de los edificios deben ser adecuadamente absorbidas por los s istemas M.C.”
•
Los coeficientes de seguridad (viento, silicona estructural) son más elevados que los usados en la comprobación de estructuras convencionales, debido a la mayor incertidumbre en la estimación de cargas y a los métodos de cálculo.
•
Principales recomendaciones para mejorar desempeño sísmico son: • marcos de aluminio flexibles y anclajes capaces de absorber los desplazamientos (H. y V.) impuestos por el edificio •
holguras adecuadas entre cristal y M.C., según las “deformaciones de entrepiso” calculadas en el análisis estructural del edificio
•
uso apropiado de calzos inferiores y laterales de los vidrios
•
uso de silicona estructural de calidad (que cumpla ASTM C1184)
•
uso de cristal de seguridad, los cristales laminados se comportan bien ya que la lámina intermedia de Pvb retiene los trozos de cristales después de la fisuración de las planchas.
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Memoria de Cá Cálculo Estructural •
El diseño del muro cortina debe contemplar una Memoria de Cálculo que debe ser preparada y firmada por un ingeniero estructural, quien además debe revisar los planos de fabricación.
•
El cálculo de la estructura debe cumplir con los criterios de resistencia y deformación de los elementos, apoyos y anclajes al ser sometidos a la combinación de carga más desfavorable:
• • •
0,75 * (PP + S) 0,75 * (PP + V) CLF + 0,33*V
0,67 * (PP + S + V) 0,67 * (PP + S + N) 0,50 * (PP + S + V + N)
Deformaciones Admisibles: • deform. horizontal admisible: mín (L/175 y 19 mm) • deform. vertical admisible: mín (L/360 y 3.2 mm) • en mamparas: 25 mm • máx. deform. elementos verticales esquina: 6 mm
Tolerancias y Deformaciones Admisibles Tolerancias de la Construcción: • hoy mayores luces entre puntos de apoyo y además eliminación de vigas en las cabezas de losas (zapateo y descenso) • Según la norma ACI de hormigón las deformaciones máximas de losas deben ser inferiores a L/480.• es más crítico en el primer piso y en los cambios de pisos tipos de edificios. • instalación: 3mm / 6mt y fabricación: 1mm / 1mt Procedimiento Cálculo Juntas Dinámicas: (A): sello con capac. movimiento = 50% • S = (H/500)/50% + 1.0 + 1.5 • S = 2/3*(H/500+DT)/50% + 1.0 + 1.5 (B): sello con capac. movimiento = 25% • S = (H/500)/25% + 1.0 + 1.5 • S = 2/3*(H/500+DT)/25% + 1.0 + 1.5 H: altura de entrepiso DT: dilatación térmica
Juntas de dilatación (con silicona 50%): • deformación entrepisos: 6 mm • dilatación térmica (0,8x6): 5 mm • tolerancia fabricación perfiles: 1 mm • tolerancia instalación 6 metros: 3 mm !
Dimensión Junta Vertical:
15 mm
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Verificació Verificación de Vidrios •
La resistencia a compresión del vidrio es muy elevada (R = 10.000 Kg/cm2), y su resistencia a flexión varía si las cargas son de corta duración (viento) o permanente (agua, nieve, etc.)
•
El vidrio se considera como una placa sometida a flexión debido a la carga uniforme del viento. Los apoyos son contínuos o puntuales, y el peso propio es tomado por los calzos inferiores.
•
Los vidrios de seguridad deben estar acristalados de forma tal que en ningún momento puedan sufrir esfuerzos debidos a: • • •
•
contracciones, dilataciones o deformaciones del vidrio o de los bastidores que lo enmarcan deformaciones por asentamiento de la obra, como las flechas de los elementos resistentes. los contactos vidrio-vidrio, vidrio-metal y vidrio-hormigón están prohibidos .
Para ser considerado como vidrio de seguridad (clases A, B y C) el vidrio no debe romperse o debe hacerlo en forma segura, es decir: • fragmentos pequeños y no cortantes • fragmentos de vidrio roto no se desprenden y en caso de agujero < 75 mm diám
Termopaneles Estructurales VIDRIO
Comparaci!n Rendimiento T#rmico Tipo Cristal
ESPACIO DE AIRE
Cristal flotado incoloro
SHGC
TL
-
%
5.7
0.82
88
2.8
0.72
80
1.8
0.20
10
espesor = 6 mm
TP con cristal incoloro
DESECANTE
U W/m2°C
6 + 10 + 4 mm TP con cristal Supergrey más Low-e (cara 3) 6 + 10 + 5 mm
SELLO SECUNDARIO DE SILICONA Fijaci !n mec"nica cristales
SELLO PRIMARIO DE POLI-ISOBUTILENO Barrera de vapor
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Control de la Radiaci ón Solar
Quiebrasoles para controlar ganancias de calor Para modulación > 1400 resulta insuficiente los quiebrasoles en aluzinc 0,4 o 05, y es mejor considerar extrusiones de bajos espesores
Protección al fuego
COMPORTAMIENTO AL FUEGO
el control del fuego es dif %cil ya que los vidrios se quiebran frente a la exposici !n al fuego, lo que libera calor, humo y baja la temperatura interna; sin embargo entra ox %geno que contribuye a que el fuego se extienda hacia fuera y arriba. $
$
La protecci!n tiene como objetivos: objetivos $ contener el fuego en el punto de origen $ proteger y rescatar a los ocupantes del edificio $ limitar da&os del fuego y humo $ prevenir la falla estructural
Seg'n la NCh 935/( la separaci !n entre losas y muro cortina se debe llenar con una soluci !n que sea F-60.- Debe incorporar barreras de fuego y humo para prevenir la transmisi !n del fuego (lana mineral, pinturas intumescentes, sellantes).$
Seg'n la OGUC para edificios > (0 pisos, pisos los dinteles deben tener > (0% altura del piso, y en el segundo y superiores, con antepechos = 0,90 m. Estos elementos deben ser F-60.$
$
Se except'a lo anterior, si el edificio tiene sistema Sprinkler .
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Infiltracion de Agua en la fachada INFILTRACIÓN DE AGUA A. por gravedad B.
por energía cinética
C.
por tensión superficial
D.
por capilaridad
E.
por corrientes de aire
F.
por diferencia de presión Ver norma NCh 888 sobre Estanquidad al Agua
Tratamiento de Aguas Lluvias Ecualización de presiones con sistema de junta seca E v i t ar c o n t a c t o a g u a y s e l l o s e c u n d a r i o D v h
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Tratamiento de Aguas Lluvias Sello: barrera primaria con junta húmeda
Pantalla de Lluvia (ecualiza presiones)
Condensación del Muro Cortina La condensación depende de tres factores importantes: la humedad relativa del aire, la temperatura al interior del edificio y la temperatura del aire al exterior . Dicho fenómeno sucede en las superficies de cristal o de aluminio cuando la humedad del aire circundante entra en contacto con una superficie fría (temperatura de rocío), produciéndose vapor líquido. La condensación puede limitarse mediante el uso de: • barreras de vapor , • ventilación del interior del panel, • aislantes en las zonas mas críticas.
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Manual del Muro Cortina
Especificaciones Técnicas de Materiales y Componentes
Propiedades mecánicas de materiales propiedad
unidad
CRISTAL
ALUMINIO
ACERO
A6063 T5
A 3724 ES
2.500
2.700
7.850
densidad
Kg/m3
Coef. Dilataci!n lineal
mm/mm°C
9 x (0-6
23 x (0-6
(( x (0-6
M!dulo elasticidad
Kg/cm2
720.000
700.000
2.(00.000
0.22
0.3
0.33
Se rompe por tracci !n
Falla d'ctil
Falla d'ctil
(.(00
3.700
Admisible: 668
2.400
Coef. Poisson Resistencia mec"nica Carga rotura
--
-Kg/cm2
Falla fr "gil Recocido: 400 Templado: (600
Carga Trabajo
Kg/cm2
Recocido: (70 moment"n. Recocido: 60, permanent. Templado: 500 Laminado: -(0% float monol
Admisible Eventual: 89 (
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Por Por qué se usa el aluminio ? • excelente relación: resistencia / peso • se puede extruir en formas muy complejas • su peso especifico = 2700 kg/m3 • comportamiento dúctil evita su falla frágil. • la aleación 6063 T5 (con magnesio y silicio).
Recomendaciones de acabados superficiales: ANODIZADOS: • zonas urbanas: 15 micrones • zonas costeras: 18 micrones PINTADOS: • 50 micrones
Siliconas y y por por tanto Siliconas son inorgá inorg ánicas ánicas nicas por tanto resisten mucho mejor mejor la radiació radiaci ón el ozono ón UV y el
Tipos de
Inorganicos CH 3 O
Si CH 3
Selladores
CH 3 O
Si
Silicona
CH 3
Híbridos (STPE & STPU) Poliuretanos y Polisulfuros
Organicos
Acrílicos (base agua y solvente) Butilos y Masillas
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Propiedades silicona estructural
Compatibilidad Aluminio vs Silicona • en muros cortina con silicona estructural es indispensable verificar la adhesión y compatibilidad del sellador con el acabado superficial de los sustratos críticos: Aluminio natural: – NO USAR
Aluminios Anodizados: – plata mate y titanio: presentan buena adhesión
Aluminios Pintados: – pintados requieren de buena adherencia de pintura – en algunos casos requieren el uso de primer
Aluminios con otros acabados: – cromatizado o alodinizado: muestran buena adhesión
También los otros materiales críticos (cristal, DVH, calzos, backer rod, burletes, cintas, etc.) deben ser verficados en su adhesión y compatibilidad.
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Manual del Muro Cortina
Memoria de Cálculo del Muro Cortina
Distribución de cargas de viento
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(1) Diseño estructural montante
(2) Diseño estructural travesa ño
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(3) Cálculo de Inercias Requeridas
Sistemas de Anclajes • Los anclajes deben permitir una regulación adecuada, de manera que puedan absorber las variaciones (en 3 dimensiones) entre las cotas teóricas y las correspondientes a la obra gruesa. • Los insertos y anclajes deben ser diseñados para la condición de carga más desfavorable: • insertos embebidos en el hormigón • pernos de anclaje (más difícil inspeccionar en altura) • deformación máxima anclaje < 1/8” (3.2 mm) • verificar estructuralmente placas, pletinas, tornillos, soldaduras • Tolerancia admisible en vertical y horizontal (según norma Iram): • +/- 3 mm cada 6 metros • +/- 15 mm para la altura total o el largo total de una fachada liviana • Recomendaciones para los anclajes: • espesor mínimo = 5 mm y galvanizado mínimo = 40 micrones • bulones y tornillos: diámetro mínimo = 12,5 mm • colocar elemento separador: acero / aluminio para evitar corrosión • Se recomienda que el fabricante del M.C. haga la provisión y la supervisión de la instalación de insertos.
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Sistemas de Anclajes
Normas T Té écnicas relevantes •
OGUC: Ordenanza General define las normas técnicas oblig atorias.
•
NCH: normas técnicas chilenas voluntarias
•
ASTM: normas técnicas Usa, American Standard Testing Material
•
AAMA: normas técnicas Usa, American Architectural Manufacturing Asociation
•
ISO: normas técnicas Europa, International Standard Organization
•
NBR / IRAM: normas técnicas de Brasil y de Argentina
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AGRADECEMOS SU PARTICIPACION
[email protected] Septiembre 2006
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