criterios de diseño y cálculo de muros cortina

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Criterios de Diseño y Cálculo de Muros Cortina

Temas a desarrollar

• normas técnicas como criterio objetivo de calidad

• cuál es el nivel de seguridad estructural de un muro cortina ?

• el muro cortina: solución arquitectónica y constructiva consolidada

• tipologías técnicas de muros cortina

• requisitos estructurales y funcionales del muro cortina

• especificaciones técnicas de materiales y componentes

• memoria de cálculo estructural del muro cortina

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Manual del Muro CortinaManual del Muro CortinaManual del Muro CortinaManual del Muro Cortina

Norma Técnico: criterio objetivo de calidad• Según datos 2006, España dispone de 93 normas y documentos

técnicos de referencia para los Muros Cortina.• USA disponía en el 2004 de 120 normas técnicas para las

ventanas y puertas• Según datos del INN, Chile dispone app. de 26 normas para

puertas y ventanas.

Ingreso per cápita de cada país:• España US$ 26.000• USA US$ 35.000• Chile US$ 7.000

! Debemos desarrollar más normas técnicas en Chile !!!

NivelNivelNivelNivel de de de de seguridadseguridadseguridadseguridad estructuralestructuralestructuralestructural• Niveles de protección diferenciados:

• vida de las personas al 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 NCh432 of.71 = 20 años (probabilidad excedencia = 5,0 %)• norma europea UNE 85 - 220 = 50 años (probabilidad excedencia = 2,0 %)

• Factor seguridad de resistencia de materiales (cargas eventuales):• aluminio A6063 T5 > 1,7 • cristal de seguridad > 3,0• silicona estructural ASTM C1184 > 2,5 (típico = 6,0)

• Cuánto vale la póliza de seguro de un Muro Cortina con respaldo ?

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MurosMurosMurosMuros Cortina en ChileCortina en ChileCortina en ChileCortina en Chile

EdificioEdificioEdificioEdificio MontolMontolMontolMontolínnnn, , , , ProvidenciaProvidenciaProvidenciaProvidencia

Fachada Norte yPoniente

Fachada Ponientey Sur

Fachada Sur y Oriente

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" 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)

Sistemas de Muro CortinaSistemas de Muro CortinaSistemas de Muro CortinaSistemas de Muro Cortina

PresentaciPresentaciPresentaciPresentaciónnnn de de de de fachadasfachadasfachadasfachadas

Parilla Ortogonal (con burletes)

Trama Horizontal (tapa horizontal)

Silicona Estructural (4 lados)

Arañas y tensores

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MuroMuroMuroMuro Cortina Cortina Cortina Cortina tipotipotipotipo “stickstickstickstick”

Serie 23

MuroMuroMuroMuro Cortina Cortina Cortina Cortina tipotipotipotipo “frameframeframeframe”

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MuroMuroMuroMuro Cortina: Cortina: Cortina: Cortina: SiliconaSiliconaSiliconaSilicona EstructuralEstructuralEstructuralEstructuralEl 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

SiliconaSiliconaSiliconaSilicona EstructuralEstructuralEstructuralEstructural “4 sides4 sides4 sides4 sides”

1/4”

Según memoria de cálculo de la silicona estructural:

Ancho = Lc * V / 2 * Tadm

Nota: el uso de cintas de 2 a 3 mm debase acrílica no deberían ser usadasen un país sísmico como Chile.

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SiliconaSiliconaSiliconaSilicona EstructuralEstructuralEstructuralEstructural “2 sides2 sides2 sides2 sides”

1/4”

El ancho del cordón del DVH y de la junta climática deben ser calculadas según propiedades de silicona a usar

Nota: NO usar siliconas acéticas en el sello climático, ya que agreden el sello estructural del Dvh.

M.CM.CM.CM.C. . . . StickStickStickStick versus versus versus versus FrameFrameFrameFrame

Edificios en altura y grandes superficies

Edificios más bajos y superficies menores

• 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

• se instala directamente en obra, por lo cual requiere un mayor costo de supervisión 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

sistema Framesistema Stick

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SistemasSistemasSistemasSistemas de de de de MurosMurosMurosMuros Cortina Cortina Cortina Cortina “IndalumIndalumIndalumIndalum”

7016(50x77.3)

5388 (50x103)

Serie 70 Multiplex

=> Mullion vista7016

(50x77.3)5384

(48x100)Serie 70 Multiplex

=> Mullion S.E.

2304(42x58)

2301 (42x100)

Serie 23 SilfourSil. Estructural

2207(55x50)

2201 (55x113)

Serie 22 Stick

2102 (45x45)

2101 (45x94.5)

Serie 21 Stick

Travesaño (mm)

Mullion(mm)

Sistema• muros cortina grandes dimensiones (proyectos corporativos):

• sistemas privados de empresas especializadas (solo extrusión perfiles)

• tecnología “stick” o “frame”

• muros cortinas de pequeña y mediana dimensión:

• centros comerciales, edificios industriales y fachadas estéticas de edificios de departamentos.

• tecnología “stick”

• existe capacidad tecnológica nacional para fabricación de perfiles de aluminio para muros cortina y perfiles complementarios (quiebrasoles)


Requisitos

Estructurales y Funcionales

del Muro Cortina

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CargasCargasCargasCargas de de de de VientoVientoVientoViento (1)(1)(1)(1)

Nota: no se recomienda la zonificación de la fachada; sólo en edificios altos para los que se hagan ensayos en túneles de viento.

• 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% S2) 100% P + 150% S

Norma NCh 432 of.71

CargasCargasCargasCargas de de de de VientoVientoVientoViento (2)(2)(2)(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 diseOtras Cargas de diseOtras Cargas de diseOtras Cargas de diseññññoooo

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 Comportamiento Comportamiento Comportamiento SismicoSismicoSismicoSismico M.CM.CM.CM.C....• A nivel internacional existen pocas normas sísmicas, y en general sólo dicen “las

deformaciones de los edificios deben ser adecuadamente absorbidas por los sistemas 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 CMemoria de CMemoria de CMemoria de Cáááálculo Estructurallculo Estructurallculo Estructurallculo Estructural

• El diseño del muro cortina debe contemplar una Memoria de Cálculoque 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) 0,67 * (PP + S + V)• 0,75 * (PP + V) 0,67 * (PP + S + N)• CLF + 0,33*V 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

ToleranciasToleranciasToleranciasTolerancias y y y y DeformacionesDeformacionesDeformacionesDeformaciones AdmisiblesAdmisiblesAdmisiblesAdmisibles

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

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

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

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VerificaciVerificaciVerificaciVerificacióóóón de Vidriosn de Vidriosn de Vidriosn 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

VIDRIO

ESPACIO DE AIRE

DESECANTE

SELLO PRIMARIO DE POLI-ISOBUTILENO

SELLO SECUNDARIOSELLO SECUNDARIOSELLO SECUNDARIOSELLO SECUNDARIODE SILICONADE SILICONADE SILICONADE SILICONA

TermopanelesTermopanelesTermopanelesTermopaneles EstructuralesEstructuralesEstructuralesEstructurales

Barrera de vaporFijación mecánica cristales

1.8

2.8

5.7

UW/m2°C

100.20TP con cristalSupergrey másLow-e (cara 3)6 + 10 + 5 mm

800.72TP con cristal incoloro6 + 10 + 4 mm

880.82Cristal flotado incoloroespesor = 6 mm

TL%

SHGC-

Tipo Cristal

Comparación Rendimiento Térmico

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Control de la Control de la Control de la Control de la RadiaciRadiaciRadiaciRadiaciónnnn SolarSolarSolarSolar

Quiebrasolespara controlarganancias de calorPara modulación > 1400 resulta insuficiente los quiebrasoles en aluzinc 0,4 o 05, y es mejor considerar extrusiones de bajos espesores

COMPORTAMIENTO AL FUEGOProtecciProtecciProtecciProtecciónnnn al al al al fuegofuegofuegofuego

• el control del fuego es difícil ya que los vidrios se quiebran frente a la exposición al fuego, lo que libera calor, humo y baja la temperatura interna; sin embargo entra oxígeno que contribuye a que el fuego se extienda hacia fuera y arriba.

• La protecciprotecciprotecciproteccióóóón tiene como objetivosn tiene como objetivosn tiene como objetivosn tiene como objetivos:• contener el fuego en el punto de origen• proteger y rescatar a los ocupantes del edificio• limitar daños del fuego y humo• prevenir la falla estructural

• SegSegSegSegúúúún la n la n la n la NChNChNChNCh 935/1 la separaci935/1 la separaci935/1 la separaci935/1 la separacióóóón entre losas y muro cortinan entre losas y muro cortinan entre losas y muro cortinan entre losas y muro cortinase debe llenar con una solución que sea F-60.- Debe incorporar barreras de fuego y humo para prevenir la transmisión del fuego (lana mineral, pinturas intumescentes, sellantes).-

• SegSegSegSegúúúún la OGUC para edificios > 10 pisosn la OGUC para edificios > 10 pisosn la OGUC para edificios > 10 pisosn la OGUC para edificios > 10 pisos, los dintelesdintelesdintelesdinteles deben tener > 10% altura del piso, y en el segundo y superiores, con antepechosantepechosantepechosantepechos = 0,90 m. Estos elementos deben ser F-60.-

• Se exceptúa lo anterior, si el edificio tiene sistema sistema sistema sistema SprinklerSprinklerSprinklerSprinkler.

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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

InfiltracionInfiltracionInfiltracionInfiltracion de Agua en la de Agua en la de Agua en la de Agua en la fachadafachadafachadafachada

Ver norma NCh 888 sobre Estanquidad al Agua

TratamientoTratamientoTratamientoTratamiento de de de de AguasAguasAguasAguas LluviasLluviasLluviasLluvias

Ecualización de presionescon sistema de junta seca

Evitar contacto agua y sello secundario Dvh

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TratamientoTratamientoTratamientoTratamiento de de de de AguasAguasAguasAguas LluviasLluviasLluviasLluvias

Sello: barrera primariacon junta húmeda

Pantalla de Lluvia(ecualiza presiones)

CondensaciCondensaciCondensaciCondensaciónnnn del del del del MuroMuroMuroMuro CortinaCortinaCortinaCortina

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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Especificaciones Técnicas

de Materiales y Componentes

PropiedadesPropiedadesPropiedadesPropiedades mecmecmecmecánicasnicasnicasnicas de de de de materialesmaterialesmaterialesmateriales

3.7001.100Recocido: 400Templado: 1600

Kg/cm2Carga rotura

2.400Admisible: 668

Admisible Eventual: 891

Recocido: 170 momentán.Recocido: 60, permanent.

Templado: 500Laminado: -10% float monol

Kg/cm2Carga Trabajo

Falla dúctilFalla dúctilSe rompe por tracciónFalla frágil--

Resistencia mecánica

0.3

700.000

23 x 10-6

2.700

ALUMINIOALUMINIOALUMINIOALUMINIOA6063 T5

--

Kg/cm2

mm/mm°C

Kg/m3

unidad

0.330.22Coef. Poisson

2.100.000720.000Módulo elasticidad

11 x 10-69 x 10-6Coef. Dilatación lineal

7.8502.500densidad

ACEROACEROACEROACEROA 3724 ES

CRISTALCRISTALCRISTALCRISTALpropiedad

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• 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).

PorPorPorPor ququququé se se se se usausausausa el el el el aluminioaluminioaluminioaluminio ????

Recomendaciones de acabados superficiales:ANODIZADOS:

• zonas urbanas: 15 micrones • zonas costeras: 18 micrones

PINTADOS: • 50 micrones

SiliconasSiliconasSiliconasSiliconas son son son son inorginorginorginorgáááánicasnicasnicasnicas y y y y porporporpor tantotantotantotanto resistenresistenresistenresistenmucho mucho mucho mucho mejormejormejormejor la la la la radiaciradiaciradiaciradiacióóóónnnn UV y el UV y el UV y el UV y el ozonoozonoozonoozono

Poliuretanos y Polisulfuros

Silicona

Acrílicos (base agua y solvente)

Butilos y Masillas

Híbridos (STPE & STPU)

TiposTipos dede

SelladoresSelladores

OrganicosOrganicos

InorganicosInorganicos

O Si O Si

CH 3 CH 3

CH 3 CH 3

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PropiedadesPropiedadesPropiedadesPropiedades siliconasiliconasiliconasilicona estructuralestructuralestructuralestructural

Compatibilidad Aluminio Compatibilidad Aluminio Compatibilidad Aluminio Compatibilidad Aluminio vsvsvsvs SiliconaSiliconaSiliconaSilicona• en muros cortina con silicona estructural es indispensable verificar la adhesión y compatibilidad del sellador con el acabado superficial de los sustratos críticos:

También los otros materiales críticos (cristal, DVH, calzos, backer rod, burletes, cintas, etc.) deben ser verficados en su adhesión y compatibilidad.

Aluminios con otros acabados:– cromatizado o alodinizado: muestran buena adhesión

Aluminios Pintados:– pintados requieren de buena adherencia de pintura– en algunos casos requieren el uso de primer

Aluminios Anodizados:– plata mate y titanio: presentan buena adhesión

Aluminio natural: – NO USAR

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Memoria de Cálculo

del Muro Cortina

DistribuciDistribuciDistribuciDistribución n n n de de de de cargas cargas cargas cargas de de de de vientovientovientoviento

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(1) (1) (1) (1) DiseDiseDiseDiseño estructural montanteo estructural montanteo estructural montanteo estructural montante

(2) (2) (2) (2) DiseDiseDiseDiseño estructural travesao estructural travesao estructural travesao estructural travesañoooo

21

(3) (3) (3) (3) CCCCálculolculolculolculo de de de de Inercias RequeridasInercias RequeridasInercias RequeridasInercias Requeridas

Sistemas Sistemas Sistemas Sistemas de de de de AnclajesAnclajesAnclajesAnclajes

• 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 Sistemas Sistemas Sistemas de de de de AnclajesAnclajesAnclajesAnclajes

Normas TNormas TNormas TNormas Téééécnicas relevantescnicas relevantescnicas relevantescnicas relevantes

• OGUC: Ordenanza General define las normas técnicas obligatorias.

• 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 PARTICIPACIONAGRADECEMOS SU PARTICIPACIONAGRADECEMOS SU PARTICIPACIONAGRADECEMOS SU PARTICIPACION

Septiembre 2006

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criterios de diseño y cálculo de muros cortina

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